視頻      在線(xiàn)研討會(huì)
半導(dǎo)體激光器 激光切割 激光器
新聞聚集
高功率紫外納秒激光器在5G電路板材料上的“摩擦”
材料來(lái)源:MKS光學(xué)與運(yùn)動(dòng)控制          

激光加工對(duì)印刷電路板 (PCB) 制造一直有著巨大的影響,推動(dòng)整個(gè)行業(yè)開(kāi)發(fā)性能更高、功耗更低的設(shè)備。如今,從較厚的纖維復(fù)合材料到較薄的柔性層壓板,多種多樣的材料采用一系列激光源通過(guò)各種方式進(jìn)行加工。特別值得注意的是柔性 PCB (FPCB) 技術(shù),由于移動(dòng)設(shè)備市場(chǎng)的快速發(fā)展,該技術(shù)也在頻繁更新?lián)Q代。其中一個(gè)發(fā)展方向是 5G 移動(dòng)通信,能夠顯著提高無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)速率。

毋庸置疑,我們需要使用新材料,以更高的速度接收、處理和傳輸數(shù)據(jù),而傳統(tǒng)的聚酰亞胺介電層必須替換為改性聚酰亞胺 (MPI)和液晶聚合物 (LCP) 等先進(jìn)材料,這兩種材料都能在 5G 頻率下實(shí)現(xiàn)一流的介電性能。出于各種原因,包括更高頻率下的穩(wěn)定性,以及天線(xiàn)相關(guān)組件的穩(wěn)定性,LCP 被視為 5G 的首選材料。

在激光加工方面,全深度切割(本文的關(guān)注點(diǎn))與 FPCB 制造中的成型切割/工藝路線(xiàn)應(yīng)用相關(guān),該過(guò)程是從板材或卷材上切割出設(shè)備或組件的最終設(shè)計(jì)形狀。

MKS的工業(yè)激光器應(yīng)用研究人員使用高功率紫外 (UV) 混合光纖激光器(Quasar UV80,平均功率 80 W,能量高達(dá) 400 μJ/脈沖),對(duì)基于 LCP 的 FPCB 材料進(jìn)行了一系列切割實(shí)驗(yàn),包括純 LCP 片和包銅 LCP 層壓板。

Quasar 激光器具 TimeShift 可編程脈沖技術(shù)的靈活性,可用于在單脈沖到 3.5 MHz 的廣泛脈沖重復(fù)頻率 (PRF) 下探索各種時(shí)域定制的脈沖輸出(脈沖寬度、脈沖串模式、脈沖整形)。所有測(cè)試均采用雙軸掃描檢流計(jì)進(jìn)行高速多次加工,并將 f-theta 物鏡 (f = 330 mm) 與可變擴(kuò)束鏡相結(jié)合,以探索各種焦斑直徑(20-35 μm,1/e2直徑)。

MKS的第一批加工結(jié)果來(lái)自 50 μm 厚的純 LCP 片材料。初步測(cè)試表明,該材料與聚酰亞胺類(lèi)似,具有相對(duì)較低的紫外光燒蝕閾值。然而,與聚酰亞胺不同的是,LCP 對(duì)過(guò)度加熱比較敏感,需要精心優(yōu)化工藝,以避免熔化和炭化。MKS在高 PRF (>750 kHz) 下使用短激光脈沖寬度 (~2-3 ns)和適中的脈沖能量,取得了最佳切割結(jié)果。圖 1 中的光學(xué)顯微鏡圖像顯示了產(chǎn)生的切口的入口、出口和橫截面視圖。

圖1 使用 Quasar UV80 激光器切割的 50 μm 厚純 LCP。入口(左上)、出口(右上)和橫截面(下)視圖顯示了出色的質(zhì)量和最低限度的過(guò)度加熱

