利用激光對高密度柔性線路板進(jìn)行加工處理

1、利用激光對高密度柔性線路板進(jìn)行加工處理    柔性線路板具有節(jié)省空間、減輕重量及靈活性高等諸多優(yōu)點，全球?qū)θ嵝跃€路板的需求正逐年增加。本文針對柔性線路板材料的特殊性質(zhì)，介紹利用激光加工高密度柔性線路板以及進(jìn)行微過孔鉆孔時需要重點考慮的一些問題。高密度柔性線路板是整個柔性線路板的一個部分，一般定義為線間距小于200m或微過孔小于250m的柔性線路板。高密度柔性線路板的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，如電信、計算機(jī)、集成電路以及醫(yī)療設(shè)備等。柔性線路板獨(dú)有的特性使其在多    柔性線路板具有節(jié)省空間、減輕重量及靈活性高等諸多優(yōu)點，全球?qū)θ嵝跃€路板的

2、需求正逐年增加。本文針對柔性線路板材料的特殊性質(zhì)，介紹利用激光加工高密度柔性線路板以及進(jìn)行微過孔鉆孔時需要重點考慮的一些問題。     高密度柔性線路板是整個柔性線路板的一個部分，一般定義為線間距小于200m或微過孔小于250m的柔性線路板。高密度柔性線路板的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，如電信、計算機(jī)、集成電路以及醫(yī)療設(shè)備等。       柔性線路板獨(dú)有的特性使其在多種場合成為剛性線路板及傳統(tǒng)布線方案的替代方式，同時它也推動了很多新領(lǐng)域的發(fā)展。柔性線路板增長最快的部分是計算機(jī)硬盤驅(qū)動器(HDD)內(nèi)部連接線。硬

3、盤磁頭要在旋轉(zhuǎn)的盤片上前后移動掃描，可用柔性線路代替導(dǎo)線實現(xiàn)移動磁頭和控制線路板之間的連接。硬盤制造商通過一種叫做“懸浮柔性板”(FOS)的技術(shù)增加產(chǎn)量并降低裝配成本，此外無導(dǎo)線懸浮技術(shù)具有更好抗震性，能提高產(chǎn)品可靠性。在硬盤中用到的另一種高密度柔性線路板是內(nèi)部連接式柔性板(interposer  flex)，用在懸浮體和控制器之間。     柔性線路板增長速度位居第二的領(lǐng)域是新型集成電路封裝。芯片級封裝(CSP)、多芯片模塊(MCM)以及柔性線路板上芯片封裝(COF)等都要用到柔性線路，其中CSP內(nèi)連式線路的市場尤其巨大，因為它可用在半導(dǎo)體器

4、件和閃速存儲器上而廣泛用于PCMCIA卡、磁盤驅(qū)動器、個人數(shù)字助理(PDA)、移動電話、傳呼機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)及數(shù)字照相機(jī)中。此外，液晶顯示器 (LCD)、聚脂薄膜開關(guān)和噴墨打印機(jī)墨盒是高密度柔性線路板的另外三個高增長應(yīng)用領(lǐng)域。柔性線路技術(shù)在便攜式裝置(如移動電話)中的市場潛力非常大，這是很自然的，因為這些設(shè)備要求體積小重量輕以迎合消費(fèi)者的需求；除此之外，柔性技術(shù)的最新應(yīng)用還包括平板顯示器和醫(yī)療設(shè)備，設(shè)計人員可以利用它減少產(chǎn)品(如助聽器和人體植入裝置)的體積和重量。     上述各領(lǐng)域的巨大增長使得全球柔性線路板的產(chǎn)量也跟著增加。如硬盤年銷售量預(yù)計在2004

5、年將達(dá)到3.45億臺，差不多是1999年的兩倍，移動電話在 2005年的銷量保守的估計也是6億部，這些增長導(dǎo)致高密度柔性線路板的產(chǎn)量預(yù)計每年將增加35%，到2002年達(dá)到350萬平方米。如此高的產(chǎn)量需求需要有高效低成本的加工工藝，激光加工技術(shù)就是其中之一。   激光在柔性線路板制造過程中有三個主要功能：加工成型(切割與切除)、切片和鉆孔。激光作為一種非接觸式加工工具，能在一個很小的焦點(100500m)上施加高強(qiáng)度光能(650mW/mm2), 如此高的能量可以用來對材料進(jìn)行切割、鉆孔、作標(biāo)記、焊接、劃線及其他各種加工,加工速度和質(zhì)量與被加工材料性質(zhì)和所用的激光特性

