ग्रीन लेजर मुद्रित सर्किट बोर्डों को कुशलतापूर्वक काटता है

का उत्पादनमुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी)इसमें कई अलग-अलग प्रक्रियाएँ शामिल हैं, जिनमें से कई में लेज़रों के उपयोग की आवश्यकता होती है। आवश्यक छोटे और छोटे एपर्चर के कारण यूवी नैनोसेकंड स्पंदित लेजर का उपयोग बढ़ रहा है।

उन्नत पैकेजिंग प्रौद्योगिकियों की बदौलत उपकरण और मॉड्यूल अधिक कॉम्पैक्ट होते जा रहे हैं। यह महसूस करने के बाद कि सेमीकंडक्टर नोड और पीसीबी आयाम के बीच एक बड़ा अंतर है - चरम मामलों में नैनोमीटर से मिलीमीटर स्तर तक - डेवलपर्स विभिन्न आकारों के घटकों को जोड़ने के लिए उन्नत पैकेजिंग प्रौद्योगिकियों को विकसित करने पर ध्यान केंद्रित करना जारी रखते हैं। ऐसी ही एक तकनीक सिस्टम-इन-पैकेज (SiP) प्रणाली है, जहां व्यक्तिगत एकीकृत सर्किट (IC) उपकरणों को अंतिम पैकेजिंग और पृथक्करण से पहले एम्बेडेड मेटल ट्रेस इंटरकनेक्ट के साथ एक पीसीबी सब्सट्रेट पर बंडल किया जाता है। आर्किटेक्चर में आमतौर पर पीसीबी में चिप कनेक्शन के उचित घने वितरण को प्राप्त करने के लिए एक मध्यस्थ परत शामिल होती है। अंतिम पैकेजिंग के दौरान मॉड्यूल अभी भी एक बड़े पैनल पर व्यवस्थित होते हैं, आमतौर पर एपॉक्सी मोल्डिंग कंपाउंड (ईएमसी) पैकेजिंग या अन्य तरीकों का उपयोग करते हुए। फिर लेजर कटिंग प्रक्रिया का उपयोग करके मॉड्यूल को अलग किया जाता है।

उपज, गुणवत्ता और लागत का मिलान होना चाहिए

SiP पृथक्करण के लिए आदर्श लेजर विशिष्ट आवश्यकताओं पर निर्भर करता है और इसे थ्रूपुट, गुणवत्ता और लागत के बीच एक इष्टतम संतुलन बनाना चाहिए। जब अत्यधिक संवेदनशील घटक शामिल होते हैं, तो अल्ट्रा शॉर्ट पल्स (यूएसपी) लेजर और/या स्वाभाविक रूप से कम थर्मल प्रभाव का उपयोग करना आवश्यक हो सकता हैयूवी तरंग दैर्ध्य. अन्य मामलों में, कम लागत, उच्च थ्रूपुट नैनोसेकंड स्पंदित और लंबी तरंग लेजर अधिक उपयुक्त विकल्प हैं। SiP PCB सब्सट्रेट कटिंग की उच्च प्रसंस्करण गति को प्रदर्शित करने के लिए, MKS एप्लिकेशन इंजीनियरों ने एक हरे उच्च-शक्ति नैनोसेकंड स्पंदित लेजर का परीक्षण किया। एक स्पेक्ट्रा-फिजिक्स टैलोन GR70 लेजर का उपयोग SiP सामग्री को काटने के लिए किया गया था, जिसमें एम्बेडेड तांबे के तारों के साथ पतली FR4 और एक डबल-पक्षीय सोल्डरमास्क शामिल था, जिसमें एक दोहरे अक्ष स्कैनिंग गैल्वेनोमीटर के साथ उच्च गति मल्टीप्रोसेसिंग का उपयोग किया गया था। सामग्री की कुल मोटाई 250 µm है, जिसमें से 150 µm (अल्ट्रा-थिन) FR4 शीट है और शेष 100 µm दो तरफा पॉलिमर सोल्डरमास्क है। 6 मीटर/सेकेंड की उच्च स्कैनिंग गति का उपयोग करके, गंभीर थर्मल प्रभावों को कम किया जा सकता है और गर्मी प्रभावित क्षेत्रों (एचएजेड) के गठन से बचा जा सकता है। अपेक्षाकृत पतली सामग्री को ध्यान में रखते हुए, एक छोटे फोकल स्पॉट आकार (लगभग 16 माइक्रोमीटर, 1/ई2 व्यास) और 450 किलोहर्ट्ज़ की उच्च पल्स पुनरावृत्ति आवृत्ति (पीआरएफ) का उपयोग किया गया था। मापदंडों का यह संयोजन उच्च पीआरएफ (इस उदाहरण में 450 किलोहर्ट्ज़ पर 67 डब्ल्यू) पर उच्च शक्ति बनाए रखने की लेजर की अद्वितीय क्षमता का पूरा लाभ उठाता है, जो उच्च स्कैनिंग गति पर उचित ऊर्जा घनत्व और स्पॉट-टू-स्पॉट ओवरलैप बनाए रखने में मदद करता है।

