《软性电路板绝缘保护胶之镭射加工技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《软性电路板绝缘保护胶之镭射加工技术（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 智慧機械技術專輯 2006.04 49 關鍵詞 雷射加工 La s e r M a c h i n i n g 軟性電路板 Fl e x i b l e PC B 摘要 軟性電路板絕緣保護膠，是應用於軟性電路板 上，除了保護的作用外，也有著絕緣的效果，因此需 要配合軟性電路板的輪廓，加以切割加工成同外型， 且應用人工剝除後，再轉貼於軟性電路板上以達到保 護與絕緣的效果，其在進行切割時與以往硬式電路板 之切割上有很大差異。為加強產業競爭力與利潤，需 要許多創新製程與研發成果，因此在相關積極需求 下，進行相關的研究，以發展出獨立自主技術是當務 之急。 C o v e r l a y e r w
2、a s u s e d a s a p r o t e c t i n g l a y e r a n d m a t e r i a l s t r u c t u r e h a v e PI f i l m a n d a d h e s i v e b o t h . A p p l i e d w i t h s i n g l e s i d e d m a t e r i a l t o m a k e t h e s a m e p a t t e r n a s FPCB . Fo r D o u b l e A c c e s s T y p e p r o d u c t
3、 s , t h e c o p p e r s h e e t s a r e r a w m a t e r i a l s w i t h o u t t h e PI f i l m s . W h i l e t h e s e p r o d u c t s a r e s i m i l a r t o D / S b e c a u s e t h e l o w e r s i d e s o f Co v e r l a y a r e b o n d e d , t h e t o p s i d e o f o n e c o p p e r s h e e t i s
4、 b o n d e d t o t h e C o v e r l a y a n d s o t h e p a t t e r n i s f o r m e d . T h e n , t h e b o t t o m s i d e i s b o n d e d t o t h e Co v e r l a y . Fi n a l l y , t h e s e t e c h n o l o g y w i l l b e u s e d i n l a s e r m a c h i n i n g s t a t i o n s i n o r d e r t o i m
5、 p r o v e t h e l a s e r p r o c e s s i n g i n d u s t r y f o r Fl e x i b l e PCB . 前言 軟性電路板絕緣保護膠，是應用於軟性電路 板上，除了保護的作用外，也有著絕緣的效果， 因此需要配合軟性電路板的輪廓，加以切割加工 成同外型，且應用人工剝除後 ，再轉貼於軟性電 路板上以達到保護與絕緣的效果，其在進行切割 時與以往硬式電路板之切割上有很大差異。因此 軟性電路板絕緣保護膠與軟性電路板相似，皆為 軟性材質的加工，所以需要如此的製 程。而從分 析軟性電路板的應用市場來看 ，其主要應用於筆 記型電腦、LCD
