由于微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及大規模集成電路的廣泛應用，使得印制電路板的制造朝著(zhù)積層化、多功能化的方向發(fā)展，使得印刷電路圖形線(xiàn)形精細、微孔化間距縮小，因此在加工過(guò)程中所采用的機械方式已不能滿(mǎn)足要求，而快速發(fā)展起來(lái)的微孔加工方法即激光鉆孔技術(shù)就是其中之一。

激光打孔原理：

當“光線(xiàn)”受到外界刺激時(shí)，激光會(huì )產(chǎn)生一種強度很高的光束，這種光束在增加能量時(shí)會(huì )產(chǎn)生紅外線(xiàn)和可見(jiàn)光，而紫外光則具有光學(xué)能量。這類(lèi)光射入工件表面后，會(huì )出現反射、吸收、穿透三種現象。

通過(guò)光的選擇擊打在基材上的激光光點(diǎn)，它的構成有多種方式，與被照點(diǎn)的反應可分為三種類(lèi)型。

其主要作用是能迅速清除被加工基材，主要靠光熱燒蝕和光化學(xué)燒蝕或稱(chēng)切除。

(1)光熱消融：是指經(jīng)過(guò)處理的材料吸收高能激光，在極短的時(shí)間內加熱至熔融，然后蒸發(fā)成孔的原理。本發(fā)明的工藝方法在基材受到高能作用時(shí)，在所形成的孔壁上有燒黑的炭化殘渣，必須清除后才能進(jìn)行孔化。

(2)光化學(xué)燒蝕：是由于在紫外波段(2eV以上的電子伏特)產(chǎn)生高光子能量，而在400納米以上的激光波長(cháng)下產(chǎn)生高能量的光子。這類(lèi)高能光子會(huì )破壞有機材料的長(cháng)分子鏈，變成較小的粒子，而高能光子則會(huì )比原來(lái)的分子大，并在外力作用下釋放出來(lái)，使基板材料迅速脫去形成微孔。所以不同的工藝方法，不含熱燒，也就不會(huì )產(chǎn)生炭化現象。因此，孔化之前清理非常簡(jiǎn)單。

上述是激光成孔技術(shù)的基本原理?，F有的激光打孔方法中，以印刷電路板打孔為主的CO2氣體激光器和UV固態(tài)Nd:YAG激光打孔最為常見(jiàn)。

在基片吸收方面：激光成功率的高低直接關(guān)系到基片材料的吸收速率。印刷電路板是由銅箔與玻璃布和樹(shù)脂組合而成，這三種材料的吸光度也各不相同，其中銅箔與玻璃布在紫外光0.3mμ以下的地方吸光度較高，但在進(jìn)入可見(jiàn)光IR和紅外光譜后，吸光度下降幅度較大。而有機樹(shù)脂材料在三段譜上，均可保持較高的吸光度。樹(shù)脂材料所具有的這一特點(diǎn)，是目前激光器生產(chǎn)工藝中普遍采用的基礎。

CO2激光成孔技術(shù)有多種方法：

CO2激光成孔的鉆探方法主要有兩種：直接成孔法和包膜成孔法。采用直接成孔工藝，即將光束通過(guò)設備主控制系統調制到與被加工印制電路板相同的孔徑，直接在絕緣介質(zhì)表面成孔加工，無(wú)需用銅箔作絕緣介質(zhì)。包覆法是將印制板表面包覆一層特殊的掩膜，在此基礎上用常規的工藝方法經(jīng)曝光/顯影/蝕刻工藝去除包覆孔表面的銅箔表面所形成的包覆窗。再用大于孔徑的激光束照射這些孔，去除暴露介質(zhì)層的樹(shù)脂。以下是我們各自的介紹：

