專利名稱:一種紫外激光切割撓性印刷電路板的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域:
奔發(fā)明涉及激光加工方法,尤其涉及一種紫外激光切割撓性印刷電路
板的工藝方法。
背景技術(shù):
撓性印刷電路板的英文名稱為Flexible Printed Circuit Board, 簡稱FPCB或FPC,它是一種利用撓性基材制成的具有圖形的印刷電路板, 由絕緣基材和導(dǎo)電層構(gòu)成,絕緣基材和導(dǎo)電層之間可以有粘結(jié)劑。由于其 具有可連續(xù)自動化生產(chǎn),配線密度高,重量輕、體積小,配線錯誤少,可 撓性及可彈性改變形狀等特性,被廣泛應(yīng)用于消費性電子產(chǎn)品,如數(shù)碼相 機、手表、筆記本電腦、TFT-LCD等。
撓性印刷電路板具有以下特點
1. 可進行撓曲和立體組裝,取代很多轉(zhuǎn)接部件,達到最大使用有效空
間;
2. 可制造更高密度或更精細節(jié)距的產(chǎn)品;
3. 可采用巻繞的傳送滾筒加工方法(Roll-to-Roll),易于自動化、 量產(chǎn)化,從而大大提高了生產(chǎn)率,達到經(jīng)濟性的生產(chǎn)。
對FPC的切割加工來說,傳統(tǒng)的方式是采用開模具,然后通過模具進 行機械沖壓的機加工方式。由于傳統(tǒng)的加工方法是一種接觸式的機械加工 方式,其本身不可避免地會存在一些不足之處。首先,由于FPC產(chǎn)品的線 路密度和節(jié)距不斷提高,加之FPC圖形輪廓也越來越復(fù)雜,這就使得制作 FPC模具的難度越來越大。對于一般復(fù)雜度的FPC來說,制作模具的難度 大,制作周期變長,進而導(dǎo)致加工成本的大幅提升;而對于一些復(fù)雜度很高的FPC樣品來說,這種非常復(fù)雜的模具制作已無法實現(xiàn),所以必須考慮
采用其他的加工方式來實現(xiàn)對這些很復(fù)雜的FPC進行切割加工。其次,由 于機械加工自身的不足,使得制作出來的FPC模具不可能達到很高的精度 面,對FPC加工精度的進一步提升產(chǎn)生了瓶頸。目前一般的模具加工能達 到士50um的精度,而要想達到士20um以下的精度就非常困難,甚至無法 做到。再次,由于傳統(tǒng)的FPC切割加工是一種接觸式的機加工方法,必然 會對FPC產(chǎn)生加工應(yīng)力,可能造成FPC的物理損傷。此外采用機加工的方 式對覆蓋膜進行開窗作業(yè)時,難免會在窗口附近產(chǎn)生沖型后的毛刺和溢膠 (如圖l所示),而這種毛刺和溢膠在經(jīng)貼合、壓合、上焊盤后很難去除, 直接影響到其后的鍍層的質(zhì)量。最后,F(xiàn)PC切割加工是生產(chǎn)FPC樣品各道 工序中非常關(guān)鍵的一道工序,直接影響到整個FPC樣品的交貨周期,進而 決定FPC生產(chǎn)商能否從客戶手中拿到定單。而這關(guān)鍵的一步很大程度上取 決于生產(chǎn)商能否在最短的時間內(nèi)提供出合格的FPC樣品給客戶,如果專門 為一張FPC樣品做一套模具,最短也需要大概一天的時間,而且模具的加 工價格昂貴,費時費力, 一旦訂單沒有拿到,則這套模具就只能報廢,給 FPC生產(chǎn)廠商造成很大的損失。
發(fā)明目的
本發(fā)明的目的是為了解決上述背景技術(shù)存在的不足,提出了一種切割 效率高、切割面光滑,加工精度高的紫外激光切割撓性印刷電路板的工藝 方法,使其能有效彌補傳統(tǒng)機加工的不足,同時為生產(chǎn)高端FPC產(chǎn)品(高 精度、高密度、高復(fù)雜度)在技術(shù)上提供必要的支持。
為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種紫外激光切割撓性 印刷電路板的工藝方法,其特征在于該方法采用輸出波長為0.4um以下的紫外激光器對撓性印刷電路板進行切割加工。
在上述方案中,所述紫外激光器的輸出波長最好為355nm。
在上述方案中,所述紫外激光器發(fā)出激光功率可以為5-7W;所述紫
外激光器發(fā)出激光的脈沖頻率可以為10-100KHz。
在加工過程中激光的掃描切割速度最好為80mm/s-160mm/s。 在加工過程中,依據(jù)撓性印刷電路板各部分材料的特性和厚度,可以 釆用不同的切割遍數(shù),保證材料被完全切斷。
