Proizvodnja odštampane ploče (PCB)uključuje niz različitih procesa, od kojih mnogi zahtijevaju korištenje lasera. Upotreba UV nanosekundnih impulsnih lasera se povećava zbog sve manjih potrebnih otvora.
Uređaji i moduli postaju sve kompaktniji zahvaljujući naprednim tehnologijama pakovanja. Nakon što su shvatili da postoji velika razlika između poluprovodničkog čvora i dimenzije PCB-a – od nanometarskog do milimetarskog nivoa u ekstremnim slučajevima – programeri nastavljaju da se fokusiraju na razvoj naprednih tehnologija pakovanja za povezivanje komponenti različitih veličina. Jedna od takvih tehnologija je sistem sistem u paketu (SiP), gde se pojedinačni uređaji integrisanog kola (IC) spajaju na PCB podlogu sa ugrađenim metalnim tragovima interkonekcija pre konačnog pakovanja i razdvajanja. Arhitektura obično uključuje posredni sloj za postizanje razumno guste distribucije čipova veza u PCB-u. Moduli su i dalje raspoređeni na jednom velikom panelu tokom završnog pakovanja, obično koristeći pakovanje epoksidne mase (EMC) ili druge metode. Moduli se zatim odvajaju pomoću procesa laserskog rezanja.
Prinos, kvalitet i cijena moraju odgovarati
Idealan laser za odvajanje SiP zavisi od specifičnih zahteva i mora da postigne optimalnu ravnotežu između propusnosti, kvaliteta i cene. Kada su uključene visoko osjetljive komponente, možda će biti potrebno koristiti lasere ultra kratkog impulsa (USP) i/ili inherentno niske termalne efekteUV talasne dužine. U drugim slučajevima, niža cijena, veća propusnost nanosekundni pulsni i dugovalni laseri su prikladniji izbor. Da bi demonstrirali velike brzine obrade SiP PCB podloge, inženjeri aplikacije MKS testirali su zeleni pulsni laser velike snage nanosekunde. Spectra-Physics Talon GR70 laser je korišten za rezanje SiP materijala, koji se sastoji od tankog FR4 sa ugrađenim bakrenim žicama i dvostrane lemne maske, korištenjem velike brzine višeprocesiranja sa galvanometrom za skeniranje s dvije ose. Ukupna debljina materijala je 250 µm, od čega je 150 µm (ultratanka) FR4 ploča, a preostalih 100 µm je dvostrana polimerna lemna maska. Korištenjem velike brzine skeniranja od 6 m/s, mogu se ublažiti ozbiljni termalni efekti i izbjeći stvaranje zona pogođenih toplinom (HAZ). S obzirom na relativno tanak materijal, korišćena je mala veličina žarišne tačke (približno 16 µm, prečnik 1/e2) i visoka frekvencija ponavljanja impulsa (PRF) od 450 kHz. Ova kombinacija parametara u potpunosti koristi jedinstvenu sposobnost lasera da održi veliku snagu pri visokom PRF-u (67 W na 450 kHz u ovom primjeru), što pomaže u održavanju odgovarajuće gustine energije i preklapanja od tačke do tačke pri velikim brzinama skeniranja.
Rezanje bez termičke degradacije
Ukupna neto brzina rezanja postignuta nakon višestrukih skeniranja velike brzine bila je 200 mm/s. Na slici 1 prikazana je ulazna i izlazna strana utora, kao i podzemna površina gdje putanja reza prelazi ukopanu bakarnu žicu. I ulazne i izlazne površine su čisto izrezane sa malo ili bez HAZ. Osim toga, prisustvo bakarne žice nije negativno utjecalo na proces rezanja, a činilo se da je kvalitet ivica bakrenog ureza bio idealan, iako je ugao 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 vrlo malom količinom HAZ i nekoliko karboniziranih i čestica prisutnih fragmenata. svako vlakno u sloju FR4 je jasno vidljivo, a otopljeni dio je ograničen na krajnje strane rezanih vlakana koja strše van iz bočnih zidova (tj. okomito na vlakna koja se protežu duž površine reza). Važno je da se u ovim slojevima ne može uočiti delaminacija.
Osim toga, rezultati pokazuju da je područje oko bakrenih žica dobrog kvaliteta i nije podložno štetnim termičkim efektima kao što je protok bakra ili odvajanje od okolnih slojeva FR4 ili lemne maske.
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, korišćena je veća veličina tačke (~36 µm); štaviše, kvalitet snopa je odličan, sa Rayleighovim opsegom fokusiranog snopa preko 1,5 mm, što je 1,5 puta debljine materijala. Kao rezultat toga, veličina mrlje je relativno velika i konstantna po cijeloj debljini materijala, što doprinosi efikasnom rezanju jer ujednačen volumen zračenja i rezultirajući široki žljebovi olakšavaju uklanjanje krhotina. Slika 3 prikazuje ulazne i izlazne mikroskopske slike reza koji je obrađen višestrukim skeniranjem velike brzine pri 6 m/s (ukupna neto brzina rezanja od 20 mm/s).
Slično kao u slučaju SiP ploča, kvalitet površine i ulazne i izlazne strane utora je vrlo dobar i proizvodi minimalni HAZ. Zbog nehomogene prirode staklo/epoksidne FR4 podloge i niske gustine energije na distalnom kraju ureza laserske ablacije, rubovi izlaznog ureza općenito malo odstupaju od savršeno ravne linije. Slika poprečnog presjeka bočne stijenke pokazuje detaljnije informacije o kvalitetu utora (slika 4 ispod).
Na slici 4 možemo vidjeti postignuti odličan kvalitet. U rezu se stvara samo mala količina HAZ i ugljičnih proizvoda (koks). Osim toga, skoro da nije došlo do topljenja staklenih vlakana. sa neto brzinom rezanja do 20 mm/s, Talon GR70 je očigledno idealno prikladan za depaneliranje debljih FR4 PCB-a, dok u isto vrijeme osigurava odličan kvalitet i visoku propusnost.