6、 顯示器、行動電話、數位相機及 IC 構裝市場，這些產品也是未來的消費電子用品的 主流，更顯出軟性電路板的重要性，且台灣為此 類產品輸出大國，為加強產業競爭力與利潤 ，需 智慧機械技術專輯 50 277 期 要許多創新製程與研發成果，因此在相關積極需 求下，進行相關的研究 ，以發展出獨立自主技術 是當務之急。 軟性電路板( Fl e x i b l e Ci r c u i t B o a r d ，FPCB ) 主要 是由軟性絕緣基材、接著劑及銅導體所組成 ，示 意圖如圖一所示，具有可彎曲性，可因應於所應 用產品之大小、空間、形狀而改變其 外形。所以 相較於傳統的 PCB硬板，軟板能有高密度
7、、重量 輕、立體配線、佔空間小等優點，但因為製程仍 未普遍，所以有單價高 、處理不易等缺點。而絕 緣保護膠膜( Co v e r - La y e r ) 應用於軟性電路板上，自 然須具有與軟性電路板相同可撓曲的特性，與加 工上的難題。所以大多數廠商仍在應用改良之硬 板加工製程，這樣的加工法勢必要有所改良 ，以 因應產量加大而造成的挑戰，所以導致原應用於 硬式不可撓曲電路板之技術，以及製程不同所引 起設備的不適用，都亟需於儘快加以改良，以增 加競爭力。因此為克服軟性材質有彈性且強度低， 易受應力造成形變而定位出錯或是造成撕裂 ，使 得特性出差錯，所以有必要採用雷射切割技術來 克服困難，所以在考
8、量成本效益與結果需求 ，以 選用合適具經濟效益之雷射器與控制工具，增添 補助設施下，達成高速高質量切割效果，熱效應 與應力小，並降低生產成本，提高競爭力。 C Co ov ve er rL La ay ye er r 圖一 軟性電路板結構示意圖1 因此針對於軟性電路板之絕緣保護膠進行雷 射切割加工，考慮其習之技術為應用刀具或鑽刀 進行切割或是沖壓的方式，生產效能不高且耗時， 通常需要一定的時程才能達成一定的產量。深究 其主因是因為軟性絕緣保護膠 ，非單使用硬度應 力就能順利進行切成型加工，特別是造成加工無 法快速製造、細小曲線因應力而變形致使良率低 及因拖拉造成加工物形變等各式影響 。因此採用
9、 非接觸式加工，以高能量密度能在瞬間去除此材 質之雷射加工技術方能突破，且具有高可靠度與 免清理的效益。所以本文以此材料為考量，探討 其切割參數與週邊設施搭配，以及搭配精密 C NC 控制器來達成所需之製程，並符合低成本、高效 益、高精度、高良率等工業化生產需求。所以憑 藉成功經驗，緊密的產業結構支援，及下游應用 產業需求穩定成長，未來國內軟板產業有極大發 揮空間。 傳統加工技術分析 針對軟性材質的加工製程，為了可以解決應 用傳統方法進行加工的難題，以及量產受限的困 境，必須去探究箇中的原因，如此才可以開發新 方法與新技術來突破。所以在回顧以往之製程， 若仍只在刀模與鑽頭技術上力求突破 ，但無
10、論是 智慧機械技術專輯 2006.04 51 花多大之心力時間皆難有效解決，原因在於基本 應用方式與切除方法是無法處理的。由於用模具 沖壓方式來進行成型加工，其直接沏壓之邊緣側 向力，使得軟性材質可以向下撕裂而分離，來達 成加工的目標，雖然如此不會造成製程有何後續 問題，但卻有模具管理 、製造耗時以及成本過高 等問題，不過最主要的缺點卻是無法在小尺寸曲 線的成型上進行成型加工，此乃刀模無法適用此 絕緣保護膠膜之輕薄短小之製程，以達到軟性電 路板板型多樣化設計的趨勢。另外常使用的加工 方法為主要製程之鑽頭切割方式，此方法是沿用 傳統硬性電路板之製程設備來加工，所以對於硬 質材料電路板就可利用鑽頭
11、尖端邊緣側向力作硬 對硬加工方式，取決於硬度及側向邊緣應力密度 形成壓力作出切削去除 ，所以應用上本就是針對 硬性物質而採用之經濟有效量產方法 ，而現在用 於軟性材質之保護膠膜製程就不見得有優勢 ，其 主要缺點包括鑽頭是採用圓周旋轉切削，而其直 徑即加工最小線寬，這對愈來愈輕薄短小之軟性 電路板絕緣保護膠膜曲線切割會有限制，而且其 採用圓周切削周邊側向力將對軟性材質產生平面 撕裂切割形態，所以不可加快 ，以免扯裂破壞所 需加工路徑，因此造成無用武之地，加工甚慢， 讓量產成為瓶頸。 所以深究用於切割之 PCB 機切割機型式，其 種類繁多主要是考量加工需求 ，但多為針對硬式 材質的製程，如此自然會
