の生産プリント基板 (PCB)多くの異なるプロセスが必要ですが、その多くはレーザーの使用を必要とします。 必要とされる開口部がますます小さくなっているため、UV ナノ秒パルスレーザーの使用が増加しています。
高度なパッケージング技術のおかげで、デバイスやモジュールはよりコンパクトになってきています。 半導体ノードと PCB の寸法の間には、極端な場合にはナノメートルからミリメートルレベルまで大きな違いがあることを認識した後、開発者は、異なるサイズのコンポーネントを接続するための高度なパッケージング技術の開発に注力し続けています。 そのような技術の 1 つがシステム イン パッケージ (SiP) システムです。このシステムでは、個々の集積回路 (IC) デバイスが、最終的なパッケージングと分離の前に、埋め込まれた金属配線相互接続を備えた PCB 基板上にバンドルされます。 このアーキテクチャには通常、PCB 内のチップ接続の適度な密度の分布を実現するための中間層が含まれています。 モジュールは、通常はエポキシ モールディング コンパウンド (EMC) パッケージングまたはその他の方法を使用して、最終パッケージング中に単一の大きなパネル上に配置されます。 次に、レーザー切断プロセスを使用してモジュールが分離されます。
収量、品質、コストが一致する必要がある
SiP 分離に最適なレーザーは特定の要件によって異なり、スループット、品質、コストの最適なバランスを取る必要があります。 非常に敏感なコンポーネントが含まれる場合、超短パルス (USP) レーザーや本質的に低い熱効果を利用する必要がある場合があります。紫外線の波長。 他の場合には、低コストで高スループットのナノ秒パルスレーザーや長波レーザーがより適切な選択肢となります。 SiP PCB 基板切断の高い処理速度を実証するために、MKS アプリケーション エンジニアは緑色の高出力ナノ秒パルス レーザーをテストしました。 Spectra-Physics Talon GR70 レーザーを使用して、銅線が埋め込まれた薄い FR4 と両面ソルダーマスクで構成される SiP 材料を、二軸走査検流計による高速マルチプロセッシングを使用して切断しました。 材料の合計の厚さは 250 µm で、そのうち 150 µm は (超薄) FR4 シート、残りの 100 µm は両面ポリマー ソルダーマスクです。 6 m/s という高速スキャン速度を使用することで、深刻な熱影響を軽減し、熱影響部 (HAZ) の形成を回避できます。 比較的薄い材料を考慮して、小さな焦点スポット サイズ (約 16 μm、1/e2 直径) と 450 kHz の高いパルス繰り返し周波数 (PRF) が使用されました。 このパラメータの組み合わせは、高 PRF (この例では 450 kHz で 67 W) で高出力を維持するレーザーの独自の能力を最大限に活用し、高い走査速度で適切なエネルギー密度とスポット間のオーバーラップを維持するのに役立ちます。
熱劣化のない切断
複数回の高速スキャン後に達成された全体の正味切断速度は 200 mm/s でした。 図 1 は、切り溝の流入側と流出側、および切断経路が埋設銅線と交差する表面下の領域を示しています。 入射面と出射面は両方とも、HAZ がほとんどまたはまったくなく、きれいに切断されていました。 さらに、銅線の存在は切断プロセスに悪影響を及ぼさず、銅切り口の品質は理想的であるように見えましたが、視野角は多少制限されました。
銅線周囲 (実際にはカット全体) の品質をより詳細に確認するには、カットの側壁の断面図を見てください (図 2)。
品質は非常に良好で、HAZ はごく少量しか存在せず、炭化した粒子状の破片もわずかに存在します。 FR4 層内のすべての繊維は明確に識別でき、溶融部分は側壁から外側に突き出た切断された繊維の端面 (つまり、切断面に沿って延びる繊維に対して垂直) に限定されます。 重要なのは、これらの層では層間剥離が観察されなかったことです。
さらに、結果は、銅線の周囲の領域が良好な品質であり、周囲の FR4 層またははんだマスク層からの銅の流れや層間剥離などの有害な熱影響を受けないことを示しています。
大きなスポット径が必要な厚みのある FR4 ボード
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 の公称 PRF で 250 μJ)、より大きなスポット サイズ (~36 μm) が使用されました。 さらに、ビーム品質は優れており、集束ビームのレイリー範囲は 1.5 mm (材料の厚さの 1.5 倍) を超えています。 その結果、スポットサイズは比較的大きく、材料の厚さ全体にわたって一定となり、均一な照射量とその結果得られる幅広の溝によりデブリの除去が容易になるため、効率的な切断に貢献します。 図 3 は、6 m/s の複数の高速スキャン (全体の正味切断速度 20 mm/s) を使用して処理された切断の入出力の顕微鏡画像を示しています。
SiP プレートの場合と同様に、切り溝の流入側と流出側の両方の表面品質は非常に良好で、HAZ の生成は最小限に抑えられています。 ガラス/エポキシ FR4 基板の不均質な性質と、レーザー アブレーション カーフの遠位端のエネルギー密度が低いため、出口カーフ エッジは一般に完全な直線からわずかにずれます。 側壁の断面イメージングにより、切り溝の品質に関するより詳細な情報が表示されます (下の図 4)。
図 4 では、優れた品質が達成されていることがわかります。 少量の HAZ と炭素生成物 (コークス) が切り口内に形成されるだけです。 また、ガラス繊維の溶融もほとんどなかった。 最大 20 mm/s の正味切断速度を備えた Talon GR70 は、より厚い FR4 PCB のパネル剥離に最適であると同時に、優れた品質と高スループットを保証します。
