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在(zai)電子產品向(xiang)高密度(du)、小型化(hua)、高可靠方向(xiang)發展的背景下，柔性(xing)線路板（FPC）因(yin)為其可以自(zi)由彎曲、配(pei)線密度(du)高、厚度(du)薄等(deng)特點，成(cheng)為滿足(zu)電子產(chan)品小型化和(he)移動要求的惟一解決方法(fa)。在FPC表面有一(yi)層樹酯薄膜，起(qi)到線路(lu)保(bao)護(hu)和(he)阻焊等的作用，其主(zhu)要成分為聚酰亞氨（Polyimide，PI），工業界又(you)稱(cheng)之(zhi)為PI覆蓋膜，它是主(zhu)鏈上含有酰亞(ya)胺環（-CO-NH-CO-）的一類(lei)聚合物，其中以(yi)含有(you)酞酰亞胺結構(gou)的聚合物最(zui)為重要。PI覆(fu)蓋(gai)膜在高溫下具有突出的(de)介電性(xing)(xing)能(neng)(neng)、機(ji)械性(xing)(xing)能(neng)(neng)、耐(nai)輻射性(xing)(xing)能(neng)(neng)和(he)耐(nai)磨性(xing)(xing)能(neng)(neng)，廣泛用于(yu)航空、兵器、電子、電器等精密(mi)機(ji)械方面。

隨(sui)著激光(guang)技術的發展，使用紫(zi)外激光切割FPC與PI覆蓋膜逐漸取代傳統的模切。紫外激光(guang)切割屬于無接(jie)觸加工，無需價格(ge)昂貴的模具(ju)，生產成本大(da)大(da)降(jiang)低，聚焦(jiao)后的光(guang)斑可(ke)僅有十(shi)幾微米，能夠滿足(zu)高精(jing)度切割和鉆孔的加工需求(qiu)，這(zhe)一優勢正迎合電路設計精(jing)密化的發展趨勢，是FPC、PI膜切割的理想工(gong)具(ju)。

基本加工(gong)原理(li)：為什么選紫外(wai)、為什么選短脈(mo)寬

當前用(yong)在FPC、PI膜(mo)切(qie)割(ge)的(de)紫外激(ji)光切(qie)割(ge)機主要為(wei)(wei)納秒級(ji)固體紫外激(ji)光器，波長一般為(wei)(wei)355nm，相(xiang)對于(yu)1064nm紅外和532nm綠(lv)光(guang)，355nm紫外(wai)有更高(gao)的(de)單光(guang)子(zi)能(neng)(neng)(neng)量(liang)，材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)吸收(shou)率更高(gao)，產生的(de)熱影響更小，實現(xian)更高(gao)的(de)加工(gong)精(jing)度(du)。脈沖紫外(wai)激光(guang)切(qie)(qie)割(ge)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)分(fen)為兩種原(yuan)理(li)，一種是(shi)光(guang)化(hua)(hua)學原(yuan)理(li)，利用激光(guang)單光(guang)子(zi)能(neng)(neng)(neng)量(liang)達到(dao)或超(chao)過(guo)(guo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)化(hua)(hua)學鍵鍵能(neng)(neng)(neng)，打斷材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)某些化(hua)(hua)學鍵來(lai)實現(xian)切(qie)(qie)割(ge)；另(ling)一種是(shi)光(guang)物理(li)原(yuan)理(li)，當激光(guang)單光(guang)子(zi)能(neng)(neng)(neng)量(liang)低于材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)化(hua)(hua)學鍵鍵能(neng)(neng)(neng)時(shi)，依(yi)靠聚焦光(guang)斑(ban)處非常高(gao)的(de)能(neng)(neng)(neng)量(liang)密度(du)，超(chao)過(guo)(guo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)氣(qi)(qi)化(hua)(hua)閾值(zhi)，從(cong)而瞬間(jian)氣(qi)(qi)化(hua)(hua)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)，實現(xian)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)切(qie)(qie)割(ge)。在PI膜的化學鍵結構中，常態下C－C鍵和C－N鍵的鍵能分別為(wei)3.45eV 和3.17eV，而355nm紫(zi)外激(ji)光(guang)切(qie)割設備的單光(guang)子能量為3.49eV，高于常態下C－C鍵和C－N鍵的鍵能，可直接破壞材料的化學(xue)鍵。但實際在用紫外激光切割FPC或PI膜的應用中(zhong)，上(shang)述兩種切割原理(li)(li)同時存在，在光物理(li)(li)效應中(zhong)，會有熱量的產(chan)生和積累，材料溫度(du)不斷上(shang)升。研究表明，當 PI 材料溫度高于(yu)600℃時(shi)，相對(dui)于 C元素，N和(he)O兩種元(yuan)素的比例會不斷減小，最終材(cai)料中(zhong)主要以C元素(su)為(wei)主，即材(cai)料(liao)發生(sheng)碳化。材(cai)料(liao)吸收(shou)激光能量(liang)轉(zhuan)化為(wei)熱能的擴散距離公式(shi) L = [4Dt]^1/2，其中 D為材料熱擴散率，t為激(ji)光脈寬。由此(ci)可(ke)知當(dang)材(cai)料一定(ding)時，激(ji)光脈寬越(yue)(yue)(yue)大，激(ji)光產生的(de)熱(re)能(neng)在材(cai)料上的(de)擴(kuo)散距離越(yue)(yue)(yue)大，也就是(shi)說對材(cai)料的(de)熱(re)損傷越(yue)(yue)(yue)大。

