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PCB/柔性电路板制造中的激光应用

发表时间:2020-03-17 16:34
文章附图

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PCB VS柔性电路板

作为重要的电子连接件,PCB几乎用于所有的电子产品上,被称为是“电子系统产品之母”。只要有集成电路等电子元器件,都需要使用印制板进行电气互连。PCB从单面发展到双面、多层和挠性,不断地向高精度、高密度和高可靠性方向发展,并且不断地缩小体积、减轻成本、提高性能,使得PCB在电子设备的发展过程中,始终保持强大的生命力。

相对于硬式电路板,软板产品构造上由软性铜箔基板和软性绝缘层以接着剂(胶)贴附后压合而成,具有许多硬性印刷电路板不具备的优点。利用柔性电路板可大大缩小电子产品的体积,适用电子产品向高密度、小型化、高可靠方向发展的需要。


PCB及柔性电路板FPC是3C行业中的重要元件和线路连接载体。


随着电子行业智能化的不断发展,PCB以及柔性电路板FPC,越做越小,越做越薄,容纳的电子元器件也越来越多,对加工精密度的要求也越来越高。与此同时,激光在PCB以及柔性电路板上的应用也越来越广泛!




02
PART

激光在PCB及FPC制造中的应用


在未来更小、更复杂的柔性电路板将成为未来的发展方向,传统的加工方式很难满足该加工需要,为了实现更加精细化的柔性电路设计,需要更加精细化的加工解决方案。


1、激光打标


激光打标是激光加工最大的应用领域之一。激光打标的原理是利用高能量密度的激光对材料进行局部照射,使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应,从而留下永久性标记。由于大多数材料对紫外光都有较好的吸收,可以通过它对大多数材料的表面进行精细打标,可以打出各种图案、文字和符号等。非接触式加工,无耗材,环保无污染,完全符合现有PCB以及柔性电路板行业高品质标记要求。能弥补丝印加工的不足,逐渐成为PCB标记的最佳加工工具,在电路板行业发挥着举足轻重的作用!同时打标效果的对比度较高,易于识别。如下图所示:



紫外激光打标机,具有高能量的激光束,在作用于PI等高分子聚合物材料时能够将光能转变为化学能,在精密度激光束的作用下,部分连接物质原子和分子的化学键发生变化,从而达到表面处理的目的。在加工过程中,由于加工时间段、能量集中,几乎不会损伤加工物品表面。在未来,激光技术将有力给予现在柔性加工更加精细化的加工解决方案,为未来柔性电路向更小、更复杂化提供有力的保障。


与传统印刷技术相比,激光打标技术具有多种优势性能:


1)品质好、耐磨性强;

2)加工精度高;

3)效率高、操作简单、降低成本;

4)无损打标;

5)使用范围广、安全环保;

6)性能稳定、设备使用寿命长;


2、激光切割的优势

1)精度高;

2)切缝窄;

3)切割面光滑;

4)速度快;

5)质量好,无损伤;

6)不受材料性质影响;

7)节约模具;

8)节省材料;

9)提高样品出厂速度;

10)安全环保;


切割PCB硬板

紫外激光器在PCB生产中的应用,还包括切割较厚的PCB硬板。PCB硬板由FR4等基于玻璃纤维的多聚物组成。从分板到曲线切割都需要用到激光切割,下图的样品,是使用15 W的激光器,从一片0.445 mm厚的硬板中切下的10 mm2正方形。激光器的脉冲宽度和多种重复频率使材料的热效应得到控制,也降低了碳化物残留的产生,由此平衡了产出与质量的矛盾。下图样品便是以7.5 mm/sec的平均速度加工完成的。



切割柔性电路板的覆盖膜

覆盖膜用于保护脆弱的导体。它构成了多层电路板组装元件之间的绝缘区域,用于环境隔绝和电绝缘。覆盖膜是由一层12.5到25微米厚的聚酰亚胺通过黏合剂附着于剥离纸上组成。覆盖膜需要按照特定形状切割,同时要避免伤到剥离纸。这样,成型的覆盖膜即可从剥离纸上较容易的揭下来。下图展示的样品来源于功率12 W的激光器,以400 mm/sec的平均速度,对25微米厚的聚酰亚胺薄膜进行的高质量切割。如果使用15 W的激光器,500 mm/sec或更高的切割速度也可能达到。




3、绿光/紫外PCB激光切割机加工PCB电路板的优势


1)与CO2激光相比适用的材料更加广泛,除了铝基板,几乎所有材料产品都可以加工。另外紫外光和绿光的波长更短,脉宽小,热影响小,不会出现烧焦现象。

2)非接触式加工,可针对任意图形加工不受影响,因而在PCB电路板行业中相比较于传统加工方式无需做任何调整,能够有效提升响应速度,针对任何曲线加工。

3.加工效果好,激光的波长短,热影响小,切割边缘是光滑的,不会对PCB电路板产生任何应力,不会使板子变形。

4)切割精度高,采用相机定位,切割缝隙小于50微米,切割位置精度高。

5)操作过程简便,软件自动控制,可对接自动上下料机构,节省人工成本。




03
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应用案例


1、自贸激光Lighting系列

紫外激光切割机主要是针对0.8mm以下的PCB板切割,超过0.6mm加工效率相对就较慢,主要是薄板切割。不过紫外激光切割的精度更高,热影响更小。

PCB薄板激光切割样品

自贸激光35W的绿光激光切割机主要是较厚PCB板切割,目前平均功率35W的绿光激光切割机的加工厚度可达到2mm,加工速度可以做到3mm/s,相对于紫外激光切割机而言可加工厚度更高,加工效率更高。



FPC切割、钻孔

该市场已经是一种成熟的机型,主要采用的是紫外激光切割机,可实现对FPC材料的切割、钻孔,同时可以针对FPC覆盖膜产品实现卷对卷,卷对张切割。





最后观点:

随着全球5G时代的到来,手机材质及制造工艺将为适应5G新技术而发生改变,新一轮商机将为激光设备提供商带来了巨大的经济效益。新的市场需求将释放并惠及产业链各环节,从5G商用设备和产品的研发趋势看,PCB及柔性电路板行业将成为最大的受益方之一。PCB及柔性电路板可以说是电子产品的输血管道。柔性电路板具有配线密度高、轻薄、可弯曲、可立体组装的优点,和市场发展趋势配适度高,需求日益旺盛。行业快速发展的同时,柔性电路板的加工技术也在不断革新。


在电子行业中,大部分的制造环节都离不开激光加工应用,先进激光加工技术的生产效率与精密加工特性,决定了电子制造中其地位的重要性,激光打标、激光焊接、激光切割、激光打孔、激光蚀刻、LDS激光直接成型等广泛应用于电子制造中。激光加工技术的大规模应用,将为激光设备提供商带来了巨大的经济效益。



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