专利名称：Uv激光钻孔方法
技术领域：
本发明涉及一种在印刷电路基板上进行激光钻孔的方法，特别是一种采用UV激光钻孔的方法。
背景技术：
随着电子设备的小型化、便携化，越来越要求在印刷电路板上的电路高密度化。与上述要求相适应，近年来出现了在常规高密度印制电路板上的一面或两面顺序积层了更高密度导电层(一般为2～4层)的积层式多层印刷电路基板，该板上具有更小的微导通孔，更薄的绝缘层厚度和更加精细短小的线宽/间距。在如上所述的多层印刷电路基板中的上下层叠的印刷电路基板之间，需要对导电层进行电气的连接，其中导电层一般由铜图形(pattern)组成，绝缘层一般由绝缘树脂层等有机材料制成。如上所述的电气连接是通过如下方式完成的，首先在印刷电路基板的相应位置上加工出微导通孔，然后在微导通孔的孔壁电镀上一层铜，此铜层可实现上下层印刷电路基板的导电铜图形层的电气互连。
随着高互连密度的积层式多层印刷电路基板的微导通孔的孔数越来越多(可达100,000孔/层)，孔径越来越小(小于Φ0.1mm)，利用激光钻孔作为一种既经济又高效的加工微导通孔的方式得到了广泛的应用。
在整个印刷电路基板的加工制程中，印刷电路基板上微导通孔的加工质量一直是生产厂家很费心思的问题，其原因主要有两个方面，一方面是印刷电路基板上加工的孔的数量相当庞大，其中有一个孔的加工存在问题即会造成一定的损失，因此要求激光钻孔的加工质量上有较高的稳定性；另一方面由于加工孔的工序的特殊性，微导通孔的加工质量无法在本工序后进行有效的检测，最终的检测要等到电镀及电气检测之后才能知道，因此如果钻孔出现问题，将会造成较大的损失，这就对激光钻孔的加工质量提出了更高的要求。
目前一般采用二氧化碳激光来加工微导通孔，二氧化碳激光的波长在9.4～10.6um，是一种远红外激光，绝大多数有机材料具有强烈吸收红外线的特点，有机材料在吸收了极高的红外激光能量后，迅速熔化、汽化及燃烧，从而在多层印刷电路基板的铜图形层之间形成微导通孔，微导通孔的孔壁经清洁和电镀铜之后可将相邻层的铜图形层连接起来，实现高密度的电气互连。
在二氧化碳激光加工微导通孔的过程中，为了加工一定大小和深度的孔径，常采用单脉冲冲击方式进行加工，其加工光路原理如图1所示，一块掩膜板3放在聚焦透镜前方，其上有多个大小不一的通光孔，这些通光孔与印刷电路基板上需要加工的微导通孔的孔径通过聚焦透镜成物像共轭关系，改变通光孔的大小即可改变加工孔径的大小。二氧化碳激光不能加工铜图形层，需要先在印刷电路基板上需要加工微导通孔的位置采用化学蚀刻的方法去除铜图形层，开出与微导通孔的孔径尺寸相同的“窗口”，然后再用激光加工出相应的微导通孔。
激光在光束的直径方向上的能量分布是高斯型的，即光束中心能量最高，沿半径方向能量逐渐降低。请参阅图2，横轴表示孔径R，纵轴表示激光能量E，在采用单脉冲冲击方式进行加工时，孔壁处和孔中心的能量有较大差异，因此在加工中为了形成一定的孔壁质量(主要是尖锥角)，激光光束的能量一般设置的比较大，孔中心处的激光能量则更大。当孔中心的激光能量照射到内层的铜图形层上时，一部分能量被内层铜图形层反射到微导通孔侧壁的绝缘层上，一部分能量被内层铜图形层吸收。反射到微导通孔的侧壁上的能量被绝缘层吸收，造成侧蚀而形成鼓形孔(即孔口尺寸小，孔腰尺寸大)。被内层铜图形层吸收的能量使得内层铜图形层温度升高而发生翘曲变形，进而导致内层铜图形层与绝缘层相脱离，形成分层或起泡现象。
存在有这些质量问题的微导通孔在后续的加工和使用中会存在严重的隐患，若孔底残留有绝缘材料，孔被电镀铜后，电镀的铜层与内层铜图形层之间存在绝缘层，极易造成电气断路，即使残留物较少，电气导通，但由于电镀铜层与内层铜图形层接确面积小，附着强度差，在后续的锡焊加工或产品使用中，由于热冲击应力或变形应力极易造成电镀铜层断裂，使电气通路断开。同样，由于烧蚀过度造成的分层或起泡问题也会造成类似后果。而因侧蚀出现的鼓形孔(即孔口尺寸小，孔腰尺寸大)，在后面的微导通孔的金属化工序中，易造成电镀不良，这种不良的电镀层在后续的加工和使用过程中易出现断裂和脱落的现象，造成严重的电气导通不良问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种可以明显提高印刷电路基板的微导通孔的加工质量的UV激光钻孔方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是由UV激光光束在需要加工微导通孔的位置沿着一定的轨迹进行扫描，依次加工出若干个微孔，直至所加工出的微孔布满微导通孔所围设的整个表面的面积，将整个微导通孔雕琢出来。
