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(jié)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(dǎo)致激光燒傷、擊穿撓性板等品質(zhì)不良現(xiàn)象。對剛撓結(jié)合板激光揭蓋燒傷撓性板現(xiàn)象進(jìn)行分析，通過對剛撓結(jié)合板的漲縮等方面進(jìn)行研究，優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，對剛撓結(jié)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(jié)合板制作技術(shù)發(fā)展，剛撓結(jié)合板揭蓋方法日益增多，目前分別有：機(jī)械控深銑、機(jī)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(diǎn)成為目前剛撓結(jié)合板揭蓋主流方式，已被廣泛使用。在剛撓結(jié)合板激光控深揭蓋工藝應(yīng)用過程中，在剛性板的揭蓋底部會設(shè)計(jì)保護(hù)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(shí)際加工過程中，會出現(xiàn)揭蓋底部的保護(hù)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(dǎo)致?lián)闲园寰€路圖形被擊穿、損傷等品質(zhì)問題。

本文從材料漲縮、產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(yīng)措施，實(shí)現(xiàn)剛撓結(jié)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(jié)合板激光揭蓋示意圖

使用CO2激光鉆機(jī)進(jìn)行剛撓結(jié)合板產(chǎn)品揭蓋主要原理為：激光鉆機(jī)根據(jù)定位靶孔漲縮自動補(bǔ)償文件，按剛性板厚度選用規(guī)定的激光切割能量進(jìn)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(hù)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(yīng)用過程中，部分產(chǎn)品出現(xiàn)撓性板線路的受損情況，切片檢測結(jié)果表明激光揭蓋保護(hù)銅層的留銅線被擊穿或出現(xiàn)偏移，導(dǎo)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(jìn)行分析如圖4所示。

通過分析確認(rèn)，確定導(dǎo)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(jié)合板制作過程中，剛性板保護(hù)銅層不是線路圖層，板邊沒有工藝邊，也沒有進(jìn)行漲縮補(bǔ)償，撓性板部分則按剛撓結(jié)合板漲縮補(bǔ)償規(guī)范進(jìn)行制作，導(dǎo)致壓合后剛性板保護(hù)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(jù)撓性板靶孔打出定位孔，導(dǎo)致留銅線偏位。目前激光揭蓋保護(hù)銅層留銅線寬度設(shè)計(jì)一般在10 mil，CO2激光本身的燒蝕寬度在150 μm（即6 mil），當(dāng)偏移＞0.05 mm就會導(dǎo)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(shù)不當(dāng)：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(shù)，當(dāng)剛性板板厚非整數(shù)（如：0.15 mm、0.25 mm等等），揭蓋加工選用疊加參數(shù)時，造成疊加參數(shù)控深深度＞實(shí)際厚度，能量剩余過多，直接擊穿留銅線，燒傷撓性板；當(dāng)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(shù)控深深度＜實(shí)際厚度，揭蓋深度不足，揭蓋困難，補(bǔ)充切割易導(dǎo)致能量過大，擊穿留銅線，燒傷撓性板。

3　真因驗(yàn)證

3.1板材漲縮

以圖1所示的4L剛撓結(jié)合板結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)為250 mm×400 mm，短邊250 mm方向?yàn)榫曄?，制作方法與剛撓結(jié)合板的剛性板部分制作方式一致。經(jīng)測量，各厚度的剛性板壓合后漲縮數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　不同厚度剛性板漲縮數(shù)據(jù)

由上面測量的數(shù)據(jù)可以看出經(jīng)過層壓后剛性板上的保護(hù)銅線最大會偏位0.2 mm，而目前激光揭蓋保護(hù)銅層的留銅線寬度設(shè)計(jì)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(dǎo)致留銅線無法完全阻擋激光，導(dǎo)致不良問題產(chǎn)生，如圖5和圖6所示。

圖5　輕微偏移1.5mil

圖6　嚴(yán)重偏移8mil

改善對策：

（1）剛撓結(jié)合板剛性板保護(hù)銅層需按照常規(guī)剛性板內(nèi)層線路圖層制作，增加工藝邊，按常規(guī)內(nèi)層線路進(jìn)行漲縮補(bǔ)償，減少留銅線漲縮偏移量；

（2）優(yōu)化留銅線設(shè)計(jì)，尋找更合適線寬提供更大抗擊穿范圍。

3.2激光參數(shù)不當(dāng)

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

表2　激光揭蓋能量參數(shù)

根據(jù)板厚選擇加工參數(shù)與方法如表3所示。

主要問題如下：

（1）激光參數(shù)可控范圍窄，揭蓋深度能力±0.1 mm，當(dāng)剛性板板厚為0.15 mm、0.25 mm等非整數(shù)時，選用疊加參數(shù)，疊加參數(shù)厚度＞實(shí)際厚度，加上板厚有偏差，極易導(dǎo)致激光燒傷撓性板。

