剛撓結合板激光揭蓋損傷撓性板的研究和改善

林啟恒　衛(wèi)　雄　林映生　陳　春（惠州市金百澤電路科技有限公司，廣東　惠州　516083）（深圳市金百澤電子科技股份有限公司，廣東　深圳　518049）

剛撓結合板激光揭蓋損傷撓性板的研究和改善

林啟恒衛(wèi)雄林映生陳春
（惠州市金百澤電路科技有限公司，廣東惠州516083）
（深圳市金百澤電子科技股份有限公司，廣東深圳518049）

在激光控深揭蓋過程中，常會出現(xiàn)揭蓋底部留銅無法阻擋激光，導致激光燒傷、擊穿撓性板等品質不良現(xiàn)象。對剛撓結合板激光揭蓋燒傷撓性板現(xiàn)象進行分析，通過對剛撓結合板的漲縮等方面進行研究，優(yōu)化工藝設計，對剛撓結合板激光揭蓋燒傷撓性板有著顯著改善，有效控制撓性板損傷的不良問題。

激光揭蓋；激光偏移；漲縮控制

1　前言

隨著剛撓結合板制作技術發(fā)展，剛撓結合板揭蓋方法日益增多，目前分別有：機械控深銑、機械開V形槽、銅箔開窗法及激光控深揭蓋。其中激光控深揭蓋以其成本低、速度快、流程簡單等優(yōu)點成為目前剛撓結合板揭蓋主流方式，已被廣泛使用。在剛撓結合板激光控深揭蓋工藝應用過程中，在剛性板的揭蓋底部會設計保護銅線，一般寬度10 mil左右，激光切割時擋住激光以避免燒到撓性板上。但是，實際加工過程中，會出現(xiàn)揭蓋底部的保護銅線被激光擊穿或出現(xiàn)偏移漏激光等不良現(xiàn)象，從而導致?lián)闲园寰€路圖形被擊穿、損傷等品質問題。

本文從材料漲縮、產品設計及制程控制等多方面分析激光揭蓋燒傷撓性板的原因，采取相應措施，實現(xiàn)剛撓結合板的高可靠性、高精度的加工要求。

2　激光偏移原因分析

2.1不良現(xiàn)象描述

激光揭蓋加工原理如圖1所示。

圖1　剛撓結合板激光揭蓋示意圖

使用CO2激光鉆機進行剛撓結合板產品揭蓋主要原理為：激光鉆機根據定位靶孔漲縮自動補償文件，按剛性板厚度選用規(guī)定的激光切割能量進行加工，激光束將剛性板基材燒穿，殘余激光被剛性板底部的保護銅線擋住，避免激光損傷撓性板區(qū)域。但是，在CO2激光揭蓋應用過程中，部分產品出現(xiàn)撓性板線路的受損情況，切片檢測結果表明激光揭蓋保護銅層的留銅線被擊穿或出現(xiàn)偏移，導致不良問題發(fā)生，如圖2和圖3所示。

圖2　激光擊穿留銅線切片

圖3　留銅線偏移切片

2.2激光揭蓋偏移的影響因素分析

針對激光切割偏移問題進行分析如圖4所示。

通過分析確認，確定導致不良的主要原因是板材漲縮、激光能量異常。

圖4　分析魚骨圖

（1）板材漲縮：剛撓結合板制作過程中，剛性板保護銅層不是線路圖層，板邊沒有工藝邊，也沒有進行漲縮補償，撓性板部分則按剛撓結合板漲縮補償規(guī)范進行制作，導致壓合后剛性板保護銅層與整板漲縮不一致；加上剛性板沒有工藝邊，X-RAY打靶只根據撓性板靶孔打出定位孔，導致留銅線偏位。目前激光揭蓋保護銅層留銅線寬度設計一般在10 mil，CO2激光本身的燒蝕寬度在150 μm（即6 mil），當偏移＞0.05 mm就會導致留銅線無法完全阻擋多余激光能量造成撓性板損傷。

