Производството напечатни платки (PCB)включва редица различни процеси, много от които изискват използването на лазери. Използването на UV наносекундни импулсни лазери се увеличава поради изискваните все по-малки и по-малки отвори.
Устройствата и модулите стават все по-компактни благодарение на модерните технологии за опаковане. След като осъзнават, че има голяма разлика между размерите на полупроводниковия възел и печатната платка - от нанометъра до милиметъра в екстремни случаи - разработчиците продължават да се фокусират върху разработването на усъвършенствани технологии за опаковане за свързване на компоненти с различни размери. Една такава технология е системата система в пакет (SiP), при която отделни устройства с интегрална схема (IC) са групирани върху субстрат на печатна платка с вградени метални свързващи връзки преди окончателното опаковане и разделяне. Архитектурата обикновено включва междинен слой за постигане на сравнително плътно разпределение на връзките на чипа в печатната платка. Модулите все още са подредени върху един голям панел по време на окончателното опаковане, обикновено чрез опаковане с епоксидна формовъчна смес (EMC) или други методи. След това модулите се разделят с помощта на процес на лазерно рязане.
Добивът, качеството и цената трябва да съвпадат
Идеалният лазер за SiP разделяне зависи от специфичните изисквания и трябва да постигне оптимален баланс между производителност, качество и цена. Когато са включени високочувствителни компоненти, може да е необходимо да се използват лазери с ултра къс импулс (USP) и/или присъщите ниски топлинни ефекти наUV дължини на вълните. В други случаи по-подходящ избор са лазерите с по-ниска цена, наносекундни импулси и дълги вълни с по-висока производителност. За да демонстрират високите скорости на обработка при рязане на SiP PCB субстрат, инженерите на MKS тестваха зелен мощен наносекунден импулсен лазер. Лазер Spectra-Physics Talon GR70 беше използван за рязане на SiP материал, състоящ се от тънък FR4 с вградени медни проводници и двустранна маска за запояване, използвайки високоскоростна мултипроцесорна обработка с двуосов сканиращ галванометър. Общата дебелина на материала е 250 µm, от които 150 µm е (ултратънкият) лист FR4, а останалите 100 µm е двустранната полимерна маска за запояване. Чрез използване на висока скорост на сканиране от 6 m/s могат да бъдат смекчени тежките топлинни ефекти и да се избегне образуването на зони, засегнати от топлина (HAZ). С оглед на относително тънкия материал бяха използвани малък размер на фокусното петно (приблизително 16 µm, 1/e2 диаметър) и висока честота на повторение на импулса (PRF) от 450 kHz. Тази комбинация от параметри се възползва напълно от уникалната способност на лазера да поддържа висока мощност при висока PRF (67 W при 450 kHz в този пример), което помага да се поддържа подходяща енергийна плътност и припокриване от точка до точка при високи скорости на сканиране.
Рязане без термична деградация
Общата нетна скорост на рязане, постигната след множество високоскоростни сканирания, беше 200 mm/s. Фигура 1 показва входящата и изходящата страна на прореза, както и подповърхностната зона, където пътят на изрязване пресича заровената медна жица. Както входящата, така и изходящата повърхност бяха чисто изрязани с малко или никакво HAZ. В допълнение, наличието на медна жица не повлия неблагоприятно на процеса на рязане и качеството на ръбовете на медния прорез изглеждаше идеално, въпреки че ъгълът на гледане беше малко ограничен.
За по-подробна представа за качеството около медния проводник (и всъщност целия разрез), погледнете напречното сечение на страничната стена на среза (Фигура 2).
Качеството е много добро, само с много малко количество HAZ и наличие на няколко карбонизирани и частици. всяко влакно в слоя FR4 е ясно различимо и разтопената част е ограничена до крайните повърхности на срязаните влакна, които стърчат навън от страничните стени (т.е. перпендикулярно на влакната, които се простират по протежение на срязаната повърхност). Важно е, че в тези слоеве не може да се наблюдава разслояване.
В допълнение, резултатите показват, че зоната около медните проводници е с добро качество и не е подложена на вредни топлинни ефекти като поток от мед или разслояване от околните слоеве FR4 или маска за запояване.
Удебелени FR4 плоскости, изискващи големи диаметри на петна
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) при номинална PRF от 275 kHz, беше използван по-голям размер на петното (~36 µm); освен това качеството на лъча е отлично, като обхватът на Rayleigh на фокусирания лъч надхвърля 1,5 mm, което е 1,5 пъти дебелината на материала. В резултат на това размерът на петното е сравнително голям и постоянен по цялата дебелина на материала, което допринася за ефективно рязане, тъй като равномерният обем на излъчване и произтичащите от това широки канали улесняват отстраняването на остатъците. Фигура 3 показва входящите и изходящите микроскопични изображения на разрез, който е обработен чрез множество високоскоростни сканирания при 6 m/s (обща нетна скорост на рязане от 20 mm/s).
Подобно на случая на SiP плочи, качеството на повърхността както на входящата, така и на изходящата страна на прореза е много добро и създава минимална HAZ. Поради нехомогенния характер на стъкления/епоксиден FR4 субстрат и ниската енергийна плътност в дисталния край на ръба на лазерната аблация, ръбовете на изходния ръб обикновено леко се отклоняват от идеално права линия. Изображението на напречното сечение на страничната стена показва по-подробна информация за качеството на прореза (Фигура 4 по-долу).
На фиг. 4 виждаме постигнатото отлично качество. Само малко количество HAZ и въглеродни продукти (кокс) се образуват в разфасовката. Освен това почти нямаше разтопяване на стъклените влакна. с нетна скорост на рязане до 20 mm/s, Talon GR70 е очевидно идеален за депанелиране на по-дебели печатни платки FR4, като в същото време осигурява отлично качество и висока производителност.