6、如波長、能量密度、峰值功率、脈沖寬度及頻率等有關(guān)。柔性線路板加工使用紫外(UV)和遠(yuǎn)紅外(FIR)激光，前者通常采用準(zhǔn)分子或UV二極管泵浦固態(tài)(UV-DPSS)激光器，而后者一般用密封式CO2激光器。  圖1：矢量掃描技術(shù)採用電腦控制裝有檢流表的反射鏡和CAD/CAM軟體產(chǎn)生剪裁和鑽孔圖形，並使用遠(yuǎn)心透鏡系統(tǒng)保証激光垂直照在工件表面上 加工成型     激光加工精度高用途廣，是進(jìn)行柔性線路板成型處理的理想工具。不論是CO2激光還是DPSS激光，聚焦后都可以將材料加工成任意形狀。它通過在檢流計上安裝反射鏡將聚焦后的激光束射到工

7、件表面任何地方(圖1)，再利用矢量掃描技術(shù)對檢流表進(jìn)行計算機(jī)數(shù)控 (CNC)，并借助CAD/CAM軟件作出切割圖形。這種“軟工具”在設(shè)計更改時可方便地對激光作即時控制。利用對光縮放量和各種不同的切割工具進(jìn)行調(diào)節(jié)，激光加工能夠精確地再現(xiàn)出設(shè)計圖形，這是它的另一個顯著優(yōu)點。      矢量掃描可切割聚酰亞胺膜之類的基材，切出整個電路或者去除線路板上的某個區(qū)域如一個槽或一個方塊。在加工成型過程中，反射鏡掃描整個加工表面時激光束是一直打開的，這和鉆孔工藝相反，鉆孔時只有當(dāng)反射鏡固定在每個鉆孔位置后激光才打開。 切片  &#

8、160;  “切片”用行話來說就是用激光從一層材料上除掉另一層材料的加工過程。這種工藝對激光再適合不過，可用與前面相同的矢量掃描技術(shù)去除電介質(zhì)，露出下面的導(dǎo)電焊盤，此時激光加工的高精度再一次體現(xiàn)出極大的好處。由于FIR激光射線會被銅箔反射，所以這里通常使用CO2激光。 鉆孔     雖然現(xiàn)在有的地方還在用機(jī)械鉆孔、沖壓或等離子蝕刻等方法形成微通孔，但激光鉆孔還是使用得最廣泛的一種柔性線路板微過孔成形方法，主要原因是因為其生產(chǎn)率高、靈活性強(qiáng)及正常運(yùn)行時間長。     機(jī)械鉆孔和沖壓采用高精度鉆頭和

9、模具，能在柔性線路板上作出直徑接近250m的孔，但這些高精度設(shè)備非常昂貴，而且相對來說壽命較短。由于高密度柔性線路板所需孔徑比250m小，所以機(jī)械鉆孔并不被看好。     使用等離子蝕刻能在50m厚的聚酰亞胺膜基材上作出尺寸小于100m的微過孔，但是設(shè)備投資及工藝成本都相當(dāng)高，等離子蝕刻工藝的維護(hù)費(fèi)用也很高，特別是一些化學(xué)廢物處理以及易耗品等相關(guān)費(fèi)用，此外等離子蝕刻在建立新工藝時需要相當(dāng)長的時間才能作出一致可靠的微過孔。這種工藝的優(yōu)點是可靠性高，據(jù)報道它作出的微過孔合格率達(dá)到98%，因此在醫(yī)療和航空電子設(shè)備中，等離子蝕刻加工還是有一定的市場。 

10、    相比之下，用激光制作微過孔則是一種簡單的低成本工藝。激光設(shè)備投資非常低，而且激光是一種非接觸式工具，不像機(jī)械鉆孔那樣會有一筆昂貴的工具更換費(fèi)用。此外，現(xiàn)代密封式CO2和UV-DPSS激光器都是免維護(hù)的，可將停機(jī)時間減到最小，極大地提高了生產(chǎn)率。      在柔性線路板上產(chǎn)生微過孔的方法與在剛性PCB上一樣，但是由于基材和厚度的差異，激光的一些重要參數(shù)需要改變。密封CO2和 UV-DPSS激光都可以使用同成型加工一樣的矢量掃描技術(shù)在柔性線路板上直接鉆孔，唯一的差異是鉆孔應(yīng)用軟件會在掃描反射鏡從一個微過孔掃至另