這些圖像展示了通過(guò)紫外納秒脈沖所實(shí)現(xiàn)的出色質(zhì)量,幾乎沒(méi)有熔化和炭化的跡象。橫截面視圖顯示了紋理精細(xì)的加工表面,沒(méi)有熱熔回流(即表面“平滑”)。橫截面視圖在切口的出口面方向確實(shí)出現(xiàn)了一些“通道”。這是由于工藝的高速/低脈沖重疊性質(zhì),以及隨著深度增加而減小的燒蝕直徑,從而在切口的出口面方向產(chǎn)生了接近分離的燒蝕“點(diǎn)”。在實(shí)踐中,通過(guò)在切口更深時(shí)降低光束掃描速度,可以減少或消除這種效應(yīng)。該切口使用 13 次重疊掃描在 8 m/s 掃描速度下實(shí)現(xiàn),產(chǎn)生了 ~615 mm/s 的凈切割速度。

MKS還進(jìn)行了包銅 LCP 層壓板切割的試驗(yàn),在測(cè)試中使用了兩種不同厚度的  Cu/LCP/Cu 疊層:18/100/18 μm 和 9/25/9 μm。較厚的那種材料尤其難以處理,而更高的脈沖能量有助于避免加寬切口寬度(例如通過(guò)實(shí)施平行線(xiàn)/光柵掃描工藝)。然而,Quasar 激光器的脈沖能量高達(dá) 400 μJ,不需要采取這些措施。MKS利用了該激光器的 TimeShift 脈沖定制功能來(lái)研究各種條件,包括短脈沖寬度與長(zhǎng)脈沖寬度,以及脈沖串模式輸出。

對(duì)于較長(zhǎng)的脈沖 (10 ns),切割速度處于較高的 100-120 mm/s,而切割質(zhì)量趨向于毛邊較小但氧化區(qū)較大。另一方面,較短的脈沖 (2.5 ns) 切割速度較慢 (~90 mm/s),毛邊更高,但氧化區(qū)顯著減少。使用短脈沖 (2 ns) 的脈沖串可以產(chǎn)生最好的總體結(jié)果,具有 130 mm/s 的最高切割速度,以及毛邊高度和氧化量都適中的切割質(zhì)量。圖 2 中的光學(xué)顯微鏡圖像從入口和出口面以及橫截面角度顯示了這樣的切口。

圖2 使用 Quasar UV80 激光器切割的厚包銅 LCP。入口(左上)、出口(右上)和橫截面(下)視圖顯示了使用時(shí)域定制的納秒脈沖實(shí)現(xiàn)的清潔優(yōu)質(zhì)切口。

這些顯微鏡圖像顯示了可以通過(guò)精心優(yōu)化工藝和時(shí)域定制脈沖強(qiáng)度輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)良好的總體質(zhì)量。即使在切割包銅材料時(shí),也可以保持之前顯示的出色的 LCP 切割質(zhì)量。此外,由于銅在 LCP 上的剝離強(qiáng)度通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于聚酰亞胺的剝離強(qiáng)度,值得注意的是 Cu-LCP 交界面沒(méi)有任何分層的跡象。對(duì)于較薄的 9/25/9 μm 疊層,可以觀察到類(lèi)似的結(jié)果,但是凈切割速度明顯更高,達(dá)到 >350 mm/s。

光學(xué)顯微鏡清晰地突出顯示了使用納秒脈沖激光器加工銅時(shí)發(fā)生的任何氧化物生長(zhǎng)和熔融銅區(qū)域,例如毛邊、粗糙邊緣,等等。對(duì)于精細(xì)表面結(jié)構(gòu)及其調(diào)整的超近距離成像,掃描電子顯微鏡 (SEM) 是更好的替代方法,用來(lái)進(jìn)行了切口樣品的進(jìn)一步分析。圖 3 顯示了通過(guò) SEM 觀察18/100/18 μm 疊層的宏觀視角。

