高密度fpc的激光加工技術
隨著激光技術的不斷發(fā)展和應用范圍的擴大，它在fpc生產、加工工藝上也得到了廣泛的應用。今天我們向大家介紹利用激光加工高密度fpc和進行微過孔鉆孔時遇到的問題和解決方法。
激光加工根據(jù)它的激光束與材料相互作用的機理的不同，可以分為激光熱加工和光化學反應加工兩類。激光熱加工是指利用激光束投射到材料表面產生的熱效應來完成加工過程，包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打標、激光鉆孔和微加工等；光化學反應加工是指激光束照射到物體，借助高密度高能光子引發(fā)或控制光化學反應的加工過程。包括光化學沉積、立體光刻、激光刻蝕等。
一、激光加工應用
激光在fpc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(100～500μm)上施加高強度光能(650mW/mm2),如此高的能量可以用來對材料進行切割、鉆孔、作標記、焊接、劃線及其他各種加工,加工速度和質量與被加工材料性質和所用的激光特性如波長、能量密度、峰值功率、脈沖寬度及頻率等有關。fpc加工使用紫外(UV)和遠紅外(FIR)激光，前者通常采用準分子或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。
1.加工成型：激光加工精密度高用途廣，是進行fpc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。它藉由在檢流計上黏著反射鏡將聚焦后的激光束射到工件表面任何地方(上圖)，再利用矢量掃描技術對檢流表進行計算機數(shù)控(CNC)，并借助CAD/CAM軟件作出切割圖形。這種“軟工具”在設計更改時可方便地對激光作實時控制。利用對光縮放量和各種不同的切割工具進行調節(jié)，激光加工能夠精確地再現(xiàn)出設計圖形，這是它的另一個顯著優(yōu)點。
矢量掃描可切割聚 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，這和鉆孔制程相反，鉆孔時只有當反射鏡固定在每個鉆孔位置后激光才打開。
2.切片：“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。這種制程對激光再適合不過，可用與前面相同的矢量掃描技術去除電介質，露出下面的導電焊盤，此時激光加工的高精密度再一次體現(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。
3.鉆孔：雖然現(xiàn)在有的地方還在用機械鉆孔、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fpc微過孔成形方法，主要原因是因為其生產率高、靈活性強及正常運行時間長。
二、激光選擇
雖然加工fpc的激光類型和加工剛性PCB的一樣，但材質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、維護費用高，限制了生產率的提高。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fpc微過孔制作和加工成型主要還是使用這兩種激光。
1、CO2激光
密封CO2激光可以發(fā)射波長為10.6μm或9.4μm的FIR激光，盡管兩個波長都易于被電介質如聚 亞胺膜基材吸收，但研究表明用9.4μm波長加工這類材料效果要好得多。電介質9.4μm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10.6μm波長快。9.4μm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率和質量。
一般來說，F(xiàn)IR波長容易被電介質吸收，但是會被銅反射回來，所以絕大多數(shù)CO2激光用于電介質的加工成型、切片以及電介質基材和層壓板分層。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。CO2激光和UV-DPSS激光經常結合起來使用，例如在鉆微過孔時，首先用DPSS激光去掉銅層，然后再用CO2激光快速在電介質層中鉆孔，直至下一個覆銅層出現(xiàn)再重復該過程。
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，但某些應用中CO2激光產生的大直徑光點比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50μm)時，用CO2激光加工所需時間更短。一般來說，孔徑比50μm大時用CO2激光加工比較合適，孔徑小于50μm時則用UV-DPSS激光效果更好。
2、UV-DPSS激光
電介質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，在電介質加工過程中UV-DPSS激光通常用于小尺寸(小于50μm)制程，因此要在高密度fpc基材上加工直徑小于50μm的微過孔，用UV激光是非常理想的。現(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”光刻制程使切割邊緣平滑，同時熱損壞和燒焦程度最小，所以UV微切割加工適用于無法或無需進行后處理的高要求場合。
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