rejestracja

Finansowanie

Projekty

Fundamenty

Stropy

Ściany

Przegrody

Dachy

Okna

Drzwi

Podłogi

Schody

Izolacje

Instalacje

Wyposażenie

Bramy

Ogrodzenia

Tarasy

Ogrody


Semicon: Technika cięcia laserowego w procesie separacji płytek drukowanych

image

Zastosowanie nowoczesnych systemów laserowych do depanelizacji płytek drukowanych, w porównaniu z tradycyjnymi metodami obróbki mechanicznej, może stanowić poważne wyzwanie dla każdego inżyniera procesu produkcji. Właściwe zrozumienie interakcji pomiędzy wiązką laserową a materiałem podłoża jest niezbędne, aby wybrać i zastosować właściwą technologię separacji płytek drukowanych gwarantującą najwyższą jakość obróbki.
 



Tendencja ciągłej miniaturyzacji elementów elektronicznych i obwodów drukowanych stawia nowe wyzwania procesom produkcyjnym. Producenci obwodów drukowanych na ogół nie wytwarzają obecnie pojedynczych płytek o małej powierzchni. Ze względu na automatyzację i powtarzalność procesów korzystają z formatek o standardowych rozmiarach. Ta sama zasada obowiązuje przy montażu obwodów elektronicznych. Grupowanie pojedynczych płytek drukowanych w formie matrycy na formatce zmniejsza liczbę operacji montażowych i umożliwia wzrost wydajności produkcji. W końcowym etapie każdy niezależny obwód drukowany na formatce poddawany jest separacji. Mechaniczne metody oddzielania obwodów drukowanych, wykorzystujące frezarki, wykrojniki czy separatory typu pizza cutter, są powszechnie stosowane wyłącznie przy obróbce laminatów sztywnych. Mechaniczna obróbka, jak każda technika, ma pewne ograniczenia. Przede wszystkim może prowadzić do deformacji krawędzi, a także do delaminacji podłoży. Szybko obracające się frezy czy ostrza wytwarzają tarcie na styku narzędzie-materiał.
W przypadku zbyt gwałtownego lub nierównego prowadzenia narzędzia lub po prostu pod wpływem zużywania się narzędzi krawędzie skrawające mogą wykruszać obrabiany materiał lub odrywać jego zewnętrzne warstwy. Odsłonięte lub uszkodzone warstwy mogą narazić płytkę na działanie wilgoci, agresywnych płynów oraz innych czynników zewnętrznych, które spowodują pogorszenie jakości. Dodatkowo produkują one dużo zanieczyszczeń, które trzeba potem usuwać. Jest to szczególnie ważne w przypadku płytek zawierających elementy optyczne, czujniki lub złącza. W przypadku wykrawania konieczne jest utrzymywanie stale naostrzonych stempli, tak żeby nie dopuścić do zgniatania odcinanego materiału. Występujące w trakcie obróbki mechanicznej naprężenia ściskające i zginające na krawędziach płytki mogą prowadzić do groźnych, bo czasami trudnych do zidentyfikowania, mikropęknięć spoiwa i uszkodzenia elementów, powodując zmniejszenie niezawodności. W celu ograniczenia wpływu obróbki mechanicznej na jakość obwodów drukowanych elementy umieszczane są w pewnej odległości od krawędzi, co zwiększa rozmiary płytek drukowanych.


W przypadku laminatów elastycznych (flex), półelastycznych (semi-flex) czy sztywno-elastycznych (rigid-flex), zawierających w swojej konstrukcji poliimid i/lub włókno szklane spajane żywicą epoksydową o grubości poniżej 200 µm, konieczne jest wykorzystanie innych, alternatywnych metod separacji. Nowoczesnym rozwiązaniem są urządzenia z laserami w zakresie światła widzialnego, ultrafioletu lub podczerwieni. W przeciwieństwie do tradycyjnych technik cięcia, promieniowanie laserowe nie wywiera mechanicznego nacisku na obrabiany materiał, a precyzja cięcia pozwala na rozdzielenie znacznie mniejszych płytek PCB.



Wybór lasera
Firma Semicon w ramach realizowanego projektu "Innowacyjne technologie montażu elementów na elastycznych podłożach flex dla aplikacji krytycznych, Internetu Rzeczy i Przemysłu 4.0" od ponad roku prowadzi badania nad wdrożeniem i zastosowaniem technologii cięcia laserowego w procesie depanelizacji płytek drukowanych. Prowadzone prace skupiają się głównie na wykorzystaniu unikalnego urządzenia ASYS Divisio 8100 wyposażonego w laser zielony o λ = 532 nm i ocenie jakości cięcia w porównaniu do wyników depanelizacji metodami mechanicznymi. Wybór rodzaju lasera do procesu technologicznego uzależniony jest przede wszystkim od właściwości i grubości obrabianego materiału, wymaganej mocy lasera, średnicy wiązki laserowej oraz wydajności procesu, która będzie wpływać na koszty wdrażanej technologii. Urządzenia laserowe są powszechnie używane do obróbki metali, materiałów dielektrycznych i półprzewodników. Pomijając parametr grubości, niektóre materiały ze względu na strukturę są trudne do przetwarzania z różnych powodów, do których z pewnością zaliczyć należy: zbyt niską szybkość procesu technologicznego czy niedostateczną jakość cięcia, która wpływa na możliwość późniejszego zastosowania.



