專利名稱：Uv激光鉆孔方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在印刷電路基板上進(jìn)行激光鉆孔的方法，特別是一種采用UV激光鉆孔的方法。
背景技術(shù)：
隨著電子設(shè)備的小型化、便攜化，越來越要求在印刷電路板上的電路高密度化。與上述要求相適應(yīng)，近年來出現(xiàn)了在常規(guī)高密度印制電路板上的一面或兩面順序積層了更高密度導(dǎo)電層(一般為2～4層)的積層式多層印刷電路基板，該板上具有更小的微導(dǎo)通孔，更薄的絕緣層厚度和更加精細(xì)短小的線寬/間距。在如上所述的多層印刷電路基板中的上下層疊的印刷電路基板之間，需要對(duì)導(dǎo)電層進(jìn)行電氣的連接，其中導(dǎo)電層一般由銅圖形(pattern)組成，絕緣層一般由絕緣樹脂層等有機(jī)材料制成。如上所述的電氣連接是通過如下方式完成的，首先在印刷電路基板的相應(yīng)位置上加工出微導(dǎo)通孔，然后在微導(dǎo)通孔的孔壁電鍍上一層銅，此銅層可實(shí)現(xiàn)上下層印刷電路基板的導(dǎo)電銅圖形層的電氣互連。
隨著高互連密度的積層式多層印刷電路基板的微導(dǎo)通孔的孔數(shù)越來越多(可達(dá)100,000孔/層)，孔徑越來越小(小于Φ0.1mm)，利用激光鉆孔作為一種既經(jīng)濟(jì)又高效的加工微導(dǎo)通孔的方式得到了廣泛的應(yīng)用。
在整個(gè)印刷電路基板的加工制程中，印刷電路基板上微導(dǎo)通孔的加工質(zhì)量一直是生產(chǎn)廠家很費(fèi)心思的問題，其原因主要有兩個(gè)方面，一方面是印刷電路基板上加工的孔的數(shù)量相當(dāng)龐大，其中有一個(gè)孔的加工存在問題即會(huì)造成一定的損失，因此要求激光鉆孔的加工質(zhì)量上有較高的穩(wěn)定性；另一方面由于加工孔的工序的特殊性，微導(dǎo)通孔的加工質(zhì)量無法在本工序后進(jìn)行有效的檢測(cè)，最終的檢測(cè)要等到電鍍及電氣檢測(cè)之后才能知道，因此如果鉆孔出現(xiàn)問題，將會(huì)造成較大的損失，這就對(duì)激光鉆孔的加工質(zhì)量提出了更高的要求。
目前一般采用二氧化碳激光來加工微導(dǎo)通孔，二氧化碳激光的波長在9.4～10.6um，是一種遠(yuǎn)紅外激光，絕大多數(shù)有機(jī)材料具有強(qiáng)烈吸收紅外線的特點(diǎn)，有機(jī)材料在吸收了極高的紅外激光能量后，迅速熔化、汽化及燃燒，從而在多層印刷電路基板的銅圖形層之間形成微導(dǎo)通孔，微導(dǎo)通孔的孔壁經(jīng)清潔和電鍍銅之后可將相鄰層的銅圖形層連接起來，實(shí)現(xiàn)高密度的電氣互連。
在二氧化碳激光加工微導(dǎo)通孔的過程中，為了加工一定大小和深度的孔徑，常采用單脈沖沖擊方式進(jìn)行加工，其加工光路原理如圖1所示，一塊掩膜板3放在聚焦透鏡前方，其上有多個(gè)大小不一的通光孔，這些通光孔與印刷電路基板上需要加工的微導(dǎo)通孔的孔徑通過聚焦透鏡成物像共軛關(guān)系，改變通光孔的大小即可改變加工孔徑的大小。二氧化碳激光不能加工銅圖形層，需要先在印刷電路基板上需要加工微導(dǎo)通孔的位置采用化學(xué)蝕刻的方法去除銅圖形層，開出與微導(dǎo)通孔的孔徑尺寸相同的“窗口”，然后再用激光加工出相應(yīng)的微導(dǎo)通孔。
激光在光束的直徑方向上的能量分布是高斯型的，即光束中心能量最高，沿半徑方向能量逐漸降低。請(qǐng)參閱圖2，橫軸表示孔徑R，縱軸表示激光能量E，在采用單脈沖沖擊方式進(jìn)行加工時(shí)，孔壁處和孔中心的能量有較大差異，因此在加工中為了形成一定的孔壁質(zhì)量(主要是尖錐角)，激光光束的能量一般設(shè)置的比較大，孔中心處的激光能量則更大。當(dāng)孔中心的激光能量照射到內(nèi)層的銅圖形層上時(shí)，一部分能量被內(nèi)層銅圖形層反射到微導(dǎo)通孔側(cè)壁的絕緣層上，一部分能量被內(nèi)層銅圖形層吸收。反射到微導(dǎo)通孔的側(cè)壁上的能量被絕緣層吸收，造成側(cè)蝕而形成鼓形孔(即孔口尺寸小，孔腰尺寸大)。被內(nèi)層銅圖形層吸收的能量使得內(nèi)層銅圖形層溫度升高而發(fā)生翹曲變形，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)層銅圖形層與絕緣層相脫離，形成分層或起泡現(xiàn)象。
