HDI板激光钻孔探讨

时间: 2025-02-26 17:32:15 |   作者: 蒸汽洗车机

  １．０前言 电子工业正向着微型化，多功能化的方向不断的迅速发展，电子线路板制造工业不得不面临这样 的挑战：在日趋狭小的空间里不断的增加线路密度．现在很多线ｍｉｌ的线条，但 在布线时大量的铜垫却使人们增加线路密度的努力变的很困难．铜垫的大小通常由铜垫上的通孔或 盲孔的直径来决定，因此孔和铜垫的大小成为了解决以上问题的瓶颈，其中微孔（ｍｉｃｒｏｖｉａ）１－艺或称 高密度互连（ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）工艺，有很大的可能是解决上述挑战最经济．方便和迅速的一种工 艺．在较少改变现行工艺的前提下，它可以大幅度的提高线路板的布线能力，同时又兼获良好的导电性， 低介电常数和低热线胀系数等，而且在利用了微孔工艺后，原来需１２层的板，现在只需８层就可完成 设计完成，大幅度的降低了成本，随技术的发展，ＨＤＩ加工能力的提升，通讯系统板将不断更改为带有 ＨＤＩ设计的结构ＰＣＢ板。而微孔工艺的形成，主要是采取了激光法（Ｌａｓｅｒ－ｖｉａ）来制作盲孔导通孔， 该方法是当前一种可实现低成本，高速度的加工方法。 ２．０什么是激光 激光（Ｌａｓｅｒ）的名称是由其英文全称（Ｌｉｇｈｔ Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ） 的第一个字母缩写而来的，港台一般称其为镭射．它的中文含义为受激辐射光放大．激光的产生原理 是：激光介质的粒子在通常情况下，绝大多数的粒子处于基态，但在外界的激发作用下，部分粒子被 提升到较高的能级而处于激发态，在一段时间后它们会通过辐射光放出能量而又跳回到基态．辐射光 在后面的反射镜和半反射镜之间来回反射，从而激发更多的粒子被激发，使绝大多数的粒子处于激发 态，称之为粒子数反转．当光强达到一定的阈值后，光透过半反射镜发射出去而形成激光．如下图所 示： ◆Ｊ◆。 激光束 反射镜 介质 半反射镜 图１．激光产生示意图 形成激光需要有三个要素：介质（气，液，固或半导体），激发手段（放电，光照，电流，电子束，化学放 电），振荡器（折射镜，反射镜）。 ３．０激光钻孔的原理 ３．１ Ｃ（ｈ激光： Ｃ０２激光是由红外线的热效应产生，是物质吸收能量后进行有机熔化挥发和燃烧的一个过程，红外 激光的波长一般大于７００ｎｍ，由于其产生热效应，有机物材料的分子通过吸收红外线波长而提高能 量，当温度上升到某些特定的程度后，如达到有机物的熔点，沸点或燃点时，使有机物分子逸出或与空气 中的０２燃烧而形成Ｃ０２和Ｈ２０气体离去，从而形成盲孔。 ”３．２ Ｕｙ激光： Ｕｖ激光是通过发射具有能量的紫外光束，波长很短，一般小于４００ｎｍ，但能量很高且很集中，各种 物质吸收Ｕｖ紫外光束后，是破坏了有机物的分子链（如共价键），金属晶体（金属键），无机物（离 子键）等而形成悬浮颗粒或原子团，分子团，或原子或分子，而逸散离去，从而形成盲孔。 ３１７

