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持续高效等于更高的利润,等于更低的成本——用激光切割5G柔性PCB材料

来源:www.laser08.com 时间:2022-05-17 点击:760
激光技术显着改善了微机械应用,并继续对先进电子封装和印刷电路板 (PCB) 的生产产生重大影响,有助于推动性能更高、功耗更低的设备的发展,减少能量。 特别是,脉冲紫外激光技术为大规模生产铺平了道路,工艺更加稳定和环保。同时,计量行业必须跟上最新的激光发展。因此,同时在这两个领域进行研究和创新对于进一步改进工艺链和评估敏感材料的使用方式至关重要。
支持5G蜂窝通信的新材料
移动设备市场是现代电子外壳发展和印刷电路板 (PCB) 生产的驱动因素之一,其中激光技术发挥着关键作用。从 FR4 等厚纤维复合材料到薄柔性层压板(柔性印刷电路板或 FPCB),现在可以使用多个激光源以不同方式加工各种材料。其中一项发展是 5G 蜂窝通信,它可以显着提高无线数据速率。不出所料,需要新材料来以更高的速率接收、处理和传输数据,而传统的聚酰亚胺介电层需要用先进的材料(例如聚酰亚胺 (MPI) 和液晶聚合物 (LCP))进行修改。相反,这两种材料都具有出色的介电性能。 5G频率的特点。 LCP 被认为是 5G 的首选材料有几个原因,包括它适用于更高频率和天线相关组件。在激光加工中,轮廓切割/深铣是在 FPCB 制造中进行的,其中组件或组件的最终设计形状是从一块或一片材料上切割下来的。
用于全深度切割的强大紫外激光器
强大的混合紫外 (UV) 光纤激光器是印刷电路板制造中全深度切割的理想选择。 MKS Industrial Laser Applications 的研究人员在显微镜下验证了切割的质量:他们使用平均紫外线功率为 80 W 和最高 400 µJ 的 Quasar 光谱物理激光器进行了一系列切割实验。冲动。测试了基于 LCP 的 FPCB 材料,包括 LCP 裸片和 LCP 覆铜板。 Quasar 激光器提供可编程时移脉冲技术的灵活性,可在从单脉冲到 3.5 倍的宽脉冲重复频率 (PRF) 范围内研究一系列同步输出脉冲(脉冲宽度、脉冲模式、脉冲)兆赫...所有测试均使用用于高速多通道处理的 2 轴扫描振镜、F-Theta 透镜 (f = 330mm) 结合可变光束望远镜来研究焦距长度范围 (20-35 µm , 直径 1 / e2)。
茎测量问题
激光的切割深度很大程度上取决于施加在材料上的能量。将激光束的脉冲强度保持在规定范围内是非常重要的,但是测量激光束并不容易,因为激光束的峰值功率由于高脉冲和短脉冲能量而高。光束的平均或不连续功率只能用能够承受更高功率密度的合适传感器测量。在新开发的涂层中,Ophir F80 (120) a-CM-17 等热传感器可以在上述应用中测量来自紫外激光器的纳秒脉冲。由于其独特的吸收器,传感器不受烧蚀(通常由非常短的脉冲引起)的影响,并且可以承受高达 7 kW / cm2 在 80 W 时的高电密度。
使用 LCP 刀片实现最佳切割效果 除了施加在材料上的能量外,许多其他参数也会影响切割质量。该系列的第一个实验是在厚度为 50 μm 的裸 LCP 板上进行的。初步测试表明,聚酰亚胺等材料的紫外烧蚀阈值相对较低。然而,与聚酰亚胺不同的是,LCP 对过热很敏感,需要仔细优化工艺以防止熔化和燃烧。使用短激光脉冲持续时间 (~ 2–3 ns) 和中高 PRF 脉冲能量 (> 750 kHz) 可获得最佳切割效果。
这些图像显示了质量非常好的纳秒紫外脉冲,几乎没有或没有熔化和燃烧的迹象。横截面视图显示了没有熔体再循环的精细织构机加工表面(即“光滑”表面)。该部分在该部分的输出侧显示了一些“通道”。这是由于高/低脉冲重叠过程的性质以及随着深度发生的消融直径减小,导致切口出口侧的消融点几乎不同。在实践中,可以通过随着切削深度的增加降低光束的扫描速度来减少或消除这种影响。通过以 8 m / s 的扫描速度执行 13 次重叠扫描,实现了大约 615 mm / s 的净切割速度。
用于镀铜 LCP 层压板的高脉冲能量
我们还将镀铜 LCP 层压板切割成两种不同的 Cu / LCP / Cu 层压板厚度:18/100/18 µm 和 9/25/9 µm。较厚的材料会带来特殊的挑战,较高的脉冲能量有助于防止雕刻扩展(例如,通过实施线/光栅共扫描过程)。无需测量高达 400 μJ 的类星体激光脉冲的高能量。使用时移激光脉冲匹配函数研究了各种条件,包括短脉冲和长脉冲以及突发模式输出。在较长的脉冲 (10 ns) 下,切削速度为 100-120 mm / s,该牌号的毛刺边缘可能较少,但氧化点较高。另一方面,较短(2.5 ns)的脉冲较慢(90 mm / s),边缘误差较高,但氧化较少。使用短脉冲 (2 ns) 可获得最佳的整体效果,最大切割速度为 130 mm / s,并且在凿高度和氧化率方面具有合理的质量。
显微图像显示,通过仔细的工艺优化和输出脉冲强度同步,可以实现良好的整体质量。前面介绍的切割良好的 LCP 是预切割的,尽管它是用黄铜外套切割的。此外,由于 LCP 铜的壳强度通常低于聚酰亚胺,因此需要注意的是,在 Cu-LCP 界面处没有分层的迹象。使用更薄的 9/25/9 µm 叠层也可以看到类似的结果,但净剪切速率明显大于 350 mm/s。
光学显微镜清楚地显示了氧化物和熔融铜部分的生长,例如毛刺、锋利边缘等,这是由于用所谓的高光脉冲激光处理铜而产生的。扫描电子显微镜 (SEM) 是研究精细表面结构及其准调制的另一种方法,用于进一步分析切割样品。
薄氧化物的光学效应和先前熔化的铜的色散/反射特性在电子和光学显微镜下不太清楚,因此可以注意实际的表面尺寸,例如:B.调制,边缘平滑度等。这里SEM 记录显示清洁和准确的机器性能以及高表面质量。
应特别注意 LCP 切割边缘的平滑度和矩形形状,铜管切割边缘没有可见的“扭曲”或凹陷。并且已经证实 LCP 和 Cu 层之间的结合保持良好。仔细观察还可以看到 LCP 的光滑、均匀的表面,没有被管道切割的铜边的痕迹。
高品质外科认可的紫外激光器
新材料通常与新技术和生产工艺同步,测量设备也必须相应调整。在 5G 移动设备中,高数据速率和高速电子设备需要用 FPCB 代替传统的聚酰亚胺介电材料,在许多情况下,还需要 LCP 薄膜和层压板。为了优化这些材料的制造工艺,需要选择最合适的激光技术,调整参数,并在使用激光时,通过合适的设备定期检查所使用的激光束的能量。在 MKS 实验室进行的实验表明,使用高功率物理类星体紫外激光和广谱脉冲可取得出色的手术效果。时移脉冲技术固有的灵活性有助于适应材料的不同热和光学特性,从而开发出高效、高质量的激光切割工艺。
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