本发明相对于现有技术所具有的优点是本发明UV激光钻孔方法中采用环锯式的加工方式，不仅使加工灵活性增大，光路系统变得非常简洁，而且由于每个激光脉冲能量比较小，分布均匀，有效地解决了常规二氧化碳激光加工方式中由于激光能量太大而产生的问题，提高了微导通孔的加工质量。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是与本发明相关的现有的单脉冲二氧化碳激光钻孔方法的示意图。
图2是与本发明相关的现有的单脉冲二氧化碳激光钻孔方法中激光能量分布的示意图。
图3a是本发明UV激光钻孔方法中采用环锯法加工方式时激光光束的扫描轨迹的示意图。
图3b是本发明UV激光钻孔方法中采用环锯法加工方式时激光光束的光斑扫描过程的示意图。
图4是本发明UV激光钻孔方法中采用环锯法加工方式时激光能量分布的示意图。
图5a是本发明UV激光钻孔方法中采用分两层加工时第一层加工完毕后的效果图。
图5b是本发明UV激光钻孔方法中采用分两层加工时第二层加工完毕后的效果图。
图6是本发明UV激光钻孔方法采用分三层加工的示意图。
具体实施例方式
请参阅图3a、图3b、图4、图5a、图5b及图6，本发明采用UV激光钻孔的方法来加工高密度互连印刷电路基板上的微导通孔4。众所周知，UV激光波长很短(小于400nm)，聚焦后能量密度极高，而且大多数材料对UV激光的吸收率都比较高，各种材料在吸收UV激光后，会破坏有机物的分子键、金属晶体的金属键和无机物的离子键，使其形成悬浮颗粒或原子、分子团等逸散出去，从而在多层印刷电路基板的内外铜图形层之间形成连通性盲孔。此孔孔壁经清洁和镀铜之后可将内层和外层的铜图形层1连接起来，达到内外层印刷电路基板高密度的电气互连。可以看出，UV激光不仅可以加工有机材料等非金属，还可以加工金属(如铜)，而且它的加工机理不是“烧蚀”，因而不会产生“热”加工造成的烧伤和碳化，这种独特的“冷”加工方式对形成微孔是非常有好处的。
由于UV激光波长很短，聚焦后的光斑直径理论上在10um左右，在加工100um左右的微导通孔4时，可以采用环锯法进行加工，另外UV激光可以加工铜，它不需要开“窗口”，可以直接加工出所需的微导通孔4，减少了激光钻孔的工序。
环锯法加工方式示意图如图3a及图3b所示，UV激光光束在需要开设微导通孔4的地方全部扫描一遍，根据所加工孔的直径大小，由UV激光钻孔机内部设置程序自动计算出激光光束的扫描轨迹5，然后设定激光能量参数，最后控制激光光束高速地沿着计算好的轨迹5扫描一遍。同时，激光光束的光斑在扫描的过程中每隔一个特定的步距加工出一个微孔，逐步地将所需要的微导通孔4雕琢出来。在图3a中显示了激光光束的扫描轨迹5，在图3b中显示了激光光束在扫描过程中，激光光束的光斑6所运行的轨迹。激光光束的光斑6在运行的过程中，不断加工出一个一个的微孔，直到所有的微孔布满微导通孔4所围设的整个表面的面积，便将整个微导通孔4雕琢出来。
在本实施例中，激光光束的扫描轨迹5为若干个半径小于微导通孔4的同心圆，当然，为了加工的需要，可以采用任何其他形状的轨迹，只要激光光束的光斑6在运行的过程中，所加工出的微孔可以布满微导通孔4所围设的整个表面的面积。
这种雕琢的加工方式与常规的加工方式相比具有明显地特点第一，加工孔径的大小由程序控制，使加工灵活性增大，并且去除了常规加工方式中复杂的激光光斑变径机构，使光路系统变得非常简洁，可靠性明显增高；第二，微导通孔4采用雕琢的方式加工，请参阅图4，横轴表示孔径R，纵轴表示激光能量E，由于是多个脉冲加工，每个激光脉冲能量E1比较小，而且激光脉冲之间有一定的位置变化，整体上可使得在整个孔径加工范围内的合成加工能量E2分布均匀，这样有效地解决了常规二氧化碳激光加工方式中由于激光能量太大而产生的问题，提高了微导通孔4的加工质量。