激光切割技術(shù)是激光加工技術(shù)的重要組成部分,激光切割與其它切割 方法相比,最大區(qū)別是它具有高速、高精度和高適應(yīng)性的特點。除此之外, 它還具有割縫細、熱影響區(qū)小、切割面質(zhì)量好、切割時無噪聲、切縫邊緣 垂直度好、切邊光滑、切割過程容易實現(xiàn)自動化控制等優(yōu)點。
激光切割加工中依據(jù)被加工材料的不同特性及對不同波長的激光的 吸收程度不同,往往選擇某一特定波長的激光對材料進行加工,以期達到 最好的加工效果。考慮到FPC材料的特性,申請人選擇輸出波長在0.4um 以下,特別是355nm的紫外激光器來進行FPC的切割加工。該波長的激光 非常適合于處理聚合物材料。由于光束的衍射現(xiàn)象是限制加工部件最小尺 寸的主要因素,激光可達到的聚焦點的最小光斑直徑隨著波長的增加而線 性增加,因此較短波長的激光能夠加工出更小的部件。與紅外激光加工不 同,紫外激光微處理過程從本質(zhì)上來說不是"熱"處理過程,紫外激光高 能量的光子可以直接破壞材料的化學(xué)鍵,這一加工過程稱為"光蝕"效應(yīng)。 相比之下,可見光和紅外光激光器則是利用聚焦到加工部位的熱量來熔化 材料,會產(chǎn)生熱影響區(qū),而紫外激光加工是冷處理過程,熱影響區(qū)微乎其 微。另外,生產(chǎn)FPC的大多數(shù)材料吸收紫外光比紅外光更容易,高能量的紫外光直接破壞許多非金屬材料表面的分子鍵,使得這種"冷"加工出來 的部件具有光滑的邊緣和最低限度的炭化影響。
由于FPC是由各種材料壓合合成的高密度印刷線路板,對于板上不同
材料的特性和厚度也不相同,所需要的切斷材料的激光能量也有所不同。 考慮到切割過程中,激光能量的實時改變不是很方便,申請人采取在切割 加工過程中不改變激光能量而只改變不同材料部分的切割遍數(shù)的辦法來
進行加工。簡言之,就是對難切的、厚的材料切割遍數(shù)相應(yīng)增多;而對于 薄的、容易切的材料部分只切割一遍或少數(shù)幾遍。通過這種加工工藝處理, 就能保證整個FPC上的每一部分都被完全的切斷。為了給FPC上不同材料 部分設(shè)置不同的切割編數(shù),加工者在拿到用戶提供的GERBER文件后,對文 件進行簡單的預(yù)處理,依據(jù)不同材料的特性和厚度,設(shè)置相應(yīng)部分的激光 切割軌跡的切割遍數(shù)。
在紫外激光切割加工FPC的過程中,為了有效地減少激光"燒蝕"FPC
材料時產(chǎn)生的熱效應(yīng)而使切割邊沿碳化的現(xiàn)象,申請人采取了一種特殊的 加工工藝,即"高速多遍"的加工辦法。所謂"高速多遍"的加工方法, 就是在加工過程中把振鏡的掃描切割的速度調(diào)整到一個比較高的速度
(80ram/s-160誦/s),在振鏡高速掃描的前提下,依據(jù)FPC各部分材料的 特性和厚度,采用不同的切割遍數(shù),以保證材料被完全切斷。切割遍數(shù)的 設(shè)定原則以剛好切斷該部份材料而不進行多余的無用切割遍數(shù)為宜。通過 大量加工實踐表明,采用此種激光切割加工工藝加工出來的FPC樣品下, 切割邊緣的碳化現(xiàn)象被有效地減少,同時作用在FPC上的激光切縫也很窄
(約為30-40um),這樣就能保證加工出來的FPC樣品的尺寸滿足加工要 求,同時FPC的品質(zhì)也得到了有力的保障。
6本發(fā)明的優(yōu)點、效果
1、 FPC打樣的速度大大加快。 一般一張普通的FPC樣品采用本發(fā)明 所述工藝方法所需的加工時間為l小時左右,而采用傳統(tǒng)的開模具進行機 械沖壓的方法至少也要一天左右,大大節(jié)省了時間,提高的加工效率,節(jié) 省了模具的費用,降低了生產(chǎn)成本。
2、 采用本發(fā)明所述工藝方法不受FPC樣品復(fù)雜程度的限制(主要是依 靠軟件對GERBER文件進行處理),所以它能適應(yīng)FPC產(chǎn)量和種類的快速變 化,能夠滿足客戶在短時間讓產(chǎn)品樣品面市的要求。
3、 由于本發(fā)明所述工藝方法是一種采用激光作為加工工具的非接觸 式加工方法,不會對FPC產(chǎn)生加工應(yīng)力,不會有溢膠的出現(xiàn),大大降低毛 刺l出現(xiàn)的概率,切割面能夠做到平直圓滑,拐角干凈整齊。
