Solid UV laser source and FPC industry

 

Flexible Printed Circuits (FPC) can realize diverse designs that cannot be realized by traditional rigid circuit boards. For example, fabricating circuits on flexible materials enables new and challenging applications, including a variety of multilayer functions and solutions for the space, telecommunications, and medical industries.

 

The current trend in the FPC industry is toward miniaturization, as designers find ways to reduce circuit size while eliminating factors that limit mounting density or the distance between circuits on a circuit board. Meeting these requirements often requires arbitrary shaping, but the basic square circuit is too elastic to meet the requirements of many modern applications.

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These design requirements are challenges, including issues of partitioning or the process of removing circuits from the board. How can smaller arbitrary circuits with high mounting density be precisely cut without damaging the components or the circuit itself? Flexible circuit materials are unique in that even the smallest stress on the circuit during cutting can cause damage.

 

In order to avoid this damage, the variety of designs is limited. The buffer space around each cutout must be considered in the design, which means the cutout width will be wider than needed, the components cannot be placed close to the edge of the board or close to each other, and the forming cannot be as complex as needed. Without viable solutions to these types of problems, these constraints can drown innovation, as unsatisfactory splitting becomes a major design consideration.

 

Automated circuit board cutting (Routing), as well as traditional mechanical depaneling methods such as die punching, result in large cut widths and excessive stress for complex flex circuits. Even the CO2 laser cutting method is unsatisfactory in this respect as it creates a larger heat affected area.

 

그러나 FPC 디패널링과 관련하여 UV 레이저 절단 기술이 등장했습니다. 이 기술은 기계 공정의 물리적 스트레스를 제거하고 CO2 UV 레이저의 열 스트레스를 크게 줄여 위에서 설명한 설계 트렌드를 충족합니다. 다양한 요인을 탐색하면 UV 레이저 절단이 유연한 회로 절단과 관련하여 옵션으로 등장한 이유를 알 수 있습니다.

 

회로 응력 및 절단 폭

 

모든 플렉스 절단 방법은 회로 기판에 어느 정도의 응력을 생성하지만 도입된 응력 유형과 응력이 회로에 영향을 미치는 정도에는 차이가 있습니다. 위에서 언급한 분할 방법을 고려할 때 연성 인쇄 회로 기판에는 기계적 응력 또는 열 응력의 두 가지 유형의 응력이 있을 수 있습니다.

 

기계적 응력은 다이 펀칭 또는 라우팅과 같은 기계적 분할 방법을 사용할 때 발생합니다. 유연한 회로에 대한 기계적 응력의 영향에는 버, 변형 및 회로 부품 손상이 포함됩니다. 이러한 영향은 유연한 재료에 매우 심각합니다. 예를 들어, 다이 펀칭은 회로를 진동시키고 구성 요소를 손상시키는 고충격 공정이며 상당한 절단 버퍼 공간이 필요합니다. 다이 펀칭 및 라우팅에서 일반적인 FPC 절단 폭은 1mm이지만 이 폭은 많은 복잡한 무작위 플렉스 회로에 비해 너무 큽니다. 이러한 넓은 컷아웃은 실장 밀도 감소 또는 기판당 회로 실장 감소를 초래할 수 있습니다. 유연한 인쇄 회로가 점점 더 소형화되고 있는 시점에 기술 및 비용 문제가 제기됩니다.

 

사용자는 기계적 절단 방법이 플렉스 설계 기준을 충족할 수 없기 때문에 레이저 절단으로 전환했지만 회로에 다른 유형의 영향인 열 응력을 생성했습니다. 열 응력의 영향은 기계적 응력의 영향과 매우 다릅니다. 레이저 빔은 회로와 물리적으로 접촉하지 않습니다. 이러한 이유로 레이저 절단은 레이저 절제라고 더 정확하게 설명할 수 있습니다. 열 응력의 가장 일반적인 영향은 스코치 및 일관되지 않은 커프 폭입니다. 그러나 이러한 효과는 펄스 CO2 레이저 시스템에서 더 일반적입니다. 이 시스템은 고에너지 밀도 전원 공급 장치와 더 따뜻하고 흡수력이 더 높은 적외선 스펙트럼의 파장을 가진 레이저를 특징으로 합니다. 대조적으로, UV 레이저 시스템은 열 응력 효과를 최소화하기 위해 낮은 에너지 수준에서 작동하는 저온 UV 레이저를 특징으로 합니다.

