日期:2019-04-11 来源:作者:梁波静
覆盖膜在与 FPC线路层贴合前 ,需根据线路设计要求 ,在相应位置切割大小 、形状不同的窗口(行业内亦称为PI膜开窗) 。在过去很长一段时间 ,PI膜的切割主要用传统的模切方式实现,该工艺存在加工精度低 、制造成本高等问题,且随着电子电路设计向小型化和高密度化发展 ,传统的模切方式已日渐不能满足设计的要求 。
利用激光进行PI 覆盖膜切割 ,不仅切割精度高,还可省去高额的模具费用 ,产品合格率亦高 ,能够大大降低生产成本 ,提高产品质量 ;激光采用的是无接触式加工 ,如激光光源的选型以及工艺方法得当 ,则不会对加工材料造成如模切方式产生的拉伸变形 、压伤等损伤 ;因激光的聚焦光斑仅有几十微米 ,能够实现高密度线路和微孔的加工 ,这一优势正迎合了电路设计的发展步伐 ,是PI 覆盖膜开窗最理想的加工工具 。
目前 ,PI覆盖膜切割主要为纳秒紫外激光工艺 ,其紫外激光器波长一般为355nm ,单光子能量约为 3.5EV,在PI的化学键结构中 ,C-C 键和C-N键的化学键的键能约为3.4EV ,略低于355nm波长紫外激光的单光子能量,当该波长的紫外激光作用在材料上时 ,可直接将这两种化学键打断 ,这亦是紫外激光能够切割PI材料的原因 。
虽然纳秒紫外激光相较于传统的模切方式更前进了一步,但在实际应用过程中仍存在一些问题:
1.激光的光子能量在达到或高于材料化学键的键能的同时,其能量密度亦达到材料的热损伤阈值 ,当激光与材料相互作用时,已不仅只是光化学作用 ,还存在光热转换及传递过程 ,随着热量的产生和积累 ,材料温度不断上升 ,研究表明 ,当 PI 材料温度高于600℃时 ,相对于 C元素 ,N和O两种元素的比例会不断减小 ,最终材料中主要以C元素为主 ,即材料发生碳化 ,碳化的材料极易造成线路间的短路 ,尤其是微短路 ,不仅给产品维修检测带来很大困难 ,而且影响产品合格率 ,虽然在实际应用过程中可通过优化工艺参数减小碳化的程度 ,但仍难做到绝对的保障 。下图为使用纳秒紫外激光器工艺做的厚度分别为 0.5mil和1mil的 PI膜开窗的图例 ,在 50 倍放大状态下 ,可见有轻微碳化现象 ;
2.目前市面上的纳秒紫外激光器的脉冲宽度均为纳秒级别 ,其单个脉冲持续时间为10-9S ,根据材料吸收激光能量转化为热能的扩散距离公式 L = [4Dt]1/2,其中 D为材料热扩散率 ,t为激光脉冲宽度 ,由此可知当材料一定时,激光脉冲宽度越大 ,激光产生的热能在材料上的扩散距离越大 ,也就是说对材料的热损伤越大 ,当在加工高密度孔时,极易导至孔与孔之间 PI材料的热变形 ,甚至是熔断 。
与纳秒紫外激光相比 ,皮秒紫外激光具有以下优点:
1.激光脉冲宽度更窄 ,仅为 10-12S,从上述材料吸收激光能量转化为热能的扩散距离公式可知 ,这将大大减小激光加工材料时的热扩散距离 ,降低激光对材料的热损伤 ;
2.因脉冲宽度变窄 ,激光单脉冲峰值功率成倍增加 ,提升了激光加工材料的能力 。下图为韵腾激光实验室使用皮秒紫外激光器工艺做的厚度分别为 0.5mil和1mil的 PI膜开窗的图例 ,将切样在 50倍放大状态下观察,PI 覆盖膜切割后边缘很平整 ,下层环氧树酯以及PI 材料本身未见有碳化现象 。
经过上述试验 ,新葡萄8883官网最新版得出皮秒紫外激光相比纳秒紫外激光在 PI 覆盖膜开窗上加工质量更好 ,适合高品质的加工需求 。激光工艺的选择取决于产品的品质要求 ,在保证质量的前提下 ,低价格段对应的激光工艺是最合理的选择 。