（2）激光參數不當：現(xiàn)階段CO2激光揭蓋只有0.1 mm、0.2 mm和0.3 mm的切割參數，當剛性板板厚非整數（如：0.15 mm、0.25 mm等等），揭蓋加工選用疊加參數時，造成疊加參數控深深度＞實際厚度，能量剩余過多，直接擊穿留銅線，燒傷撓性板；當剛性板板厚＞0.3 mm時，由于CO2激光控深加工能力隨著板厚的增加而減弱，疊加參數控深深度＜實際厚度，揭蓋深度不足，揭蓋困難，補充切割易導致能量過大，擊穿留銅線，燒傷撓性板。

3　真因驗證

3.1板材漲縮

以圖1所示的4L剛撓結合板結構為例，分別選取0.1 mm、0.2 mm、0.3 mm、0.4 mm及0.5 mm厚度的剛性板，試樣基板尺寸設計為250 mm×400 mm，短邊250 mm方向為緯向，制作方法與剛撓結合板的剛性板部分制作方式一致。經測量，各厚度的剛性板壓合后漲縮數據如表1所示。

表1　不同厚度剛性板漲縮數據

由上面測量的數據可以看出經過層壓后剛性板上的保護銅線最大會偏位0.2 mm，而目前激光揭蓋保護銅層的留銅線寬度設計一般在0.25 mm，CO2激光本身的燒蝕寬度為150 μm，所以位移≥0.05 mm就會導致留銅線無法完全阻擋激光，導致不良問題產生，如圖5和圖6所示。

圖5　輕微偏移1.5mil

圖6　嚴重偏移8mil

改善對策：

（1）剛撓結合板剛性板保護銅層需按照常規(guī)剛性板內層線路圖層制作，增加工藝邊，按常規(guī)內層線路進行漲縮補償，減少留銅線漲縮偏移量；

（2）優(yōu)化留銅線設計，尋找更合適線寬提供更大抗擊穿范圍。

3.2激光參數不當

目前剛撓結合板CO2激光切割FR-4剛性板材的參數只有3種：0.1 mm、0.2 mm、0.3 mm厚度的激光參數，如表2所示。

表2　激光揭蓋能量參數

根據板厚選擇加工參數與方法如表3所示。

主要問題如下：

（1）激光參數可控范圍窄，揭蓋深度能力±0.1 mm，當剛性板板厚為0.15 mm、0.25 mm等非整數時，選用疊加參數，疊加參數厚度＞實際厚度，加上板厚有偏差，極易導致激光燒傷撓性板。

表3　不同板厚選擇加工參數與方法

（2）當剛性板板厚＞0.3 mm時，如加工深度為0.8 mm，使用疊加參數 “條件2*1次+條件3*2次”， 疊加參數厚度=實際厚度，由于CO2激光控深加工能力隨著板厚的增加而減弱，導致實際切割殘厚增大，揭蓋困難；增加1次切割，即參數為“條件2*1次+條件3*2次+條件1*1次”時， 疊加參數控深深度＞實際厚度，部分區(qū)域會出現(xiàn)激光擊穿留銅線，燒傷撓性板。

激光參數不當導致不良問題如圖7和圖8所示。

圖7　CO2激光損傷留銅線

圖8　CO2激光擊穿留銅線

對策：為改善激光參數不當引起的不良現(xiàn)象，設計試驗優(yōu)化激光揭蓋參數，開發(fā)不傷銅的小能量切割參數，滿足精細深度≤0.05 mm的切割需求。

4　改善方案

4.1剛性板漲縮改善

由于剛性板的保護銅層未按內層線路規(guī)范設計，缺少工藝邊，沒進行漲縮補償，導致保護銅層與整板漲縮不一致，留銅線偏位，后續(xù)出現(xiàn)激光燒傷撓性板的不良問題，工程設計如圖9所示。

為改善剛性板漲縮不一致導致保護銅層的留銅線偏位問題，規(guī)定剛撓結合板剛性板保護銅層制作過程中必須當作內層線路圖層生產，增加工藝邊，保留常規(guī)定位孔（菲林孔、鉚釘孔、大靶孔），按我司常規(guī)剛性板內層圖形進行漲縮補償，有效減少留銅線偏位，使剛撓結合板漲縮偏移控制在品質要求0.1 mm范圍內，工程設計如圖10所示。