 

그림 2와 3은 각각 CO2 레이저와 UV 레이저를 사용한 125μm 두께의 Kapton 폴리이미드 기판 절단을 보여줍니다. 두 레이저 소스의 빔 크기는 20μm입니다. 이 경우 고에너지 CO2 레이저는 매우 뜨거운 절단을 생성하고 재료에 가해지는 응력으로 인해 심각한 그을음과 변형이 발생합니다. 응력의 결과로 유효 커프 폭이 120μm로 확장됩니다. 이 수치는 기계 절단 방식의 1mm 커프 너비보다 훨씬 좁지만 커프가 고르지 않고 품질이 좋지 않습니다.

 

그림 2. CO2 레이저 시스템으로 절단한 125μm 두께의 Kapton 폴리이미드 기판.

 

그림 3. UV 레이저 시스템으로 절단한 125μm 두께의 Kapton 폴리이미드 재료.

 

UV 레이저 시스템으로 동일한 재료를 절단할 때 열 에너지가 감소하여 "콜드" 절단(냉간 제거라고도 함)이 발생하여 30µm 절단 폭과 매끄러운 수직 절단 모서리로 거의 응력이 없는 절단이 가능합니다. . 회로에 가해지는 응력을 줄이는 것은 폴리이미드 및 기타 유연한 재료를 절단하는 데 중요합니다. 낮은 전력으로 인해 UV 레이저 절단은 FPC 절단의 무결성을 최대한 보장하여 깨끗하고 직선을 유지할 수 있습니다.

 

기술 적용

 

UV 레이저 시스템은 유연 여부에 관계없이 거의 모든 회로 재료를 절단할 수 있습니다. 일반적인 유연한 응용 분야에는 폴리이미드(예: Kapton), PET 재료(예: Akaflex) 및 복합 재료(예: Pyralux)가 포함됩니다. UV 레이저 시스템은 rigid-flex 응용 분야에서 거의 모든 경질 재료를 처리할 수도 있습니다. 일반적인 용도로는 FR4 및 기타 에폭시 중간막, Rogers 재료, 세라믹, PTFE, 알루미늄 및 구리가 있습니다. UV 레이저 빔의 테이퍼 모양은 재료에 더 깊이 들어갈수록 절개가 더 넓어진다는 것을 의미합니다. 일반적인 커프 폭은 25~50μm입니다. 최고급 UV 레이저 시스템은 ±4μm의 반복 정밀도를 가지고 있어 절단 설계 시 최대의 정밀도를 보장합니다. UV 레이저 절단 속도는 처리되는 재료에 따라 다릅니다. 절단 속도가 95mm/sec인 그림 3에 표시된 Kapton 애플리케이션은 다른 유연한 절단 방법과 관련된 유해한 응력을 제거하면서 라우팅보다 약 2~3배 더 빠릅니다. 캡 절단, 드릴링, 드릴링, 표면 에칭과 같은 UV 레이저 절단 시스템의 다른 기능을 고려할 때 UV 레이저 시스템에 대한 시장 수요가 최근 몇 년 동안 급속도로 증가한 것은 놀라운 일이 아닙니다.

 

트렌드를 만나다

 

유연한 회로 설계자는 UV 레이저 기술의 이점을 활용하여 가장 정교한 무작위 설계를 발견합니다. 혁신은 더 이상 기술에 의해 제한되지 않기 때문에 기존 회로의 모양과 크기를 돌파할 수 있습니다.

 

UV 레이저 시스템에 의해 처리되는 좁고 깔끔한 절단으로 인해 회로 부품을 서로 더 가깝게, 그리고 회로 가장자리에 더 가깝게 배치할 수 있습니다. 또한 UV 레이저 절단은 최대 실장 밀도를 보장하고 회로 간 브리지 공간을 줄여 회로 기판 개발 가능성을 높일 수 있습니다. UV 레이저 절단의 출현으로 유연한 회로 절단이 더 쉬워졌습니다. 다양한 응용 분야 외에도 보드의 응력 감소, 좁은 커프 폭 및 정밀 가공으로 인해 UV 레이저 절단은 유연한 절단 솔루션을 위한 올바른 선택입니다.