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半導(dǎo)體/PCB

PCB行業(yè)中的UV激光加工應(yīng)用

星之球科技 來源:榮格2016-12-12 我要評論(0 )   

對于電路板行業(yè)的激光切割或者鉆孔,只需幾瓦或十多瓦的UV 激光即可,無需千瓦級別的激光功率,在消費類電子產(chǎn)品、汽車行業(yè)或機器人制造技術(shù)中,柔性電路板的使用變得日...

對于電路板行業(yè)的激光切割或者鉆孔,只需幾瓦或十多瓦的UV 激光即可,無需千瓦級別的激光功率,在消費類電子產(chǎn)品、汽車行業(yè)或機器人制造技術(shù)中,柔性電路板的使用變得日趨重要。由于UV激光加工系統(tǒng)具有柔性的加工方式、高精度的加工效果以及靈活可控的加工過程,因而成為了柔性電路板以及薄型PCB 激光鉆孔與切割的首選。
 
圖1:CO2激光(左)與 UV 激光(右)的切割槽比較。UV 激光產(chǎn)生熱效應(yīng)較小,其切割邊沿干凈、整齊。
 
如今,激光系統(tǒng)配置的長壽命激光源已基本接近免維護,在生產(chǎn)過程中,激光等級為1級,安全無需其他保護裝置。LPKF激光系統(tǒng)配備吸塵裝置,不會造成有害物質(zhì)的排放。加上其直觀易操作的軟件控制,使得激光技術(shù)正在取代傳統(tǒng)機械工藝,節(jié)省了特殊刀具的成本。
 
CO2激光還是UV 激光?
 
例如PCB分板或切割時,可以選擇波長約為10.6μm 的 CO2 激光系統(tǒng)。其加工成本相對較低,提供的激光功率也可達數(shù)千瓦。但是它會在切割過程中產(chǎn)生大量熱能,從而造成邊緣嚴重碳化。
 
UV 激光波長為355 nm。這種波長的激光束非常容易光學(xué)聚焦。小于20瓦激光功率的UV 激光聚焦后光斑直徑只有20μm – 而其產(chǎn)生的能量密度甚至可媲美太陽表面。
 
UV 激光加工的優(yōu)勢
 
UV 激光尤其適用于硬板、軟硬結(jié)合板、軟板及其輔料的切割以及打標。那么這種激光工藝究竟有哪些優(yōu)點呢?
 
在SMT行業(yè)的電路板分板以及PCB行業(yè)的微鉆孔等領(lǐng)域,UV 激光切割系統(tǒng)展現(xiàn)出極大的技術(shù)優(yōu)勢。 根據(jù)電路板材料厚度的不同,激光沿著所需的輪廓一次或者多次切割。材料越薄,切割的速度越快。如果累積的激光脈沖低于穿透材料所需的激光脈沖,只會在材料表面上出現(xiàn)劃痕;因此,可以在材料上進行二維碼或者條形碼的打標,以便后續(xù)制程的信息追蹤。
 
圖2:一個基板多個元器件,即使緊貼線路也可安全分板。
 
UV激光的脈沖能量僅在材料上作用微秒級的時間,在切口旁的幾微米處,已無明顯熱影響,因此無需考慮其產(chǎn)生的熱量對元件造成的損壞??拷吘壍木€路和焊點完好無損,無毛刺。
 
此外,LPKF UV激光系統(tǒng)集成CAM 軟件可直接導(dǎo)入從CAD中導(dǎo)出的數(shù)據(jù),對激光切割路徑進行編輯,形成激光切割輪廓,選擇適用于不同材料的加工參數(shù)庫,就可以直接激光加工。該激光系統(tǒng)既適合大批量的量產(chǎn)加工,也適用于試樣生產(chǎn)。
 
鉆孔應(yīng)用
 
電路板中的通孔用于連接雙面板的正反面間線路,或用于連接多層板中任意層間線路。為了其導(dǎo)電,需要在鉆孔后將孔壁鍍上金屬層。如今采用傳統(tǒng)的機械方法已經(jīng)無法滿足鉆孔直徑越來越小的要求:盡管提高了主軸轉(zhuǎn)速,但精密鉆孔刀具的徑向速度會因直徑太小而降低,甚至無法完成要求的加工效果。另外,從經(jīng)濟層面考慮,易于磨損的刀具耗材也是一個限制性因素。
 