4、 由于本發(fā)明所述工藝方法采用的是高精度和高速的振鏡及直線電 機工作臺相配合的動光式激光切割方法,能夠有效保證FPC的加工在一個 非常高的精度下完成,加工精度能夠達到士20um以下。對FPC生產(chǎn)過程 中產(chǎn)生的漲縮問題,也能通過軟件對相應(yīng)GERBER文件的補償處理而得以 有效解決。
5、 采用特有"高速多遍"的加工工藝,以及對激光能量的精細控制, 使得加工切割出來的FPC樣品具有非常窄的切縫和很小的碳化,有效地保 證了FPC樣品的尺寸和品質(zhì)。
圖1是現(xiàn)有機加工FPC覆蓋膜中的毛刺示意圖。
圖2是不同材料的激光切割遍數(shù)示意圖。
圖3是定位孔的選擇示意圖。圖中1為毛刺,2為金手指切割軌跡,3為覆蓋膜切割軌跡,Ql、 Q2、 Q3、 Q4為定位孔。
具體實施例方式
下面通過一個具體的FPC外形紫外激光切割加工實例來詳細說明本
發(fā)明的具體方法步驟
1. 采用紫外激光對FPC進行切割加工,選用的紫外激光器重要的參
數(shù)如下
輸出波長355nm 激光功率為5-7W 激光脈沖頻率10-100KHz
2. 打開紫外激光器,設(shè)置激光器相應(yīng)工作參數(shù)(包括電流、頻率、 工作模式),使激光器工作在額定電流和溫度下。此時激光器輸出波長為 355nm紫外激光,紫外激光通過擴束鏡、激光振鏡和聚焦透鏡后,到達工 作臺面的光功率為5W到7W之間。激光器工作器模式設(shè)置為M0DE—1 (首脈沖 抑制模式),使輸出的激光能量處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。
3. 為了設(shè)置FPC外形上不同材料部分的激光切割遍數(shù),要對客戶提 供的GERBER文件進行簡單預(yù)處理。這里采用DownStream Technologies LLC 公司提供的CAM350系列的9. 1.2版本對GERBER文件進行以下處理步驟
1) 多段線變換成圓?。?br>
2) 刪除文件中的重復(fù)線;
3) 判斷文件是否須要鏡像,根據(jù)材料的規(guī)定的擺放方向和實際加工 時的擺放方向進行相應(yīng)的處理。兩者方向相反,則對文件進行鏡像,否則
直接跳至下一步;4)依據(jù)FPC板上不同材料的位置和厚度設(shè)定GERBER文件相對應(yīng)的 激光切割軌跡加工遍數(shù),對于只有覆蓋膜的軌跡3部分設(shè)置加工遍數(shù)為一 遍,對有金手指的軌跡2 (—種有過孔的敷銅導(dǎo)電層)的部分設(shè)置6次加 工遍數(shù)(此種材料的切割遍數(shù)由加工實驗得到,對于其他材料也可以通過 加工實驗得到其確切的加工遍數(shù)),如圖2所示。設(shè)置加工遍數(shù)時,如某 個地方需要加工幾遍,就建立幾個新層,最后把所有的層合并到一個新層 中,這樣就能在GERBER文件設(shè)置各部分的激光切割遍數(shù)了。文件經(jīng)過預(yù) 處理后,由CAM350導(dǎo)出新的設(shè)置好激光切割遍數(shù)的GERBER文件,此文件 就可以直接導(dǎo)入FPC紫外激光切割系統(tǒng)軟件中,進行實際的激光切割加 工。
4. 應(yīng)用FPC紫外激光切割系統(tǒng)軟件導(dǎo)入上述經(jīng)過預(yù)處理的GERBER 文件后,選擇文件圖形中最外面的四個定位孔Q1、 Q2、 Q3、 Q4 (盡量使四 個定位孔構(gòu)成的四邊形接近矩形,如圖3所示);然后運用FPC紫外激光 切割系統(tǒng)CCD定位裝置,依次對四個定位孔進行加工定位,獲得定位孔的 實際加工坐標值,再通過定位孔實際座標值與理論座標值的映射變換,得 到最終的待加工的FPC實際激光切割軌跡;接著,對經(jīng)過映射變換的激光 切割軌跡進行離散分割,得到每一個振鏡加工幅面內(nèi)的激光掃描路徑和各 個振鏡加工幅面中心的工作臺運動的坐標。
