它是一種分子主鏈上含有酰亞胺環狀結構的耐高溫聚合物，在高溫下具有突出的介電性能、機械性能、耐輻射性能和耐磨性能等，被廣泛應用於航空、兵器、電子、電器等精密電子領域。

 

在 FPC 的實際生產過程中
，因工藝過程需要，需在 PI 覆蓋膜表麵塗布一層半固化態的環氧樹酯粘合劑，在粘合劑表麵貼一層離型紙以保護粘合劑不被汙染，因此用於 FPC 的 PI 覆蓋膜已不隻是一種單組分的材料，它至少是含有兩種化學材料的複合薄膜（如圖 1）。

 

圖1.PI覆蓋膜結構

 

PI 覆蓋膜在與 FPC線路層貼合前，需根據線路設計要求，在相應位置切割大小
、形狀不同的窗口（行業內亦稱為PI膜開窗）。在過去很長一段時間
，PI膜的切割主要用傳統的模切方式實現，該工藝存在加工精度低、製造成本高等問題，且隨著電子電路設計向小型化和高密度化發展，傳統的模切方式已日漸不能滿足設計的要求。

 

利用激光進行PI 覆蓋膜切割，不僅切割精度高，還可省去高額的模具費用，產品合格率亦高
，能夠大大降低生產成本
，提高產品質量

；激光采用的是無接觸式加工
，如激光光源的選型以及工藝方法得當，則不會對加工材料造成如模切方式產生的拉伸變形、壓傷等損傷；因激光的聚焦光斑僅有幾十微米，能夠實現高密度線路和微孔的加工，這一優勢正迎合了電路設計的發展步伐，是PI 覆蓋膜開窗最理想的加工工具。

 

目前
，用於 PI覆蓋膜切割的激光器主要為納秒級的全固態紫外激光器，其波長一般為355nm，單光子能量約為 3.5EV，在PI的化學鍵結構中，C－C 鍵和C－N鍵的化學鍵的鍵能約為3.4EV，略低於355nm波長紫外激光的單光子能量，當該波長的紫外激光作用在材料上時
，可直接將這兩種化學鍵打斷，這亦是紫外激光能夠切割PI材料的原因。雖然紫外激光相較於傳統的模切方式更前進了一步，但在實際應用過程中仍存在一些問題：1.紫(zi)外(wai)激(ji)光(guang)的(de)光(guang)子(zi)能(neng)量(liang)在(zai)達(da)到(dao)或(huo)高(gao)於(yu)材(cai)料(liao)化(hua)學(xue)鍵(jian)的(de)鍵(jian)能(neng)的(de)同(tong)時(shi)，其(qi)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)亦(yi)達(da)到(dao)材(cai)料(liao)的(de)熱(re)損(sun)傷(shang)閾(yu)值(zhi)
，當(dang)激(ji)光(guang)與(yu)材(cai)料(liao)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)時(shi)
，已(yi)不(bu)僅(jin)隻(zhi)是(shi)光(guang)化(hua)學(xue)作(zuo)用(yong)，還(hai)存(cun)在(zai)光(guang)熱(re)轉(zhuan)換(huan)及(ji)傳(chuan)遞(di)過(guo)程(cheng)，隨(sui)著(zhe)熱(re)量(liang)的(de)產(chan)生(sheng)和(he)積(ji)累(lei)，材(cai)料(liao)溫(wen)度(du)不(bu)斷(duan)上(shang)升(sheng)，研(yan)究(jiu)表(biao)明(ming)
，當(dang) PI 材料溫度高於600℃時
，相對於 C元素
，N和O兩種元素的比例會不斷減小，最終材料中主要以Cyuansuweizhu，jicailiaofashengtanhua

，tanhuadecailiaojiyizaochengxianlujiandeduanlu，youqishiweiduanlu，bujingeichanpinweixiujiancedailaihendakunnan，erqieyingxiangchanpinhegelv，suiranzaishijiyingyongguochengzhongketongguoyouhuagongyicanshujianxiaotanhuadechengdu，danrengnanzuodaojueduidebaozhang
，tu2 為使用紫外激光器通過優化工藝參數做的厚度分別為 0.5mil和1mil的 PI膜開窗的圖例，在 50 倍放大狀態下，仍可見有輕微碳化現象；2.目前市麵上的紫外激光器的脈衝寬度均為納秒級別