圖9　保護銅層錯誤設計

圖10　保護銅層正確設計

4.2保護銅線的優(yōu)化

由于層壓偏移的存在以及激光對位的綜合影響，保護銅線寬度設計0.25 mm很難保證激光燒蝕的部分能量完全被擋住，導致?lián)闲园宄霈F(xiàn)燒傷。

為避免剛性板遇上漲縮偏移導致留銅線偏位、激光未落在銅層上的不良現(xiàn)象，結合現(xiàn)有工藝能力得到：剛撓結合板漲縮偏移的控制能力為0.1 mm，加上CO2激光本身的燒蝕寬度為0.15 mm，同時考慮蝕刻誤差等等因素，剛性板保護銅線寬度優(yōu)化為0.4 mm左右最佳，設計原理如圖11所示。

0.4mm的留銅線寬度能提供更大抗擊穿范圍，應用效果如圖12所示。

4.3激光切割參數優(yōu)化

對CO2激光揭蓋加工參數進行優(yōu)化，開發(fā)不傷銅的小能量切割參數，如表4所示。

圖11　留銅線設計原理圖

圖12　16mil留銅線效果

加工說明：

（1）根據表4可得：0.1 mm切割參數適用于揭蓋深度0.1≤x＜0.2mm的揭蓋加工，0.2 mm切割參數適用于揭蓋深度0.2≤x＜0.3mm的揭蓋加工，0.3 mm切割參數適用于揭蓋深度0.3≤x＜0.4 mm的揭蓋加工，加工時必須根據需要切割的深度選擇參數；

（2）若加工深度＞0.3 mm，需選用疊加參數，如加工深度為0.5 mm，則參數為“條件2+條件3”；

（3）由于激光能量會隨著加工深度的增大而衰減，當加工深度≥0.6 mm，使用疊加參數后，還需要另外用條件4補充加工（可多次加工，且不傷害加工處的留銅線），以確保加工深度滿足后續(xù)揭蓋，原則上不建議用激光進行深度＞0.8 mm的揭蓋加工。

表4　新激光揭蓋能量參數

5　結果驗證

按照上述改善措施進行優(yōu)化后，產品制作效果如圖13所示。

圖13　無激光損傷撓性板產品切片

得到：通過切片檢測，產品對位準確度、激光燒蝕損傷情況滿足品質判定需求，改善OK。

6　綜合分析及結論

綜合分析我公司測試數據及結果，可以得到：

（1）剛撓結合板剛性板保護銅層制作過程中必須按內層線路圖層生產，增加工藝邊，按剛性板內層圖形進行漲縮補償；

（2）剛性板保護銅層的留銅線寬度需根據實際漲縮偏移控制能力及CO2激光燒蝕寬度設計，確保留銅線寬度能有效保護撓性板圖形；

（3）激光揭蓋工藝按新激光切割參數及規(guī)定進行，當疊加參數厚度-實際厚度≤0.05 mm，可使用不傷銅的小能量切割參數，能有效避免激光擊穿留銅線。

通過以上制程優(yōu)化，激光損傷撓性板問題取得良好的改善效果，有效避免了剛撓結合板產品激光揭蓋損傷撓性板的問題，擊穿報廢已完全改善，提高產品一次良率。

[1]吳軍權. 激光揭蓋工藝優(yōu)化探索［J］. 印制電路信息， 2013，S1.

[2]雷群. 剛撓結合板激光加工工藝研究［J］. 印制電路信息， 2009，S1.

[3]何淼. 剛撓結合板加工方法介紹［J］. 印制電路信息， 2014，S1.

林啟恒，研發(fā)部工程師。

Research and improvement on the flexible board damage in rigid-flex PCB laser lid removing

LIN Qi-heng WEI Xiong LIN Ying-sheng CHEN Chen

In the laser lid removing process， the remaining copper in capability of laser-blocking will probably occur， thus causing the undesirable defects such as laser burn and breakdown of fexible board. This paper analyses the phenomenon of fexible board damage in Rigid-Flex PCB laser lid removing， conducts research on expansion and contraction of Rigid-Flex PCB dimension first， and then optimizes the processing design， which realizes the signifcant improvement and effective control in laser damage of Rigid-Flex PCB.

Laser Lid Removing； Laser Offset； Expansion and Contraction Control

TN41

A

1009-0096（2015）09-0023-05