（1）開(kāi)銅窗法：

先將RCC(涂上樹(shù)脂的銅箔層)復壓于內層板上，用光化方法制作窗口，然后用蝕刻露出樹(shù)脂，再用激光燒除窗口內基材材料形成微盲孔：

經(jīng)過(guò)增強后，光束通過(guò)光圈到達兩組電流計式的微動(dòng)反射掃描鏡，經(jīng)過(guò)一次垂直對準(F-θ透鏡)，到達可以進(jìn)行激振臺表面的管區，然后逐個(gè)燒成微盲孔。

利用電子快束進(jìn)行此定位后，在1平方英寸的小區域內，對0.15毫米的盲孔可以打三個(gè)成孔。在這種情況下，第一波的脈沖寬度大約是15微秒，提供能量達到成孔的目的。該槍還被用來(lái)清除孔壁底部的殘渣和修正孔洞。

在0.15毫米的微盲孔中，采用激光能量控制SEM截面和45度全圖，此種開(kāi)窗成孔方法，當底墊(靶標圓盤(pán))不大時(shí)，則采用大排版或二階盲孔，這種方法較難實(shí)現。

（2）打開(kāi)大窗程序方法：

前者成孔的直徑與所開(kāi)銅窗的直徑相同，若稍作加壓，就會(huì )使所開(kāi)窗口的位置產(chǎn)生偏差，造成成孔的盲孔位置走位，造成與底墊中心不一致的問(wèn)題。這種銅窗偏移的原因，很可能與基材的升縮和影像傳遞所采用的底片變形有關(guān)。因此采用工藝方法打開(kāi)銅窗，即將銅窗直徑增大到0.05mm左右，比底墊還大(通常根據孔徑大小確定)，當孔徑為0.15mm時(shí)，底墊直徑應在0.25mm左右，其大窗口直徑為0.30mm)，然后進(jìn)行激光照射，即可燒出微盲孔，位置準確，可用于制作精確的銅窗底墊。它的主要特點(diǎn)是選擇自由度大，進(jìn)行激光照射時(shí)可選擇另按內層底墊的程序打孔。這種方法有效地避免了由于銅窗直徑與孔徑相同所引起的偏置，從而使激光點(diǎn)不能對準正窗口，從而導致大量的大尺寸拼板表面有很多半孔或殘孔。

（3）樹(shù)脂表面的直接成孔技術(shù)：

有幾種類(lèi)型的工藝方法可用于激光成孔進(jìn)行激光器：

基板是用樹(shù)脂銅箔在內層板上壓涂，然后將銅箔全部蝕刻除去，便可用CO2激光直接在樹(shù)脂表面打孔，再繼續按鍍覆工藝進(jìn)行打孔。

用FR-4半固化片材及銅箔代替涂樹(shù)脂銅箔的工藝方法，與用銅箔制作相類(lèi)似。

涂覆感光樹(shù)脂及后續層壓銅箔的工藝方法。

采用干膜作為介質(zhì)層，與銅箔一起進(jìn)行壓貼工藝制備。

制作其他類(lèi)型的溫膜和銅箔覆壓的工藝方法所用。

（4）超薄銅箔直接燒蝕的工藝方法：

在用樹(shù)脂銅箔兩面壓覆內層芯板后，可以用“半腐蝕法”將銅箔厚度17m經(jīng)腐蝕減薄至5微米，再經(jīng)過(guò)黑氧化處理，即可獲得CO2激光成孔。

該方法的基本原理是：經(jīng)過(guò)氧化處理的黑色表面對CO2激光具有較強的吸光性，在增加激光束能的前提下，可以直接在超薄銅箔和樹(shù)脂表面上穿孔。但是最難的是如何保證“半蝕法”能得到厚度一致的銅層，所以制作時(shí)要特別注意看。背銅式可撕性材料(UTC)當然可以使用，銅箔相當于薄達5微米。