實驗驗證脈(mo)寬(kuan)對切割(ge)效果的影(ying)響

本實驗(yan)所(suo)采用的(de)PI覆蓋膜厚度為30±2μm，拉(la)伸(shen)強度(du)≥160 MPa，熱(re)分(fen)解溫度(du)≥500℃。對比(bi)單(dan)脈沖能(neng)量為(wei)20uJ，脈寬分別為42ns、21ns以及(ji)11ns的切割效(xiao)果。實驗中保持OVERLAP一(yi)致，切割次數2次，實驗檢測設備為奧利巴斯BX51光(guang)學顯(xian)微(wei)鏡。

圖(tu)1為表面熱影響(xiang)及粉塵(chen)對比，可以明顯發現脈(mo)寬越長，切割道附著的粉塵(chen)以及顆粒會越多，而(er)這些粉塵(chen)很(hen)容(rong)易附著在(zai)電路(lu)上從而(er)引起短路(lu)。圖2為切割后(hou)底部(bu)膠層(ceng)熱(re)影響對比，脈寬為42ns時的熱影響約(yue)為22.7μm；而(er)脈寬為21ns以及11ns時切割(ge)后底(di)部基本看不到膠(jiao)層的(de)熔融。通過以(yi)上實驗發現脈寬越短越有利(li)于覆蓋面的(de)加工。

高頻短脈寬納秒紫(zi)外激光(guang)器

為滿足FPC、PI膜切割行業對更少碳(tan)化(hua)和更快效率的要求，采(cai)用(yong)高頻率、窄(zhai)脈(mo)寬紫外激光切割機。該款設備有(you)如下特(te)點：

1.頻率更(geng)高。最高頻率可(ke)達300K，在200K時最大功率有5.8W，300K時最(zui)大功率有2.6W。

2.脈寬(kuan)更窄。最小脈寬(kuan)僅(jin)11ns，150K下脈寬也只(zhi)有24ns，相比舊款(kuan)窄了20ns。

3.光束質量優秀，M2<1.2，光(guang)斑圓度>90%，性(xing)能穩定可靠，同時具有突出(chu)的性(xing)價(jia)比。

4.一體化緊湊型設計，將控制箱和激光頭合二為一，更加(jia)便于(yu)設備集成。

分別采用普通(tong)固體(ti)紫外激(ji)光切(qie)割(ge)機與高(gao)頻率、窄脈(mo)寬紫外激(ji)光切(qie)割(ge)機加工效果對比，分別針(zhen)對PI 和FPC做(zuo)了對比，圖5為(wei)兩(liang)款紫外激光(guang)切割PI膜外(wai)(wai)觀(guan)效果(guo)(guo)對比圖(tu)，從切割外(wai)(wai)觀(guan)結果(guo)(guo)可以(yi)看出高頻率、窄脈寬紫(zi)(zi)外(wai)(wai)激光(guang)切割效果(guo)(guo)要明顯好于普通(tong)固體(ti)紫(zi)(zi)外(wai)(wai)激光(guang)切割機(ji)。

圖3

圖4為(wei)兩(liang)款(kuan)紫外(wai)激光(guang)切割機切割0.16mm厚FPC外觀(guan)效果對比圖。憑(ping)借短脈(mo)寬(kuan)與高(gao)頻率下的高(gao)速度，FPC的切割質(zhi)量更好，熱影響相比舊款減小了(le)約(yue)26%，同時有效切(qie)割速度從50mm/s提高到70mm/s，提高了約40%。

圖6

總結

本文主要闡述(shu)了納秒紫外激光切割FPC與PI覆蓋膜的(de)(de)原理(li)及特(te)性(xing)，針對(dui)該應用(yong)更小熱影(ying)響及更快效率的(de)(de)需求，我(wo)們(men)采用(yong)高(gao)頻、窄(zhai)脈寬(kuan)納秒紫外激光切割機(ji)。分別(bie)做了普(pu)通與高(gao)頻、窄(zhai)脈寬(kuan)紫外激光切割機(ji)加工(gong)PI覆蓋膜與(yu)FPC的(de)實驗對比，結果(guo)表明，依靠更(geng)短脈寬和更(geng)快的(de)切割(ge)速度(du)，高頻率、窄面寬紫外激(ji)光(guang)切割(ge)機的(de)加工效果(guo)有(you)(you)明顯(xian)改善(shan)，熱(re)影響(xiang)更(geng)小(xiao)，同時切割(ge)效率也(ye)有(you)(you)較大提高。武漢元祿光(guang)電(dian)yinzirui.cn

來源：激(ji)光(guang)制造網

推薦設備：紫外激光切割機