，其單個脈衝持續時間為10^-9S
，根據材料吸收激光能量轉化為熱能的擴散距離公式 L = [4Dt]^1/2，其中 D為材料熱擴散率
，tweijiguangmaichongkuandu
，youcikezhidangcailiaoyidingshi，jiguangmaichongkuanduyueda，jiguangchanshengderenengzaicailiaoshangdekuosanjuliyueda，yejiushishuoduicailiaoderesunshangyueda
，dangzaijiagonggaomidukongshi，jiyidaozhikongyukongzhijian PI材料的熱變形
，甚至是熔斷；3.現在市麵上主流的紫外激光器為全固體結構，該類激光器普遍存在長期工作不穩定、需做周期性調校的缺陷，在實際應用中不僅影響生產效能
，而且維護成本較高。

 

圖2.紫外激光 PI 膜開窗(左圖為 0.5mil 厚，右圖為 1mil厚)

 

pimiaoguangxianjiguangqishizaichaokuaijiguangjichushangkaifachudexinyidaijiguangqi，youqishijinnianlaiguangxianqideyanzhichenggong
，biaozhizhejiguangjishudeyicifeiyuejinbu
，yugutinamiaojiguangxiangbi，pimiaoguangxianjiguangqijuyouyixiayoudian：1.激光脈衝寬度更窄
，僅為 10^-12S，從上述材料吸收激光能量轉化為熱能的擴散距離公式可知，這將大大減小激光加工材料時的熱擴散距離，降低激光對材料的熱損傷；2.因脈衝寬度變窄
，激光單脈衝峰值功率成倍增加，提升了激光加工材料的能力；3.光(guang)纖(xian)激(ji)光(guang)器(qi)以(yi)細(xi)小(xiao)的(de)光(guang)纖(xian)作(zuo)為(wei)激(ji)光(guang)的(de)傳(chuan)輸(shu)和(he)放(fang)大(da)介(jie)質(zhi)
，與(yu)固(gu)體(ti)放(fang)大(da)結(jie)構(gou)相(xiang)比(bi)，不(bu)僅(jin)工(gong)作(zuo)穩(wen)定(ding)
，免(mian)除(chu)了(le)周(zhou)期(qi)性(xing)的(de)調(tiao)校(xiao)工(gong)作(zuo)
，降(jiang)低(di)了(le)維(wei)護(hu)成(cheng)本(ben)，而(er)且(qie)結(jie)構(gou)小(xiao)巧(qiao)，製(zhi)造(zao)成(cheng)本(ben)相(xiang)對(dui)較(jiao)低(di)。表(biao)1是量澤激光公司研製的光纖器與目前市麵上主流的納秒級固體紫外激光器的參數對照：

 

 

激光切割材料有兩種實現方式， 一種是光化學原理， 利用激光單光子能量達到或超過材料化學鍵鍵能，通過打斷材料某些化學鍵來實現切割
，上述紫外激光切割 PI覆蓋膜則用的是這種原理；lingyizhongshiguangwuliyuanli
，jidangyidingnengliangdejiguangzhaoshezaicailiaoshangshi，yibufenjiguangguangzihuibeicailiaofenzixishou，cailiaofenzixishoulejiguangguangzi
，qinengjijiangfashengyueqian
，chengzhiweifenziyundong，ercailiaodefenziyundongjiangchanshengre
，jijiangxishoudeguangnengzhuanhuaweireneng，dangcailiaofenziderenengjujidadaoqiqihuayuzhishi

