對(duì)于要求不太嚴(yán)苛的工藝，綠光納秒激光器能以高重復(fù)頻率、高產(chǎn)量對(duì)各種厚度的FPCB實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量切割，且成本較低。 

柔性印刷電路板（FPCB）的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了多功能移動(dòng)設(shè)備的開(kāi)發(fā)。FPCB 已經(jīng)用在有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）顯示屏、智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、筆記本電腦、平板電腦以及醫(yī)療器械和汽車(chē)部件中。它們?yōu)槲⑿突�組件和復(fù)雜互連，提供了一種有吸引力的解決方案，同時(shí)又能保持良好的可靠性和使用壽命。因此，F(xiàn)PCB的應(yīng)用非常廣泛，而這些應(yīng)用的加工要求又各不相同。這些要求讓類(lèi)型各異的加工設(shè)備有了用武之地。

對(duì)于高質(zhì)量、高精度、高速度的切割和鉆孔，紫外（UV）激光器已成為加工FPCB 和復(fù)雜PCB的首選工具。同時(shí)實(shí)踐也證明，綠光納秒激光器非常適合某些領(lǐng)域，例如切割復(fù)雜程度較低的FPCB和厚度較大的FR4（耐燃材料）。綠光納秒激光器的總體成本（初始成本和擁有成本）較低，并且激光器本身和系統(tǒng)光學(xué)元件的壽命較長(zhǎng)，因此對(duì)于一些要求不太嚴(yán)苛的工藝，綠光納秒激光器是值得考慮的選擇。此外，綠光納秒激光器能夠以高重復(fù)頻率產(chǎn)生相對(duì)較高的功率，利用這一特性可以提高產(chǎn)量。

盡管綠光納秒激光器的價(jià)值非常明顯，但人們對(duì)用其切割FPCB材料的技術(shù)可行性，仍然存在疑問(wèn)。FPCB材料主要由銅（Cu）和聚酰亞胺（PI）薄膜層壓板組成。綠光波長(zhǎng)在銅中的吸收率與紫外光類(lèi)似，因此預(yù)期性能相近。然而，綠光在PI中的吸收率要低得多，因此在材料基體中的傳播距離更遠(yuǎn)。這導(dǎo)致其切割過(guò)程與紫外激光迥然相異。相比于紫外光消融，綠光更多的是熱切割，但由于其照射體積較大，因此往往能提高加工產(chǎn)量。

綠光納秒激光器切割FPCB

為了研究綠光納秒激光器切割FPCB的能力，使用Spectra-Physics Talon® GR70高功率綠光納秒激光器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化工藝并確定可能實(shí)現(xiàn)的質(zhì)量和產(chǎn)量。

Talon GR70激光器在275kHz的脈沖重復(fù)頻率（PRF）下，可提供70W的平 均功率；并且能夠在最高700kHz的頻率下，以高輸出功率（>62W）運(yùn)行。此外，納秒脈沖寬度也相對(duì)較短，從而使得激光器可以靈活操作，對(duì)于多種材料類(lèi)型和厚度均可實(shí)現(xiàn)最佳效果。

為證明這一點(diǎn)，使用這款激光器切割三種不同的Cu/PI/Cu FPCB薄膜層壓板。每種層壓板的正面和背面銅箔厚度均為約12.5µm，但內(nèi)層PI膜的厚度各不相同，分別為12µm、25µm和50µm。因此，三種層壓板的總厚度分別為約 37µm、50µm和75µm。圖1所示為層壓板的單次切割速度，以及實(shí)現(xiàn)這些 速度所用的激光器操作參數(shù)。 

圖1中的結(jié)果，是使用雙軸掃描檢流計(jì)和約16µm（1/e2直徑）的聚焦光束得到的。這些數(shù)據(jù)表明，使用高功率綠光激光器可以實(shí)現(xiàn)很高的切割速度，切割最薄板的速度可達(dá)2m/s，切割最厚板的速度接近1m/s。

