Tillverkningen avkretskort (PCB)involverar ett antal olika processer, varav många kräver användning av laser. Användningen av UV nanosekundspulsade lasrar ökar på grund av de mindre och mindre öppningar som krävs.
Enheter och moduler blir mer kompakta tack vare avancerad förpackningsteknik. Efter att ha insett att det är stor skillnad mellan halvledarnoden och PCB-dimensionen – från nanometer till millimeternivå i extrema fall – fortsätter utvecklarna att fokusera på att utveckla avancerade förpackningstekniker för att koppla ihop komponenter av olika storlekar. En sådan teknik är system-in-package (SiP)-systemet, där individuella integrerade kretsar (IC)-enheter buntas på ett PCB-substrat med inbäddade metallspårsammankopplingar före slutlig förpackning och separation. Arkitekturen inkluderar typiskt ett mellanskikt för att uppnå en någorlunda tät fördelning av chipanslutningar i PCB:n. Modulerna är fortfarande arrangerade på en enda stor panel under slutförpackningen, vanligtvis med epoxiformningsmassa (EMC)-förpackningar eller andra metoder. Modulerna separeras sedan med en laserskärningsprocess.
Utbyte, kvalitet och kostnad måste matcha
Den idealiska lasern för SiP-separation beror på de specifika kraven och måste ha en optimal balans mellan genomströmning, kvalitet och kostnad. När mycket känsliga komponenter är inblandade kan det vara nödvändigt att använda Ultra Short Pulse (USP) lasrar och/eller de inneboende låga termiska effekterna avUV-våglängder. I andra fall är lägre kostnad, högre genomströmning av nanosekundspulsade och långvågiga lasrar mer lämpliga val. För att demonstrera de höga bearbetningshastigheterna för SiP PCB-substratskärning, testade MKS applikationsingenjörer en grön högeffekts nanosekundpulsad laser. En Spectra-Physics Talon GR70-laser användes för att skära SiP-material, bestående av tunn FR4 med inbäddade koppartrådar och en dubbelsidig lödmask, med hjälp av höghastighets multiprocessing med en dubbelaxlig skanningsgalvanometer. Materialets totala tjocklek är 250 µm, varav 150 µm är den (ultra-tunna) FR4-skivan och de återstående 100 µm är den dubbelsidiga polymerlodmasken. Genom att använda en hög skanningshastighet på 6 m/s kan allvarliga termiska effekter mildras och bildning av värmepåverkade zoner (HAZ) undvikas. Med tanke på det relativt tunna materialet användes en liten fokal punktstorlek (ca 16 µm, 1/e2 diameter) och en hög pulsrepetitionsfrekvens (PRF) på 450 kHz. Denna kombination av parametrar drar full nytta av laserns unika förmåga att bibehålla hög effekt vid hög PRF (67 W vid 450 kHz i det här exemplet), vilket hjälper till att bibehålla korrekt energitäthet och punkt-till-punkt-överlappning vid höga skanningshastigheter.
Skärning utan termisk nedbrytning
Den totala nettoskärhastigheten som uppnåddes efter flera höghastighetsskanningar var 200 mm/s. Figur 1 visar snittets ingående och utgående sidor, samt det underjordiska området där den skurna banan korsar den nedgrävda koppartråden. Både de inkommande och utgående ytorna skars rent med liten eller ingen HAZ. Dessutom påverkade inte närvaron av koppartråden skärprocessen negativt, och kvaliteten på kopparskärkanterna verkade vara idealisk, även om betraktningsvinkeln var något begränsad.
För en mer detaljerad bild av kvaliteten runt koppartråden (och faktiskt hela snittet), titta på tvärsnittet av snittets sidovägg (Figur 2).
Kvaliteten är mycket bra, med endast en mycket liten mängd HAZ och några förkolnade och partikelformiga fragment närvarande. varje fiber i FR4-skiktet är tydligt urskiljbar och den smälta delen är begränsad till ändytorna av de skurna fibrerna som skjuter ut från sidoväggarna (dvs. vinkelrätt mot fibrerna som sträcker sig längs snittytan). Viktigt är att ingen delaminering kunde observeras i dessa skikt.
Dessutom indikerar resultaten att området runt koppartrådarna är av god kvalitet och inte är föremål för skadliga termiska effekter såsom kopparflöde eller delaminering från de omgivande FR4- eller lödmaskskikten.
Förtjockade FR4-brädor som kräver stora punktdiametrar
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) vid en nominell PRF på 275 kHz användes en större fläckstorlek (~36 µm); Dessutom är strålkvaliteten utmärkt, med Rayleigh-intervallet för den fokuserade strålen som överstiger 1,5 mm, vilket är 1,5 gånger tjockleken på materialet. Som ett resultat av detta är fläckstorleken relativt stor och konstant över hela tjockleken av materialet, vilket bidrar till effektiv skärning eftersom den likformiga bestrålningsvolymen och de resulterande breda spåren underlättar borttagning av skräp. Figur 3 visar inkommande och utgående mikroskopiska bilder av ett snitt som bearbetades med flera höghastighetsskanningar vid 6 m/s (total netto skärhastighet på 20 mm/s).
I likhet med fallet med SiP-plattor är ytkvaliteten på både de inkommande och utgående sidorna av snittet mycket bra och ger minimal HAZ. På grund av den inhomogena naturen hos glas/epoxi FR4-substratet och den låga energitätheten vid den distala änden av laserablationsskäret, avviker utgångsskärets kanter i allmänhet något från en perfekt rak linje. Tvärsnittsbild av sidoväggen visar mer detaljerad information om snittets kvalitet (Figur 4 nedan).
I fig. 4 kan vi se den utmärkta kvaliteten som uppnåtts. Endast en liten mängd HAZ och kolprodukter (koks) bildas i snittet. Dessutom var det nästan ingen smältning av glasfibrerna. med en nettoskärhastighet på upp till 20 mm/s är Talon GR70 helt klart idealisk för depanelering av tjockare FR4 PCB, samtidigt som den säkerställer utmärkt kvalitet och hög genomströmning.
