UV激光切割在柔性线路板生产加工中的应用

2018-06-12 精莞盈FPC 121

  UV激光切割机能在高重复频率下提供高功率和高的稳定性和高工作效率的柔性线路板切割效果。在柔性线路板生产加工中应用UV激光切割可以获得聚焦光斑小、功率分布均匀、切割宽度小的优秀切割产品。在谈及柔性线路板厂家是否选择对柔性线路板采取UV激光切割时,很多客户对工艺的选择没有明确的认识。下面是精莞盈电子为大家介绍的UV激光切割是如何在柔性线路板加工中应用的,以及采取这种加工方式的优劣势。

  一、UV激光切割在柔性线路板生产加工中的应用简介

  激光是20世纪以来,在科技领域中继原子能、计算机、半导体之后,人类的又一重大发明,堪称新时代的“四大发明”之一。自1917年爱因斯坦提出了一整套受激辐射放大理论,直到1960年第一台激光器才正式问世。如今柔性线路板厂家在生产加工柔性线路板的过程中,激光切割机的运用已经非常普遍。基本每个柔性线路板厂家都配有UV激光切割机。主要用于线路板的激光切割或者钻孔。加工柔性线路板时,常用的是功率几瓦的激光。这种激光切割的加工方式加工出来的柔性线路板更加具有柔韧性、加工精度高、加工效果可以灵活控制。

  二、UV激光切割和CO2激光切割对比

  

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  图1:CO2激光(左)与 UV 激光(右)的切割槽比较。

  如上图所示,柔性线路板生产中采用不用的激光切割方式,产品割槽在放大镜下观察到的形态有明显的区别。UV 激光产生热效应较小,其切割边沿干净、整齐。而CO2激光切割加工生产的柔性线路板割槽边缘有不规则锯齿,割槽不整齐,割槽附近的区域受到破坏。

  另外一方面,柔性线路板在生产切割时选择CO2 激光系统,加工成本相对较低,提供的激光功率也可达数千瓦。但是它会在切割过程中产生大量热能,从而造成边缘严重碳化。

  UV 激光波长为355 nm。这种波长的激光束非常容易光学聚焦。小于20瓦激光功率的UV 激光聚焦后光斑直径只有20μm – 而其产生的能量密度甚至可媲美太阳表面。

  三、UV激光加工生产柔性线路板的优势

  UV 激光尤其适用于硬板、软硬结合板、软板及其辅料的切割以及打标。那么这种激光工艺究竟有哪些优点呢?

  1.随着科技发展,激光系统配置的长寿命激光源已基本接近免维护,在生产过程中,激光等级为1级,安全无需其他保护装置。激光系统配备吸尘装置,不会造成有害物质的排放。加上其直观易操作的软件控制,使得激光技术正在取代传统机械工艺,节省了特殊刀具的成本。

  2.在SMT行业的柔性电路板分板以及PCB行业的微钻孔等领域,UV 激光切割系统展现出极大的技术优势。 根据电路板材料厚度的不同,激光沿着所需的轮廓一次或者多次切割。材料越薄,切割的速度越快。如果累积的激光脉冲低于穿透材料所需的激光脉冲,只会在材料表面上出现划痕;因此,可以在材料上进行二维码或者条形码的打标,以便后续制程的信息追踪。

  

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  图2:一个基板多个元器件,即使紧贴线路也可安全分板。

  3.UV激光的脉冲能量仅在材料上作用微秒级的时间,在切口旁的几微米处,已无明显热影响,因此无需考虑其产生的热量对元件造成的损坏。靠近边缘的线路和焊点完好无损,无毛刺。

  4.此外,UV激光系统集成CAM 软件可直接导入从CAD中导出的数据,对激光切割路径进行编辑,形成激光切割轮廓,选择适用于不同材料的加工参数库,就可以直接激光加工。该激光系统既适合大批量的量产加工,也适用于试样生产。

  四、UV激光切割在柔性线路板加工生产中应用于钻孔

  电路板中的通孔用于连接双面板的正反面间线路,或用于连接多层板中任意层间线路。为了其导电,需要在钻孔后将孔壁镀上金属层。如今采用传统的机械方法已经无法满足钻孔直径越来越小的要求:尽管提高了主轴转速,但精密钻孔刀具的径向速度会因直径太小而降低,甚至无法完成要求的加工效果。另外,从经济层面考虑,易于磨损的刀具耗材也是一个限制性因素。

