CN102179632B - 一种紫外激光切割柔性电路板金手指方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外激光切割柔性电路板金手指方法，采用低能量密度（16～29J/cm2）和高重复频率（60～90kHz）紫外脉冲激光以100～400mm/s扫描速度对PI基材进行切割加工，然后采用高能量密度（113～226J/cm2）和低重复频率（20～30kHz）紫外脉冲激光，以50～200mm/s扫描速度仅对铜箔材料进行切割加工，而无铜箔材料时关闭紫外脉冲激光，直至铜箔材料切穿为止，完成FPC金手指切割加工过程。本发明提供的方法巧妙地将高能量密度和低重复频率紫外激光脉冲仅对铜箔材料切割与低能量密度和高重复频率紫外激光只对PI基材作用相结合方法对FPC金手指进行切割，有效地避免PI切口边缘产生热损伤、炭化和碎屑，提高了金手指切割质量，解决了现有技术存在的问题。
Description
技术领域
本发明属于激光加工应用技术领域，具体涉及一种紫外激光切割柔性电路板金手指方法。
背景技术
柔性线路板（简称FPC）具有自由弯曲、折叠、卷绕，可在三维空间随意移动及伸缩，可以实现轻量化、小型化、薄型化，从而达到元件装置和导线连接一体化并能装置在其余连接缆线所不能达到的习钻方位等诸多优点被广泛应用喷墨打印机磁头、硬碟机、MP3、MP4播放器、便携式CD播放机、家用VCD、DVD、数码照相机、手机及手机电池、医疗、汽车及航空航天等领域的产品。
FPC之间的互连或FPC与外电路连接都是借着金手指1（即：边接头）来实现，其结构由一种耐高温，高强度的高分子材料—聚酰亚胺（PI）2和裸露的导电铜箔3组成，如图1所示。
目前FPC的成型加工主要有两种方法。一种是传统冲床方式，其缺点是需要制作模具，耗时长、成本高，同时这种机械加工易使刀具刃口磨损变钝，导致金手指在成型加工过程中产生分层、裂纹和毛刺的现象，造成FPC产品报废。为解决以上问题，采用另一种FPC的成型加工方法—紫外脉冲激光切割方式。该方法具有无需要制作模具、加工精度高、灵活性好、效率高以及非接触式FPC成型加工等优点，消除了机械FPC的成型加工的缺陷。其成型加工机理是利用紫外光的高光子能量直接打断PI材料的分子链去除材料，属于光化学作用的“冷加工”；故热影响区极小，具有光滑的边缘，加工质量高，非常适合柔性线路板的精密加工场合。但是，对金属材料而言，由于化学键属于金属键，紫外脉冲激光只能利用热能熔化和蒸发去除材料的“热加工”方式加工。因此，在紫外脉冲激光切割FPC金手指时，由于PI和铜箔与紫外激光相互作用机理不同导致铜箔紫外激光作用阈值远大于PI的紫外脉冲激光作用阈值。为了切断金手指，常规的方法是采用高能量密度低重复率激光紫外脉冲激光直接从金手指具有铜箔材料的表面进行切割加工，从而不可避免的会使PI基材切割边缘产生较大的热损伤，如炭化和碎屑，导致切口质量差，会留下隐患；严重时，会使金手指的薄铜片之间短路而报废。
发明內容
为了解决紫外脉冲激光切割FPC金手指的以上问题，本发明提供了一种紫外激光切割柔性电路板金手指方法，该方法可以确保FPC金手指在紫外激光切割时避免PI基材加工边缘产生热损伤，改善紫外脉冲激光切割FPC金手指质量，提高紫外脉冲激光切割加工FPC成品率。
本发明提供的紫外脉冲激光切割柔性电路板金手指方法，其特征在于：它包括下述步骤：
第1步将金手指的只有聚酰亚胺基材而无铜箔材料的一面向上，紫外脉冲激光聚焦在金手指的只有聚酰亚胺基材的表面上；
第2步利用紫外脉冲激光以100～400mm/s扫描速度对聚酰亚胺基材进行切割加工，直至聚酰亚胺基材被激光切穿为止，期间，紫外脉冲激光的能量密度为16～29J/cm2，重复频率为60～90kHz；
第3步将金手指具有铜箔材料的表面向上，紫外脉冲激光聚焦在金手指的铜箔材料表面上；
第4步利用紫外脉冲激光以50～200mm/s扫描速度仅对铜箔材料进行切割加工，而无铜箔材料时关闭紫外脉冲激光，直至铜箔材料切穿为止，完成金手指切割加工过程，期间，紫外脉冲激光的能量密度为113～226J/cm2，重复频率为20～30kHz。
与常规的紫外脉冲激光切割FPC金手指相比，本发明提供的方法巧妙地将高能量密度和低重复频率紫外激光脉冲仅对铜箔材料切割与低能量密度和高重复频率紫外激光只对PI基材作用相结合方法对FPC金手指进行切割，有效地避免PI切口边缘产生热损伤、炭化和碎屑，提高了金手指切割质量，解决了现有技术存在的问题。
附图说明
图1是金手指结构示意图；