थर्मल गिरावट के बिना काटना

कई हाई-स्पीड स्कैन के बाद हासिल की गई कुल नेट कटिंग गति 200 मिमी/सेकेंड थी। चित्र 1 में केर्फ़ के आने और जाने वाले किनारों के साथ-साथ उपसतह क्षेत्र को दिखाया गया है जहां कटा हुआ रास्ता दबे हुए तांबे के तार को पार करता है। आने वाली और बाहर जाने वाली दोनों सतहों को बहुत कम या बिना HAZ के साफ-सुथरा काटा गया था। इसके अलावा, तांबे के तार की उपस्थिति ने काटने की प्रक्रिया पर प्रतिकूल प्रभाव नहीं डाला, और तांबे के केर्फ़ किनारों की गुणवत्ता आदर्श प्रतीत हुई, हालांकि देखने का कोण कुछ हद तक सीमित था।

तांबे के तार (और वास्तव में पूरे कट) के आसपास की गुणवत्ता के अधिक विस्तृत दृश्य के लिए, कट के साइडवॉल के क्रॉस-सेक्शन को देखें (चित्र 2)।

गुणवत्ता बहुत अच्छी है, केवल बहुत कम मात्रा में HAZ और कुछ कार्बोनाइज्ड और पार्टिकुलेट टुकड़े मौजूद हैं। FR4 परत में प्रत्येक फाइबर स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है, और पिघला हुआ भाग कटे हुए फाइबर के अंतिम चेहरों तक सीमित होता है जो साइडवॉल से बाहर की ओर निकलते हैं (यानी, कटे हुए सतह के साथ फैले फाइबर के लंबवत)। महत्वपूर्ण बात यह है कि इन परतों में कोई प्रदूषण नहीं देखा जा सका।

इसके अलावा, परिणाम दर्शाते हैं कि तांबे के तारों के आसपास का क्षेत्र अच्छी गुणवत्ता का है और आसपास के FR4 या सोल्डरमास्क परतों से तांबे के प्रवाह या प्रदूषण जैसे हानिकारक थर्मल प्रभावों के अधीन नहीं है।

मोटे FR4 बोर्डों के लिए बड़े स्पॉट व्यास की आवश्यकता होती है

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 के नाममात्र पीआरएफ पर 250 µJ), एक बड़े स्पॉट आकार (~36 µm) का उपयोग किया गया था; इसके अलावा, बीम की गुणवत्ता उत्कृष्ट है, फोकस्ड बीम की रेले रेंज 1.5 मिमी से अधिक है, जो सामग्री की मोटाई का 1.5 गुना है। परिणामस्वरूप, सामग्री की पूरी मोटाई पर स्पॉट का आकार अपेक्षाकृत बड़ा और स्थिर होता है, जो कुशल काटने में योगदान देता है क्योंकि समान विकिरण मात्रा और परिणामी चौड़े खांचे मलबे को हटाने की सुविधा प्रदान करते हैं। चित्र 3 एक कट की आने वाली और बाहर जाने वाली सूक्ष्म छवियों को दिखाता है जिसे 6 मीटर/सेकेंड (कुल नेट कटिंग गति 20 मिमी/सेकेंड) पर कई हाई-स्पीड स्कैन का उपयोग करके संसाधित किया गया था।

SiP प्लेटों के मामले के समान, केर्फ़ के आने वाले और बाहर जाने वाले दोनों पक्षों की सतह की गुणवत्ता बहुत अच्छी है और न्यूनतम HAZ पैदा करती है। ग्लास/एपॉक्सी FR4 सब्सट्रेट की अमानवीय प्रकृति और लेजर एब्लेशन केर्फ़ के दूरस्थ छोर पर कम ऊर्जा घनत्व के कारण, निकास केर्फ़ किनारे आम तौर पर पूरी तरह से सीधी रेखा से थोड़ा विचलित होते हैं। क्रॉस-सेक्शनल साइडवॉल इमेजिंग केर्फ़ की गुणवत्ता के बारे में अधिक विस्तृत जानकारी दिखाती है (नीचे चित्र 4)।

चित्र 4 में हम प्राप्त की गई उत्कृष्ट गुणवत्ता देख सकते हैं। कट में केवल थोड़ी मात्रा में HAZ और कार्बन उत्पाद (कोक) बनते हैं। इसके अलावा, कांच के रेशे लगभग नहीं पिघले। 20 मिमी/सेकेंड तक की नेट कटिंग गति के साथ, टैलोन जीआर70 स्पष्ट रूप से मोटे एफआर4 पीसीबी को डीपैनल करने के लिए आदर्श रूप से उपयुक्त है, साथ ही उत्कृष्ट गुणवत्ता और उच्च थ्रूपुट सुनिश्चित करता है।