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鍵盤|可持續高效的微加工解決方案——用高能、大功率、納秒紫外激光切割5G柔性PCB材料

手機行業鍵盤設計師

鍵盤|可持續高效的微加工解決方案——用高能、大功率、納秒紫外激光切割5G柔性PCB材料

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鍵盤|可持續高效的微加工解決方案——用高能、大功率、納秒紫外激光切割5G柔性PCB材料

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激光技術極大地改善了微機械應用 ， 并繼續對先進的電子封裝和印刷電路板（PCB）制造產生強大影響 ， 有助于推動性能提高、功耗降低的設備的發展 。 脈沖紫外激光技術尤其為大批量生產應用鋪平了道路 ， 采用了更一致、更環保的工藝 。 同時 ， 測量行業也迫切需要跟上最新激光發展的步伐 。 因此 ， 這兩個領域的同步研究和創新對于進一步改進工藝鏈和評估如何使用敏感材料至關重要 。
支持5G移動通信的新材料
移動設備市場是先進電子封裝和印刷電路板（PCB）制造業發展的驅動力之一 ， 激光技術發揮著關鍵作用 。 從FR4等厚纖維復合材料到薄柔性層壓板（柔性PCB或FPCB） ， 一組高度多樣化的材料現在可以使用多種激光源以多種方式進行加工 。 其中一個發展是5G移動通信 ， 它可以顯著提高無線數據速率 。 毫不奇怪 ， 新材料被要求以更高的速度接收、操作和傳輸數據 ， 傳統的聚酰亞胺介電層必須被改性聚酰亞胺（MPI）和液晶聚合物（LCP）等先進材料所取代 ， 這兩種材料在5G頻率下都具有優異的介電性能 。 出于各種原因 ， 包括其對更高頻率以及天線相關組件的適用性 ， LCP被視為5G的首選材料 。 在激光加工方面 ， 在FPCB制造中進行全深度輪廓切割/布線 ， 其中設備或組件的最終設計形狀從材料板或腹板上切割 。
在厚度為100um的銅箔上鉆孔 ， 20WFORMULA系列激光器的效率比15W提升了60％ ， 達到250 mm／s 。
用于全深度切割的高功率紫外激光器
高功率紫外（UV）混合光纖激光器非常適合FPCB制造中的全深度切割 。 MKS工業激光應用研究人員更仔細地觀察了切割的質量：他們使用光譜物理類星體激光器進行了一系列切割實驗 ， 該類星體激光器的平均紫外功率為80 W ， 每脈沖高達400μJ 。 測試了基于LCP的FPCB材料 ， 包括裸LCP板和覆銅LCP層壓板 。 類星體激光器提供了時移可編程脈沖技術的靈活性 ， 允許在從單次激發到3.5 MHz的寬脈沖重復頻率（PRF）范圍內探索一系列時間定制的脈沖輸出（脈沖寬度、脈沖模式、脈沖整形） 。 所有測試均使用用于高速多程處理的2軸掃描檢流計進行 ， f-θ物鏡（f=330 mm）與可變光束擴展望遠鏡相結合 ， 以探索焦距范圍（20–35μm ， 1/e2直徑） 。
測量光束的挑戰
激光的切割深度在很大程度上取決于施加在材料上的能量 。 保持激光束的脈沖能量在規定范圍內是非常重要的 ， 但是測量激光束并不容易 ， 因為高脈沖能量和短脈沖導致激光束的峰值功率很高 。 只有使用能夠承受更高功率密度的專用傳感器 ， 才能測量光束的平均功率或間歇功率 。 通過使用新開發的涂層 ， Ophir F80（120）a-CM-17等熱傳感器能夠在上述應用中測量納秒脈沖紫外激光 。 由于其獨特的吸收體 ， 傳感器不會受到通常由非常短的脈沖引起的燒蝕的影響 ， 并且可以在80 W時承受高達7 kW/cm2的高功率密度 。
使用LCP板材實現最佳切割效果除了應用于材料的能量外 ， 還有許多其他參數會影響切割質量 。 該系列的第一次試驗是在厚度為50μm的裸LCP板材上進行的 。 初步試驗表明 ， 與聚酰亞胺類似 ， 該材料在紫外光下的燒蝕閾值相對較低 。 然而 ， 與聚酰亞胺不同 ， LCP對過度加熱敏感 ， 需要仔細優化工藝以避免熔化和炭化 。 最佳切割結果是使用短激光脈沖寬度（~2–3 ns）和在高PRF（>750 kHz）下提供的適度脈沖能量 。 圖1中的光學顯微鏡圖像顯示了最終切割的入口、出口和橫截面視圖 。

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