CN101480758A - 一种紫外激光切割挠性印刷电路板的工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种紫外激光切割挠性印刷电路板的工艺方法，其特征在于：该方法采用输出波长为0.4μm以下的紫外激光器对挠性印刷电路板进行切割加工。采用本方法加工出来的FPC，具有切缝细，切割面光滑、无毛刺，速度快，材料的变形小，保证产品不被划伤，无需任何模具制造，同时还能节省材料；利用该方法切割厚度可达1mm，切割结果精密，侧壁陡直，综合精度高，可达±20um以内或更高的精度；加工圆孔不会出现伴随热效应产生分层现象，钻孔速度快、质量好，具有直接成型抗蚀、阻焊等材料的功能。该方法特别适合精细图案加工，尤其适合于新产品的快速开发。

Description

一种紫外激光切割挠性印刷电路板的工艺方法

技术领域

奔发明涉及激光加工方法，尤其涉及一种紫外激光切割挠性印刷电路板的工艺方法。

背景技术

挠性印刷电路板的英文名称为：Flexible Printed Circuit Board，简称FPCB或FPC，它是一种利用挠性基材制成的具有图形的印刷电路板，由绝缘基材和导电层构成，绝缘基材和导电层之间可以有粘结剂。由于其具有可连续自动化生产，配线密度高，重量轻、体积小，配线错误少，可挠性及可弹性改变形状等特性，被广泛应用于消费性电子产品，如数码相机、手表、笔记本电脑、TFT-LCD等。

挠性印刷电路板具有以下特点：

1.可进行挠曲和立体组装，取代很多转接部件，达到最大使用有效空间；

2.可制造更高密度或更精细节距的产品；

3.可采用卷绕的传送滚筒加工方法(Roll-to-Roll)，易于自动化、量产化，从而大大提高了生产率，达到经济性的生产。

对FPC的切割加工来说，传统的方式是采用开模具，然后通过模具进行机械冲压的机加工方式。由于传统的加工方法是一种接触式的机械加工方式，其本身不可避免地会存在一些不足之处。首先，由于FPC产品的线路密度和节距不断提高，加之FPC图形轮廓也越来越复杂，这就使得制作FPC模具的难度越来越大。对于一般复杂度的FPC来说，制作模具的难度大，制作周期变长，进而导致加工成本的大幅提升；而对于一些复杂度很高的FPC样品来说，这种非常复杂的模具制作已无法实现，所以必须考虑采用其他的加工方式来实现对这些很复杂的FPC进行切割加工。其次，由于机械加工自身的不足，使得制作出来的FPC模具不可能达到很高的精度面，对FPC加工精度的进一步提升产生了瓶颈。目前一般的模具加工能达到±50um的精度，而要想达到±20um以下的精度就非常困难，甚至无法做到。再次，由于传统的FPC切割加工是一种接触式的机加工方法，必然会对FPC产生加工应力，可能造成FPC的物理损伤。此外采用机加工的方式对覆盖膜进行开窗作业时，难免会在窗口附近产生冲型后的毛刺和溢胶(如图1所示)，而这种毛刺和溢胶在经贴合、压合、上焊盘后很难去除，直接影响到其后的镀层的质量。最后，FPC切割加工是生产FPC样品各道工序中非常关键的一道工序，直接影响到整个FPC样品的交货周期，进而决定FPC生产商能否从客户手中拿到定单。而这关键的一步很大程度上取决于生产商能否在最短的时间内提供出合格的FPC样品给客户，如果专门为一张FPC样品做一套模具，最短也需要大概一天的时间，而且模具的加工价格昂贵，费时费力，一旦订单没有拿到，则这套模具就只能报废，给FPC生产厂商造成很大的损失。

发明目的

本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出了一种切割效率高、切割面光滑，加工精度高的紫外激光切割挠性印刷电路板的工艺方法，使其能有效弥补传统机加工的不足，同时为生产高端FPC产品(高精度、高密度、高复杂度)在技术上提供必要的支持。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种紫外激光切割挠性印刷电路板的工艺方法，其特征在于：该方法采用输出波长为0.4μm以下的紫外激光器对挠性印刷电路板进行切割加工。

在上述方案中，所述紫外激光器的输出波长最好为355nm。

在上述方案中，所述紫外激光器发出激光功率可以为：5-7W；所述紫外激光器发出激光的脉冲频率可以为：10-100KHz。

在加工过程中激光的扫描切割速度最好为80mm/s-160mm/s。

在加工过程中，依据挠性印刷电路板各部分材料的特性和厚度，可以采用不同的切割遍数，保证材料被完全切断。

激光切割技术是激光加工技术的重要组成部分，激光切割与其它切割方法相比，最大区别是它具有高速、高精度和高适应性的特点。除此之外，它还具有割缝细、热影响区小、切割面质量好、切割时无噪声、切缝边缘垂直度好、切边光滑、切割过程容易实现自动化控制等优点。

