PCB行業中的UV雷射加工應用

2020-12-14 OFweek維科網

  對於電路板行業的雷射切割或者鑽孔,只需幾瓦或十多瓦的UV 雷射即可,無需千瓦級別的雷射功率,在消費類電子產品、汽車行業或機器人製造技術中,柔性電路板的使用變得日趨重要。由於UV雷射加工系統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 雷射鑽孔與切割的首選。

  圖1:CO2雷射(左)與 UV 雷射(右)的切割槽比較。UV 雷射產生熱效應較小,其切割邊沿乾淨、整齊。

  如今,雷射系統配置的長壽命雷射源已基本接近免維護,在生產過程中,雷射等級為1級,安全無需其他保護裝置。LPKF雷射系統配備吸塵裝置,不會造成有害物質的排放。加上其直觀易操作的軟體控制,使得雷射技術正在取代傳統機械工藝,節省了特殊刀具的成本。

  CO2雷射還是UV 雷射?

  例如PCB分板或切割時,可以選擇波長約為10.6μm 的 CO2 雷射系統。其加工成本相對較低,提供的雷射功率也可達數千瓦。但是它會在切割過程中產生大量熱能,從而造成邊緣嚴重碳化。

  UV 雷射波長為355 nm。這種波長的雷射束非常容易光學聚焦。小於20瓦雷射功率的UV 雷射聚焦後光斑直徑只有20μm – 而其產生的能量密度甚至可媲美太陽表面。

  UV 雷射加工的優勢

  UV 雷射尤其適用於硬板、軟硬結合板、軟板及其輔料的切割以及打標。那麼這種雷射工藝究竟有哪些優點呢?

  在SMT行業的電路板分板以及PCB行業的微鑽孔等領域,UV 雷射切割系統展現出極大的技術優勢。 根據電路板材料厚度的不同,雷射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。如果累積的雷射脈衝低於穿透材料所需的雷射脈衝,只會在材料表面上出現劃痕;因此,可以在材料上進行二維碼或者條形碼的打標,以便後續製程的信息追蹤。

  

  圖2:一個基板多個元器件,即使緊貼線路也可安全分板。

  UV雷射的脈衝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,因此無需考慮其產生的熱量對元件造成的損壞。靠近邊緣的線路和焊點完好無損,無毛刺。

  此外,LPKF UV雷射系統集成CAM 軟體可直接導入從CAD中導出的數據,對雷射切割路徑進行編輯,形成雷射切割輪廓,選擇適用於不同材料的加工參數庫,就可以直接雷射加工。該雷射系統既適合大批量的量產加工,也適用於試樣生產。

  鑽孔應用

  電路板中的通孔用於連接雙面板的正反面間線路,或用於連接多層板中任意層間線路。為了其導電,需要在鑽孔後將孔壁鍍上金屬層。如今採用傳統的機械方法已經無法滿足鑽孔直徑越來越小的要求:儘管提高了主軸轉速,但精密鑽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,從經濟層面考慮,易於磨損的刀具耗材也是一個限制性因素。

  針對柔性電路板的鑽孔,LPKF公司研發了一種新型的雷射鑽孔系統。LPKFMicroLine 5000雷射設備配有533mm x 610 mm的工作檯面,可以卷對卷的自動化作業。鑽孔時,雷射可以先從孔的中心出發切出微孔輪廓,這比普通方法更為精確。系統可以在高徑深比的情況下,在有機或非有機的基板上鑽制最小直徑為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

  在電子組件製造過程中,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被應用於多層電路板中。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;根據電路設計,一些區域的半固化片需要事先切割開窗然後被壓合。

  

  圖3:通過雷射工藝可以在敏感的覆蓋層上形成精確的輪廓。

  類似的過程也適用於FPC覆蓋膜。覆蓋膜通常由聚醯亞胺以及厚度為25μm或12.5μm的膠層構成,且容易變形。單個區域(例如焊盤)無需覆蓋膜遮蓋,以便後期進行裝配、連接等工作。

  這種薄性材料對於機械應力非常敏感——靠非接觸式的雷射加工可以輕鬆完成。同時,真空吸附臺能夠很好固定其位置,保持其平整度。

  軟硬結合板加工

  在軟硬結合板中,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上方並沒有和剛性PCB壓合粘接在一起,通過雷射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,形成軟硬結合板。

  這樣的定深加工同樣適用於多層板中表面嵌入集成元件的盲槽加工。UV雷射會精確切割從多層電路板中分離出來的目標層的盲槽。在該區域內,目標層與其上面所覆蓋的材料不可形成連接。

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