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激光切割高频材料干膜替代PI胶带技术

 mtwj 2022-03-29

                                    

      介电常数3以下的高频板材通常采用聚四氟乙烯为粘结剂、玻纤布为增强层、覆盖各类铜箔的组合,在印制板成型过程中会产生聚四氟乙烯毛刺,过去十多年一直是采用手工去毛刺的方法,品质不能保证并且效率较低。(如图)

   

    为解决毛刺及非接触式成型,公司购买了激光切割机,利用激光的高能量对印制板进行外形加工,基本杜绝了板边毛刺和接触式铣削带来的材料形变、金面擦花、尺寸精度不足问题。

    激光切割(英文:LBCLCT)就是将激光束照射到印制板表面时释放能量来使材料熔化并将熔渣吹走,利用激光束的热能实现切割。基于该原理,印制板基材会因为激光高热而碳化,在切割时吹风吹走切缝中碳化物粉尘,设备将粉尘吸走,在这个过程中碳化物粉尘不可避免的会散落在印制板表面及切口位置,目前激光设备厂家仍无方法解决这个问题。

    碳化物是黑色残渣,会影响外观,同时碳化物是半导体,有降低印制板绝缘性能的风险,因此在客户端通常不会接受该类现象的产品。我公司在过去采用PI胶粘贴在板面阻挡碳化物附着(购买专用贴膜设备),但是在线条之间及线条上依然会沉积碳化物,成品检验人员采用橡皮、喷砂等方式处理,效率较低,同时带来金面擦花的风险,即使这样也有未处理到位流到客户处而产生客户投诉的现象,行业内目前也没有彻底解决这个问题的方法。

    202111月公司一个重要客户再次提出这个问题反馈,这个质量问题必须得解决,并且思考应该利用公司现有材料资源、设备资源、工艺方法解决这个问题。

    当时思考了两类解决这个问题的方法:

    一个是清洁处理法,这个工艺产生碳化物不可避免,产生后就想办法处理掉;碳化物附着在板面,其不能溶解于我们公司现有溶液,之前方法就是采用物理方法喷砂,将金面和基材的碳化物清理掉,但是印制板小,耗费大量人工、效率低并且也不一定能够清洁干净,还会带来金面擦花风险、印制板掉的风险。思考结合我们现有资源和工艺来解决问题,我们有等离子设备,其可以清洁处理钻孔产生的胶渣,能够活化聚四氟乙烯的表面活性,碳化物是表面附着物应该与胶渣有类似的特性,可以采用等离子设备去胶渣的功能来解决这个问题。20211125日组织技术部胡丽红和成型组赵帆取废印制板实验,板面碳化物明显改善,并且可以将板面及切割面的碳化物处理掉,目前检验班组已经采用这个技术处理碳化物,至今没有收到客户反馈基板及金面发黑的问题。(当时让胡丽红和赵帆完成了合理化建议,还没有提交到行政部)图片为当时实验前后效果。

        

             激光切割发黑          等离子体处理后

    另一个是采用遮盖的方法:当然贴PI胶带也是一类遮盖方法,事实上没有彻底解决问题。20211127日组织胡丽红取废印制板贴干膜遮盖,激光切割后观察,表面正常,把这个方法作为了等离子体处理碳化物的备选方案。20223月初,看到大量的产品需要喷砂及等离子体清洁,并且部分切割到金面的现象,碳化物不容易清洁,再次启动这个干膜替代PI胶的方法。202235日组织胡丽红取废印制板贴干膜,苏秦勇激光切割,一类是激光切割在基材上、一类是激光切割在金面,然后采用碱性去膜液将干膜去掉,基材上没有碳化物,金面没有碳化物,金面没有出现发黑发红现象,期间采用部分产品小批量试用,与检验班组沟通无发黑现象,但是由于单件去干膜,产品之间有碰撞产生少量划痕。326日,与胡丽红梳理该替代技术的流程,解决碳化物附着、解决产品去干膜碰撞而产生划痕,要求本周内启动这项新的技术。图片为实验时效果,未做酸洗除氧化。

                  

    流程:

    蚀刻---半成品检验---成型(贴背面PI胶)---压干膜(正面、需垫板)---激光切割---去膜---酸洗---烘干---成品检验

    利用公司现有材料干膜替代PI胶的机理:

    PI胶带材料特性:透明膜层度100um 左右,胶层10um左右,采用贴膜机压膜;

    印制板表面状态:聚四氟乙烯基板材料,表面附着35um以上镀金铜线路,线条之间的距离可能在100um左右,线条离板边可能在100um甚至更少。

    干膜材料特性:表面一层20um左右聚脂薄膜(这一层会去掉),其他38um全是丙烯酸类树脂等软性材料,采用干膜贴膜机,可以升温。

    PI胶带遮挡:由于胶层薄,采用压膜机也不能把PI胶带全部压入到基材表面,只能粘贴在线路表面并且不会是强粘结,激光切割时候产生碳化物,设备吹风会将热的碳化物吹到切缝附近任何有缝隙的地方,包括线条之间、基板边缘线条边、甚至部分线条表面;如果切缝离线条近产生的热量会使得金面在高温、有氧情况下发生变色,导致无法处理。PI胶带遮挡通常会再次采用等离子体处理碳化物。

     图片为覆盖PI激光切割板发黑状态

                 

    干膜遮盖(只需遮盖激光切割面):38um厚度的干膜在热压机作用下,可以将干膜压入到线条之间的基材上,产生的碳化物进入不到线条之间,而附着在干膜的表面,在去除干膜的时候可以一并去除掉。即使激光切割到线条,会产生大量热,但是干膜的胶与线条密切黏着,没有氧气的参与,金面不会产生发黑变色的问题。去膜、浸酸、烘干后通常可以不再进行碳化物处理,特殊情况除外(线条再近再厚可以采用喷涂湿膜)。激光切割面采用干膜、背面采用PI胶,在切割结束后可以粘贴蓝膜,便于后面碱性去膜及浸酸去氧化处理。

图片为采用干膜替代PI胶带去膜后的状态,不需再次等离子体处理

  

    技术部按照新的流程组织作业,依据不同的材料特性(软硬、厚薄、线条厚度、线条间距、金面状态、是否台阶、是否切割线条等)确定各部门、点位质量标准,明确工艺要求,密切跟进产品状态,小批量跟进及完善,如有异常及时纠正。(胡丽红编写相关文件,并编写合理化建议)


结合激光切割的干膜遮盖法的研发发明:(结合特种印制版的激光切割思路的研发)

A、研发一套上面贴干膜,下面贴PI膜的贴膜机,这样子效率提升,成本降低,并且是可以快速换装,不浪费那种(可以一同拆换一体化的贴膜机构)

B、研发一套去干膜、酸洗、烘干的设备,并且是软性材料连接,不结垢的机构,提升效率,保障品质;

 

目前的效果:

  效率提升,大部分产品减少了喷砂、等离子体处理(对于无等离子体设备的单位也可以实施了),喷砂、等离子体的时间、成本,特别是在检验班组的整理、检验效率,漏检验等方面改善;

品质方面:减少处理就减少了擦花等,防止喷砂带来的擦花、掉板,同时对喷砂设备带来堵塞的隐患;

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