Proizvodnjatiskane ploče (PCB)uključuje niz različitih procesa, od kojih mnogi zahtijevaju upotrebu lasera. Upotreba UV nanosekundnih pulsirajućih lasera raste zbog sve manjih i manjih potrebnih otvora.
Uređaji i moduli postaju sve kompaktniji zahvaljujući naprednim tehnologijama pakiranja. Nakon što su shvatili da postoji velika razlika između poluvodičkog čvora i dimenzije PCB-a - od nanometarske do milimetarske razine u ekstremnim slučajevima - programeri se nastavljaju usredotočiti na razvoj naprednih tehnologija pakiranja za povezivanje komponenti različitih veličina. Jedna takva tehnologija je sustav sustava u paketu (SiP), gdje su pojedinačni uređaji s integriranim krugom (IC) povezani na PCB supstrat s ugrađenim metalnim tragovima međuspoja prije konačnog pakiranja i odvajanja. Arhitektura obično uključuje međusloj kako bi se postigla razumno gusta distribucija veza čipova u PCB-u. Moduli su još uvijek raspoređeni na jednoj velikoj ploči tijekom konačnog pakiranja, obično korištenjem pakiranja epoksidne smjese za kalupljenje (EMC) ili drugih metoda. Moduli se zatim odvajaju postupkom laserskog rezanja.
Prinos, kvaliteta i cijena moraju odgovarati
Idealan laser za SiP odvajanje ovisi o specifičnim zahtjevima i mora postići optimalnu ravnotežu između protoka, kvalitete i cijene. Kada su uključene vrlo osjetljive komponente, možda će biti potrebno koristiti lasere s ultra kratkim pulsom (USP) i/ili inherentno niske toplinske učinkeUV valne duljine. U drugim slučajevima, niži troškovi, nanosekundni pulsni i dugovalni laseri veće propusnosti prikladniji su izbor. Kako bi demonstrirali velike brzine obrade SiP PCB supstrata za rezanje, MKS inženjeri za primjenu testirali su zeleni nanosekundni pulsirajući laser velike snage. Laser Spectra-Physics Talon GR70 korišten je za rezanje SiP materijala, koji se sastoji od tankog FR4 s ugrađenim bakrenim žicama i dvostranom maskom za lemljenje, koristeći brzi multiprocesing s dvoosnim skenirajućim galvanometrom. Ukupna debljina materijala je 250 µm, od čega je 150 µm (ultra tanka) FR4 ploča, a preostalih 100 µm je dvostrana polimerna lemna maska. Korištenjem velike brzine skeniranja od 6 m/s, mogu se ublažiti jaki toplinski učinci i izbjeći stvaranje zona utjecaja topline (HAZ). S obzirom na relativno tanak materijal, korištena je mala žarišna točka (približno 16 µm, promjer 1/e2) i visoka frekvencija ponavljanja pulsa (PRF) od 450 kHz. Ova kombinacija parametara u potpunosti iskorištava jedinstvenu sposobnost lasera da održi veliku snagu pri visokom PRF-u (67 W na 450 kHz u ovom primjeru), što pomaže u održavanju odgovarajuće gustoće energije i preklapanja od točke do točke pri velikim brzinama skeniranja.
Rezanje bez toplinske degradacije
Ukupna neto brzina rezanja postignuta nakon višestrukih skeniranja velikom brzinom bila je 200 mm/s. Slika 1 prikazuje ulaznu i izlaznu stranu zareza, kao i područje ispod površine gdje rezna putanja prelazi ukopanu bakrenu žicu. I ulazna i izlazna površina bile su čisto izrezane s malo ili nimalo ZUT-a. Osim toga, prisutnost bakrene žice nije negativno utjecala na proces rezanja, a kvaliteta rubova bakrenih rezova činila se idealnom, iako je kut gledanja bio donekle ograničen.
Za detaljniji prikaz kvalitete oko bakrene žice (i zapravo cijelog reza), pogledajte poprečni presjek bočne stijenke reza (slika 2).
Kvaliteta je vrlo dobra, sa samo vrlo malom količinom ZUT-a i nekoliko karboniziranih i čestičnih fragmenata. svako vlakno u FR4 sloju je jasno uočljivo, a otopljeni dio je ograničen na krajeve odrezanih vlakana koja strše prema van iz bočnih stijenki (tj. okomito na vlakna koja se protežu uzduž rezane površine). Važno je da se u tim slojevima nije moglo primijetiti raslojavanje.
Osim toga, rezultati pokazuju da je područje oko bakrenih žica dobre kvalitete i da nije podložno štetnim toplinskim učincima kao što je protok bakra ili raslojavanje iz okolnih slojeva FR4 ili maske za lemljenje.
Podebljane FR4 ploče koje zahtijevaju velike promjere mjesta
Cutting thick FR4 for depaneling is a more mature PCB application for nanosecond pulsed lasers, where arrays of devices are separated from panels by cutting small connecting breakpoints, which was tested with the Talon GR70, for which an entirely new breakpoint cutting process was developed specifically for device panels consisting of approximately 900 µm thick FR4 boards. For this thicker material, the use of the largest possible focal spot diameter, while maintaining sufficient energy density (in J/cm2), is a key aspect of achieving the desired yield. Due to the laser's high pulse energy (>250 µJ) pri nominalnom PRF-u od 275 kHz, korištena je veća veličina točke (~36 µm); štoviše, kvaliteta snopa je izvrsna, s Rayleighovim rasponom fokusiranog snopa koji prelazi 1,5 mm, što je 1,5 puta više od debljine materijala. Kao rezultat toga, veličina točke je relativno velika i konstantna preko cijele debljine materijala, što pridonosi učinkovitom rezanju jer jednoliki volumen zračenja i rezultirajući široki utori olakšavaju uklanjanje krhotina. Slika 3 prikazuje dolazne i odlazne mikroskopske slike reza koji je obrađen upotrebom višestrukih skeniranja velikom brzinom pri 6 m/s (ukupna neto brzina rezanja od 20 mm/s).
Slično kao u slučaju SiP ploča, kvaliteta površine i ulazne i izlazne strane proreza je vrlo dobra i proizvodi minimalnu ZUT. Zbog nehomogene prirode podloge od stakla/epoksida FR4 i niske gustoće energije na distalnom kraju zareza laserske ablacije, rubovi izlaznog zareza općenito malo odstupaju od savršeno ravne linije. Slika bočne stijenke poprečnog presjeka prikazuje detaljnije informacije o kvaliteti zareza (slika 4 u nastavku).
Na slici 4 možemo vidjeti postignutu izvrsnu kvalitetu. Samo mala količina ZUT-a i proizvoda ugljika (koksa) nastaje u rezu. Osim toga, gotovo da nije bilo taljenja staklenih vlakana. s neto brzinom rezanja do 20 mm/s, Talon GR70 očito je idealno prikladan za odvajanje debljih FR4 PCB ploča, dok u isto vrijeme osigurava izvrsnu kvalitetu i visoku propusnost.
