Производствопечатные платы (PCB)включает в себя ряд различных процессов, многие из которых требуют использования лазеров. Использование УФ-лазеров наносекундного импульса увеличивается из-за того, что требуется все меньшая и меньшая апертура.
Устройства и модули становятся более компактными благодаря передовым технологиям упаковки. Поняв, что существует большая разница между полупроводниковым узлом и размером печатной платы — от нанометра до уровня миллиметра в крайних случаях — разработчики продолжают концентрироваться на разработке передовых технологий упаковки для соединения компонентов разных размеров. Одной из таких технологий является система «система в корпусе» (SiP), в которой отдельные устройства интегральных схем (ИС) объединяются на подложке печатной платы со встроенными металлическими межсоединениями перед окончательной упаковкой и разделением. Архитектура обычно включает промежуточный уровень для достижения достаточно плотного распределения соединений микросхем на печатной плате. Во время окончательной упаковки модули по-прежнему размещаются на одной большой панели, обычно с использованием упаковки из эпоксидного формовочного компаунда (ЭМС) или других методов. Затем модули разделяются с помощью процесса лазерной резки.
Выход, качество и стоимость должны совпадать
Выбор идеального лазера для разделения SiP зависит от конкретных требований и должен обеспечивать оптимальный баланс между производительностью, качеством и стоимостью. Когда речь идет о высокочувствительных компонентах, может потребоваться использование лазеров со сверхкороткими импульсами (USP) и/или низкое тепловое воздействие, присущее им.УФ-длины волн. В других случаях более подходящим выбором являются более дешевые, более производительные наносекундные импульсные и длинноволновые лазеры. Чтобы продемонстрировать высокую скорость резки подложек печатных плат SiP, инженеры MKS протестировали зеленый мощный наносекундный импульсный лазер. Лазер Spectra-Physics Talon GR70 использовался для резки материала SiP, состоящего из тонкого FR4 со встроенными медными проводами и двусторонней паяльной маски, с использованием высокоскоростной мультиобработки с двухосным сканирующим гальванометром. Общая толщина материала составляет 250 мкм, из которых 150 мкм — это (ультратонкий) лист FR4, а остальные 100 мкм — двусторонняя полимерная паяльная маска. Используя высокую скорость сканирования 6 м/с, можно смягчить серьезные тепловые эффекты и избежать образования зон термического влияния (ЗТВ). Учитывая относительно тонкий материал, использовался небольшой размер фокусного пятна (около 16 мкм, диаметр 1/e2) и высокая частота повторения импульсов (PRF) 450 кГц. Такое сочетание параметров в полной мере использует уникальную способность лазера поддерживать высокую мощность при высокой частоте повторения импульсов (в данном примере 67 Вт при частоте 450 кГц), что помогает поддерживать необходимую плотность энергии и перекрытие между точками при высоких скоростях сканирования.
Резка без термической деградации
Общая чистая скорость резки, достигнутая после нескольких высокоскоростных сканирований, составила 200 мм/с. На рисунке 1 показаны входящая и выходящая стороны пропила, а также область под поверхностью, где путь разреза пересекает закопанный медный провод. И входная, и выходная поверхности были аккуратно обрезаны, практически без ЗТВ. Кроме того, наличие медной проволоки не оказывало негативного влияния на процесс резки, а качество кромок медного пропила оказалось идеальным, хотя угол обзора был несколько ограничен.
Для более детального представления о качестве вокруг медного провода (да и всего разреза) посмотрите на поперечное сечение боковой стенки разреза (рисунок 2).
Качество очень хорошее, присутствует лишь очень небольшое количество ЗТВ и несколько карбонизированных фрагментов и твердых частиц. каждое волокно в слое FR4 четко различимо, а расплавленная часть ограничена торцевыми поверхностями разрезанных волокон, которые выступают наружу из боковых стенок (т.е. перпендикулярно волокнам, которые проходят вдоль поверхности разреза). Важно отметить, что в этих слоях не наблюдалось расслоения.
Кроме того, результаты показывают, что область вокруг медных проводов хорошего качества и не подвержена вредным термическим воздействиям, таким как растекание меди или отслаивание от окружающих слоев FR4 или паяльной маски.
Утолщенные плиты FR4, требующие большого диаметра пятен.
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 мкДж) при номинальной частоте повторения импульсов 275 кГц использовался больший размер пятна (~36 мкм); при этом качество луча превосходное: диапазон Рэлея сфокусированного луча превышает 1,5 мм, что в 1,5 раза превышает толщину материала. В результате размер пятна относительно велик и постоянен по всей толщине материала, что способствует эффективной резке, поскольку равномерный объем облучения и образующиеся широкие канавки облегчают удаление мусора. На рисунке 3 показаны входящие и исходящие микроскопические изображения разреза, обработанного с помощью нескольких высокоскоростных сканирований со скоростью 6 м/с (общая чистая скорость резки 20 мм/с).
Как и в случае с пластинами SiP, качество поверхности как входной, так и выходной стороны пропила очень хорошее и обеспечивает минимальную зону термической опасности. Из-за неоднородной природы стеклянно-эпоксидной подложки FR4 и низкой плотности энергии на дистальном конце реза лазерной абляции края выходного пропила обычно слегка отклоняются от идеально прямой линии. Снимки боковой стенки в поперечном сечении дают более подробную информацию о качестве пропила (рис. 4 ниже).
На рис. 4 мы можем видеть достигнутое превосходное качество. В разрезе образуется лишь небольшое количество ЗТВ и углеродистых продуктов (кокса). Кроме того, плавление стекловолокон почти не происходило. Имея чистую скорость резки до 20 мм/с, Talon GR70 идеально подходит для снятия панелей с более толстых печатных плат FR4, обеспечивая при этом превосходное качество и высокую производительность.
