Ultraviolet laser micromachining has increasingly been applied to the electronics industry where precision machining of high-density, multi-layer, and multi material components is in a strong demand. Due to the ever-decreasing size of electronic products such as cellular phones, MP3 players, digital...
Ultraviolet laser micromachining has increasingly been applied to the electronics industry where precision machining of high-density, multi-layer, and multi material components is in a strong demand. Due to the ever-decreasing size of electronic products such as cellular phones, MP3 players, digital cameras, etc., flexible printed circuit board (FPCB), multi-layered with polymers and metals, tends to be thicker. In present, multi-layered FPCBs are being mechanically cut with a punching die. The mechanical cutting of FPCBs causes such defects as burr on layer edges, cracks in terminals, delamination and chipping of layers. In this study, the laser cutting mechanism of FPCB was examined to solve problems related to surface debris and short-circuiting that can be caused by the photo-thermal effect. The laser cutting of PI and FCCL, which are base materials of FPCB, was carried out using a pico-second laser(355nm, 532nm) and nano-second UV laser with adjusting variables such as the average/peak power, scanning speed, cycles, gas and materials. Points which special attention should be paid are that a fast scanning speed, low repetition rate and high peak power are required for precision machining.
Ultraviolet laser micromachining has increasingly been applied to the electronics industry where precision machining of high-density, multi-layer, and multi material components is in a strong demand. Due to the ever-decreasing size of electronic products such as cellular phones, MP3 players, digital cameras, etc., flexible printed circuit board (FPCB), multi-layered with polymers and metals, tends to be thicker. In present, multi-layered FPCBs are being mechanically cut with a punching die. The mechanical cutting of FPCBs causes such defects as burr on layer edges, cracks in terminals, delamination and chipping of layers. In this study, the laser cutting mechanism of FPCB was examined to solve problems related to surface debris and short-circuiting that can be caused by the photo-thermal effect. The laser cutting of PI and FCCL, which are base materials of FPCB, was carried out using a pico-second laser(355nm, 532nm) and nano-second UV laser with adjusting variables such as the average/peak power, scanning speed, cycles, gas and materials. Points which special attention should be paid are that a fast scanning speed, low repetition rate and high peak power are required for precision machining.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
기존의 FPCB 레이저절단 공정에서 문제점으로 제시되었던 단락현상을 최소화하기 위해 공정을 연구하기 시작하였으며 피코초 레이저와 나노초 레이저를 이용하여 열적영향이 최소화 되는 조건을 도출하고자 하였다. 실험결과 나노초 레이저는 피코초 레이저 355 nm 및 532 nm 파장의 빔에 비하여 단위길이 당 주입에너지가 다소 낮고 평균 출력이 높아 절단속도가 뛰어나다는 것을 알 수 있었다.
본 논문에서는 레이저 가공의 문제점인 FPCB 에서의 낮은 생산성과 열영향을 보완하기 위한 실험내용을 다루고 있으며 극초단펄스 레이저와나노초 UV레이저를 이용하여 FPCB의 기반재료인FCCL(Flexible Copper Clad Laminate)를 절단하며 생산성 및 열영향을 비교하고 있다.
본 실험에서는 피코초 레이저와 나노초 레이저 그리고 355 nm와 532 nm의 파장에 따른 생산성 및 열영향을 비교하고 았다. 피코초와 나노초 레이저의 비교에서 동일한 첨두출력을 형성시키기 불가능하며 동일한 평균출력을 맞추기 위해 나노초 레이저의 출력을 낮출 경우 가공이 되지 않는 문제가 있어 각 레이저의 최고출력에서 비교실험을 진행하였다.
본 실험은 FPCB의 레이저 가공시 발생했던 문제점인 낮은 생산성과 열영향을 개선하기 위한 새로운 공정에 대한시도로서 나노초 UV레이저 및 피코초 레이저의 가공공정비교에 초점을 맞추고 있다. Table 3은 실험에 사용된 레이저 및 가공변수로서 12피코초의 펄스폭(Dp)을 가지는 빔이 조사 가능한 피코초레이저 Super(RAPID, Lumera laserGmbH)와 80나노초의 펄스폭(Dp)의 빔을 조사하는 나노초 UV레이저(JDSU사 Q302-HD)의 가공성능을 비교분석하였다.
