Gamyba išspausdintinės plokštės (PCB)apima daugybę skirtingų procesų, iš kurių daugeliui reikia naudoti lazerius. UV nanosekundžių impulsinių lazerių naudojimas didėja dėl reikalingų vis mažesnių diafragmų.
Dėl pažangių pakavimo technologijų įrenginiai ir moduliai tampa kompaktiškesni. Supratę, kad yra didelis skirtumas tarp puslaidininkinio mazgo ir PCB matmenų – nuo nanometro iki milimetro lygio kraštutiniais atvejais – kūrėjai ir toliau koncentruojasi į pažangių pakavimo technologijų kūrimą, skirtą skirtingų dydžių komponentams sujungti. Viena iš tokių technologijų yra sistemos pakuotėje (SiP) sistema, kai atskiri integrinių grandynų (IC) įrenginiai sujungiami ant PCB pagrindo su įterptomis metalo pėdsakų jungtimis prieš galutinį pakavimą ir atskyrimą. Architektūra paprastai apima tarpinį sluoksnį, kad būtų pasiektas pakankamai tankus lustų jungčių pasiskirstymas PCB. Galutinio pakavimo metu moduliai vis dar yra išdėstyti vienoje didelėje plokštėje, paprastai naudojant epoksidinio formavimo mišinio (EMC) pakuotę arba kitus metodus. Tada moduliai atskiriami pjovimo lazeriu būdu.
Išeiga, kokybė ir kaina turi sutapti
Idealus lazeris SiP atskyrimui priklauso nuo konkrečių reikalavimų ir turi užtikrinti optimalią pralaidumo, kokybės ir sąnaudų pusiausvyrą. Kai naudojami labai jautrūs komponentai, gali prireikti naudoti ultra trumpo impulso (USP) lazerius ir (arba) iš prigimties mažą šiluminį poveikį.UV bangos ilgiai. Kitais atvejais tinkamesnis pasirinkimas yra mažesnės kainos, didesnio našumo nanosekundžių impulsiniai ir ilgųjų bangų lazeriai. Siekdami parodyti didelį SiP PCB substrato pjovimo apdorojimo greitį, MKS taikymo inžinieriai išbandė žalią didelės galios nanosekundžių impulsinį lazerį. Spectra-Physics Talon GR70 lazeris buvo naudojamas SiP medžiagai, kurią sudaro plonas FR4 su įterptais variniais laidais ir dvipuse litavimo kauke, pjaustyti, naudojant didelės spartos daugiafunkcinį apdorojimą su dviejų ašių skenuojančiu galvanometru. Bendras medžiagos storis yra 250 µm, iš kurių 150 µm yra (itin plonas) FR4 lakštas, o likę 100 µm yra dvipusė polimerinė litavimo kaukė. Naudojant didelį 6 m/s skenavimo greitį, galima sušvelninti stiprų šiluminį poveikį ir išvengti karščio paveiktų zonų (HAZ) susidarymo. Atsižvelgiant į santykinai ploną medžiagą, buvo naudojamas mažas židinio taško dydis (apie 16 µm, 1/e2 skersmuo) ir didelis 450 kHz impulsų pasikartojimo dažnis (PRF). Šis parametrų derinys visapusiškai išnaudoja unikalų lazerio gebėjimą išlaikyti didelę galią esant dideliam PRF (šiame pavyzdyje 67 W, esant 450 kHz), o tai padeda išlaikyti tinkamą energijos tankį ir taško persidengimą esant dideliam nuskaitymo greičiui.
Pjovimas be terminės degradacijos
Bendras tinklo pjovimo greitis, pasiektas po kelių didelio greičio nuskaitymų, buvo 200 mm/s. 1 paveiksle pavaizduotos įeinančios ir išeinančios plyšio pusės, taip pat požeminis plotas, kuriame nupjautas kelias kerta įkastą varinę vielą. Tiek įeinantys, tiek išeinantys paviršiai buvo švariai nupjauti, naudojant mažai arba visai be HAZ. Be to, varinės vielos buvimas neturėjo neigiamos įtakos pjovimo procesui, o varinių plyšių kraštų kokybė atrodė ideali, nors žiūrėjimo kampas buvo šiek tiek ribotas.
Norėdami gauti išsamesnį vaizdą apie vario vielos kokybę (ir iš tikrųjų visą pjūvį), pažiūrėkite į pjūvio šoninės sienelės skerspjūvį (2 pav.).
Kokybė labai gera, yra tik labai nedidelis HAZ kiekis ir keletas karbonizuotų bei kietųjų dalelių fragmentų. kiekvienas FR4 sluoksnio pluoštas yra aiškiai matomas, o išlydyta dalis apsiriboja nupjauto pluošto galiniais paviršiais, kurie išsikiša iš šoninių sienelių (ty statmenai pluoštams, kurie tęsiasi išilgai pjūvio paviršiaus). Svarbu tai, kad šiuose sluoksniuose nebuvo galima pastebėti delaminacijos.
Be to, rezultatai rodo, kad plotas aplink varinius laidus yra geros kokybės ir nėra veikiamas žalingo šiluminio poveikio, pavyzdžiui, vario srauto ar delaminacijos iš aplinkinių FR4 ar litavimo kaukės sluoksnių.
Sustorintos FR4 plokštės, kurioms reikia didelio taško skersmens
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) esant 275 kHz vardiniam PRF, buvo naudojamas didesnis taško dydis (~36 µm); be to, spindulio kokybė yra puiki, o fokusuoto pluošto Rayleigh diapazonas viršija 1,5 mm, o tai yra 1,5 karto didesnis už medžiagos storį. Dėl to dėmės dydis yra gana didelis ir pastovus visame medžiagos storyje, o tai prisideda prie efektyvaus pjovimo, nes vienodas švitinimo tūris ir dėl to atsirandantys platūs grioveliai palengvina šiukšlių pašalinimą. 3 paveiksle pavaizduoti gaunami ir išeinantys pjūvio mikroskopiniai vaizdai, kurie buvo apdoroti naudojant kelis didelio greičio nuskaitymus 6 m/s greičiu (bendras pjovimo greitis 20 mm/s).
Panašiai kaip ir SiP plokščių atveju, tiek įeinančios, tiek išeinančios pjūvio pusės paviršiaus kokybė yra labai gera ir sukuria minimalų HAZ. Dėl nehomogeniško stiklo / epoksidinio FR4 pagrindo pobūdžio ir mažo energijos tankio lazerio abliacijos plyšio distaliniame gale išėjimo plyšio kraštai paprastai šiek tiek nukrypsta nuo visiškai tiesios linijos. Skerspjūvio šoninės sienelės vaizdavimas rodo išsamesnę informaciją apie įpjovos kokybę (4 pav. toliau).
4 pav. matome pasiektą puikią kokybę. Pjūvyje susidaro tik nedidelis kiekis HAZ ir anglies produktų (kokso). Be to, beveik nesilydo stiklo pluoštas. kurio grynasis pjovimo greitis yra iki 20 mm/s, Talon GR70 aiškiai idealiai tinka storesnių FR4 PCB plokščių nuėmimui, tuo pačiu užtikrinant puikią kokybę ir didelį pralaidumą.
