PI 필름 에칭 및 FPC 절단용 피코초 레이저 커팅기

소비자 가전 및 5G 인프라가 빠르게 발전함에 따라 FPC(플렉서블 회로 기판), PI 필름 및 커버레이는 더욱 정밀한 공정을 요구받고 있습니다. 그러나 기존 방식으로는 한계에 다다르고 있습니다. 

다이 커팅 및 기계적 패널 분리는 접촉 공정으로, 일반적으로 버(burr), 기판 변형 및 골드핑거 손상을 유발하며, 장펄스 레이저는 가장자리를 탄화시켜 검게 만드는 경향이 있습니다. 

특히 PI 필름의 구리 에칭 공정에서, 부정확한 절단은 아래쪽 구리층을 과도하게 에칭하여 손상시킬 수 있으며, 이는 수율과 장기적인 신뢰성에 직접적인 악영향을 미칩니다.

PI 필름, FPC 및 커버레이 가공이 어려운 이유

얇고 유연하며 열에 민감합니다. FPC 플렉서블 기판, PI 필름 및 커버레이는 본질적으로 섬세하며 기계적 또는 열적 스트레스에 매우 취약합니다.

접촉식 툴링은 재료를 손상시킵니다. 다이 커팅 및 기계적 라우팅은 버, 기판 늘어짐, 미세 균열 및 골드핑거 손상을 유발합니다.

장펄스 레이저는 과열됩니다. 과도한 에너지는 깨끗한 표면 대신 탄화되어 검게 변한 가장자리를 남깁니다.

과도한 절삭은 구리를 손상시킵니다. PI 필름 에칭 후 구리 도금을 할 때, 너무 깊게 절삭하면 아래쪽 포일이 손상되어 수율이 떨어집니다.

이러한 한계 때문에 저탄소 냉간 가공에 최적화된 피코초 레이저 절단기가 고정밀 플렉서블 전자 제품 제조에 선호되는 선택지가 되고 있습니다.

솔루션: UV 및 그린 피코초 레이저 커팅

Beyond Laser는 FPC(연성 회로 기판) 및 박막 정밀 가공에 특화된 UV/그린 피코초 레이저 커팅 장비 라인업을 선보입니다. 

이 시스템은 펄스 폭 15ps 이하의 UV 또는 그린 피코초 레이저를 적용하여, 하부 기판에 열을 가하거나 손상을 주지 않고 정밀하게 소재를 제거하는 저탄소 '콜드 가공(cold processing)'을 구현합니다.

각 장비는 650 × 550mm 규격의 듀얼 작업 영역을 기반으로 하며, 고정밀 리니어 모터 스테이지(대리석 베이스)와 CCD 비전 위치 결정 시스템(±5μm)을 탑재하여 ±3μm의 위치 결정 정밀도를 실현합니다. 

따라서 소량 시제품 제작부터 대량 생산 라인에 이르기까지 폭넓게 활용하기에 적합합니다.

그림 1. FPC 및 박막 가공용 UV/녹색 피코초 레이저 절단 장비.

모든 생산 규모에 적합한 세 가지 구성

싱글 헤드 듀얼 플랫폼

CY-CT2PZ1-6555 / CY-CT2PL1-6555 — 레이저는 멈추지 않고 계속 작동합니다. 하나의 레이저가 동일한 작업을 병렬로 처리하는 두 개의 플랫폼에 빔을 공급함으로써, 650 × 550mm의 대형 포맷에서 처리량과 장비 가동률을 효과적으로 두 배로 높입니다. 지능형 빔 분할을 통한 독립적인 마크 포인트(mark-point) 위치 제어 기능 덕분에 단일 레이저로 두 개의 빔을 생성할 수 있어 유지보수 비용도 절감됩니다.

듀얼 헤드 듀얼 포지셔닝

CY-CT2PZ1-S1-6555 / CY-CT2PL1-S1-6555 — 대형 가공물에 대한 고처리량 정렬을 위해 독립적인 비전 위치 결정 기능을 갖춘 두 개의 커팅 헤드.

듀얼 헤드 듀얼 시스템

CY-CT2PZ2-S2-6555 / CY-CT2PL2-S2-6555 — 두 개의 독립적인 시스템이 서로 다른 두 가지 제품 유형을 동시에 절단하며, 각 시스템은 최대의 유연성을 위해 별도의 제어 장치와 작업자 인터페이스를 갖추고 있습니다(레이저 2대, 빔 2개).

피코초 레이저 커터의 주요 장점

저탄소 냉간 가공(Cold processing). 15ps(피코초) 이하의 펄스 폭으로 탄화 영역이 극히 적어 육안으로는 거의 식별되지 않으며, 매끄럽고 깨끗한 가공면을 구현합니다.

고효율 피코초 가공. 반복률은 MHz(메가헤르츠) 대역에 달하며 갈보(galvo) 속도는 3,000mm/s에 이르러, 나노초 레이저 대비 약 1.5~2배 빠른 속도를 자랑합니다.

높은 정밀도. 리니어 모터의 반복 정밀도 ±2μm, 위치 결정 정밀도 ±3μm, 전체 가공 정밀도 ±25μm(소재 팽창 제외) 및 팽창 보정률 1‰(0.1%) 이하를 실현하여 첨단 전자제품 제조에 최적화되어 있습니다.

높은 가동률. 중단 없는 가공과 듀얼 플랫폼 병렬 작업을 통해 대기 시간 없이 지속적인 절단 공정이 가능합니다.

입증된 결과: PI 필름 에칭 및 FPC 절단 샘플

실제 시험 가동 결과는 그 우수성을 입증합니다. PI 필름 에칭에서 피코초 레이저는 표면의 PI 필름을 정밀하게 제거하여 아래쪽의 구리 호일을 손상 없이 깨끗하고 직선적인 에칭 가장자리로 남겨두어 최고 수준의 정밀도 요구 사항을 충족합니다.

FPC 및 구리 호일 FPC 절단의 경우, 비접촉 공정은 기계적 스트레스를 가하지 않으므로 기판의 늘어짐, 변형 및 미세 균열을 방지합니다. 윤곽은 균일하게 유지되고, 가장자리는 저탄소 상태를 유지하며, 금도금 핀은 깨지지 않습니다. 

기존 접촉식 공정과 비교하여 이 장비는 정확성과 수율을 모두 향상시키고 후속 연삭 및 마감 공정을 줄입니다.

그림 2. PI 필름-구리 에칭 시료의 현미경 품질 검사.

이 장비로 어떤 소재를 가공할 수 있나요?

PI 필름과 FPC 외에도, 이 피코초 레이저 커팅 장비는 다양한 연성 전자 부품(flexible-electronics) 소재를 가공할 수 있습니다.

접착층이 포함된 FPC(연성 회로 기판)

동박 FPC

다층 기판 및 스트립 기판

리지드 플렉스(Rigid-flex) 기판

커버레이(CVL) 및 PI 필름

그림 3. 해당 장비로 절단한 FPC 및 연성 회로 샘플.

왜 지금 전환해야 할까요? FPC 및 필름 코일에 대한 공정 기준이 갈수록 엄격해짐에 따라, 기존의 다이 커팅, 기계적 패널 분리, 나노초 레이저 가공 방식은 더 이상 요구 수준을 충족하지 못하고 있습니다. Chaoyue Laser의 UV/그린 피코초 레이저 커팅 장비는 별도의 후가공 없이도 기존 방식의 한계였던 변형, 버(burr), 과도한 탄화 및 과절삭 문제를 해결합니다.