存在有這些質(zhì)量問題的微導(dǎo)通孔在后續(xù)的加工和使用中會(huì)存在嚴(yán)重的隱患，若孔底殘留有絕緣材料，孔被電鍍銅后，電鍍的銅層與內(nèi)層銅圖形層之間存在絕緣層，極易造成電氣斷路，即使殘留物較少，電氣導(dǎo)通，但由于電鍍銅層與內(nèi)層銅圖形層接確面積小，附著強(qiáng)度差，在后續(xù)的錫焊加工或產(chǎn)品使用中，由于熱沖擊應(yīng)力或變形應(yīng)力極易造成電鍍銅層斷裂，使電氣通路斷開。同樣，由于燒蝕過度造成的分層或起泡問題也會(huì)造成類似后果。而因側(cè)蝕出現(xiàn)的鼓形孔(即孔口尺寸小，孔腰尺寸大)，在后面的微導(dǎo)通孔的金屬化工序中，易造成電鍍不良，這種不良的電鍍層在后續(xù)的加工和使用過程中易出現(xiàn)斷裂和脫落的現(xiàn)象，造成嚴(yán)重的電氣導(dǎo)通不良問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種可以明顯提高印刷電路基板的微導(dǎo)通孔的加工質(zhì)量的UV激光鉆孔方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是由UV激光光束在需要加工微導(dǎo)通孔的位置沿著一定的軌跡進(jìn)行掃描，依次加工出若干個(gè)微孔，直至所加工出的微孔布滿微導(dǎo)通孔所圍設(shè)的整個(gè)表面的面積，將整個(gè)微導(dǎo)通孔雕琢出來。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)所具有的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明UV激光鉆孔方法中采用環(huán)鋸式的加工方式，不僅使加工靈活性增大，光路系統(tǒng)變得非常簡潔，而且由于每個(gè)激光脈沖能量比較小，分布均勻，有效地解決了常規(guī)二氧化碳激光加工方式中由于激光能量太大而產(chǎn)生的問題，提高了微導(dǎo)通孔的加工質(zhì)量。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有的單脈沖二氧化碳激光鉆孔方法的示意圖。
圖2是與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有的單脈沖二氧化碳激光鉆孔方法中激光能量分布的示意圖。
圖3a是本發(fā)明UV激光鉆孔方法中采用環(huán)鋸法加工方式時(shí)激光光束的掃描軌跡的示意圖。
圖3b是本發(fā)明UV激光鉆孔方法中采用環(huán)鋸法加工方式時(shí)激光光束的光斑掃描過程的示意圖。
圖4是本發(fā)明UV激光鉆孔方法中采用環(huán)鋸法加工方式時(shí)激光能量分布的示意圖。
圖5a是本發(fā)明UV激光鉆孔方法中采用分兩層加工時(shí)第一層加工完畢后的效果圖。
圖5b是本發(fā)明UV激光鉆孔方法中采用分兩層加工時(shí)第二層加工完畢后的效果圖。
圖6是本發(fā)明UV激光鉆孔方法采用分三層加工的示意圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖3a、圖3b、圖4、圖5a、圖5b及圖6，本發(fā)明采用UV激光鉆孔的方法來加工高密度互連印刷電路基板上的微導(dǎo)通孔4。眾所周知，UV激光波長很短(小于400nm)，聚焦后能量密度極高，而且大多數(shù)材料對(duì)UV激光的吸收率都比較高，各種材料在吸收UV激光后，會(huì)破壞有機(jī)物的分子鍵、金屬晶體的金屬鍵和無機(jī)物的離子鍵，使其形成懸浮顆?；蛟?、分子團(tuán)等逸散出去，從而在多層印刷電路基板的內(nèi)外銅圖形層之間形成連通性盲孔。此孔孔壁經(jīng)清潔和鍍銅之后可將內(nèi)層和外層的銅圖形層1連接起來，達(dá)到內(nèi)外層印刷電路基板高密度的電氣互連。可以看出，UV激光不僅可以加工有機(jī)材料等非金屬，還可以加工金屬(如銅)，而且它的加工機(jī)理不是“燒蝕”，因而不會(huì)產(chǎn)生“熱”加工造成的燒傷和碳化，這種獨(dú)特的“冷”加工方式對(duì)形成微孔是非常有好處的。