針對這一類(lèi)型的板材加工，目前在工藝上主要采取如下方法：

此項主要向物料供應商提出嚴格的品質(zhì)及技術(shù)指標，以確保介電層厚度在510微米之間。由于只有在相同的激光能量下，才能保證涂樹(shù)脂銅箔基材的介質(zhì)厚度的均勻性，才能保證孔型的準確性和孔底的清潔度。在下一步的加工過(guò)程中，應選擇最佳的除鉆污工藝條件，以保證激光成孔后盲孔底部清潔無(wú)殘留。對于盲孔的化學(xué)鍍和電鍍都能起到很好的效果。

YAG激光器激光器制程法：

YAG是釹和釔鋁柘榴石。紫外激光是由兩種晶體共同激發(fā)而成。二極管脈沖激發(fā)的激光束，可制成無(wú)水冷卻的高效激光密封系統。該激光器中的三次諧波長(cháng)355nm，四次諧波長(cháng)266nm，這是一種由光學(xué)晶體制成的激光器。

這類(lèi)激光器的最大特征是屬于紫外光(UV)帶區，由覆銅箔層壓板構成的銅箔和玻璃纖維在紫外光帶內有很強的吸光性，再加上這類(lèi)激光的光點(diǎn)小能量大，所以能強力穿透銅箔和玻璃布，使其直接穿孔。另外一種激光熱源較小，不像CO2激光器后產(chǎn)生炭渣，為孔壁后續工序提供了良好的表面處理。

YAG激光技術(shù)可在多種材料上加工徽盲孔和通孔。所述聚酰亞胺覆銅箔層壓板導通孔最小直徑為25微米。通過(guò)成本分析，最經(jīng)濟的使用直徑為25125微米。高速可達10000孔/秒。直接激光沖孔可以達到50微米的最大孔徑。成形后的孔內表干凈無(wú)碳化，易于進(jìn)行加壓。在PTFE覆銅箔層壓板上也可以同樣鉆導通孔，最小孔徑為25微米，最經(jīng)濟的使用直徑為25125微米。高速可達4500孔/秒。無(wú)需預先腐蝕出窗。加工出的孔非常干凈，不需要額外的加工工藝要求。也有其他材料的?？准庸さ?。在具體加工中，可以采用下列工藝方法：

根據兩種類(lèi)型激光器的速度采用兩種并行的工藝方法。

工作的基本方法是先用YAG燒蝕孔位上表面的銅箔，然后用CO2激光比YAG的速度快，直接燒蝕樹(shù)脂成孔。

生產(chǎn)過(guò)程中出現的質(zhì)量問(wèn)題。

激光器生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題較多，不準備全面闡述，只提出最容易出現的質(zhì)量問(wèn)題，供同行參考。

開(kāi)銅窗法測定CO2激光器的位置和底靶位置之間的失準。

光束定位系統是光束成形精度極關(guān)鍵的一項關(guān)鍵技術(shù)。雖然利用束流定位系統進(jìn)行精確定位，但由于其他因素的影響，常會(huì )出現空洞變形的缺焰現象。對生產(chǎn)中出現的質(zhì)量問(wèn)題的原因分析如下：

（1）制作內層型芯板焊接板底片，其底片用在涂樹(shù)脂銅箔(RCC)加層之后的開(kāi)窗上，因為這兩種底片都會(huì )因為濕度和溫度的影響而變大變小。

（2）在芯板制作導線(xiàn)焊盤(pán)圖形時(shí)，基材本身尺寸的漲縮率，以及在高溫壓貼涂樹(shù)脂銅箔(RCC)后，內外層板材料尺寸又出現漲縮率因素。

（3）蝕刻銅窗的尺寸和位置也會(huì )引起誤差。

（4）同位素機本身光點(diǎn)與臺面位移之間產(chǎn)生的誤差。

（5）二階盲孔難度較大，更容易產(chǎn)生定位誤差。

在此基礎上，結合生產(chǎn)實(shí)踐中掌握的相關(guān)技術(shù)資料和實(shí)際操作經(jīng)驗，主要采取了以下工藝對策：

（1）為了縮小版面，大多數廠(chǎng)家都采用450×600或525×600(mm)的多層板制作版面。但是，對于加工導線(xiàn)寬度為0.10mm，盲孔直徑為0.15mm的手機板，最好采用350×450(mm)的印刷尺寸上限。