12、造成對於軟性材質切割 製程有許多不便之處，其中主要在於切割時的精 確度要求相對較高，是避免在偏擺或誤差而造成 軟性材質之加工件的損壞。在以往為了提高生產 量，通常會以多片相夾的方式進行加工，但針對 軟性材質的絕緣保護膠膜，則需要應用多層硬板 中間夾一保護膠層來做切割，加強加工件的強度， 以達到保護欲加工之保護膠層的目的 ，避免因切 割而造成的損失，因此切割速度會變慢，所以在 要求量產速度的同時，要求精度、板厚等條件均 須加以考量。但無論是採用單片或是多片方式， 均需在加工的上下分別加上蓋板、墊板，以及在 主軸頭上增加壓力腳及集塵系統等裝置，以利切 割作業之進行。這樣一來，隨著加工系統的越趨 複
13、雜，加工品質越會有粗糙 ( Ro u g h n e s s ) 、膠渣 ( S m e a r ) 、毛邊( B u r r ) 、釘頭( Na i l h e a d ) 等缺點產生。 下圖為傳統的加工方式的示意圖，左邊為利 用刀具沿著工件外圍，進行切割的動作，但如此 會有工件邊緣托拉的撕裂效應 ，而且由於刀具的 慣性以及刀尖的大小，對於小範圍的多邊型切割， 將無法適用。而右邊的示意圖為沖壓的方式 ，主 要的缺點當然還是在於刀模開發的成本，在目前 工件以朝向不規則形狀的應用 ，這樣的模具開發 成本對於 PCB 板廠將是一大的負擔。上述的加工 方法已由國內的廠商申請得到專利，但如此的作 法皆
14、會造成上述之問題產生，所以仍然需要新的 技術來加以修正與改進。 圖二 刀具與沖壓加工示意圖2 智慧機械技術專輯 52 277 期 雷射加工系統架構 所以經過探討且整合相關需求後，如果可以 完美的應用雷射加工技術來進行，軟性電路板上 之絕緣保護膠的切割製程，則可以利用雷射非接 觸且高能量密度的聚焦特性，且無側向或上下撕 裂應力，同時又可利用光能汽化蝕刻加工物等特 點，用來針對軟性電路板之絕緣保護膠的成型加 工，可以說是具有相當的優勢 ，而且雷射光源又 可透過適當的導光系統設計，使得雷射光斑可以 聚焦成很小的寬度，如此即可以進行小線寬的成 型加工，這樣的優勢將是刀模或鑽頭所望塵莫及 的。另外在本文
15、應用的架構中，將會搭配 CNC 控 制器，如此即可應用電腦CA D / CA M輔助設計，應 用圖像化的編輯來取代條列式的文字編碼，除了 提供操作者設計的便利之外，同時也可以進行即 時的模擬，以確保成型加工的準確性。此是刀模 所無法達成之方便性、管理經濟效益性、時效性 與精準性，而談到加工速度上 ，雷射加工可在參 數調制下達到相當快速之切割速度，此點是刀具 切割加工技術用在此類製程所無法達成的。 雷射加工系統的技術架構可分成四個模組來 加以說明，分別為雷射光源、導光系統、工作載 台與電控系統與週邊的輔助設備。首先針對於雷 射光源的分析，主要的功能仍然是放在雷射光源 的選配上，光源愈穩定 ，自然
16、光點可以設計成愈 小，尖峰能量愈強，成孔時間就能越快，所以微 小孔徑開孔能在幾十個 n a n o - s e c o n d之內完成，不 致造成熱傷害、碳化與毛頭聚集現象。不過每個 脈衝( Pu l s e ) 只能燒掉幾個微米( m ) 之板材，要搭配 精準的景深控制才能製作出高縱橫比之微小通 孔。 所以依照雷射光源的種類及針對的產品，大 致上可以分為三大類： 1. U V Nd - Y A G La s e r ： 成孔速度較慢，但能量較強，可直接燒掉銅 箔及基材，無須”開銅窗”，對於 3m i l 以下之微孔 效果很好，主要應用於 IC 載板（S u b s t r a t e ）之領域。 2 . CO 2 La s e r ： 成孔速度較快，最快可達30, 000孔/ 分鐘以上， 但缺點為無法燒透銅箔 ，必須先開銅窗，對於燒 製 4 6m i l 之盲孔最適當，主要應用在手機板之微 盲孔。 3. 複合式雷射應用： 先用 Y A G雷射頭燒掉全部孔位之銅箔，再用 CO 2雷射頭燒掉基材而成孔。 綜合比較之下，另一個設