5. 完成上述加工軌跡處理工作后,在開始激光切割加工前,設(shè)置振 鏡掃描速度到100mm/s,并依據(jù)FPC材料中覆蓋膜的層數(shù)(3層),在軟 件中設(shè)置整體激光切割3遍數(shù)(有幾層覆蓋膜就設(shè)置幾遍整體切割編數(shù))。 按照這樣設(shè)置以后,在整個激光切割加工過程中,就會對FPC上只有覆蓋 膜的部分切割3遍,而對于有金手指的地方切割3*6=18遍。采取這種整體設(shè)置激光切割加工遍數(shù)的方法, 一方面能保證FPC上不同材料部分都被 完全切斷又能大大降低各部分的碳化現(xiàn)象,同時還能大大減少文件預(yù)處理 的工作量,降低勞動強度。
完成上述所有步驟后,就可以開始加工了。采用上述切割工藝加工出
來的FPC,在加工精度、碳化程度、切縫寬度等方面都能達到非常理想的
加工效果,能很好地滿足客戶在加工品質(zhì)和加工效率方面的要求。
綜上所述,采用上述紫外激光切割加工工藝加工出來的FPC,具有切 縫細,切割面光滑、無毛刺,速度快,材料的變形小,保證產(chǎn)品不被劃傷, 無需任何模具制造,同時還能節(jié)省材料;利用該方法切割厚度可達l皿, 切割結(jié)果精密,側(cè)壁陡直,綜合精度高,可達土20um以內(nèi)或更高的精度; 加工圓孔不會出現(xiàn)伴隨熱效應(yīng)產(chǎn)生分層現(xiàn)象,鉆孔速度快、質(zhì)量好,具有 直接成型抗蝕、阻焊等材料的功能。該方法特別適合精細圖案加工,尤其 適合于新產(chǎn)品的快速開發(fā)。
權(quán)利要求
1、一種紫外激光切割撓性印刷電路板的工藝方法,其特征在于該方法采用輸出波長為0.4μm以下的紫外激光器對撓性印刷電路板進行切割加工。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外激光切割撓性印刷電路板的工藝 方法,其特征是所述紫外激光器的輸出波長為355nm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外激光切割撓性印刷電路板的工藝 方法,其特征是所述紫外激光器發(fā)出激光功率為5-7W。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外激光切割撓性印刷電路板的工藝方法,其特征是所述紫外激光器發(fā)出激光的脈沖頻率為10-100KHz。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外激光切割撓性印刷電路板的工藝 方法,其特征是在加工過程中激光的掃描切割速度為80mm/s-160mm/s。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外激光切割撓性印刷電路板的工藝 方法,其特征是在加工過程中,依據(jù)撓性印刷電路板各部分材料的特性 和厚度,采用不同的切割遍數(shù),保證材料被完全切斷。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l一6中任一權(quán)利要求所述的一種紫外激光切割撓性 印刷電路板的工藝方法,其特征是所述紫外激光器與振鏡及直線電機工作臺相配合對撓性印刷電路板進行動光式激光切割加工。
全文摘要
一種紫外激光切割撓性印刷電路板的工藝方法,其特征在于該方法采用輸出波長為0.4μm以下的紫外激光器對撓性印刷電路板進行切割加工。采用本方法加工出來的FPC,具有切縫細,切割面光滑、無毛刺,速度快,材料的變形小,保證產(chǎn)品不被劃傷,無需任何模具制造,同時還能節(jié)省材料;利用該方法切割厚度可達1mm,切割結(jié)果精密,側(cè)壁陡直,綜合精度高,可達±20um以內(nèi)或更高的精度;加工圓孔不會出現(xiàn)伴隨熱效應(yīng)產(chǎn)生分層現(xiàn)象,鉆孔速度快、質(zhì)量好,具有直接成型抗蝕、阻焊等材料的功能。該方法特別適合精細圖案加工,尤其適合于新產(chǎn)品的快速開發(fā)。
文檔編號B23K26/00GK101480758SQ20091006066
公開日2009年7月15日 申請日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者劉斌波, 浩 吳, 應(yīng)花山, 徐駿平, 橋 文, 江先明, 兵 胡, 黃道明 申請人:華中科技大學(xué);深圳市光華激光技術(shù)有限公司;武漢華源拓銀激光科技有限公司