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FPC覆铜板飞秒激光刻蚀及细微线路成形技术的研究

2020-12-10阅读(139)

FPC覆铜板飞秒激光刻蚀及细微线路成形技术的研究

论文摘要

飞秒激光由于其脉宽短、峰值功率高等特性,在加工过程中产生的热影响极小,因而在微纳加工领域应用广泛。随着电子产品向着小型化与轻量化的方向发展,使得市场对于FPC(柔性电路板)集成度的要求进一步提高。而传统的加工方式由于其自身技术的局限性无法满足这种集成度需求。针对上述存在的问题,本文提出了基于飞秒激光的FPC覆铜板(CCL)细微线路成形技术,具体研究工作:(1)从激光能量吸收和材料物质迁移两个角度出发阐述了飞秒激光与金属和高分子材料的相互作用机理,同时对双光子吸收模型和双温模型进行简化分析,得到了飞秒激光单脉冲的烧蚀解析式。(2)在双温方程的基础上利用MATLAB软件对FPC铜层刻蚀过程中电子和晶格温度的变化情况进行了模拟仿真,并从温度变化等多个角度出发,分析了脉冲间隔时间、脉冲宽度和激光能量密度等三个因素对于电子和晶格温度变化的影响,并探讨了引起变化的原因。(3)利用紫外和红外波段的飞秒激光分别对FPC覆铜板铜层和基材层进行窗口刻蚀试验,采用单因素试验方法,探寻了激光功率(P)、扫描速度(V)、激光频率(f)、离焦量(h)、扫描次数(n)和扫描线间距(d)等不同工艺参数对于刻蚀效果的影响规律,并在此基础上进行正交试验,得到了各工艺参数对刻质量的影响权重,分析结果显示,扫描次数对铜层的刻蚀质量的影响权重最大;而激光功率对基材层刻蚀质量的影响权重最大。此外,采用综合平衡法平衡各指标下的最优方案,分别得到了铜层和基材层最佳刻蚀工艺参数。(4)结合最优工艺参数进行单根和并排导线对比刻蚀试验,根据测量结果对单根导线和并排导线的成形规律以及成形条件进行了探讨。并在导线刻蚀的基础上对FPC覆铜板进行完整的细微线路加工,制作出了线路宽度为29.33μm的导电线路。研究结果表明,在飞秒激光条件下采用优化后的工艺参数和扫描图形对FPC覆铜板进行刻蚀加工,可以实现高质量的细微线路成形。与传统线路加工方式相比,提高了线路成形的精度以及成形效率,进而提升了 FPC的线路集成度,证明了此种加工方法在实际应用中具有较好的可行性。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 引言
  •   1.2 国内外研究现状及分析
  •     1.2.1 飞秒激光加工国内外研究现状
  •     1.2.2 激光加工电路板国内外研究现状
  •     1.2.3 国内外研究现状总结
  •   1.3 研究本课题的主要目的和意义
  •   1.4 本文研究的主要内容
  • 第二章 飞秒激光刻蚀FPC的理论研究
  •   2.1 飞秒激光与材料的相互作用
  •     2.1.1 激光波长对吸收率的影响
  •     2.1.2 激光脉冲个数对烧蚀阈值的影响
  •     2.1.3 其他因素的影响
  •   2.2 飞秒激光刻蚀机理
  •     2.2.1 飞秒激光与金属材料作用机理
  •     2.2.2 飞秒激光与高分子材料作用机理
  •   2.3 飞秒激光与FPC不同层材料作用的理论模型
  •     2.3.1 飞秒激光与金属材料作用的理论模型
  •     2.3.2 飞秒激光与高分子材料作用的理论模型
  •   2.4 本章小结
  • 第三章 飞秒激光刻蚀金属的数值模拟分析
  •   3.1 飞秒激光刻蚀金属数值模拟的基本理论
  •     3.1.1 一维双温模型
  •     3.1.2 有限差分法
  •   3.2 双温模型数值模拟过程与分析
  •   3.3 不同因素对电子与晶格温度变化的影响
  •     3.3.1 脉冲间隔时间对电子和晶格温度变化的影响
  •     3.3.2 脉冲宽度对电子和晶格温度变化的影响
  •     3.3.3 激光能量密度对电子和晶格温度变化的影响
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 飞秒激光刻蚀FPC覆铜板的试验研究
  •   4.1 试验基础
  •     4.1.1 试验设备
  •     4.1.2 试验材料和测量设备
  •     4.1.3 试验方案
  •   4.2 紫外波段飞秒激光刻蚀FPC铜层的试验分析
  •     4.2.1 铜层刻蚀试验结果分析
  •     4.2.2 正交试验优化
  •     4.2.3 优化参数刻蚀效果分析
  •   4.3 红外波段飞秒激光刻蚀基材层的试验分析
  •     4.3.1 基材层刻蚀试验结果分析
  •     4.3.2 正交试验优化
  •     4.3.3 优化参数刻蚀效果分析
  •   4.4 本章小结
  • 第五章 FPC覆铜板细微线路成形与分析
  •   5.1 传统FPC线路成形方法
  •   5.2 基于飞秒激光的FPC细微线路成形
  •     5.2.1 试验条件
  •     5.2.2 单根导线刻蚀试验
  •     5.2.3 并排导线刻蚀试验
  •     5.2.4 线路刻蚀试验
  •   5.3 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  •   6.1 总结
  •   6.2 展望
  • 参考文献
  • 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 刘凯

    导师: 王明娣

    关键词: 飞秒激光,双温模型,覆铜板,刻蚀,微细线路

    来源: 苏州大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 物理学,无线电电子学,无线电电子学

    单位: 苏州大学

    基金: 国家自然科学基金“基于多波长飞秒激光的层合连接线缆件精确刻蚀机理研究”项目

    分类号: TN249;TN41

    DOI: 10.27351/d.cnki.gszhu.2019.000517

    总页数: 96

    文件大小: 10761K

    下载量: 96

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