對(duì)于厚度約為37µm的Cu/PI/Cu層壓板，最佳切割參數(shù)為700kHz、63W；而對(duì)于厚度約為50µm和75µm的Cu/PI/Cu層壓板，最佳切割參數(shù)分別為625kHz、64.5W和600kHz、65W。很顯然，較厚的層壓板適合選用較高的脈沖能量和較低的脈沖重復(fù)頻率；而較薄的層壓板則適合選用較低的脈沖能量和較高的速率。

一般而言，理想的工藝優(yōu)化需要改變聚焦情況，以適應(yīng)不同材料的厚度。然而，如果所用的激光器能夠在寬PRF范圍內(nèi)提供高功率輸出，這一需求便容易滿(mǎn)足。因此，在受到固定光斑尺寸限制的情況下，可以在較大的厚度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高的切割速度。 

由于具備寬PRF范圍，Talon GR70激光器對(duì)于所有三種層壓板的切割質(zhì)量均十分出色。在圖2中可以明顯看到，切口的入射面和出射面質(zhì)量都非常好。

圖2：三種不同厚度的FPCB層壓材料的切口入射面（上圖）和出射面（下圖） 的顯微鏡圖像。

如圖2顯示，入射面和出射面的切口均干凈利落，熱影響區(qū)（HAZ）很小。特別值得一提的是，沒(méi)有碎片和熔融材料產(chǎn)生，并且在較寬的（2×）材料厚度范圍內(nèi)，外觀較為均勻�？傮w而言，質(zhì)量接近使用紫外波長(zhǎng)切割時(shí)的一般情況。

對(duì)切口側(cè)壁進(jìn)行橫截面顯微鏡檢查，可以進(jìn)一步評(píng)估切割質(zhì)量。從圖3（50µm 層壓板的切口）中可以看到，銅的燒蝕相對(duì)平滑，與入射面和出射面處觀察到的一致。雖然PI層表面仍然顯示出了一定程度的不均勻，但程度較為輕微，這可能是由于燒蝕機(jī)制的某種熱性質(zhì)所導(dǎo)致的。最關(guān)鍵的是，在Cu/PI界面沒(méi)有分層或其他過(guò)多的熱影響區(qū)。 

圖3：使用Talon GR70激光器切割厚度50µm的FPCB層壓板的切口橫截面視圖。

對(duì)于不是一定要求最高質(zhì)量的FPCB分板、或是沿最終器件外周進(jìn)行的切單，綠光納秒激光器提供了一種成本效益高、產(chǎn)量高的選擇。在這些情況下，由于切割質(zhì)量并非首要考慮因素，加工工具本身的靈活性通常都很有吸引力。事實(shí)證明，Talon GR70激光器是一種非常靈活的工具，能夠以高PRF和高產(chǎn)量對(duì)各種厚度的層壓板進(jìn)行高質(zhì)量切割。 

Talon紫外和綠光激光器

Talon系列紫外和綠光半導(dǎo)體泵浦固態(tài)（DPSS）調(diào)Q激光器，在性能、可靠性和成本方面實(shí)現(xiàn)了完美結(jié)合。Talon基于Spectra-Physics的It’s in the Box 設(shè)計(jì)，將激光器和控制器集成到一個(gè)極小的封裝中。Talon可在運(yùn)行數(shù)萬(wàn)小時(shí)后，保持較高的脈沖對(duì)脈沖穩(wěn)定性和出色的TEM00模式質(zhì)量。

Talon 激光器經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，非常適合全天候制造環(huán)境中的微加工應(yīng)用，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)間對(duì)此類(lèi)環(huán)境至關(guān)重要。獲得廣泛的功率和波長(zhǎng)范圍，可以帶來(lái)極大優(yōu)勢(shì)，而全面的Talon產(chǎn)品組合，恰恰能夠提供這一優(yōu)勢(shì)。Talon具有優(yōu)異的性?xún)r(jià)比，在不影響功能、性能或可靠性的前提下，提供低擁有成本。

文/MKS Instruments