表3　不同板厚選擇加工參數(shù)與方法

（2）當(dāng)剛性板板厚＞0.3 mm時，如加工深度為0.8 mm，使用疊加參數(shù) “條件2*1次+條件3*2次”， 疊加參數(shù)厚度=實(shí)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(dǎo)致實(shí)際切割殘厚增大，揭蓋困難；增加1次切割，即參數(shù)為“條件2*1次+條件3*2次+條件1*1次”時， 疊加參數(shù)控深深度＞實(shí)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(shù)不當(dāng)導(dǎo)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(shù)不當(dāng)引起的不良現(xiàn)象，設(shè)計(jì)試驗(yàn)優(yōu)化激光揭蓋參數(shù)，開發(fā)不傷銅的小能量切割參數(shù)，滿足精細(xì)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(hù)銅層未按內(nèi)層線路規(guī)范設(shè)計(jì)，缺少工藝邊，沒進(jìn)行漲縮補(bǔ)償，導(dǎo)致保護(hù)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(shè)計(jì)如圖9所示。

為改善剛性板漲縮不一致導(dǎo)致保護(hù)銅層的留銅線偏位問題，規(guī)定剛撓結(jié)合板剛性板保護(hù)銅層制作過程中必須當(dāng)作內(nèi)層線路圖層生產(chǎn)，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(nèi)層圖形進(jìn)行漲縮補(bǔ)償，有效減少留銅線偏位，使剛撓結(jié)合板漲縮偏移控制在品質(zhì)要求0.1 mm范圍內(nèi)，工程設(shè)計(jì)如圖10所示。

圖9　保護(hù)銅層錯誤設(shè)計(jì)

圖10　保護(hù)銅層正確設(shè)計(jì)

4.2保護(hù)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(hù)銅線寬度設(shè)計(jì)0.25 mm很難保證激光燒蝕的部分能量完全被擋住，導(dǎo)致?lián)闲园宄霈F(xiàn)燒傷。

為避免剛性板遇上漲縮偏移導(dǎo)致留銅線偏位、激光未落在銅層上的不良現(xiàn)象，結(jié)合現(xiàn)有工藝能力得到：剛撓結(jié)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(hù)銅線寬度優(yōu)化為0.4 mm左右最佳，設(shè)計(jì)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(yīng)用效果如圖12所示。

4.3激光切割參數(shù)優(yōu)化

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

圖11　留銅線設(shè)計(jì)原理圖

圖12　16mil留銅線效果

加工說明：

（1）根據(jù)表4可得：0.1 mm切割參數(shù)適用于揭蓋深度0.1≤x＜0.2mm的揭蓋加工，0.2 mm切割參數(shù)適用于揭蓋深度0.2≤x＜0.3mm的揭蓋加工，0.3 mm切割參數(shù)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(jù)需要切割的深度選擇參數(shù)；

（2）若加工深度＞0.3 mm，需選用疊加參數(shù)，如加工深度為0.5 mm，則參數(shù)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(dāng)加工深度≥0.6 mm，使用疊加參數(shù)后，還需要另外用條件4補(bǔ)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(jìn)行深度＞0.8 mm的揭蓋加工。

表4　新激光揭蓋能量參數(shù)

5　結(jié)果驗(yàn)證

按照上述改善措施進(jìn)行優(yōu)化后，產(chǎn)品制作效果如圖13所示。

圖13　無激光損傷撓性板產(chǎn)品切片

得到：通過切片檢測，產(chǎn)品對位準(zhǔn)確度、激光燒蝕損傷情況滿足品質(zhì)判定需求，改善OK。

6　綜合分析及結(jié)論

綜合分析我公司測試數(shù)據(jù)及結(jié)果，可以得到：

（1）剛撓結(jié)合板剛性板保護(hù)銅層制作過程中必須按內(nèi)層線路圖層生產(chǎn)，增加工藝邊，按剛性板內(nèi)層圖形進(jìn)行漲縮補(bǔ)償；

（2）剛性板保護(hù)銅層的留銅線寬度需根據(jù)實(shí)際漲縮偏移控制能力及CO2激光燒蝕寬度設(shè)計(jì)，確保留銅線寬度能有效保護(hù)撓性板圖形；

（3）激光揭蓋工藝按新激光切割參數(shù)及規(guī)定進(jìn)行，當(dāng)疊加參數(shù)厚度-實(shí)際厚度≤0.05 mm，可使用不傷銅的小能量切割參數(shù)，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(jié)合板產(chǎn)品激光揭蓋損傷撓性板的問題，擊穿報(bào)廢已完全改善，提高產(chǎn)品一次良率。

[1]吳軍權(quán). 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(jié)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(jié)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