探讨激光工艺在FPC覆盖膜切割中的应用！

文章来源：作者：梁波静查看手机网址

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人气：10553发布日期：2019-02-28 06:48【大中小】

柔性线路板（FPC）以其重量轻、配线密度高、厚度薄等特点，被广泛应用于电子产品中。FPC表面有一层树酯薄膜，起到线路保护和阻焊等的作用，是 FPC 产品重要的组成部分，因其主要成分为聚酰亚氨（Polyimide，PI），故在该领域又被称之为 PI 覆盖膜，它是一种分子主链上含有酰亚胺环状结构的耐高温聚合物，在高温下具有突出的介电性能、机械性能、耐辐射性能和耐磨性能等，被广泛应用于航空、兵器、电子、电器等精密电子领域。

在 FPC 的实际生产过程中，因工艺过程需要，需在 PI 覆盖膜表面涂布一层半固化态的环氧树酯粘合剂，在粘合剂表面贴一层离型纸以保护粘合剂不被污染，因此用于 FPC 的 PI 覆盖膜已不只是一种单组分的材料，它至少是含有两种化学材料的复合薄膜

PI 覆盖膜在与 FPC线路层贴合前，需根据线路设计要求，在相应位置切割大小、形状不同的窗口（行业内亦称为PI膜开窗）。在过去很长一段时间，PI膜的切割主要用传统的模切方式实现，该工艺存在加工精度低、制造成本高等问题，且随着电子电路设计向小型化和高密度化发展，传统的模切方式已日渐不能满足设计的要求。

利用激光进行PI 覆盖膜切割，不仅切割精度高，还可省去高额的模具费用，产品合格率亦高，能够大大降低生产成本，提高产品质量；激光采用的是无接触式加工，如激光光源的选型以及工艺方法得当，则不会对加工材料造成如模切方式产生的拉伸变形、压伤等损伤；因激光的聚焦光斑仅有几十微米，能够实现高密度线路和微孔的加工，这一优势正迎合了电路设计的发展步伐，是PI 覆盖膜开窗最理想的加工工具。

目前， PI覆盖膜切割主要为纳秒紫外激光工艺，其紫外激光器波长一般为355nm，单光子能量约为 3.5EV，在PI的化学键结构中，C－C 键和C－N键的化学键的键能约为3.4EV，略低于355nm波长紫外激光的单光子能量，当该波长的紫外激光作用在材料上时，可直接将这两种化学键打断，这亦是紫外激光能够切割PI材料的原因。

虽然纳秒紫外激光相较于传统的模切方式更前进了一步，但在实际应用过程中仍存在一些问题：

1.激光的光子能量在达到或高于材料化学键的键能的同时，其能量密度亦达到材料的热损伤阈值，当激光与材料相互作用时，已不仅只是光化学作用，还存在光热转换及传递过程，随着热量的产生和积累，材料温度不断上升，研究表明，当 PI 材料温度高于600℃时，相对于 C元素，N和O两种元素的比例会不断减小，最终材料中主要以C元素为主，即材料发生碳化，碳化的材料极易造成线路间的短路，尤其是微短路，不仅给产品维修检测带来很大困难，而且影响产品合格率，虽然在实际应用过程中可通过优化工艺参数减小碳化的程度，但仍难做到绝对的保障。下图为使用纳秒紫外激光器工艺做的厚度分别为 0.5mil和1mil的 PI膜开窗的图例，在 50 倍放大状态下，可见有轻微碳化现象；

2.目前市面上的纳秒紫外激光器的脉冲宽度均为纳秒级别，其单个脉冲持续时间为10-9S，根据材料吸收激光能量转化为热能的扩散距离公式 L = [4Dt]1/2，其中 D为材料热扩散率，t为激光脉冲宽度，由此可知当材料一定时，激光脉冲宽度越大，激光产生的热能在材料上的扩散距离越大，也就是说对材料的热损伤越大，当在加工高密度孔时，极易导至孔与孔之间 PI材料的热变形，甚至是熔断。