Üretimibaskılı devre kartları (PCB'ler)birçoğu lazer kullanımını gerektiren bir dizi farklı işlemi içerir. Gerekli olan deliklerin giderek küçülmesi nedeniyle UV nanosaniye darbeli lazerlerin kullanımı artmaktadır.
Gelişmiş paketleme teknolojileri sayesinde cihazlar ve modüller daha kompakt hale geliyor. Yarı iletken düğüm ile PCB boyutu arasında - aşırı durumlarda nanometreden milimetre seviyesine kadar - büyük bir fark olduğunu fark ettikten sonra geliştiriciler, farklı boyutlardaki bileşenleri bağlamak için gelişmiş paketleme teknolojileri geliştirmeye odaklanmaya devam ediyor. Bu tür teknolojilerden biri, bireysel entegre devre (IC) cihazlarının, son paketleme ve ayırma öncesinde gömülü metal iz ara bağlantılarına sahip bir PCB alt tabakası üzerine paketlendiği paket içi sistem (SiP) sistemidir. Mimari tipik olarak PCB'deki çip bağlantılarının oldukça yoğun bir şekilde dağıtılmasını sağlamak için bir ara katman içerir. Modüller, nihai paketleme sırasında, tipik olarak epoksi kalıplama bileşiği (EMC) paketleme veya başka yöntemler kullanılarak hâlâ tek bir büyük panel üzerinde düzenlenir. Modüller daha sonra lazer kesim işlemi kullanılarak ayrılır.
Verim, kalite ve maliyet eşleşmelidir
SiP ayırma için ideal lazer, özel gereksinimlere bağlıdır ve üretim, kalite ve maliyet arasında en uygun dengeyi kurmalıdır. Oldukça hassas bileşenler söz konusu olduğunda, Ultra Kısa Darbeli (USP) lazerlerin ve/veya lazerlerin doğası gereği düşük termal etkilerinin kullanılması gerekli olabilir.UV dalga boyları. Diğer durumlarda, daha düşük maliyetli, daha yüksek verimli, nanosaniye darbeli ve uzun dalga lazerler daha uygun seçimlerdir. MKS uygulama mühendisleri, SiP PCB alt tabaka kesiminin yüksek işlem hızlarını göstermek için yeşil, yüksek güçlü nanosaniye darbeli lazeri test etti. Çift eksenli tarama galvanometresi ile yüksek hızlı çoklu işlem kullanılarak gömülü bakır teller ve çift taraflı lehim maskesi içeren ince FR4'ten oluşan SiP malzemesini kesmek için Spectra-Physics Talon GR70 lazer kullanıldı. Malzemenin toplam kalınlığı 250 µm olup bunun 150 µm'si (ultra ince) FR4 levha ve geri kalan 100 µm'si çift taraflı polimer lehim maskesidir. 6 m/s'lik yüksek tarama hızı kullanılarak ciddi termal etkiler azaltılabilir ve ısıdan etkilenen bölgelerin (HAZ) oluşumu önlenebilir. Nispeten ince malzeme göz önüne alındığında, küçük bir odak noktası boyutu (yaklaşık 16 µm, 1/e2 çap) ve 450 kHz'lik yüksek bir darbe tekrarlama frekansı (PRF) kullanıldı. Parametrelerin bu kombinasyonu, lazerin yüksek PRF'de (bu örnekte 450 kHz'de 67 W) yüksek gücü sürdürme konusundaki benzersiz yeteneğinden tam olarak yararlanır; bu, yüksek tarama hızlarında uygun enerji yoğunluğunun ve noktadan noktaya örtüşmenin korunmasına yardımcı olur.
Termal bozulma olmadan kesme
Çoklu yüksek hızlı taramalardan sonra elde edilen genel net kesme hızı 200 mm/sn idi. Şekil 1, çentiklerin giriş ve çıkış taraflarının yanı sıra kesme yolunun gömülü bakır tel ile kesiştiği yer altı alanını göstermektedir. Hem giriş hem de çıkış yüzeyleri çok az veya hiç HAZ olmadan temiz bir şekilde kesilmiştir. Ek olarak, bakır telin varlığı kesme işlemini olumsuz etkilemedi ve görüş açısı bir miktar sınırlı olmasına rağmen bakır çentik kenarlarının kalitesi ideal görünüyordu.
Bakır telin (ve aslında tüm kesimin) etrafındaki kalitenin daha ayrıntılı bir görünümü için, kesimin yan duvarının kesitine bakın (Şekil 2).
Sadece çok az miktarda HAZ ve birkaç karbonlaşmış ve parçacıklı parça mevcut olduğundan kalitesi çok iyidir. FR4 katmanındaki her fiber açıkça fark edilebilir ve erimiş kısım, kesilmiş fiberlerin yan duvarlardan dışarı doğru çıkıntı yapan (yani kesilmiş yüzey boyunca uzanan fiberlere dik) uç yüzleriyle sınırlıdır. Daha da önemlisi bu katmanlarda hiçbir delaminasyon gözlenemedi.
Ayrıca sonuçlar, bakır tellerin etrafındaki alanın iyi kalitede olduğunu ve bakır akışı veya çevredeki FR4 veya lehim maskesi katmanlarından kaynaklanan delaminasyon gibi zararlı termal etkilere maruz kalmadığını göstermektedir.
Büyük nokta çapları gerektiren kalınlaştırılmış FR4 levhalar
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 (>275 kHz nominal PRF'de (yaklaşık 250 µJ), daha büyük bir nokta boyutu (~36 µm) kullanıldı; dahası, odaklanmış ışının Rayleigh aralığı 1,5 mm'yi aştığı için ışın kalitesi mükemmeldir; bu, malzemenin kalınlığının 1,5 katıdır. Sonuç olarak, nokta boyutu göreceli olarak büyüktür ve malzemenin tüm kalınlığı boyunca sabittir; bu da verimli kesmeye katkıda bulunur, çünkü eşit ışınlama hacmi ve bunun sonucunda ortaya çıkan geniş oluklar döküntülerin giderilmesini kolaylaştırır. Şekil 3, 6 m/s'de (toplam net kesme hızı 20 mm/s) çok sayıda yüksek hızlı tarama kullanılarak işlenen bir kesimin gelen ve giden mikroskobik görüntülerini göstermektedir.
SiP plakaların durumuna benzer şekilde, çentiklerin hem giriş hem de çıkış taraflarının yüzey kalitesi çok iyidir ve minimum düzeyde HAZ üretir. Cam/epoksi FR4 alt katmanının homojen olmayan doğası ve lazer ablasyon çentiğinin uzak ucundaki düşük enerji yoğunluğu nedeniyle, çıkış çentiği kenarları genellikle mükemmel düz bir çizgiden hafifçe sapar. Kesitsel yanak görüntüleme, çentik kalitesi hakkında daha ayrıntılı bilgi gösterir (aşağıdaki Şekil 4).
Şekil 4'te elde edilen mükemmel kaliteyi görebiliriz. Kesimde sadece az miktarda HAZ ve karbon ürünleri (kok) oluşur. Ayrıca cam elyaflarında neredeyse hiç erime olmadı. 20 mm/s'ye varan net kesme hızıyla Talon GR70, daha kalın FR4 PCB'lerin panellerinin çıkarılması için açıkça idealdir ve aynı zamanda mükemmel kalite ve yüksek verim sağlar.