針對柔性電路板的鉆孔,LPKF公司研發(fā)了一種新型的激光鉆孔系統(tǒng)。LPKFMicroLine 5000激光設(shè)備配有533mm x 610 mm的工作臺面,可以卷對卷的自動化作業(yè)。鉆孔時,激光可以先從孔的中心出發(fā)切出微孔輪廓,這比普通方法更為精確。系統(tǒng)可以在高徑深比的情況下,在有機或非有機的基板上鉆制最小直徑為20μm的微孔。柔性電路板、IC基板或HDI電路板都非常需要這樣的精度。
 
半固化片切割
 
在電子組件制造過程中,哪些情況要求切割半固化片材料?早在初期,半固化片材料就已經(jīng)被應(yīng)用于多層電路板中。多層電路板中的各個電路層通過半固化片的作用被壓合在一起;根據(jù)電路設(shè)計,一些區(qū)域的半固化片需要事先切割開窗然后被壓合。
 
圖3:通過激光工藝可以在敏感的覆蓋層上形成精確的輪廓。
 
類似的過程也適用于FPC覆蓋膜。覆蓋膜通常由聚酰亞胺以及厚度為25μm或12.5μm的膠層構(gòu)成,且容易變形。單個區(qū)域(例如焊盤)無需覆蓋膜遮蓋,以便后期進行裝配、連接等工作。
 
這種薄性材料對于機械應(yīng)力非常敏感——靠非接觸式的激光加工可以輕松完成。同時,真空吸附臺能夠很好固定其位置,保持其平整度。
 
軟硬結(jié)合板加工
 
在軟硬結(jié)合板中,將剛性PCB與柔性PCB壓合一起形成多層板。壓合過程時,柔性PCB上方并沒有和剛性PCB壓合粘接在一起,通過激光定深切割把覆蓋在柔性PCB上面的剛性蓋子切割、分離,留下柔性部分,形成軟硬結(jié)合板。
 
這樣的定深加工同樣適用于多層板中表面嵌入集成元件的盲槽加工。UV激光會精確切割從多層電路板中分離出來的目標層的盲槽。在該區(qū)域內(nèi),目標層與其上面所覆蓋的材料不可形成連接。
 
PCB和FPC的高效分板
 
SMT后分板即切割多種電子元器件已被裝配的電路板,該工序已經(jīng)處在生產(chǎn)鏈的末端。對于分板,可選擇不同的技術(shù):對于通常用的PCB,優(yōu)先考慮使用傳統(tǒng)的刀切、沖壓和輪廓銑削等工藝。對于較為復(fù)雜的電子線路以及薄型基板尤其是對機械應(yīng)力、粉塵和尺寸偏差非常敏感的情況,則采用UV激光切割分板更有優(yōu)勢。以下三個圖表從不同因素對這三種方法進行了評估。
 
圖4:分板方法比較:其他方法無法達到 UV激光器的分板質(zhì)量。
 
對于完整輪廓的切割,德國LPKF公司會根據(jù)使用的不同激光源,建議切割材料厚度不超過1.6mm。針對某些較厚的材料,以及價格昂貴的裝配組件,優(yōu)先考慮安全和質(zhì)量層面,而切割時長則是其次。
 
圖5 : 在 Tab-Cut 中,激光切割斷點分板。
 
切割斷點分板,激光系統(tǒng)會通過一個前面所述的加工過程切斷連接點。這個切割過程可緊挨靠近邊緣的元器件進行,對于較厚的電路板來說也是非常經(jīng)濟的。
 
其他應(yīng)用領(lǐng)域
 
由于UV激光波長較短,可適用于大多數(shù)的材料加工。例如,在電子工業(yè)領(lǐng)域可將其用于:
 
● 加工TCO/ITO玻璃且基底無損傷
 
● 在柔性或薄型材料上鉆孔
 
● 阻焊層或覆蓋膜開窗
 
● 剛?cè)?柔性電路板分板
 
● 開槽
 
● 已裝配或未裝配電路板的返修
 
● 切割燒結(jié)陶瓷
 
● 精密切割 LTCC
 
 
不僅限于對電路板的加工,UV激光系統(tǒng)還可在一個加工作業(yè)中同時完成LTCC組件的切割、直寫和鉆孔。

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UV激光加工PCB
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