Proizvodnjatiskana vezja (PCB)vključuje več različnih procesov, od katerih mnogi zahtevajo uporabo laserjev. Uporaba UV nanosekundnih impulznih laserjev narašča zaradi vedno manjših odprtin.
Naprave in moduli postajajo vse bolj kompaktni zahvaljujoč naprednim tehnologijam pakiranja. Potem ko so ugotovili, da obstaja velika razlika med polprevodniškim vozliščem in dimenzijo tiskanega vezja – od nanometrske do milimetrske ravni v skrajnih primerih – se razvijalci še naprej osredotočajo na razvoj naprednih tehnologij pakiranja za povezovanje komponent različnih velikosti. Ena taka tehnologija je sistem sistem v paketu (SiP), kjer so posamezne naprave integriranega vezja (IC) združene na substrat tiskanega vezja z vdelanimi medsebojnimi povezavami kovinskih sledi pred končnim pakiranjem in ločevanjem. Arhitektura običajno vključuje vmesni sloj za doseganje razmeroma goste porazdelitve povezav čipov v PCB. Moduli so med končnim pakiranjem še vedno razporejeni na eni sami veliki plošči, običajno z uporabo epoksi brizgalne mase (EMC) ali drugih metod. Moduli se nato ločijo s postopkom laserskega rezanja.
Donos, kakovost in stroški se morajo ujemati
Idealen laser za ločevanje SiP je odvisen od posebnih zahtev in mora doseči optimalno ravnovesje med pretokom, kakovostjo in ceno. Kadar gre za zelo občutljive komponente, bo morda treba uporabiti laserje z ultra kratkim impulzom (USP) in/ali inherentno nizke toplotne učinkeUV valovne dolžine. V drugih primerih so primernejša izbira nižji stroški, nanosekundni impulzni in dolgovalovni laserji z večjo prepustnostjo. Da bi prikazali visoke hitrosti obdelave rezanja substrata SiP PCB, so aplikacijski inženirji MKS testirali zeleni visokozmogljivi nanosekundni impulzni laser. Laser Spectra-Physics Talon GR70 je bil uporabljen za rezanje SiP materiala, sestavljenega iz tankega FR4 z vdelanimi bakrenimi žicami in dvostransko spajkalno masko, z uporabo hitrega večprocesiranja z dvoosnim skenirajočim galvanometrom. Skupna debelina materiala je 250 µm, od tega je 150 µm (ultra tanka) plošča FR4 in preostalih 100 µm je dvostranska polimerna spajkalna maska. Z uporabo visoke hitrosti skeniranja 6 m/s je mogoče ublažiti močne toplotne učinke in se izogniti nastanku toplotno prizadetih območij (HAZ). Glede na razmeroma tanek material smo uporabili majhno žariščno točko (približno 16 µm, premer 1/e2) in visoko frekvenco ponavljanja impulza (PRF) 450 kHz. Ta kombinacija parametrov v celoti izkorišča edinstveno zmožnost laserja, da vzdržuje visoko moč pri visoki PRF (67 W pri 450 kHz v tem primeru), kar pomaga vzdrževati ustrezno energijsko gostoto in prekrivanje od točke do točke pri visokih hitrostih skeniranja.
Rezanje brez toplotne razgradnje
Skupna neto hitrost rezanja, dosežena po večkratnem skeniranju z visoko hitrostjo, je bila 200 mm/s. Slika 1 prikazuje vhodno in izhodno stran zareza ter podpovršinsko območje, kjer pot reza prečka zakopano bakreno žico. Tako vhodna kot izhodna površina sta bili čisto odrezani z malo ali nič HAZ. Poleg tega prisotnost bakrene žice ni negativno vplivala na postopek rezanja, kakovost bakrenih rezalnih robov pa se je zdela idealna, čeprav je bil vidni kot nekoliko omejen.
Za podrobnejši pregled kakovosti okoli bakrene žice (in pravzaprav celotnega reza) si oglejte prečni prerez stranske stene reza (slika 2).
Kakovost je zelo dobra, prisotnih je le zelo majhna količina HAZ ter nekaj karboniziranih in drobnih delcev. vsako vlakno v sloju FR4 je jasno vidno, staljeni del pa je omejen na končne ploskve rezanih vlaken, ki štrlijo navzven iz stranskih sten (tj. pravokotno na vlakna, ki se raztezajo vzdolž rezane površine). Pomembno je, da v teh plasteh ni bilo opaziti delaminacije.
Poleg tega rezultati kažejo, da je območje okoli bakrenih žic dobre kakovosti in ni izpostavljeno škodljivim toplotnim učinkom, kot je pretok bakra ali razslojevanje iz okoliških slojev FR4 ali spajkalne maske.
Odebeljene plošče FR4, ki zahtevajo velike premere točk
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 nominalnem PRF 275 kHz je bila uporabljena večja velikost točke (~36 µm); poleg tega je kakovost žarka odlična, pri čemer Rayleighovo območje fokusiranega žarka presega 1,5 mm, kar je 1,5-kratna debelina materiala. Posledično je velikost pike razmeroma velika in konstantna po celotni debelini materiala, kar prispeva k učinkovitemu rezanju, saj enakomeren volumen obsevanja in posledično široki utori olajšajo odstranjevanje drobcev. Slika 3 prikazuje vhodne in izhodne mikroskopske slike reza, ki je bil obdelan z večkratnim skeniranjem visoke hitrosti pri 6 m/s (skupna neto hitrost rezanja 20 mm/s).
Podobno kot pri ploščah SiP je kakovost površine tako vhodne kot izhodne strani zareza zelo dobra in povzroča minimalno HAZ. Zaradi nehomogene narave podlage iz stekla/epoksi FR4 in nizke energijske gostote na distalnem koncu zareze laserske ablacije robovi izhodne zareze na splošno rahlo odstopajo od popolnoma ravne črte. Slika stranske stene v prečnem prerezu prikazuje podrobnejše informacije o kakovosti zareza (slika 4 spodaj).
Na sliki 4 lahko vidimo doseženo odlično kakovost. V rezu nastane le majhna količina HAZ in ogljikovih produktov (koksa). Poleg tega skoraj ni prišlo do taljenja steklenih vlaken. z neto hitrostjo rezanja do 20 mm/s je Talon GR70 očitno idealen za odstranjevanje plošč debelejših tiskanih vezij FR4, hkrati pa zagotavlja odlično kakovost in visoko zmogljivost.
