A termelésnyomtatott áramköri lapok (PCB-k)számos különböző folyamatot foglal magában, amelyek közül sok lézer használatát igényli. Az UV nanoszekundumos impulzuslézerek használata az egyre kisebb rekesznyílások miatt növekszik.
Az eszközök és modulok egyre kompaktabbak a fejlett csomagolási technológiáknak köszönhetően. Miután felismerték, hogy nagy különbség van a félvezető csomópont és a NYÁK-dimenzió között – extrém esetekben a nanométertől a milliméteres szintig – a fejlesztők továbbra is a fejlett csomagolási technológiák fejlesztésére koncentrálnak a különböző méretű alkatrészek összekapcsolására. Az egyik ilyen technológia a rendszerbe csomagolt (SiP) rendszer, ahol az egyes integrált áramköri (IC) eszközöket a végső csomagolás és szétválasztás előtt beágyazott fémnyomvonalú összeköttetésekkel kötik egy PCB-hordozóra. Az architektúra jellemzően egy közbenső réteget tartalmaz, amely lehetővé teszi a chip-kapcsolatok ésszerűen sűrű elosztását a PCB-n. A modulok a végső csomagolás során továbbra is egyetlen nagy panelen vannak elrendezve, jellemzően epoxi formázóanyag (EMC) csomagolással vagy más módszerekkel. A modulokat ezután lézeres vágási eljárással szétválasztják.
A hozamnak, a minőségnek és a költségnek meg kell egyeznie
A SiP-leválasztáshoz ideális lézer a konkrét követelményektől függ, és optimális egyensúlyt kell teremtenie a teljesítmény, a minőség és a költségek között. Ha nagyon érzékeny alkatrészekről van szó, szükség lehet ultrarövid impulzusú (USP) lézerek használatára és/vagy az eredendően alacsony hőhatásokra.UV hullámhosszak. Más esetekben az alacsonyabb költségű, nagyobb áteresztőképességű nanoszekundumos impulzus- és hosszúhullámú lézerek megfelelőbbek. A SiP PCB szubsztrát vágásának nagy feldolgozási sebességének demonstrálására az MKS alkalmazásmérnökei egy zöld, nagy teljesítményű nanoszekundumos impulzuslézert teszteltek. A SiP anyag vágásához Spectra-Physics Talon GR70 lézert használtak, amely vékony FR4-ből állt beágyazott rézhuzalokkal és egy kétoldalas forrasztómaszkból, nagy sebességű többfeldolgozási eljárással, kéttengelyes pásztázó galvanométerrel. Az anyag teljes vastagsága 250 µm, ebből 150 µm az (ultravékony) FR4 lemez, a maradék 100 µm pedig a kétoldalas polimer forrasztómaszk. A nagy, 6 m/s pásztázási sebesség használatával mérsékelhetők a súlyos hőhatások, és elkerülhető a hőhatású zónák (HAZ) kialakulása. A viszonylag vékony anyagra való tekintettel kis fókuszfolt méretet (kb. 16 µm, 1/e2 átmérő) és magas, 450 kHz-es impulzusismétlési frekvenciát (PRF) alkalmaztunk. A paraméterek ezen kombinációja teljes mértékben kihasználja a lézer azon egyedülálló képességét, hogy magas PRF mellett nagy teljesítményt tart fenn (ebben a példában 67 W 450 kHz-en), ami segít fenntartani a megfelelő energiasűrűséget és a pontok közötti átfedést nagy pásztázási sebesség mellett.
Vágás termikus degradáció nélkül
A többszöri nagysebességű letapogatás után elért teljes nettó vágási sebesség 200 mm/s volt. Az 1. ábra a bevágás be- és kimenő oldalát mutatja, valamint azt a felszín alatti területet, ahol a vágott út keresztezi az eltemetett rézhuzalt. Mind a bejövő, mind a kimenő felületek tisztán voltak vágva, kis HAZ-el vagy egyáltalán nem. Ezenkívül a rézhuzal jelenléte nem befolyásolta hátrányosan a vágási folyamatot, és a réz vágási élek minősége ideálisnak tűnt, bár a látószög kissé korlátozott volt.
A rézhuzal körüli minőség (és valójában a teljes vágás) részletesebb áttekintéséhez nézze meg a vágás oldalfalának keresztmetszetét (2. ábra).
A minőség nagyon jó, csak nagyon kis mennyiségű HAZ és néhány elszenesedett és szemcsés törmelék van jelen. az FR4 rétegben minden szál jól kivehető, és az olvadt rész a vágott szálak azon végfelületeire korlátozódik, amelyek kinyúlnak az oldalfalakból (azaz merőlegesen a vágási felület mentén húzódó szálakra). Fontos, hogy ezekben a rétegekben nem volt megfigyelhető delamináció.
Ezen túlmenően az eredmények azt mutatják, hogy a rézhuzalok körüli terület jó minőségű, és nincs kitéve olyan káros hőhatásoknak, mint a rézáramlás vagy a környező FR4 vagy forrasztómaszk rétegek rétegződése.
Vastag FR4 táblák, amelyek nagy foltátmérőt igényelnek
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) 275 kHz névleges PRF mellett nagyobb foltméretet (~36 µm) használtunk; ráadásul a sugár minősége kiváló, a fókuszált sugár Rayleigh tartománya meghaladja az 1,5 mm-t, ami az anyag vastagságának másfélszerese. Ennek eredményeként a foltméret viszonylag nagy és állandó az anyag teljes vastagságában, ami hozzájárul a hatékony vágáshoz, mivel az egyenletes besugárzási térfogat és az ebből eredő széles hornyok megkönnyítik a törmelék eltávolítását. A 3. ábra egy vágás bejövő és kimenő mikroszkópos képét mutatja, amelyet többszörös nagy sebességű, 6 m/s-os letapogatással dolgoztak fel (teljes nettó vágási sebesség 20 mm/s).
Hasonlóan a SiP lemezekhez, a vágás bejövő és kimenő oldalának felületi minősége nagyon jó és minimális HAZ-t produkál. Az üveg/epoxi FR4 szubsztrát inhomogén természete és a lézeres ablációs rés disztális végén lévő alacsony energiasűrűsége miatt a kilépő vágási élek általában kissé eltérnek egy tökéletesen egyenes vonaltól. Az oldalfal keresztmetszeti képalkotása részletesebb információkat mutat a bevágás minőségéről (4. ábra lent).
A 4. ábrán láthatjuk az elért kiváló minőséget. Csak kis mennyiségű HAZ és széntermék (koksz) képződik a vágásban. Ráadásul az üvegszálak szinte egyáltalán nem olvadtak meg. akár 20 mm/s-os nettó vágási sebességével a Talon GR70 egyértelműen ideális a vastagabb FR4 PCB-k lebontására, miközben kiváló minőséget és nagy áteresztőképességet biztosít.
