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多功能紫外激光微加工设备的应用

2015/2/9 9:39:25来源:本站原创 【字体:

导 读:随着国内激光应用技术以及数控机床技术的发展,国内一些激光企业也开始研制国产的紫外激光微加工设备。
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由于高功率二极管泵浦紫外激光器的迅猛发展,正逐渐取代原有的灯泵浦固体激光器和准分子激光器,在电子工业中得到越来越广泛的应用。在全固态紫外激光微加工设备方面,国外起步较早,例如德国某公司的MicroLine紫外激光系列设备,利用全固态紫外激光进行FPC成型技术已经比较成熟,釆用紫外激光在FPC表面实现柔性度高的精密高效切割、钻孔和开窗口等微加工,加工表面无毛刺、侧壁陡直、无对位难题,备受企业青睐,并长期占领国内相关行业市场。

  随着国内激光应用技术以及数控机床技术的发展,国内一些激光企业也开始研制国产的紫外激光微加工设备。总体上来说,国产紫外激光微加工设备的研发和推广起步较晚,并且主要部件依赖进口受到诸多限制,在设备性能上存在一定的差距。此外,由于激光微加工设备相对传统机械加工设备较为昂贵,企业更希望设备功能多样化,以简化现有工艺,提高生产效率同时节省成本。

  1、在FPC上的应用

  FPC(FlexiblePrinterCircuitBoard,FPCB)板具有配线密度高、重量轻、厚度薄,弯曲度高等特点,因此被广泛的应用与手机、笔记本电脑、MP3等数码产品上,目前在市场上电路系统中得到广泛的应用。

  由于红外或可见光波段激光束的加工机理是将光能转变成为热能,使得物质融化或者蒸发,这种方式不可避免的导致激光热量以热传导和热辐射的方式向材料区域周围扩散,产生重熔层和热影响区域,从而限制了微细加工边缘的质量和精度。

  紫外激光由于光子能量高,在与PI等高分子聚合物材料作用时,可将光能转变为光化学能,直接破坏部分连接物质院子或者分子组分的化学键,达到去除材料的目的。这种将物质分离成原子的过程是一个光化学作用的“冷”过程,对加工区域周边几乎无热损伤,可以获得极高的加工质量和加工尺寸精度,于是UV激光在FPC及其辅材上的得以广泛的应用。

  由于FPC生产工艺复杂,所用的材料在生产过程中容易发生变形,并且不同的部位采用不同的材料,导致不同部位的形变程度不同,在切割上区域使用的切割参数数据不一致,因此对切割系统的控制方式、材料变形的适应性及切割精度都提出了很高的要求。

  经过多年的研制,木森科技激光UV激光精密激光成型机(UV-500S)基于坐标影射变换机器视觉自动定位系统,成功的将夹具加工精度和安装方式等限制条件打破,直接通过基于每一个电路单元的mark点来对FPC板的实际变形情况有根据的选择mark点来进行定位切割,有效的解决了由于材质变形所产生的误差,其精度均控制在±0.05mm以内。

 2、高密度互连板(HDI)钻孔

  随着半导体电子产品朝着便携式、小型化和功能多样化的方向发展,要求PCB的尺寸越来越小。提高PCB板小型化水平的关键在于导线宽和不同层面线路之间微型过孔的尺寸大小。如果线宽足够小,在PCB板上不仅可以预留更多的布线空间,而且过孔越小,越适合用于高速电路。传统机械钻孔方法对加工孔径100um以下的微孔已经无能为力,在这种情况下,激光钻孔便成为唯一的选择。

  目前在电子行业应用较多的激光钻孔方式是C02激光钻孔和紫外激光钻孔。C02激光器主要钻直径75至150um的微孔,但存在对位和不能穿透一些高反射率金属(如铜等)表面的问题。木森科技激光UV激光精密激光成型机不但可以钻25um以下的孔,且不存在对位问题,能在多种材料上钻孔、切割和焊接。HDI的重要特征是大量微盲孔,一些高密度PCB上的微孔多达数万个,孔径小于50um。加工微细孔时不会出现伴随热效应产生的分层现象,钻孔速度快、质量好。图为木森科技激光设备在PI(底层为铜)和环氧材料上钻的微细盲孔,可见对于高分子聚合物材料,其加工热影响非常小。对于多层FPC的盲孔加工,难点在于彻底去除孔底绝缘材料,从下孔正反图可以看到,利用紫外激光在多层FPC上可钻小于50um盲孔,环氧树脂粘结剂被彻底除去,被烧蚀区域无任何残余物残留。

  3、有机覆盖膜CVL切割

  CLV是一种热成形或冷成形的有机聚合物,主要的作用与PCB的绿漆类似。其主要作用是:

  1)保护铜箔不暴露在空气中,避免铜箔的氧化;

  2)为后续的表面处理进行覆盖。如不需要镀金的区域用CVL覆盖起来。

  3)在SMT中,起到阻焊作用。

  CLV由于其材料厚度在40um~100um均有分布,所以在切割时对紫外激光切割设备的稳定性要求极高。木森科技激光UV激光精密激光成型机所采用的激光器采用经过市场广泛验证了的技术实现平均功率大于12W单脉冲能量大于250μJ的紫外输出,并且在数万小时的工作寿命周期内实现重复频率0-500kHz宽幅范围保证极高的脉冲对脉冲稳定性以及卓越的TEM00模式光束质量。其脉冲能量控制等特殊功能,实现不同频率下保持恒定的脉冲能量和脉宽,保证了加工效果和效率达到最佳状态。在工作频率范围高达500kHz的情况下,光束模式质量仍然稳定,其稳定性在100KHz时小于2%,300KHz时小于3%。对于切割CLV膜,木森科技累计了大量的切割经验,在控制切割小孔时,得以切割边缘碳化程度小,轻微发黑,边缘碳化均在0.02mm左右,拐角直角度良好,边缘光滑,无毛刺。

  4、PCB分板、外形切割

  传统的PCB分板、外形切割是采用冲压方式进行切割,传统的设备需要根据其切割图形来制作冲压治具。其治具开模成本较高,且不可通用。紫外激光设备无需开模即可按CAD图档切割任意外形产品,缩短生产周期,解放人力资源。

  


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