（2）增大激光直徑：其目的是擴大覆蓋銅窗的范圍，使其更大。它的具體做法是“束徑=孔徑+90~100μm”。當能量密度不足時(shí)，可以用一到兩槍來(lái)解決。

（3）采用銅窗口開(kāi)大工藝：此時(shí)只是銅窗尺寸變大，而孔徑卻沒(méi)有改變，所以激光成孔的直徑不再完全由窗口的位置決定，使孔位可以直接根據芯板上的靶板位置來(lái)確定。

（4）將光化學(xué)成像和蝕刻開(kāi)窗方法改為YAG激光開(kāi)窗方法：即利用YAG激光光點(diǎn)在芯板上先打開(kāi)一個(gè)窗口，然后用CO2激光對其窗位進(jìn)行切削，以解決成像產(chǎn)生的誤差。

（5）積層二次再加工二階微盲方法：當芯板兩面各積層一層樹(shù)脂銅箔后，還要積層一次再加工RCC與二階微盲加工時(shí)，其“積二”所對應的盲孔的“積二”，也就是“積一”所對應的孔，必須按照瞄準點(diǎn)“積一”來(lái)加工。并且不能再使用芯板的原目標。即當“積一”成孔成墊時(shí)，其板的側面也會(huì )被制成靶。因此，“積二”的RCC壓貼上之后，就可以通過(guò)X射線(xiàn)機對準“積一”上的靶標，在“積二”的四個(gè)機械基準孔上鉆出“積二”，然后再成孔成線(xiàn)，采用這種方法，就可以使“積二”盡可能“積一”。

孔型錯誤：

通過(guò)多次生產(chǎn)經(jīng)驗的積累，主要是由于采用基材成型時(shí)存在的質(zhì)量問(wèn)題，其主要質(zhì)量問(wèn)題是涂樹(shù)脂銅箔的介質(zhì)層厚度必然會(huì )有差異，在相同的壓力下，對介質(zhì)層薄部的底板不但能承受更多的能量，還能反射更多的能量，從而將孔壁打成向外擴張的壺形。對積層-多層板層間電氣互連質(zhì)量影響較大。

積層式多層印制電路板由于孔型錯誤，其高密度互連結構的可靠性會(huì )引起一系列技術(shù)問(wèn)題。

因此，必須采取工藝措施來(lái)控制和解決。本文主要采用以下工藝方法：

（1）嚴格控制涂覆樹(shù)脂銅箔時(shí)的介質(zhì)層厚度差值為510μm。

（2）改變激光的能量密度和脈沖數(槍數)，可以從實(shí)驗上確定批量生產(chǎn)的工藝條件。

（3）孔底膠渣和孔壁的碎屑清理不好。

這種類(lèi)型的質(zhì)量問(wèn)題最容易出現，這是由于這種類(lèi)型的問(wèn)題被稍加控制就會(huì )產(chǎn)生。尤其在處理大拼版上的多孔型積層板時(shí)，不可能100%保證沒(méi)有質(zhì)量問(wèn)題。其原因在于，在所加工大排板上存在著(zhù)大量的微盲孔(平均約6~9萬(wàn)個(gè)小孔)，而在介質(zhì)層厚度不同，采用相同能量的激光鉆孔，底墊上殘留的膠渣厚薄也不同。在有缺陷的情況下，如果不進(jìn)行鉆污處理，就不能保證完全清潔，再加上檢查手段較差，常會(huì )導致后續鍍銅層與底墊和孔壁之間產(chǎn)生結合力。