11、外一個微過孔過程中將激光關(guān)掉，只有到達(dá)另一個鉆孔位置時激光束才打開。為了使作出的孔垂直于柔性線路板基材表面，激光束必須垂直照在線路板基材上，這可以通過在掃描反射鏡和基材間使用遠(yuǎn)心透鏡系統(tǒng)做到(圖2)。  圖2：利用UV激光在Kapton上鑽出的孔     CO2激光也可以采用共形掩膜技術(shù)鉆微過孔。使用這種技術(shù)時，將銅表面作為掩膜，先用普通印刷腐蝕方法在上面蝕刻出孔，然后將CO2激光束照在銅箔的孔上，除掉那些暴露出來的電介質(zhì)材料。采用準(zhǔn)分子激光通過投影掩膜的方法也可以制作微過孔，這項技術(shù)需要將一個微過孔或整個微過孔陣列的圖像映射到基材上

12、，然后準(zhǔn)分子激光束照射掩膜使掩膜圖映射到基材表面，從而將孔鉆出。準(zhǔn)分子激光鉆孔的質(zhì)量很好，它的缺點是速度低、成本高。 激光選擇     雖然加工柔性線路板的激光類型和加工剛性PCB的一樣，但材質(zhì)和厚度上的差異會極大影響加工參數(shù)和速度。有的時候可使用準(zhǔn)分子激光和橫向激勵氣體(TEA)CO2激光，但是這兩種方法速度慢、維護(hù)費(fèi)用高，限制了生產(chǎn)率的提高。比較起來，由于CO2和UV-DPSS激光用途廣、速度快而且成本底，因此柔性線路板微過孔制作和加工成型主要還是使用這兩種激光。與氣流型CO2激光不同，密封式CO2激光(lternatives) 

13、    密封CO2激光可以發(fā)射波長為10.6m或9.4m的FIR激光，盡管兩個波長都易于被電介質(zhì)如聚酰亞胺膜基材吸收，但研究表明用9.4m波長加工這類材料效果要好得多。電介質(zhì)9.4m波長的吸收系數(shù)較高，用這一波長來鉆孔或切割材料比用10.6m波長快。9.4m激光不僅在鉆孔及切割時優(yōu)勢明顯，切片效果也非常突出，因而使用較短波長的激光可以提高生產(chǎn)率和質(zhì)量。一般來說，F(xiàn)IR波長容易被電介質(zhì)吸收，但是會被銅反射回來，所以絕大多數(shù)CO2激光用于電介質(zhì)的加工成型、切片以及電介質(zhì)基材和層壓板分層。由于CO2激光的輸出功率比DPSS激光高，多數(shù)情況下使用CO2激光來加工電介質(zhì)。C

14、O2激光和UV-DPSS激光經(jīng)常結(jié)合起來使用，例如在鉆微過孔時，首先用DPSS激光去掉銅層，然后再用CO2激光快速在電介質(zhì)層中鉆孔，直至下一個覆銅層出現(xiàn)再重復(fù)該過程。     由于UV激光本身波長很短，所以它射出的光點比CO2激光的精細(xì)，但某些應(yīng)用中CO2激光產(chǎn)生的大直徑光點比UV-DPSS激光更有用。例如切除槽、方塊等大面積材料或鉆大孔(直徑大于50m)時，用CO2激光加工所需時間更短。一般來說，孔徑比50m大時用CO2激光加工比較合適，孔徑小于50m時則用UV-DPSS激光效果更好。 UV-DPSS激光     電介質(zhì)和銅都能很容易地吸收輸出波長為355nm的UV-DPSS激光。UV-DPSS激光比CO2激光的光點小而且輸出功率低，在電介質(zhì)加工過程中UV-DPSS激光通常用于小尺寸(小于50m)工藝，因此要在高密度柔性線路板基材上加工直徑小于 50m的微過孔，用UV激光是非常理想的?，F(xiàn)在已有了大功率UV-DPSS激光，可以增加UV-DPSS激光的加工和鉆孔速度。     UV-DPSS激光的優(yōu)點是其高能量UV光子照在多數(shù)非金屬表面層上時，能直接打斷分子的鏈接，用“冷”光刻