前言

随着市场对消费电子产品的用户体验提出了更高的要求，手机盖板玻璃、液晶屏等硬脆透明材料将向着越来越薄、硬度越来越高的方向发展，这对传统数控（CNC）加工技术提出了极大的挑战。众所周知，CNC属于机械加工，这种加工技术可在直线上做到很好的一致性，但正因为是靠机械力的加工，导致在加工有弧度的图形时，应力始终沿着弧线正切线方向释放，应力作用的材料面积变大，使得加工的成品率越来越低、崩边控制越来越难。此外，CNC加工的刀轮也是机械结构，需要定期维护保养或更换，无形之中增加了成本。相较于传统的CNC加工，超快激光技术则优势明显：

1）激光加工速度是CNC的10倍；

2）激光加工对材料硬度无要求；

3）加工后的材料没有或只有少量微裂纹；

4）对于液晶等材料，其加工过程中不引入切削液等污染物。

超快激光技术的细分应用市场主要集中在3C电子、半导体和安防领域（具体应用见上表）。下文将集中介绍其在柔性线路板（FPC）领域中的应用。

皮秒激光器在FPC领域的应用

应用背景

目前，微电子行业与激光行业的联系越来越密切，技术也在更新换代，以往一些用纳秒切割就能满足需求的应用领域，现在正逐渐由皮秒激光器技术取而代之。

在FPC领域中，应用较多的是PI膜切割、软硬板切割、金手指切割等。

FPC表面有一层树酯薄膜，起到线路保护和阻焊等的作用，是FPC产品重要的组成部分，因其主要成分为聚酰亚氨（Polyimide，Pl），故在该领域又被称之为PI覆盖膜，它是一种分子主链上含有酰亚胺环状结构的耐高温聚合物，在高温下具有突出的介电性能、机械性能、耐辐射性能和耐磨性能等，被广泛应用于航空、兵器、电子、电器等精密电子领域。

现在市场上用于Pl覆盖膜切割的激光器主要为纳秒级的紫外激光器，其波长一般为355 nm，单光子能量约为3.5 eV。在PI的化学键结构中，C-C键和C-N键的化学键键能约为3.4 eV，略低于355 nm紫外激光的单光子能量，当该波长的紫外激光作用在材料上时，可直接将这两种化学键打断，这也是紫外激光能够切割Pl材料的原因。

面临的挑战

虽然紫外激光相较于传统的模切方式技术更先进了一步，但在实际应用过程中仍存在一些问题。紫外激光的光子能量在达到或高于材料化学键键能的同时，其能量密度亦达到材料的热损伤阀值，当激光与材料相互作用时，已不仅只是光化学作用，还存在光热转换及传递过程，随着热量的产生和积累，材料温度不断上升。研究表明，当Pl材料温度高于600℃时，相对于C元素，N和O两种元素的比例会不断减小，最终材料中以C元素为主，即材料发生碳化，碳化的材料极易造成线路短路，尤其是微短路，不仅给产品维修检测带来很大困难，而且影响产品的合格率。虽然在实际应用过程中可通过优化工艺参数减小碳化的程度，但仍难做到绝对的保障。

同时，除了激光器本身，加工方法和加工工艺也是影响加工质量、成品率、生产成本等方面的重要因素。

应用效果

以皮秒激光器加工PI膜为例，首先需要在加工设备中导入所需要的图形参数，通常为CAD文档。加载好文档后需要确定所需加工参数，对于常见的PI膜来说，影响较大的因素是重频、功率、切割速度等。

导入图形参数：

进行切割加工：

以华快光子皮秒加工后的产品为例，其在质量上和普通纳秒加工后的产品有明显的差别，最主要的就是热效应。

普通的纳秒激光器在加工材料时由于脉宽太宽，导致热量在材料上积聚使材料发生碳化效应，影响了材料在过电测无法达到很好的标准，影响加工后的器件使用寿命。而用皮秒加工后可以明显看到热效应不见了，切割线周围也没有碳化现象，在合格率及精度上有了质的提高。

结论

激光加工取代传统加工在微加工领域地位已是必然的趋势，超快激光作为激光行业的“最利的尖刀”，随着工艺技术越来越成熟、成本的进一步降低，必将引领科技革新潮流、深入到制造业的各个细分领域。

作者：张富源，广东华快光子科技有限公司

封面图来源：慧聪网

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