Ražošanaiespiedshēmu plates (PCB)ietver vairākus dažādus procesus, no kuriem daudziem ir jāizmanto lāzeri. UV nanosekundes impulsu lāzeru izmantošana pieaug, jo nepieciešamas arvien mazākas apertūras.
Pateicoties progresīvām iepakošanas tehnoloģijām, ierīces un moduļi kļūst kompaktāki. Apzinoties, ka pastāv liela atšķirība starp pusvadītāju mezglu un PCB dimensiju – no nanometra līdz milimetra līmenim ārkārtējos gadījumos – izstrādātāji turpina koncentrēties uz progresīvu iepakošanas tehnoloģiju izstrādi, lai savienotu dažāda izmēra komponentus. Viena no šādām tehnoloģijām ir sistēma-iepakojumā (SiP) sistēma, kurā atsevišķas integrētās shēmas (IC) ierīces pirms galīgās iepakošanas un atdalīšanas tiek sagrupētas uz PCB substrāta ar iegultiem metāla pēdu starpsavienojumiem. Arhitektūra parasti ietver starpslāni, lai panāktu pietiekami blīvu mikroshēmu savienojumu sadalījumu PCB. Moduļi gala iepakošanas laikā joprojām ir izvietoti uz viena liela paneļa, parasti izmantojot epoksīda formēšanas maisījuma (EMC) iepakojumu vai citas metodes. Pēc tam moduļi tiek atdalīti, izmantojot lāzergriešanas procesu.
Ražai, kvalitātei un izmaksām ir jāsakrīt
Ideāls lāzers SiP atdalīšanai ir atkarīgs no īpašajām prasībām, un tam ir jāpanāk optimāls līdzsvars starp caurlaidspēju, kvalitāti un izmaksām. Ja ir iesaistīti ļoti jutīgi komponenti, var būt nepieciešams izmantot ultraīsa impulsa (USP) lāzerus un/vai raksturīgi zemo termisko efektu.UV viļņu garumi. Citos gadījumos piemērotākas ir zemākas izmaksas, lielāka caurlaidspēja nanosekundes impulsu un garo viļņu lāzeri. Lai demonstrētu SiP PCB substrāta griešanas lielo apstrādes ātrumu, MKS lietojumprogrammu inženieri pārbaudīja zaļo jaudīgo nanosekundes impulsa lāzeru. SiP materiāla griešanai tika izmantots Spectra-Physics Talon GR70 lāzers, kas sastāv no plānas FR4 ar iegultiem vara vadiem un abpusēju lodmasku, izmantojot ātrdarbīgu daudzapstrādi ar divu asu skenējošu galvanometru. Materiāla kopējais biezums ir 250 µm, no kuriem 150 µm ir (īpaši plānā) FR4 loksne un atlikušie 100 µm ir abpusēja polimēra lodmaska. Izmantojot lielu skenēšanas ātrumu 6 m/s, var mazināt nopietnus termiskos efektus un izvairīties no karstuma ietekmes zonu (HAZ) veidošanās. Ņemot vērā salīdzinoši plāno materiālu, tika izmantots neliels fokusa vietas izmērs (apmēram 16 µm, 1/e2 diametrs) un augsta impulsa atkārtošanās frekvence (PRF) 450 kHz. Šī parametru kombinācija pilnībā izmanto lāzera unikālās spējas uzturēt lielu jaudu pie augsta PRF (šajā piemērā 67 W pie 450 kHz), kas palīdz uzturēt pareizu enerģijas blīvumu un punktu pārklāšanos pie liela skenēšanas ātruma.
Griešana bez termiskās degradācijas
Kopējais tīkla griešanas ātrums, kas sasniegts pēc vairākām ātrgaitas skenēšanas reizēm, bija 200 mm/s. 1. attēlā parādītas iegriezuma ienākošās un izejošās malas, kā arī zemes virsma, kur nogrieztais ceļš šķērso ierakto vara stiepli. Gan ienākošā, gan izejošā virsma tika tīri nogriezta ar nelielu HAZ vai bez tās. Turklāt vara stieples klātbūtne negatīvi neietekmēja griešanas procesu, un vara izgriezuma malu kvalitāte šķita ideāla, lai gan skata leņķis bija nedaudz ierobežots.
Lai iegūtu detalizētāku priekšstatu par kvalitāti ap vara stiepli (un patiešām visu griezumu), skatiet griezuma sānu malas šķērsgriezumu (2. attēls).
Kvalitāte ir ļoti laba, tikai ļoti neliels daudzums HAZ un daži karbonizēti un daļiņu fragmenti. katra šķiedra FR4 slānī ir skaidri saskatāma, un izkusušā daļa ir ierobežota ar griezto šķiedru gala virsmām, kas izvirzītas uz āru no sānu sienām (ti, perpendikulāri šķiedrām, kas stiepjas gar griezuma virsmu). Svarīgi, ka šajos slāņos nevarēja novērot atslāņošanos.
Turklāt rezultāti liecina, ka platība ap vara vadiem ir labas kvalitātes un nav pakļauta kaitīgiem termiskiem efektiem, piemēram, vara plūsmai vai atslāņošanās no apkārtējiem FR4 vai lodmaskas slāņiem.
Sabiezinātas FR4 plāksnes, kurām nepieciešams liels punktu diametrs
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) pie nominālā PRF 275 kHz, tika izmantots lielāks plankuma izmērs (~36 µm); turklāt staru kvalitāte ir lieliska, fokusētā stara Rayleigh diapazonam pārsniedzot 1,5 mm, kas ir 1,5 reizes lielāks par materiāla biezumu. Tā rezultātā plankuma izmērs ir salīdzinoši liels un nemainīgs visā materiāla biezumā, kas veicina efektīvu griešanu, jo vienmērīgais apstarošanas apjoms un no tā izrietošās platās rievas atvieglo gružu noņemšanu. 3. attēlā parādīti ienākošie un izejošie griezuma mikroskopiskie attēli, kas tika apstrādāti, izmantojot vairākas liela ātruma skenēšanas ar ātrumu 6 m/s (kopējais tīkla griešanas ātrums 20 mm/s).
Līdzīgi kā SiP plākšņu gadījumā, gan izgriezuma ienākošās, gan izejošās puses virsmas kvalitāte ir ļoti laba un rada minimālu HAZ. Stikla/epoksīda FR4 substrāta neviendabīgā rakstura un zemā enerģijas blīvuma dēļ lāzera ablācijas roba distālajā galā izejas roba malas parasti nedaudz atšķiras no pilnīgi taisnas līnijas. Šķērsgriezuma sānu sienu attēlveidošana parāda detalizētāku informāciju par izgriezuma kvalitāti (4. attēls tālāk).
4. attēlā var redzēt sasniegto izcilo kvalitāti. Griezumā veidojas tikai neliels daudzums HAZ un oglekļa produktu (kokss). Turklāt stikla šķiedras gandrīz nebija izkusušas. ar tīkla griešanas ātrumu līdz 20 mm/s, Talon GR70 ir nepārprotami ideāli piemērots biezāku FR4 PCB depanelēšanai, tajā pašā laikā nodrošinot izcilu kvalitāti un augstu caurlaidspēju.
