Producția deplăci de circuite imprimate (PCB-uri)implică o serie de procese diferite, dintre care multe necesită utilizarea laserelor. Utilizarea laserelor cu impulsuri UV nanosecunde este în creștere datorită deschiderilor din ce în ce mai mici necesare.
Dispozitivele și modulele devin din ce în ce mai compacte datorită tehnologiilor avansate de ambalare. După ce și-au dat seama că există o mare diferență între nodul semiconductor și dimensiunea PCB - de la nivelul nanometrului la nivelul milimetrului în cazuri extreme - dezvoltatorii continuă să se concentreze pe dezvoltarea de tehnologii avansate de ambalare pentru a conecta componente de diferite dimensiuni. O astfel de tehnologie este sistemul system-in-package (SiP), în care dispozitivele individuale de circuit integrat (IC) sunt grupate pe un substrat PCB cu interconexiuni de urme metalice încorporate înainte de ambalarea și separarea finală. Arhitectura include de obicei un strat intermediar pentru a realiza o distribuție rezonabil de densă a conexiunilor de cip în PCB. Modulele sunt încă aranjate pe un singur panou mare în timpul ambalării finale, utilizând de obicei ambalarea compusului de turnare epoxidic (EMC) sau alte metode. Modulele sunt apoi separate printr-un proces de tăiere cu laser.
Randamentul, calitatea și costul trebuie să se potrivească
Laserul ideal pentru separarea SiP depinde de cerințele specifice și trebuie să atingă un echilibru optim între producție, calitate și cost. Atunci când sunt implicate componente extrem de sensibile, poate fi necesar să se utilizeze lasere Ultra Short Pulse (USP) și/sau efectele termice inerente scăzute alelungimi de undă UV. În alte cazuri, laserele cu undă lungă în impulsuri în nanosecunde cu un cost mai mic, un randament mai mare sunt alegeri mai potrivite. Pentru a demonstra vitezele mari de procesare ale tăierii substratului SiP PCB, inginerii de aplicații MKS au testat un laser verde cu impulsuri nanosecunde de mare putere. Un laser Spectra-Physics Talon GR70 a fost folosit pentru a tăia materialul SiP, constând din FR4 subțire cu fire de cupru încorporate și o mască de lipire cu două fețe, folosind multiprocesare de mare viteză cu un galvanometru de scanare cu două axe. Grosimea totală a materialului este de 250 µm, din care 150 µm este foaia FR4 (ultra-subțire), iar restul de 100 µm este masca de lipire polimerică pe două fețe. Prin utilizarea unei viteze mari de scanare de 6 m/s, efectele termice severe pot fi atenuate și formarea de zone afectate de căldură (HAZ) poate fi evitată. Având în vedere materialul relativ subțire, s-au folosit o dimensiune mică a punctului focal (aproximativ 16 µm, diametru 1/e2) și o frecvență mare de repetiție a impulsurilor (PRF) de 450 kHz. Această combinație de parametri profită din plin de capacitatea unică a laserului de a menține puterea ridicată la PRF ridicat (67 W la 450 kHz în acest exemplu), ceea ce ajută la menținerea densității corespunzătoare a energiei și a suprapunerii spot-to-spot la viteze mari de scanare.
Tăiere fără degradare termică
Viteza totală de tăiere netă atinsă după mai multe scanări de mare viteză a fost de 200 mm/s. Figura 1 prezintă laturile de intrare și de ieșire ale tăieturii, precum și zona subterană în care traseul tăiat traversează firul de cupru îngropat. Atât suprafețele de intrare, cât și cele de ieșire au fost tăiate curat, cu puțin sau deloc HAZ. În plus, prezența sârmei de cupru nu a afectat negativ procesul de tăiere, iar calitatea marginilor tăiate de cupru părea a fi ideală, deși unghiul de vizualizare a fost oarecum limitat.
Pentru o vedere mai detaliată a calității în jurul firului de cupru (și într-adevăr întreaga tăietură), priviți secțiunea transversală a peretelui lateral al tăieturii (Figura 2).
Calitatea este foarte bună, cu doar o cantitate foarte mică de HAZ și câteva fragmente carbonizate și particule prezente. fiecare fibră din stratul FR4 este clar vizibilă, iar porțiunea topită este limitată la fețele de capăt ale fibrelor tăiate care ies în afară din pereții laterali (adică, perpendicular pe fibrele care se extind de-a lungul suprafeței tăiate). Important, nu a putut fi observată nicio delaminare în aceste straturi.
În plus, rezultatele indică faptul că zona din jurul firelor de cupru este de bună calitate și nu este supusă efectelor termice dăunătoare, cum ar fi curgerea de cupru sau delaminarea din FR4 din jur sau straturile de lipire.
Plăci FR4 îngroșate care necesită diametre mari de puncte
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) la un PRF nominal de 275 kHz, a fost utilizată o dimensiune mai mare a spotului (~36 µm); în plus, calitatea fasciculului este excelentă, gama Rayleigh a fasciculului focalizat depășind 1,5 mm, adică de 1,5 ori grosimea materialului. Ca urmare, dimensiunea spotului este relativ mare și constantă pe întreaga grosime a materialului, ceea ce contribuie la o tăiere eficientă deoarece volumul uniform de iradiere și canelurile largi rezultate facilitează îndepărtarea resturilor. Figura 3 prezintă imaginile microscopice de intrare și de ieșire ale unei tăieturi care a fost procesată folosind scanări multiple de mare viteză la 6 m/s (viteza totală de tăiere netă de 20 mm/s).
Similar cu cazul plăcilor SiP, calitatea suprafeței atât a părții de intrare, cât și a părții de ieșire ale tăieturii este foarte bună și produce HAZ minim. Datorită naturii neomogene a substratului de sticlă/epoxi FR4 și a densității scăzute de energie la capătul distal al canelurii de ablație cu laser, marginile canelurii de ieșire se abat în general ușor de la o linie perfect dreaptă. Imaginile transversale ale peretelui lateral arată informații mai detaliate despre calitatea tăieturii (Figura 4 de mai jos).
În Fig. 4 putem observa calitatea excelentă atinsă. Doar o cantitate mică de HAZ și produse de carbon (cocs) se formează în tăietură. În plus, nu a existat aproape nicio topire a fibrelor de sticlă. cu o viteză netă de tăiere de până la 20 mm/s, Talon GR70 este în mod clar ideal pentru depanarea PCB-urilor FR4 mai groase, asigurând în același timp o calitate excelentă și un randament ridicat.