  针对柔性电路板的钻孔,目前已经有一种新型的激光钻孔系统,可以卷对卷的自动化作业。钻孔时,激光可以先从孔的中心出发切出微孔轮廓,这比普通方法更为精确。系统可以在高径深比的情况下,在有机或非有机的基板上钻制最小直径为20μm的微孔。柔性电路板、IC基板或HDI电路板都非常需要这样的精度。

  五、 UV激光切割在柔性线路板加工生产中应用于半固化片切割

  在电子组件制造过程中,哪些情况要求切割半固化片材料?早在初期,半固化片材料就已经被应用于多层电路板中。多层电路板中的各个电路层通过半固化片的作用被压合在一起;根据电路设计,一些区域的半固化片需要事先切割开窗然后被压合。

  

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  图3:通过激光工艺可以在敏感的覆盖层上形成精确的轮廓。

  类似的过程也适用于FPC覆盖膜。覆盖膜通常由聚酰亚胺以及厚度为25μm或12.5μm的胶层构成,且容易变形。单个区域(例如焊盘)无需覆盖膜遮盖,以便后期进行装配、连接等工作。

  这种薄性材料对于机械应力非常敏感——靠非接触式的激光加工可以轻松完成。同时,真空吸附台能够很好固定其位置,保持其平整度。

  六、UV激光切割在柔性线路板生产中应用于软硬结合板加工粘结

  在软硬结合板中,将刚性PCB与柔性PCB压合一起形成多层板。压合过程时,柔性PCB上方并没有和刚性PCB压合粘接在一起,通过激光定深切割把覆盖在柔性PCB上面的刚性盖子切割、分离,留下柔性部分,形成软硬结合板。

  这样的定深加工同样适用于多层板中表面嵌入集成元件的盲槽加工。UV激光会精确切割从多层电路板中分离出来的目标层的盲槽。在该区域内,目标层与其上面所覆盖的材料不可形成连接。

  七、UV激光切割在柔性线路板生产中应用于高效分板

  SMT后分板即切割多种电子元器件已被装配的电路板,该工序已经处在生产链的末端。对于分板,可选择不同的技术:对于通常用的PCB,优先考虑使用传统的刀切、冲压和轮廓铣削等工艺。对于较为复杂的电子线路以及薄型基板尤其是对机械应力、粉尘和尺寸偏差非常敏感的情况,则采用UV激光切割分板更有优势。以下三个图表从不同因素对这三种方法进行了评估。

  

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  图4:分板方法比较:其他方法无法达到 UV激光器的分板质量。

  对于完整轮廓的切割,根据使用的不同激光源,建议切割材料厚度不超过1.6mm。针对某些较厚的材料,以及价格昂贵的装配组件,优先考虑安全和质量层面,而切割时长则是其次。

  

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  图5 : 在 Tab-Cut 中,激光切割断点分板。

  切割断点分板,激光系统会通过一个前面所述的加工过程切断连接点。这个切割过程可紧挨靠近边缘的元器件进行,对于较厚的电路板来说也是非常经济的。

  八、UV激光切割在柔性线路板生产加工中其他应用领域

  由于UV激光波长较短,可适用于大多数的材料加工。例如,在电子工业领域可将其用于:

  1、加工TCO/ITO玻璃且基底无损伤

  2、 在柔性或薄型材料上钻孔

  3、 阻焊层或覆盖膜开窗

  4、刚柔/柔性电路板分板

  5、开槽

  6、 已装配或未装配电路板的返修

  7、切割烧结陶瓷

  8、 精密切割 LTCC

  不仅限于对电路板的加工,UV激光系统还可在一个加工作业中同时完成LTCC组件的切割、直写和钻孔。

  UV激光切割工艺的高精密性,让我们的电子产品能在最小的空间,实现更多的智能化。柔性线路板的生产加工是一项技术密集型活动。在这个生产加工过程中,对设备和工艺的要求越来越高。UV激光切割也就自然在柔性线路板加工生产中运用越来越广泛。随着3D打印技术等新型工艺技术的成熟,激光切割生产方式或许会被取代,但是UV激光切割在人类科技发展上是一大进步。在为了我们柔性线路板的生产加工方式不论如何变化,大家都会记得UV激光切割为柔性线路板发展带来的成就。



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