  １１ ０激光ＷｉＹＬ的特Ｊ。比较 比较项｝｛ ∞激光钻孔 ｝【ｉＶ激兜钻扎 发射波Ｋ 长（１０６００或９４００ｎｍ】Ｉ趣ｒ３６５或２６６ｎｍ Ｊ成扎帆硎 热效应ｆ烧孔） ｆ冷敏廊ｒ破坏结构键） ｌ｜，加上扎Ｊｊ叫 太小ｆ町选５０ｕｍ孔） 自ｌｌ丁的厚｛争比 小ｆ艘０ ６】０） 犬ｆ ｕ，凡ｆ ｌ０） 成扎做率 商怔加【成本 低黼训埔ｒ锕｛｛＝ｉ 需要扳面棕化（荆厚 可以 般小ｒ ９ｕｍ Ｊ可加Ｌ：破璃布 町以 ｕｎｌ 盲＃Ｌ自ＩＩ ｉ后去铀污 需婴 小需要 ５０激光加Ｌ过榭： ５１ｃ仉激光钻孔过榉： 随着激光技术的持续不断的发展，１｛前ＣＯ：做地般有两种加［方式，其‘是开铜窗后商接烧橱脂形成 百孔的．如ｃｏａｆｏｒｍａｌ ｍａｓｋ妓ｌ ａｇｅｒｗｉｎｄｏｗ．另外种是经过激光钻孔机的改进，近几年应用比 较多的一种直接扣铜的加』。方式。如下是ｃＯ：激光钻机简单的加ｒ板ｆ光路阁： 板件一 图２．敞免钻机加工光路圈 ｃ仉激光成扎般有Ｔｏｐ ｈａｔ Ｉ乎顶光束）和Ｇａｕｓｓｉａｎ ｔ高斯光求ｊ两种不同的光束．针对要加Ｔ 的小同的孔型选择币同的光求加［：具体如ｒ幽： 早瑗拭光熏 ．．・ 』≥．・ —－ ‘篮－分事穰量站摹 ‘ＩＩｌｌｗ＿—＇＿ 图３不同光束对压的盲孔孔型

  ５．１．１ Ｃ０２ ｃｏｍｆｏｒｍａｌ Ｍａｓｋ等大窗法 先在形成孔的位置蚀刻去表面的铜，然后再以其蚀刻出表面靶标或者内层靶标对位，再用激光束照 射，用于除去树脂（ＲＣＣ）或无机玻璃丝增强材料的半固化片而形成盲孔。 Ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ｍａｓｋ流程图： 层压后的多层板 贴膜曝光蚀刻 激光束照射 日ＰＴＨ 激光光束一 ◆◆◆◆ 为了盲孔对准度，可以把盲孔开等大窗（Ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ｍａｓｋ）改为开大窗（Ｌａｇｅｒ ｗｉｎｄｏｗ）法，可以 改善盲孔的对准度。 ５．１．２ Ｃ０２直接钻盲孔 先减板面铜，使铜厚控制在９ｕｍ左右，再进行板面棕化或黑化，使板面深色有利于能量的吸收，然后 再以通孔粗略定位，用激光钻掉内层有靶标位置的外层铜，再用激光钻机的ＣＣＤ照内层靶标后精确 定位，最后用激光直接打盲孔。 ，Ｃ０２直接钻盲孔流程图： 日磨板去棕化日 层压后的多层板 棕化减铜 激光束直接照射 Ｃ０２直接钻盲孔具体加工示意图： 。激光牌 ３１９

  用ｃ㈣ｆｏｒ眦ｌ Ｍａｓｋ加ｔ后孔型较好，扎口无铜粉，而ｃｍ直接钻卣孔其扎掣棚对要荐，ｒｆｕ儿需要 研磨孔ｕ铜粉和脏状树脂．Ｉｎ于不要外窟，所以成奉柏时婴低ａ ５１４激光的参数渊档： 一般ｃｍ微光加Ｉ ＬＬＩ Ｙ需《拄制枷Ｆ参数 １光束直｛＝；！ｄ（０ｍｍｊ ２脉冲能髓 ３脉冲宽度Ｐｍ（１ａｓ）４脉冲靳－牢 ｃ魄激光钻孔町能产牛的删迎及

