La producción deplacas de circuito impreso (PCB)Implica una serie de procesos diferentes, muchos de los cuales requieren el uso de láseres. El uso de láseres UV pulsados de nanosegundos está aumentando debido a las aperturas cada vez más pequeñas requeridas.
Los dispositivos y módulos son cada vez más compactos gracias a las tecnologías de embalaje avanzadas. Después de darse cuenta de que existe una gran diferencia entre el nodo semiconductor y la dimensión de la PCB (desde el nivel nanométrico hasta el milimétrico en casos extremos), los desarrolladores continúan centrándose en el desarrollo de tecnologías de embalaje avanzadas para conectar componentes de diferentes tamaños. Una de esas tecnologías es el sistema de sistema en paquete (SiP), en el que los dispositivos de circuito integrado (IC) individuales se agrupan en un sustrato de PCB con interconexiones de trazas metálicas integradas antes del embalaje y separación final. La arquitectura normalmente incluye una capa intermedia para lograr una distribución razonablemente densa de conexiones de chip en la PCB. Los módulos todavía se organizan en un único panel grande durante el embalaje final, normalmente utilizando embalaje de compuesto de moldeo epoxi (EMC) u otros métodos. Luego, los módulos se separan mediante un proceso de corte por láser.
El rendimiento, la calidad y el coste deben coincidir
El láser ideal para la separación SiP depende de los requisitos específicos y debe lograr un equilibrio óptimo entre rendimiento, calidad y coste. Cuando se trata de componentes altamente sensibles, puede ser necesario utilizar láseres de pulso ultracorto (USP) y/o los efectos térmicos inherentemente bajos delongitudes de onda ultravioleta. En otros casos, los láseres de onda larga y pulsados de nanosegundos de menor costo y mayor rendimiento son opciones más apropiadas. Para demostrar las altas velocidades de procesamiento del corte de sustratos de PCB SiP, los ingenieros de aplicaciones de MKS probaron un láser verde pulsado de nanosegundos de alta potencia. Se utilizó un láser Spectra-Physics Talon GR70 para cortar material SiP, que consiste en FR4 delgado con cables de cobre incrustados y una máscara de soldadura de doble cara, utilizando multiprocesamiento de alta velocidad con un galvanómetro de escaneo de doble eje. El espesor total del material es de 250 µm, de los cuales 150 µm son la lámina FR4 (ultrafina) y los 100 µm restantes son la máscara de soldadura de polímero de doble cara. Al utilizar una alta velocidad de escaneo de 6 m/s, se pueden mitigar los efectos térmicos severos y evitar la formación de zonas afectadas por el calor (HAZ). Debido al material relativamente fino, se utilizó un tamaño de punto focal pequeño (aprox. 16 µm, 1/e2 de diámetro) y una alta frecuencia de repetición de impulsos (PRF) de 450 kHz. Esta combinación de parámetros aprovecha al máximo la capacidad única del láser para mantener una alta potencia a una PRF alta (67 W a 450 kHz en este ejemplo), lo que ayuda a mantener una densidad de energía adecuada y una superposición de punto a punto a altas velocidades de escaneo.
Corte sin degradación térmica
La velocidad de corte neta general lograda después de múltiples escaneos de alta velocidad fue de 200 mm/s. La Figura 1 muestra los lados de entrada y salida del corte, así como el área subsuperficial donde el camino cortado cruza el cable de cobre enterrado. Tanto la superficie de entrada como la de salida se cortaron limpiamente con poca o ninguna HAZ. Además, la presencia del alambre de cobre no afectó negativamente al proceso de corte, y la calidad de los bordes de corte de cobre parecía ser ideal, aunque el ángulo de visión era algo limitado.
Para obtener una vista más detallada de la calidad alrededor del alambre de cobre (y, de hecho, de todo el corte), observe la sección transversal de la pared lateral del corte (Figura 2).
La calidad es muy buena, con sólo una cantidad muy pequeña de HAZ y algunos fragmentos carbonizados y particulados presentes. cada fibra en la capa de FR4 es claramente discernible, y la porción fundida está confinada a las caras extremas de las fibras cortadas que sobresalen hacia afuera de las paredes laterales (es decir, perpendiculares a las fibras que se extienden a lo largo de la superficie cortada). Es importante destacar que no se pudo observar delaminación en estas capas.
Además, los resultados indican que el área alrededor de los alambres de cobre es de buena calidad y no está sujeta a efectos térmicos dañinos como el flujo de cobre o la delaminación del FR4 circundante o las capas de máscara de soldadura.
Tableros FR4 engrosados que requieren diámetros de punto grandes
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) a una PRF nominal de 275 kHz, se utilizó un tamaño de punto mayor (~36 µm); Además, la calidad del haz es excelente, con un rango de Rayleigh del haz enfocado superior a 1,5 mm, que es 1,5 veces el espesor del material. Como resultado, el tamaño del punto es relativamente grande y constante en todo el espesor del material, lo que contribuye a un corte eficiente porque el volumen de irradiación uniforme y las amplias ranuras resultantes facilitan la eliminación de residuos. La Figura 3 muestra las imágenes microscópicas entrantes y salientes de un corte que se procesó utilizando múltiples escaneos de alta velocidad a 6 m/s (velocidad de corte neta general de 20 mm/s).
Al igual que en el caso de las placas SiP, la calidad de la superficie de los lados entrante y saliente del corte es muy buena y produce una HAZ mínima. Debido a la naturaleza no homogénea del sustrato de vidrio/epóxido FR4 y a la baja densidad de energía en el extremo distal del corte de ablación láser, los bordes del corte de salida generalmente se desvían ligeramente de una línea perfectamente recta. Las imágenes transversales de las paredes laterales muestran información más detallada sobre la calidad del corte (Figura 4 a continuación).
En la Fig. 4 podemos observar la excelente calidad conseguida. En el corte sólo se forma una pequeña cantidad de HAZ y productos de carbono (coque). Además, las fibras de vidrio prácticamente no se fundieron. Con una velocidad neta de corte de hasta 20 mm/s, el Talon GR70 es claramente ideal para despanelar PCB FR4 más gruesas y, al mismo tiempo, garantiza una excelente calidad y un alto rendimiento.