由于UV激光波長很短，聚焦后的光斑直徑理論上在10um左右，在加工100um左右的微導(dǎo)通孔4時(shí)，可以采用環(huán)鋸法進(jìn)行加工，另外UV激光可以加工銅，它不需要開“窗口”，可以直接加工出所需的微導(dǎo)通孔4，減少了激光鉆孔的工序。
環(huán)鋸法加工方式示意圖如圖3a及圖3b所示，UV激光光束在需要開設(shè)微導(dǎo)通孔4的地方全部掃描一遍，根據(jù)所加工孔的直徑大小，由UV激光鉆孔機(jī)內(nèi)部設(shè)置程序自動(dòng)計(jì)算出激光光束的掃描軌跡5，然后設(shè)定激光能量參數(shù)，最后控制激光光束高速地沿著計(jì)算好的軌跡5掃描一遍。同時(shí)，激光光束的光斑在掃描的過程中每隔一個(gè)特定的步距加工出一個(gè)微孔，逐步地將所需要的微導(dǎo)通孔4雕琢出來。在圖3a中顯示了激光光束的掃描軌跡5，在圖3b中顯示了激光光束在掃描過程中，激光光束的光斑6所運(yùn)行的軌跡。激光光束的光斑6在運(yùn)行的過程中，不斷加工出一個(gè)一個(gè)的微孔，直到所有的微孔布滿微導(dǎo)通孔4所圍設(shè)的整個(gè)表面的面積，便將整個(gè)微導(dǎo)通孔4雕琢出來。
在本實(shí)施例中，激光光束的掃描軌跡5為若干個(gè)半徑小于微導(dǎo)通孔4的同心圓，當(dāng)然，為了加工的需要，可以采用任何其他形狀的軌跡，只要激光光束的光斑6在運(yùn)行的過程中，所加工出的微孔可以布滿微導(dǎo)通孔4所圍設(shè)的整個(gè)表面的面積。
這種雕琢的加工方式與常規(guī)的加工方式相比具有明顯地特點(diǎn)第一，加工孔徑的大小由程序控制，使加工靈活性增大，并且去除了常規(guī)加工方式中復(fù)雜的激光光斑變徑機(jī)構(gòu)，使光路系統(tǒng)變得非常簡潔，可靠性明顯增高；第二，微導(dǎo)通孔4采用雕琢的方式加工，請(qǐng)參閱圖4，橫軸表示孔徑R，縱軸表示激光能量E，由于是多個(gè)脈沖加工，每個(gè)激光脈沖能量E1比較小，而且激光脈沖之間有一定的位置變化，整體上可使得在整個(gè)孔徑加工范圍內(nèi)的合成加工能量E2分布均勻，這樣有效地解決了常規(guī)二氧化碳激光加工方式中由于激光能量太大而產(chǎn)生的問題，提高了微導(dǎo)通孔4的加工質(zhì)量。
用UV激光直接加工微導(dǎo)通孔4時(shí)，由于金屬銅圖形層1的激光破壞閾值要遠(yuǎn)大于絕緣層2的材料，因此加工銅圖形層1所需要的激光能量密度要大于絕緣層2的材料，此時(shí)在單層加工方式下，為了保證沒有殘留，需選擇較大的激光能量。如果每個(gè)激光脈沖能量E1太大，過剩的能量易造成內(nèi)層銅圖形層1的損傷。而減小每個(gè)激光脈沖能量E1又可能出現(xiàn)殘留。此時(shí)采用多層加工的方式可以有效地解決這一問題，即對(duì)同一個(gè)微導(dǎo)通孔4采用多次地循環(huán)加工。同時(shí)在激光控制上，加工層數(shù)(循環(huán)次數(shù))最高可設(shè)定為7，每層獨(dú)立設(shè)定激光能量參數(shù)，激光脈沖的能量可通過脈沖周期等參數(shù)來設(shè)定。
在實(shí)際的加工微導(dǎo)通孔4的過程中，根據(jù)不同的絕緣層2的材料選用不同的加工層數(shù)和加工能量，同時(shí)考慮到加工效率(生產(chǎn)率)問題，可采用二層法進(jìn)行加工，第一層設(shè)定較高的激光能量，將銅圖形層1去除，第二層可將激光能量設(shè)定的小一些，加工絕緣層2，較小的激光能量不會(huì)損傷內(nèi)層的銅圖形層1。具體的二層循環(huán)法加工效果如圖5a及圖5b所示，其中圖5a是第一層加工，它完成銅圖形層1的去除，圖5b是第二層加工，它完成絕緣層2的加工。
為了更好地控制孔形質(zhì)量，除了可設(shè)定加工層數(shù)，還可設(shè)定每層加工的孔徑大小，加工示意圖如圖6所示，如果分三層進(jìn)行加工的話，第一層形成孔口尺寸a，第二層減小加工孔徑尺寸，形成孔腰尺寸b，第三層再次減小加工孔徑尺寸，形成孔底尺寸c，使孔形非常規(guī)則、齊整。
本發(fā)明UV激光鉆孔方法中，由于UV激光可以加工銅，它不需要開“窗口”，可以直接加工出所需要的微導(dǎo)通孔4，減少了激光鉆孔的工序。