  问题 原因 解决办法 ｌ铜底过蚀 １．ＲＣＣ铜表面的热聚集 １．短脉冲 （Ｕｎｄｅｒ ｃｕｔ） ２．激光束对ＲＣＣ表面的作用 ２．减少脉冲能量‘ ２内孑ｌ厶．／ １．从孔底的反射 １．短脉冲 Ｂａｒｒｅｌ ｓｈａｐｅｄ ２．激光束位置不正 ２．最适宜的枪数 ｉｎｎｅｒ ｈｏｌｅ ３．多模式的激光束 ３３ 玻璃纤维残留 树脂和玻璃耐热能力的差别 １．高峰值功率加工． Ｒｅｍａｉｎｅｄ ｇｌａｓｓ ２．循环模式加工 ｆｉｂｅｒ ４４ 树脂残留 １．孔底很薄的树脂污迹达不到 １．高峰值功率，短脉冲 Ｒｅｍａｉｎｅｄ ｒｅｓｉｎ 升华点 ２．考虑到树脂的厚度的不稳定 ２．树脂的厚度不稳定 性３．单模式加工 ３．多模式的激光束 ４．激光的脉冲能量不稳定 ４．对激光的脉冲能量进行监测 ５．激光束位置不正 并进行反馈 ６．实时的孔监测 ｊ・７．开发新的无树脂残留激光工 艺６微裂纹 １．树脂升华所产生的压力 ｌ－窄脉冲宽度≤ｌ“ｓ ５Ｍｉｃｒｏ ｃｒａｃｋ 能量过大‘。 ２．激光波的最适合形状 ３．对于材料特性的最适合脉冲 能量 ６对铜垫的破坏 脉冲宽度过大，基质表面的温度 １．短脉冲 “Ｄａｍａｇｅ ｔｏ ｌａｎｄ ｐａｄ 过高． ２．多模式的激光束 ７因为单模式的光束，铜箔的中心 ７空洞 位置被破坏， ，Ｖｏｉｄ ８５．２．Ｕｙ激光钻 采用Ｕｖ激光直接形成盲孔，该微盲孔是采取了激光磨削去表面的铜箔和介质层而露出内层靶标来 实现对位，再用Ｕｖ激光直接钻孔，由于固态Ｕｖ激光具有稳定耐用等特点，加上采用固态Ｕｖ激光可 以进行精密定位和加工微小孔径，可显著提升盲孔对位精度，这个对于高密度的ＰＣＢ是重要而关键。 同时，可明显地改善盲孔内部的互连质量，如消除了由于Ｃ０２能量大而烧成鼓型孔；还可以消除孔内 碳化后残留物，甚至分层起泡现象。从而有利于提高孔化和电镀质量和产品的可靠性，达到高品质 产品，不过由于效率太低，所以当前ＨＤＩ厂加工还是以ＣＯｚ为主流，部分厂也有利用Ｕｙ＋Ｃ０２进行加 工，如用Ｕｖ开铜窗，再用Ｃ０２打树脂的加工工艺。 ６．０适合于激光钻孔的材料 当前适合于ＨＤＩ板盲孔积层材料一般有涂树脂铜箔（Ｒｃｃ）和可激光钻的开纤半固化片（ＬＤＰ）以 及正常的半固化片（ＰＰ），具体如下图比较：

  由于ＲＣＣ无增强的玻璃ｍ，所｜三｝可靶性差：ＬＤＰ州时正常的半阎化片．其微曩Ｉ！结构芷嫩光钻孔布 的经纬纱散开和扁平．空隙非常小：而｝ｌ激光钻孔玎纤布旬ｕ入丁有利于啦收激光的化学成分，所以 孔型相对要好。 ７０总结： 当前高密度线路扳（ＨＤ［）制作镭射盲孔丰耍育两种． 种是以红外范嘲的二．氧化碱镭射系统． 另外一种是以固态介质的紫外范围的ＹＡＧ镭射系统。其中以＿二氧化磺锚射系统而言．他的特色是功 率高，加工速度快，加］＿舌容易在孔边及孔底产生残渣段焦黑的物质；所以孔型相当差，而且需要 击钻污。不过通过镭制设备Ｊ一商拄术改进．现在二．氧化碳锈射系统已经取得广泛的ＨＤＩ线路扳加工 厂商的应用．而且将越来越大范围的应用于ＨＤＩ板的加＿［，耐介质的紫外范丽的ＹＡＧ镭时系统， 也叫ＵＶ镭射系统，可蛆直接钻比较厚的表面铜，奠加丁盲孔质量好，效率太低。成本高．所以很 难进步推广．不过在钻小孔方面（小Ｉ－＂７５ｕｒｎ） 也有很丈的优势。 参考文献： …林金堵 现代印制电路先进的技术 ２００３年１０月 ［２ Ｊ林定皓 高密度印刷电路扳技术 ２００６年７月 ［３］ＴａＬｓｕｙａ Ｈｉｒｏｓａｋｉ 孀射赫孔的最新技街搬艘 ２００７年４目

  1. 薛轶东.王大伟.郑威.梅村明弘 HDI激光钻孔加工技术的研发[会议论文]-2007

  4. 范春峰 HDI板制造工艺流程与重点工序控制事项[会议论文]-2005

  7. 蔡积庆 PCB激光钻孔机的新技术[期刊论文]-印制电路信息2001(5)

  8. 曹从军.郑元林 镭射复合材料表面呈色性能的检测研究[会议论文]-2004

  引用本文格式：刘建辉.杨智勤 HDI板激光钻孔探讨[会议论文] 2007