前言

隨著市場(chǎng)對(duì)消費(fèi)電子產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)提出了更高的要求，手機(jī)蓋板玻璃、液晶屏等硬脆透明材料將向著越來越薄、硬度越來越高的方向發(fā)展，這對(duì)傳統(tǒng)數(shù)控（CNC）加工技術(shù)提出了極大的挑戰(zhàn)。眾所周知，CNC屬于機(jī)械加工，這種加工技術(shù)可在直線上做到很好的一致性，但正因?yàn)槭强繖C(jī)械力的加工，導(dǎo)致在加工有弧度的圖形時(shí)，應(yīng)力始終沿著弧線正切線方向釋放，應(yīng)力作用的材料面積變大，使得加工的成品率越來越低、崩邊控制越來越難。此外，CNC加工的刀輪也是機(jī)械結(jié)構(gòu)，需要定期維護(hù)保養(yǎng)或更換，無形之中增加了成本。相較于傳統(tǒng)的CNC加工，超快激光技術(shù)則優(yōu)勢(shì)明顯：

1）激光加工速度是CNC的10倍；

2）激光加工對(duì)材料硬度無要求；

3）加工后的材料沒有或只有少量微裂紋；

4）對(duì)于液晶等材料，其加工過程中不引入切削液等污染物。

超快激光技術(shù)的細(xì)分應(yīng)用市場(chǎng)主要集中在3C電子、半導(dǎo)體和安防領(lǐng)域（具體應(yīng)用見上表）。下文將集中介紹其在柔性線路板（FPC）領(lǐng)域中的應(yīng)用。

皮秒激光器在FPC領(lǐng)域的應(yīng)用

應(yīng)用背景

目前，微電子行業(yè)與激光行業(yè)的聯(lián)系越來越密切，技術(shù)也在更新?lián)Q代，以往一些用納秒切割就能滿足需求的應(yīng)用領(lǐng)域，現(xiàn)在正逐漸由皮秒激光器技術(shù)取而代之。

在FPC領(lǐng)域中，應(yīng)用較多的是PI膜切割、軟硬板切割、金手指切割等。

FPC表面有一層樹酯薄膜，起到線路保護(hù)和阻焊等的作用，是FPC產(chǎn)品重要的組成部分，因其主要成分為聚酰亞氨（Polyimide，Pl），故在該領(lǐng)域又被稱之為PI覆蓋膜，它是一種分子主鏈上含有酰亞胺環(huán)狀結(jié)構(gòu)的耐高溫聚合物，在高溫下具有突出的介電性能、機(jī)械性能、耐輻射性能和耐磨性能等，被廣泛應(yīng)用于航空、兵器、電子、電器等精密電子領(lǐng)域。

現(xiàn)在市場(chǎng)上用于Pl覆蓋膜切割的激光器主要為納秒級(jí)的紫外激光器，其波長(zhǎng)一般為355 nm，單光子能量約為3.5 eV。在PI的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)中，C-C鍵和C-N鍵的化學(xué)鍵鍵能約為3.4 eV，略低于355 nm紫外激光的單光子能量，當(dāng)該波長(zhǎng)的紫外激光作用在材料上時(shí)，可直接將這兩種化學(xué)鍵打斷，這也是紫外激光能夠切割Pl材料的原因。

面臨的挑戰(zhàn)

雖然紫外激光相較于傳統(tǒng)的模切方式技術(shù)更先進(jìn)了一步，但在實(shí)際應(yīng)用過程中仍存在一些問題。紫外激光的光子能量在達(dá)到或高于材料化學(xué)鍵鍵能的同時(shí)，其能量密度亦達(dá)到材料的熱損傷閥值，當(dāng)激光與材料相互作用時(shí)，已不僅只是光化學(xué)作用，還存在光熱轉(zhuǎn)換及傳遞過程，隨著熱量的產(chǎn)生和積累，材料溫度不斷上升。研究表明，當(dāng)Pl材料溫度高于600℃時(shí)，相對(duì)于C元素，N和O兩種元素的比例會(huì)不斷減小，最終材料中以C元素為主，即材料發(fā)生碳化，碳化的材料極易造成線路短路，尤其是微短路，不僅給產(chǎn)品維修檢測(cè)帶來很大困難，而且影響產(chǎn)品的合格率。雖然在實(shí)際應(yīng)用過程中可通過優(yōu)化工藝參數(shù)減小碳化的程度，但仍難做到絕對(duì)的保障。

同時(shí)，除了激光器本身，加工方法和加工工藝也是影響加工質(zhì)量、成品率、生產(chǎn)成本等方面的重要因素。

應(yīng)用效果

以皮秒激光器加工PI膜為例，首先需要在加工設(shè)備中導(dǎo)入所需要的圖形參數(shù)，通常為CAD文檔。加載好文檔后需要確定所需加工參數(shù)，對(duì)于常見的PI膜來說，影響較大的因素是重頻、功率、切割速度等。

導(dǎo)入圖形參數(shù)：

進(jìn)行切割加工：

以華快光子皮秒加工后的產(chǎn)品為例，其在質(zhì)量上和普通納秒加工后的產(chǎn)品有明顯的差別，最主要的就是熱效應(yīng)。

普通的納秒激光器在加工材料時(shí)由于脈寬太寬，導(dǎo)致熱量在材料上積聚使材料發(fā)生碳化效應(yīng)，影響了材料在過電測(cè)無法達(dá)到很好的標(biāo)準(zhǔn)，影響加工后的器件使用壽命。而用皮秒加工后可以明顯看到熱效應(yīng)不見了，切割線周圍也沒有碳化現(xiàn)象，在合格率及精度上有了質(zhì)的提高。

結(jié)論

激光加工取代傳統(tǒng)加工在微加工領(lǐng)域地位已是必然的趨勢(shì)，超快激光作為激光行業(yè)的“最利的尖刀”，隨著工藝技術(shù)越來越成熟、成本的進(jìn)一步降低，必將引領(lǐng)科技革新潮流、深入到制造業(yè)的各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域。

作者：張富源，廣東華快光子科技有限公司

封面圖來源：慧聰網(wǎng)