另外，本發(fā)明UV激光鉆孔方法中采用環(huán)鋸法的進(jìn)行加工，不僅使加工靈活性增大，光路系統(tǒng)變得非常簡潔，而且由于每個(gè)激光脈沖能量E1比較小，分布均勻，有效地解決了常規(guī)二氧化碳激光加工方式中由于激光能量太大而產(chǎn)生的問題，提高了微導(dǎo)通孔4的加工質(zhì)量。
再者，本發(fā)明UV激光鉆孔方法中，可采用分層加工的方法，使孔形更加規(guī)則、齊整。
本發(fā)明UV激光鉆孔方法為解決印刷電路基板上微導(dǎo)通孔4的加工提供了新的方法，解決了印刷電路板生產(chǎn)中的具體問題，同時(shí)也擴(kuò)大了UV激光在印刷電路板行業(yè)中的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種用于加工印刷電路基板上的微導(dǎo)通孔的UV激光鉆孔方法，其特征在于由UV激光光束在需要加工微導(dǎo)通孔的位置沿著一定的軌跡進(jìn)行掃描，依次加工出若干個(gè)微孔，直至所加工出的微孔布滿微導(dǎo)通孔所圍設(shè)的整個(gè)表面的面積，將整個(gè)微導(dǎo)通孔雕琢出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UV激光鉆孔方法，其特征在于UV激光光束對(duì)每個(gè)微導(dǎo)通孔至少掃描兩次，采用對(duì)微導(dǎo)通孔進(jìn)行分層加工的方式，其中每次的激光脈沖能量的參數(shù)單獨(dú)設(shè)定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的UV激光鉆孔方法，其特征在于每個(gè)微導(dǎo)通孔采用分層加工的層數(shù)大于或等于2，并且小于或等于7。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的UV激光鉆孔方法，其特征在于每個(gè)微導(dǎo)通孔采用分層加工的層數(shù)為2時(shí)，第一層設(shè)定的激光能量要能將銅圖形層去除，第二層將激光能量設(shè)定的小于第一層，使其恰好可以完成對(duì)絕緣層的加工。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的UV激光鉆孔方法，其特征在于每個(gè)微導(dǎo)通孔采用分層加工時(shí)，分別設(shè)定每層加工的孔徑的大小，最后加工出所需要的孔形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的UV激光鉆孔方法，其特征在于每個(gè)微導(dǎo)通孔采用分三層加工，第一層形成孔口尺寸，第二層減小加工孔徑尺寸，形成孔腰尺寸，第三層再次減小加工孔徑尺寸，形成孔底尺寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UV激光鉆孔方法，其特征在于UV激光光束的掃描軌跡為若干個(gè)半徑小于微導(dǎo)通孔的同心圓。
全文摘要
一種用于加工印刷電路基板上的微導(dǎo)通孔的UV激光鉆孔方法，由UV激光光束在需要加工微導(dǎo)通孔的位置沿著一定的軌跡進(jìn)行掃描，依次加工出若干個(gè)微孔，直至所加工出的微孔布滿微導(dǎo)通孔所圍設(shè)的整個(gè)表面的面積，將整個(gè)微導(dǎo)通孔雕琢出來。本發(fā)明UV激光鉆孔方法中采用環(huán)鋸法進(jìn)行加工，不僅使加工靈活性增大，光路系統(tǒng)變得非常簡潔，而且由于每個(gè)激光脈沖能量比較小，分布均勻，有效地解決了常規(guī)二氧化碳激光加工方式中由于激光能量太大而產(chǎn)生的問題，提高了微導(dǎo)通孔的加工質(zhì)量。
文檔編號(hào)H05K3/02GK1674765SQ20041002662
公開日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2004年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月24日
發(fā)明者李強(qiáng), 周建輝 申請(qǐng)人:深圳市大族激光科技股份有限公司, 深圳市大族數(shù)控科技有限公司