图2是紫外脉冲激光切割金手指只有聚酰亚胺基材的表面方法示意图；
图3是紫外脉冲激光只切割金手指铜箔材料方法示意图；
具体实施方式
本发明采用高能量密度和低重复频率紫外脉冲激光与低能量密度和高重复频率紫外脉冲激光相结合的切割加工方法，用于FPC金手指切割加工。利用低能量密度和高重复频率紫外脉冲激光的光子能量直接打断PI基材的分子链的光化学“冷加工”方法去除材料；故热影响区极小，具有光滑的边缘，加工质量高。由于紫外激光脉冲能量密度低于铜箔材料熔化所需能量密度阈值，故紫外脉冲激光只对PI基材起作用而对铜箔材料不起作用。当聚酰亚胺材料被低能量密度和高重复频率紫外脉冲激光切穿后，再采用高能量密度和低重复频率紫外脉冲激光只对铜箔材料作用，不对PI基材作用。由于此时的紫外激光脉冲能量密度高于铜箔材料熔化或蒸发所需能量密度阈值，可使铜箔材料迅速熔化或蒸发去除，完成FPC金手指切割加工过程。
具体实施方式如图2所示，第一步是将紫外脉冲激光4聚焦在金手指1无铜箔材料3的PI基材2表面上。采用低能量密度（16～29J/cm2）和高重复频率（60～90kHz）紫外脉冲激光4，以100～400mm/s扫描速度对PI基材2进行切割加工，直至PI基材2被激光切穿，形成一条切缝5为止。
将金手指1具有铜箔材料3的表面向上，紫外脉冲激光4聚焦在金手指1的铜箔材料3表面上（见图2所示），采用高能量密度（113～226J/cm2）和低重复频率（20～30kHz）紫外脉冲激光4，以50～200mm/s扫描速度仅对铜箔材料2进行切割加工，而无铜箔材料时关闭紫外脉冲激光束4；直至铜箔材料切穿，形成一条切缝6为止，完成FPC金手指切割加工过程。
实例1：
本发明采用了美国光波公司制作的Awave-355-8W-25K型号全固态调Q紫外激光器，输出波长为355nm，脉冲能量从0到500μJ，频率为10到100kHz用于切割FPC金手指。FPC金手指的PI基材厚度120微米，导电铜箔厚度为18微米，采用的紫外激光钻盲孔的加工参数见表一所示。采用本发明获得FPC金手指切割质量达到了PI切口无热损伤、碳化和碎屑效果。
表一
实例2：
本发明采用了美国光波公司制作的Awave-355-8W-25K型号全固态调Q紫外激光器，输出波长为355nm，脉冲能量从0到500μJ，频率为10到100kHz用于切割FPC金手指。FPC金手指的PI基材厚度200微米，导电铜箔厚度为20微米，采用的紫外激光钻盲孔的加工参数见表二所示。采用本发明获得FPC金手指切割质量达到了PI切口无热损伤、碳化和碎屑效果。
表二
实例3：
本发明采用了美国光波公司制作的Awave-355-8W-25K型号全固态调Q紫外激光器，输出波长为355nm，脉冲能量从0到500μJ，频率为10到100kHz用于切割FPC金手指。FPC金手指的PI基材厚度300微米，导电铜箔厚度为25微米，采用的紫外激光钻盲孔的加工参数见表二所示。采用本发明获得FPC金手指切割质量达到了PI切口无热损伤、碳化和碎屑效果。
表三
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
Claims (1)
1.一种紫外脉冲激光切割柔性电路板金手指方法，其特征在于：其处理步骤包括：
第1步将金手指的只有聚酰亚胺基材而无铜箔材料的一面向上，紫外脉冲激光聚焦在金手指的只有聚酰亚胺基材的表面上；
第2步利用紫外脉冲激光以100～400mm/s扫描速度对聚酰亚胺基材进行切割加工，直至聚酰亚胺基材被激光切穿为止，期间，紫外脉冲激光的能量密度为16～29J/cm2，重复频率为60～90kHz；
第2步是利用低能量密度和高重复频率紫外脉冲激光的光子能量直接打断聚酰亚胺基材的分子链的光化学冷加工方法去除材料，紫外脉冲激光只对聚酰亚胺基材起作用而对铜箔材料不起作用；
第3步将金手指具有铜箔材料的表面向上，紫外脉冲激光聚焦在金手指的铜箔材料表面上；
第4步利用紫外脉冲激光以50～200mm/s扫描速度仅对铜箔材料进行切割加工，而无铜箔材料时关闭紫外脉冲激光，直至铜箔材料切穿为止，完成金手指切割加工过程，期间，紫外脉冲激光的能量密度为113～226J/cm2，重复频率为20～30kHz；
第4步是采用高能量密度和低重复频率紫外脉冲激光只对铜箔材料作用，不对聚酰亚胺基材作用，此时的紫外激光脉冲能量密度高于铜箔材料熔化或蒸发所需能量密度阈值，使铜箔材料迅速熔化或蒸发去除。
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