圖3 SEM 成像展示了使用 Quasar UV80 激光器切割的包銅 LCP 光滑的材料表面和清晰的幾何形狀。

與光學(xué)顯微鏡相比,通過(guò)電子顯微鏡觀察時(shí),薄氧化物的光學(xué)效應(yīng)以及先前熔融銅的散射/反射性質(zhì)沒(méi)有那么明顯,從而可以聚焦于表面真正的維度方面,包括調(diào)整、邊緣平直度等等。在這里,SEM 圖像展示了優(yōu)質(zhì)表面的清潔和經(jīng)過(guò)精密加工的特征。特別值得注意的是 LCP 切口邊緣的光滑度和垂直度,在銅層的切口斷面沒(méi)有任何明顯的“鼓肚”或潰縮。圖 4 中顯示了交界面的高度放大 SEM 視圖,確認(rèn) LCP 與 Cu 層之間的結(jié)合很好。此外,MKS更詳細(xì)地確認(rèn)了光滑平整的 LCP 表面,銅切口邊緣沒(méi)有任何潰縮。

圖4 近距離 SEM 視圖顯示 Cu-LCP 在激光切割之后完好無(wú)損,銅切口邊緣沒(méi)有任何 LCP 潰縮。

新技術(shù)通常會(huì)帶來(lái)新材料,而制造方法和設(shè)備必須相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于 5G 移動(dòng)設(shè)備,高數(shù)據(jù)速率和高速電子器件需要替換掉 FPCB 中傳統(tǒng)的聚酰亞胺電介質(zhì),許多情況下要替換為 LCP 薄膜和層壓板。在這項(xiàng)工作中,MKS使用了高功率高脈沖能量 Quasar 紫外激光器來(lái)切割這些材料,取得了出色的結(jié)果。

Quasar 系列的突破性性能,使得在較高重復(fù)頻率下,仍具有高紫外平均功率和脈沖能量,可滿(mǎn)足高效微加工。Quasar 具有可編程脈沖形狀的創(chuàng)新 TimeShift 技術(shù),實(shí)現(xiàn)加工速度、靈活性和控制性的完美組合。

突破性技術(shù): Quasar 將先進(jìn)的光纖激光器、功率放大器和專(zhuān)利的倍頻技術(shù)相結(jié)合,獲得突破性結(jié)果。這一獨(dú)特的設(shè)計(jì)利用光纖激光器的靈活性和穩(wěn)健性,滿(mǎn)足了 TimeShift 技術(shù)的要求。通過(guò)添加 Spectra-Physics 專(zhuān)屬功率放大器技術(shù),Quasar 可將其靈活性增強(qiáng)到很高的輸出功率水平。最后,通過(guò)使用 Spectra-Physics 獲得專(zhuān)利的倍頻模塊(因其優(yōu)異的穩(wěn)定性而聞名),Quasar 可為嚴(yán)苛的全天候 OEM 激光器應(yīng)用持續(xù)提供功率、靈活性和控制性的完美組合。

(文章轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò),如有侵權(quán),請(qǐng)聯(lián)系刪除)


上一篇:激光切割的四種加工導(dǎo)入方式 下一篇:OPA固態(tài)激光雷達(dá)廠(chǎng)商Quanergy正式...

版權(quán)聲明:
《激光世界》網(wǎng)站的一切內(nèi)容及解釋權(quán)皆歸《激光世界》雜志社版權(quán)所有,未經(jīng)書(shū)面同意不得轉(zhuǎn)載,違者必究!
《激光世界》雜志社。



激光世界獨(dú)家專(zhuān)訪(fǎng)

 
 
 
友情鏈接

一步步新技術(shù)

潔凈室

激光世界

微波雜志

視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

化合物半導(dǎo)體

工業(yè)AI

半導(dǎo)體芯科技

首頁(yè) | 服務(wù)條款 | 隱私聲明| 關(guān)于我們 | 聯(lián)絡(luò)我們
Copyright© 2024: 《激光世界》; All Rights Reserved.