，cailiaofenzijiangtuoliyuanlaideweizhi，shifenzilianduanlie
，zuizhongjiangcailiaozaijiguangxishouweizhifengeweilianggebufen，congershixianjiguangduicailiaodeqiege。1064nm紅外波長激光的單光子能量約1.2EV
，小於大多數材料的化學鍵鍵能， 因此紅外波長激光加工材料的機理一般為光物理原理。 從對照表上可以看出，雖然量澤皮秒光纖激光器的功率僅為納秒激光器的1/2，但脈衝寬度卻隻有納秒的 1/400
，峰值功率達到納秒激光的10倍bei。從cong上shang述shu激ji光guang作zuo用yong於yu材cai料liao時shi熱re能neng的de擴kuo散san距ju離li公gong式shi可ke知zhi，相xiang對dui於yu同tong種zhong材cai料liao，激ji光guang脈mai衝chong寬kuan度du越yue窄zhai，激ji光guang熱re能neng的de擴kuo散san距ju離li就jiu越yue小xiao
，材cai料liao中zhong能neng量liang吸xi收shou與yu能neng量liang擴kuo散san之zhi間jian的de比bi例li就jiu越yue大da
，材cai料liao溫wen度du上shang升sheng速su度du就jiu越yue快kuai，在zai獲huo取qu相xiang同tong熱re能neng下xia所suo需xu的de時shi間jian越yue短duan，激ji光guang在zai材cai料liao上shang的de熱re作zuo用yong時shi間jian也ye越yue短duan
，對dui材cai料liao的de熱re損sun傷shang就jiu越yue小xiao；同tong時shi峰feng值zhi功gong率lv的de大da幅fu提ti升sheng
，加jia快kuai了le材cai料liao溫wen度du上shang升sheng的de速su度du，使shi達da到dao氣qi化hua閾yu值zhi的de時shi間jian越yue短duan，加jia工gong時shi對dui材cai料liao的de熱re損sun傷shang越yue小xiao。於yu此ci，為wei驗yan證zheng這zhe一yi理li論lun
，我wo們men使shi用yong表biao1中的量澤皮秒光纖激光器對切割 PI覆蓋膜的工藝進行了研究。

 

首先

，我們在 0.5mil厚度的 PI覆蓋膜上做切割3mm*3mm方孔試驗，本試驗的目的主要是：1.驗證試驗激光器切割 PI覆蓋膜的能力；2.驗證量澤皮秒光纖激光器切割 PI 覆蓋膜的熱損傷情況。如圖 3所示
，將切樣在 50倍放大狀態下觀察，PI 覆蓋膜切割後邊緣很平整

，下層環氧樹酯以及PI 材料本身未見有碳化現象。這一試驗證明試驗樣機具備切割PI 覆蓋膜的能力，而且由於脈寬窄
，峰值高
，切割時對材料的熱損傷極小，不會引起PI材料以及樹酯粘合劑的碳化不良。

 

圖3.皮秒光纖激光器PI 膜開窗(左圖為 0.5mil 厚，右圖為 1mil 厚)

 

為進一步驗證量澤皮秒光纖激光器切割 PI覆蓋膜時的熱損傷情況，我們在 0.5mil厚的PI 覆蓋膜上做了切割 128PIN QFP IC的試驗。將QFP-128 IC的 PIN寬設為0.3mm，PIN間距設為 0.2mm，試驗圖樣如圖4 所示。在切割完所有PIN孔後
，PI材料仍保持很好的平整度
，經在顯微鏡下測量，切割後的PIN 間距離為 0.203mm，未有材料收縮現象；切口邊緣平整，無碳化不良。試驗證明量澤皮秒光纖激光器具備在 PIfugaimoshangjiagonggaomidukongdenengli，erqieyinmaichongkuandujiaozhai，qichanshengdereyingxiangbuhuidaozhicailiaodeshoubianxinghetanhua，nenggoubaozhengcailiaojiagonghoudechicunjingdu。

 

圖4.皮秒光纖激光器切割128PIN QFP IC

 

本文主要闡述了納秒紫外激光和紅外量澤皮秒光纖激光器切割 FPC PI覆蓋膜的原理及特性，通過使用自主研製的光纖紅外量澤皮秒光纖激光器對切割PI 覆蓋膜的工藝進行了試驗。經過上述試驗
，我們證實了紅外波長量澤皮秒光纖激光器具備 PI 覆fu蓋gai膜mo開kai窗chuang的de能neng力li
，且qie加jia工gong質zhi量liang較jiao好hao，同tong時shi經jing我wo們men使shi用yong幾ji種zhong不bu同tong參can數shu的de試shi驗yan樣yang機ji試shi驗yan
，證zheng明ming當dang激ji光guang頻pin率lv一yi定ding時shi，脈mai衝chong能neng量liang的de大da小xiao將jiang影ying響xiang切qie割ge的de能neng力li以yi及ji速su度du，脈mai衝chong寬kuan度du越yue窄zhai，切qie口kou碳tan化hua的de程cheng度du越yue小xiao。