激光切割加工中依据被加工材料的不同特性及对不同波长的激光的吸收程度不同，往往选择某一特定波长的激光对材料进行加工，以期达到最好的加工效果。考虑到FPC材料的特性，申请人选择输出波长在0.4μm以下，特别是355nm的紫外激光器来进行FPC的切割加工。该波长的激光非常适合于处理聚合物材料。由于光束的衍射现象是限制加工部件最小尺寸的主要因素，激光可达到的聚焦点的最小光斑直径随着波长的增加而线性增加，因此较短波长的激光能够加工出更小的部件。与红外激光加工不同，紫外激光微处理过程从本质上来说不是“热”处理过程，紫外激光高能量的光子可以直接破坏材料的化学键，这一加工过程称为“光蚀”效应。相比之下，可见光和红外光激光器则是利用聚焦到加工部位的热量来熔化材料，会产生热影响区，而紫外激光加工是冷处理过程，热影响区微乎其微。另外，生产FPC的大多数材料吸收紫外光比红外光更容易，高能量的紫外光直接破坏许多非金属材料表面的分子键，使得这种“冷”加工出来的部件具有光滑的边缘和最低限度的炭化影响。

由于FPC是由各种材料压合合成的高密度印刷线路板，对于板上不同材料的特性和厚度也不相同，所需要的切断材料的激光能量也有所不同。考虑到切割过程中，激光能量的实时改变不是很方便，申请人采取在切割加工过程中不改变激光能量而只改变不同材料部分的切割遍数的办法来进行加工。简言之，就是对难切的、厚的材料切割遍数相应增多；而对于薄的、容易切的材料部分只切割一遍或少数几遍。通过这种加工工艺处理，就能保证整个FPC上的每一部分都被完全的切断。为了给FPC上不同材料部分设置不同的切割编数，加工者在拿到用户提供的GERBER文件后，对文件进行简单的预处理，依据不同材料的特性和厚度，设置相应部分的激光切割轨迹的切割遍数。

在紫外激光切割加工FPC的过程中，为了有效地减少激光“烧蚀”FPC材料时产生的热效应而使切割边沿碳化的现象，申请人采取了一种特殊的加工工艺，即“高速多遍”的加工办法。所谓“高速多遍”的加工方法，就是在加工过程中把振镜的扫描切割的速度调整到一个比较高的速度(80mm/s-160mm/s)，在振镜高速扫描的前提下，依据FPC各部分材料的特性和厚度，采用不同的切割遍数，以保证材料被完全切断。切割遍数的设定原则以刚好切断该部份材料而不进行多余的无用切割遍数为宜。通过大量加工实践表明，采用此种激光切割加工工艺加工出来的FPC样品下，切割边缘的碳化现象被有效地减少，同时作用在FPC上的激光切缝也很窄(约为30-40um)，这样就能保证加工出来的FPC样品的尺寸满足加工要求，同时FPC的品质也得到了有力的保障。

本发明的优点、效果：

1、FPC打样的速度大大加快。一般一张普通的FPC样品采用本发明所述工艺方法所需的加工时间为1小时左右，而采用传统的开模具进行机械冲压的方法至少也要一天左右，大大节省了时间，提高的加工效率，节省了模具的费用，降低了生产成本。

2、采用本发明所述工艺方法不受FPC样品复杂程度的限制(主要是依靠软件对GERBER文件进行处理)，所以它能适应FPC产量和种类的快速变化，能够满足客户在短时间让产品样品面市的要求。

3、由于本发明所述工艺方法是一种采用激光作为加工工具的非接触式加工方法，不会对FPC产生加工应力，不会有溢胶的出现，大大降低毛刺1出现的概率，切割面能够做到平直圆滑，拐角干净整齐。

4、由于本发明所述工艺方法采用的是高精度和高速的振镜及直线电机工作台相配合的动光式激光切割方法，能够有效保证FPC的加工在一个非常高的精度下完成，加工精度能够达到±20um以下。对FPC生产过程中产生的涨缩问题，也能通过软件对相应GERBER文件的补偿处理而得以有效解决。

5、采用特有“高速多遍”的加工工艺，以及对激光能量的精细控制，使得加工切割出来的FPC样品具有非常窄的切缝和很小的碳化，有效地保证了FPC样品的尺寸和品质。

附图说明

图1是现有机加工FPC覆盖膜中的毛刺示意图。

图2是不同材料的激光切割遍数示意图。

图3是定位孔的选择示意图。

图中1为毛刺，2为金手指切割轨迹，3为覆盖膜切割轨迹，Q1、Q2、Q3、Q4为定位孔。

具体实施方式

下面通过一个具体的FPC外形紫外激光切割加工实例来详细说明本发明的具体方法步骤：

1.采用紫外激光对FPC进行切割加工，选用的紫外激光器重要的参数如下：

输出波长：355nm

激光功率为：5-7W

激光脉冲频率：10-100KHz

2.打开紫外激光器，设置激光器相应工作参数(包括电流、频率、工作模式)，使激光器工作在额定电流和温度下。此时激光器输出波长为355nm紫外激光，紫外激光通过扩束镜、激光振镜和聚焦透镜后，到达工作台面的光功率为5W到7W之间。激光器工作器模式设置为MODE_1(首脉冲抑制模式)，使输出的激光能量处于比较稳定的状态。