Do takich problematycznych materiałów zaliczyć należy przede wszystkim:

 
  • metale i/lub materiały przewodzące elektrycznie o wysokim współczynniku odbicia, np. aluminium lub miedź i ich stopy,
  • niemetale takie jak ceramika, gruba ceramika strukturalna, np. węglik krzemu lub mullit-aluminium,
  • kompozyty i materiały kompozytowe, np. włókno węglowe lub włókno szklane,
  • materiały kamieniarskie, niejednorodne skały, np. większość materiałów granitowych.
     
Poza procesem cięcia lasery są najczęściej stosowane do drążenia mikrootworów przelotowych i nieprzelotowych. Inne zastosowania dotyczą możliwości tworzenia specjalnych zagłębień wykorzystywanych przy produkcji elementów wbudowanych, naprawy soldermasek na płytkach drukowanych, usuwania organicznych lub metalowych masek w procesach fotolitograficznych, jak również warstw coverlay tworzonych na laminatach elastycznych (rys. 1). Warstwa coverlay na płytkach elastycznych spełnia taką samą funkcję jak soldermaska na płytce sztywnej. Zabezpiecza i hermetyzuje ścieżki obwodu. Jedyną różnicą jest elastyczna forma takiej soldermaski. Strukturę takiego pokrycia tworzy warstwa poliimidu o grubości zazwyczaj 25 µm, na którą naniesiona jest warstwa kleju akrylowego o zbliżonej grubości.





Rys. 1. Różne zastosowania laserów w obróbce materiałów

Ze względu na konstrukcję podłoży płytek drukowanych konieczne jest wykorzystanie lasera pozwalającego na precyzyjną obróbkę materiałów takich jak: mata szklana impregnowana żywicą epoksydową, poliimidy czy folia miedziana o grubościach od kilku do kilkudziesięciu µm. Ważne jest, aby dla każdego materiału wyznaczyć charakterystykę jego absorpcji dla określonej długości fali promieniowania laserowego. Od właściwości absorpcyjnych materiałów składowych będą zależały wszystkie parametry cięcia dla danego podłoża.
Na rysunku 2 przedstawiono zależność absorpcji materiałów składających się na laminat typu FR4 w zależności od długości fali promieniowania elektromagnetycznego. W odróżnieniu od źródła zielonego – 532 nm, czy lasera CO2 – 1064 nm, dla źródła UV – 355 nm wszystkie wymienione materiały doskonale pochłaniają tę długość fali. W przypadku żywicy epoksydowej, która stanowi do 70% zawartości laminatu, promieniowanie pochłaniane jest nawet czasami zbyt mocno, co ogranicza tym samym głębokość wnikania wiązki w podłoże i szybkość procesu, w wyniku czego cięcie materiałów typu FR4 o grubościach powyżej 0,8 mm jest mało wydajne. Sytuacja wygląda w tym przypadku inaczej niż w przypadku źródła zielonego czy lasera CO2. Lepsza transmisja niż absorpcja pozwala wnikać światłu dalej w materiał, co jest szczególnie korzystne w przypadku grubszych materiałów. Inna trudność wynika z faktu, że podłoża FR4 wzmacniane włóknami nie są jednorodne. Włókno szklane ma zupełnie inne właściwości fizykotermiczne od żywicy epoksydowej, co wpływa na różne gęstości energii w procesie ablacji dla obu rodzajów materiałów.



Rys. 2. Krzywe absorpcji miedzi, szkła i żywicy epoksydowej w laminacie FR4



Laser UV w produkcji elektroniki
Jeszcze do niedawna najpowszechniej stosowanym narzędziem do formowania mikrootworów i laserowego depanelingu płytek drukowanych, gwarantującym dużą precyzję i jakość procesu, był laser UV o długościach fal 193–355 nm (tab. 1). Ponieważ promieniowanie o krótszej długości fali, któremu zwykle towarzyszy krótsza szerokość impulsu, oferuje wyraźne zalety, dzięki wynalezieniu laserów ekscymerowych UV i w ostatnich latach dzięki laserom półprzewodnikowym o zwielokrotnionej częstotliwości pojawiły się nowe możliwości przetwarzania materiałów. W szczególności zdolność do usuwania materiałów organicznych, metali i szkieł ze znanej głębokości przy mniejszym uszkodzeniu termicznym sprawiła, że lasery UV są bardzo atrakcyjne w przemyśle elektronicznym do mikroobróbki ogólnego zastosowania i do specjalnych potrzeb, jakim jest mikrowiercenie.



Dowiedz się więcej


 



KONTAKT wyślij zapytanie ofertowe

Semicon

E-mail: fotowoltaika@semicon.com.pl

WWW: www.semicon.com.pl

Tel: +48 22 615 73 71
Fax: +48 22 615 73 75
Adres:
Zwoleńska 43/43a
04-761 Warszawa

Nakładka aluminiowa GRATIS do wybranych okien Internorm
ALUPROF: Warsztaty komputerowe z programu MB-SOFT (LogiKal)
Inżynier budowy Izodom 2000 Polska, Warszawa, Zduńska Wola.

Katalog Firm

  • Konbet Poznań

    KONBET POZNAŃ -jesteśmy  liderem wśród producentów system&…
    Konbet Poznań
  • Xella Polska

    Xella Polska Sp. z o.o. jest pionierem energooszczędnych rozwiązań w budownic…
    Xella Polska
  • Koelner

    Koelner Polska jest dystrybutorem wysokiej jakości zamocowań budowlanych, ele…
    Koelner

Polecamy
dodaj+ «»