제안 방법
Table 3은 실험에 사용된 레이저 및 가공변수로서 12피코초의 펄스폭(Dp)을 가지는 빔이 조사 가능한 피코초레이저 Super(RAPID, Lumera laserGmbH)와 80나노초의 펄스폭(Dp)의 빔을 조사하는 나노초 UV레이저(JDSU사 Q302-HD)의 가공성능을 비교분석하였다. 실험에 있어 초점크기(∅)에 의한 가공성의 차이를 배제하기 위하여 초점 크기를 동일하게 설정하였다.
열영향을 비교하고 았다. 피코초와 나노초 레이저의 비교에서 동일한 첨두출력을 형성시키기 불가능하며 동일한 평균출력을 맞추기 위해 나노초 레이저의 출력을 낮출 경우 가공이 되지 않는 문제가 있어 각 레이저의 최고출력에서 비교실험을 진행하였다.
대상 데이터
Fig. 1은 실험에 사용된 FCCL(Flexible Copper Clad Layer: 연성동박적층필름)에 대한 도식으로 서원재료인 폴리이미드(PI) 필름과 동박을 점착 층을 사이에 두고 붙이는 다증으로 구성된다. 이는 휴대폰 - LCD 등에 주로 쓰이는 연성회로기판(FPCB) 의 핵심 소재로서 FCCL에 에칭 등을 통해 필요한 회로를 형성하면 FPCB가 된다.
성능/효과
나노초 레이저의 경우 가공속도가 빠른 이유로서는 열적영향에 의한 것으로 판단되며 이로 인하여 가공품질 측면에서는 피코초 532 nm 가 우수하다는 것을 알 수 있다. Fig. 5는 피코초 영역에서의 355 nm 와 532 nm에 대한 파장별 분석 결과로서 피코초 532 nm(1.8~3.9 W)를 이용하여 FCCL 을 절단하는 경우 355 tim(0.6 W)에 비해 2~3배의 단위 길이 당 에너지를 필요하고 355 nm(0.6 W) 에비해 가공속도는 약 3배 빨라진다는 결론을 얻을 수 있었다. 즉 355 nm파장의 경우 532 nm파장의 경우보다 흡수율이 높아 단위길이 당 주입 에너지는 낮아지나 평균출력의 한계로 인하여 가공속도를 높일 수 없는 단점이 있었다.
도출하고자 하였다. 실험결과 나노초 레이저는 피코초 레이저 355 nm 및 532 nm 파장의 빔에 비하여 단위길이 당 주입에너지가 다소 낮고 평균 출력이 높아 절단속도가 뛰어나다는 것을 알 수 있었다. 그렇지만 구리층의 열적영향은 피코초 레이저가 나노초 UV레이저에 비하여 적다는 것을 알 수 있었다.
실험결과 단위길이 당 주입에너지(EQ는 나노초 레이저(8 W)의 경우 피코초레이저(0.6 W)에 비해 적은 에너지가 주입되었고 단위길이 당 절단시간 #는 나노초 레이저(8 W)의 경우 피코초 (0.6 W) 에 비해 15배 빠른 절단시간을 가진다는 것을 알 수 있었다. 그렇지만 열영향에 있어서는 피코초 레이저의 경우 나노초의 경우에 비해 열적 영향이 적어 정밀절단에 유리하다는 것을 보여주고 있다.
그렇지만 구리층의 열적영향은 피코초 레이저가 나노초 UV레이저에 비하여 적다는 것을 알 수 있었다. 이로써 내릴 수 있는 결론은 나노초 레이저는 피코초 레이저의 경우에 비해 가공속도가 빨라 양산공정에 적합하며 피코초 레이저는 나노초 레이저에 비해 용융물이 적게 발생하여 다층/고집적화에 적합하나 출력이 낮은 단점이 있어 현 단계에서의 양산가공으로의 적용이 어렵다는 것을 보여준다. 그렇지만 여러 선도 업체에서 극초단 펄스레이저의 고출력화에 대한 시도가 이루어지고있으므로 생산성의 문제는 빠른 시일 내에 해결될 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.