3.为了设置FPC外形上不同材料部分的激光切割遍数，要对客户提供的GERBER文件进行简单预处理。这里采用DownStream Technologies LLC公司提供的CAM350系列的9.1.2版本对GERBER文件进行以下处理步骤：

1)多段线变换成圆弧；

2)删除文件中的重复线；

3)判断文件是否须要镜像，根据材料的规定的摆放方向和实际加工时的摆放方向进行相应的处理。两者方向相反，则对文件进行镜像，否则直接跳至下一步；

4)依据FPC板上不同材料的位置和厚度设定GERBER文件相对应的激光切割轨迹加工遍数，对于只有覆盖膜的轨迹3部分设置加工遍数为一遍，对有金手指的轨迹2(一种有过孔的敷铜导电层)的部分设置6次加工遍数(此种材料的切割遍数由加工实验得到，对于其他材料也可以通过加工实验得到其确切的加工遍数)，如图2所示。设置加工遍数时，如某个地方需要加工几遍，就建立几个新层，最后把所有的层合并到一个新层中，这样就能在GERBER文件设置各部分的激光切割遍数了。文件经过预处理后，由CAM350导出新的设置好激光切割遍数的GERBER文件，此文件就可以直接导入FPC紫外激光切割系统软件中，进行实际的激光切割加工。

4.应用FPC紫外激光切割系统软件导入上述经过预处理的GERBER文件后，选择文件图形中最外面的四个定位孔Q1、Q2、Q3、Q4(尽量使四个定位孔构成的四边形接近矩形，如图3所示)；然后运用FPC紫外激光切割系统CCD定位装置，依次对四个定位孔进行加工定位，获得定位孔的实际加工坐标值，再通过定位孔实际座标值与理论座标值的映射变换，得到最终的待加工的FPC实际激光切割轨迹；接着，对经过映射变换的激光切割轨迹进行离散分割，得到每一个振镜加工幅面内的激光扫描路径和各个振镜加工幅面中心的工作台运动的坐标。

5.完成上述加工轨迹处理工作后，在开始激光切割加工前，设置振镜扫描速度到100mm/s，并依据FPC材料中覆盖膜的层数(3层)，在软件中设置整体激光切割3遍数(有几层覆盖膜就设置几遍整体切割编数)。按照这样设置以后，在整个激光切割加工过程中，就会对FPC上只有覆盖膜的部分切割3遍，而对于有金手指的地方切割3*6＝18遍。采取这种整体设置激光切割加工遍数的方法，一方面能保证FPC上不同材料部分都被完全切断又能大大降低各部分的碳化现象，同时还能大大减少文件预处理的工作量，降低劳动强度。

完成上述所有步骤后，就可以开始加工了。采用上述切割工艺加工出来的FPC，在加工精度、碳化程度、切缝宽度等方面都能达到非常理想的加工效果，能很好地满足客户在加工品质和加工效率方面的要求。

综上所述，采用上述紫外激光切割加工工艺加工出来的FPC，具有切缝细，切割面光滑、无毛刺，速度快，材料的变形小，保证产品不被划伤，无需任何模具制造，同时还能节省材料；利用该方法切割厚度可达1mm，切割结果精密，侧壁陡直，综合精度高，可达±20um以内或更高的精度；加工圆孔不会出现伴随热效应产生分层现象，钻孔速度快、质量好，具有直接成型抗蚀、阻焊等材料的功能。该方法特别适合精细图案加工，尤其适合于新产品的快速开发。

Claims (7)

1、一种紫外激光切割挠性印刷电路板的工艺方法，其特征在于：该方法采用输出波长为0.4μm以下的紫外激光器对挠性印刷电路板进行切割加工。

2、根据权利要求1所述的一种紫外激光切割挠性印刷电路板的工艺方法，其特征是：所述紫外激光器的输出波长为355nm。

3、根据权利要求1所述的一种紫外激光切割挠性印刷电路板的工艺方法，其特征是：所述紫外激光器发出激光功率为：5-7W。

4、根据权利要求1所述的一种紫外激光切割挠性印刷电路板的工艺方法，其特征是：所述紫外激光器发出激光的脉冲频率为：10-100KHz。

5、根据权利要求1所述的一种紫外激光切割挠性印刷电路板的工艺方法，其特征是：在加工过程中激光的扫描切割速度为80mm/s-160mm/s。

6、根据权利要求1所述的一种紫外激光切割挠性印刷电路板的工艺方法，其特征是：在加工过程中，依据挠性印刷电路板各部分材料的特性和厚度，采用不同的切割遍数，保证材料被完全切断。

7、根据权利要求1—6中任一权利要求所述的一种紫外激光切割挠性印刷电路板的工艺方法，其特征是：所述紫外激光器与振镜及直线电机工作台相配合对挠性印刷电路板进行动光式激光切割加工。

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