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紫外线激光器应用于柔性电路切割

2013-03-15 09:32
科技潮人
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  由于采用机械切割方法不能满足柔性设计标准,因此用户转而使用激光切割,但是它在电路上会生产一种不同类型的影响:热应力。热应力影响与机械应力影响差异巨大,激光光束与电路没有物理接触,为此,激光切割可以更为精确地描述为激光烧蚀。热应力产生的最常见的影响是烧焦和切口宽度不一致。但是,这些影响在采用脉冲CO2 激光系统时更常见。这些系统配有高能量密度电源且激光的波长位于更暖、吸收性更好的红外光谱中。而紫外激光系统配有在较低能量水平操作的冷紫外线激光器,可将热应力影响降到最低。

  图2和图3分别显示了采用CO 2 激光器和紫外激光器切割125μm厚的Kapton聚酰亚胺板。两种激光源的光束大小是20μm。在此情况下,能量更高的CO 2激光器产生极烫的切口,施加到材料上面的应力造成严重烧焦和变形。应力产生的后果是,有效切口宽度延长到120μm。虽然这一数字比机械切割方法的1 mm切口宽度窄得多,但是切口不均匀且质量不良。

采用CO 2 激光系统切割的125μm厚Kapton®聚酰亚胺板

图2、采用CO 2 激光系统切割的125μm厚Kapton聚酰亚胺板。

采用紫外激光系统切割的125μm厚Kapton聚酰亚胺材料

图3、采用紫外激光系统切割的125μm厚Kapton聚酰亚胺材料。

  采用紫外激光系统切割相同材料时,热能降低,因而产生“冷”切口(也称为冷消融),形成几乎无应力的切口,也形成了30μm的切口宽度和平滑的垂直切割边缘。降低施加到电路上的应力对于切割聚酰亚胺和其它柔性材料十分关键。由于功率低,紫外线激光切割能够尽量保证FPC切割的完整性,使其保持清洁和平直。

  技术应用

  紫外激光系统能够切割几乎各种电路材料,无论它们是否为柔性的。常见的柔性应用包括聚酰亚胺(例如Kapton)、PET材料(例如Akaflex)以及组合材料(例如Pyralux)。紫外激光系统也可以加工刚性-柔性应用中的几乎所有刚性材料。常见应用包括FR4和其它环氧树脂夹层、Rogers材料、陶瓷、PTFE、铝以及铜。紫外激光光束呈锥形,意味着深入材料越深,形成的切口将越宽。典型的切口宽度范围是25~50μm。顶级紫外线激光系统的重复精确度达到±4μm,能够确保设计切口达到最大精确度。紫外激光切割速度取决于正在加工的材料。图3所示的Kapton应用,其切割速度为95毫米/秒,大约比Routing方式的速度快2至3倍,同时消除了采用其它柔性切割方法产生的有害应力。考虑到紫外激光切割系统的其它功用,如盖层切割、打孔、钻孔、表面蚀刻,那么,绝不会惊讶于近年来市场对紫外线激光系统的需求快速增长。

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