Производња одштампане плоче (ПЦБ)укључује низ различитих процеса, од којих многи захтевају употребу ласера. Употреба УВ наносекундних импулсних ласера се повећава због све мањих потребних отвора.
Уређаји и модули постају компактнији захваљујући напредним технологијама паковања. Након што су схватили да постоји велика разлика између полупроводничког чвора и димензије ПЦБ-а – од нанометарског до милиметарског нивоа у екстремним случајевима – програмери настављају да се фокусирају на развој напредних технологија паковања за повезивање компоненти различитих величина. Једна таква технологија је систем систем у пакету (СиП), где се појединачни уређаји интегрисаног кола (ИЦ) спајају на ПЦБ подлогу са уграђеним металним траговима интерконекција пре коначног паковања и раздвајања. Архитектура обично укључује посредни слој да би се постигла разумно густа дистрибуција веза чипа у ПЦБ-у. Модули су и даље распоређени на једном великом панелу током коначног паковања, обично коришћењем паковања епоксидне масе (ЕМЦ) или другим методама. Модули се затим одвајају помоћу процеса ласерског сечења.
Принос, квалитет и цена морају се подударати
Идеалан ласер за СиП одвајање зависи од специфичних захтева и мора да постигне оптималну равнотежу између пропусности, квалитета и цене. Када се ради о високо осетљивим компонентама, можда ће бити неопходно користити ласере ултра кратког импулса (УСП) и/или инхерентно ниске топлотне ефектеУВ таласне дужине. У другим случајевима, нижа цена, већа пропусност наносекундни пулсни и дуготаласни ласери су прикладнији избор. Да би демонстрирали велике брзине обраде СиП ПЦБ подлоге, инжењери апликације МКС тестирали су зелени пулсни ласер велике снаге наносекунде. Спецтра-Пхисицс Талон ГР70 ласер је коришћен за сечење СиП материјала, који се састоји од танког ФР4 са уграђеним бакарним жицама и двостране лемне маске, коришћењем вишеструке обраде велике брзине са галванометром за скенирање са две осе. Укупна дебљина материјала је 250 µм, од чега је 150 µм (ултратанка) ФР4 плоча, а преосталих 100 µм је двострана полимерна лемна маска. Коришћењем велике брзине скенирања од 6 м/с, могу се ублажити озбиљни топлотни ефекти и избећи стварање зона погођених топлотом (ХАЗ). С обзиром на релативно танак материјал, коришћена је мала величина жаришне тачке (приближно 16 µм, пречник 1/е2) и висока фреквенција понављања импулса (ПРФ) од 450 кХз. Ова комбинација параметара у потпуности користи јединствену способност ласера да одржи велику снагу при високом ПРФ-у (67 В на 450 кХз у овом примеру), што помаже у одржавању одговарајуће густине енергије и преклапања од тачке до тачке при великим брзинама скенирања.
Сечење без термичке деградације
Укупна нето брзина сечења постигнута након вишеструких скенирања великом брзином била је 200 мм/с. На слици 1 приказана је улазна и излазна страна утора, као и подземна површина где путања пресека пресеца закопану бакарну жицу. И улазне и излазне површине су чисто исечене са мало или без ХАЗ. Поред тога, присуство бакарне жице није негативно утицало на процес сечења, а квалитет ивица бакарног уреза је изгледао идеалан, иако је угао гледања био донекле ограничен.
За детаљнији приказ квалитета око бакарне жице (и заиста целог реза), погледајте попречни пресек бочне стране реза (слика 2).
Квалитет је веома добар, са само веома малом количином ХАЗ и неколико карбонизованих и честица присутних фрагмената. свако влакно у слоју ФР4 је јасно уочљиво, а отопљени део је ограничен на крајње стране исечених влакана која вире споља из бочних зидова (тј. управно на влакна која се пружају дуж површине реза). Важно је да се у овим слојевима не може приметити деламинација.
Поред тога, резултати показују да је подручје око бакарних жица доброг квалитета и да није подложно штетним термичким ефектима као што је проток бакра или одвајање од околних слојева ФР4 или лемне маске.
Подебљане ФР4 плоче које захтевају велике пречнике места
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 µЈ) при номиналном ПРФ-у од 275 кХз, коришћена је већа величина тачке (~36 µм); штавише, квалитет зрака је одличан, са Рејлијевим опсегом фокусираног снопа који прелази 1,5 мм, што је 1,5 пута дебљина материјала. Као резултат тога, величина тачке је релативно велика и константна по целој дебљини материјала, што доприноси ефикасном резању јер уједначена запремина зрачења и резултујући широки жлебови олакшавају уклањање остатака. Слика 3 приказује улазне и излазне микроскопске слике реза који је обрађен коришћењем вишеструких скенирања велике брзине при 6 м/с (укупна нето брзина сечења од 20 мм/с).
Слично као код СиП плоча, квалитет површине и улазне и излазне стране утора је веома добар и производи минималну ХАЗ. Због нехомогене природе стакло/епоксидне ФР4 подлоге и ниске густине енергије на дисталном крају уреза ласерске аблације, ивице излазног уреза генерално мало одступају од савршено равне линије. Слика попречног пресека бочног зида показује детаљније информације о квалитету уреза (Слика 4 испод).
На слици 4 можемо видети постигнути одличан квалитет. У резу се формира само мала количина ХАЗ и угљеничних производа (кокс). Поред тога, скоро да није било топљења стаклених влакана. са нето брзином сечења до 20 мм/с, Талон ГР70 је очигледно идеално прикладан за уклањање дебљих ФР4 ПЦБ-а, док истовремено обезбеђује одличан квалитет и високу пропусност.