用UV激光直接加工微导通孔4时，由于金属铜图形层1的激光破坏阈值要远大于绝缘层2的材料，因此加工铜图形层1所需要的激光能量密度要大于绝缘层2的材料，此时在单层加工方式下，为了保证没有残留，需选择较大的激光能量。如果每个激光脉冲能量E1太大，过剩的能量易造成内层铜图形层1的损伤。而减小每个激光脉冲能量E1又可能出现残留。此时采用多层加工的方式可以有效地解决这一问题，即对同一个微导通孔4采用多次地循环加工。同时在激光控制上，加工层数(循环次数)最高可设定为7，每层独立设定激光能量参数，激光脉冲的能量可通过脉冲周期等参数来设定。
在实际的加工微导通孔4的过程中，根据不同的绝缘层2的材料选用不同的加工层数和加工能量，同时考虑到加工效率(生产率)问题，可采用二层法进行加工，第一层设定较高的激光能量，将铜图形层1去除，第二层可将激光能量设定的小一些，加工绝缘层2，较小的激光能量不会损伤内层的铜图形层1。具体的二层循环法加工效果如图5a及图5b所示，其中图5a是第一层加工，它完成铜图形层1的去除，图5b是第二层加工，它完成绝缘层2的加工。
为了更好地控制孔形质量，除了可设定加工层数，还可设定每层加工的孔径大小，加工示意图如图6所示，如果分三层进行加工的话，第一层形成孔口尺寸a，第二层减小加工孔径尺寸，形成孔腰尺寸b，第三层再次减小加工孔径尺寸，形成孔底尺寸c，使孔形非常规则、齐整。
本发明UV激光钻孔方法中，由于UV激光可以加工铜，它不需要开“窗口”，可以直接加工出所需要的微导通孔4，减少了激光钻孔的工序。
另外，本发明UV激光钻孔方法中采用环锯法的进行加工，不仅使加工灵活性增大，光路系统变得非常简洁，而且由于每个激光脉冲能量E1比较小，分布均匀，有效地解决了常规二氧化碳激光加工方式中由于激光能量太大而产生的问题，提高了微导通孔4的加工质量。
再者，本发明UV激光钻孔方法中，可采用分层加工的方法，使孔形更加规则、齐整。
本发明UV激光钻孔方法为解决印刷电路基板上微导通孔4的加工提供了新的方法，解决了印刷电路板生产中的具体问题，同时也扩大了UV激光在印刷电路板行业中的应用。
权利要求
1.一种用于加工印刷电路基板上的微导通孔的UV激光钻孔方法，其特征在于由UV激光光束在需要加工微导通孔的位置沿着一定的轨迹进行扫描，依次加工出若干个微孔，直至所加工出的微孔布满微导通孔所围设的整个表面的面积，将整个微导通孔雕琢出来。
2.根据权利要求1所述的UV激光钻孔方法，其特征在于UV激光光束对每个微导通孔至少扫描两次，采用对微导通孔进行分层加工的方式，其中每次的激光脉冲能量的参数单独设定。
3.根据权利要求2所述的UV激光钻孔方法，其特征在于每个微导通孔采用分层加工的层数大于或等于2，并且小于或等于7。
4.根据权利要求3所述的UV激光钻孔方法，其特征在于每个微导通孔采用分层加工的层数为2时，第一层设定的激光能量要能将铜图形层去除，第二层将激光能量设定的小于第一层，使其恰好可以完成对绝缘层的加工。
5.根据权利要求2所述的UV激光钻孔方法，其特征在于每个微导通孔采用分层加工时，分别设定每层加工的孔径的大小，最后加工出所需要的孔形。
6.根据权利要求5所述的UV激光钻孔方法，其特征在于每个微导通孔采用分三层加工，第一层形成孔口尺寸，第二层减小加工孔径尺寸，形成孔腰尺寸，第三层再次减小加工孔径尺寸，形成孔底尺寸。
7.根据权利要求1所述的UV激光钻孔方法，其特征在于UV激光光束的扫描轨迹为若干个半径小于微导通孔的同心圆。
全文摘要
一种用于加工印刷电路基板上的微导通孔的UV激光钻孔方法，由UV激光光束在需要加工微导通孔的位置沿着一定的轨迹进行扫描，依次加工出若干个微孔，直至所加工出的微孔布满微导通孔所围设的整个表面的面积，将整个微导通孔雕琢出来。本发明UV激光钻孔方法中采用环锯法进行加工，不仅使加工灵活性增大，光路系统变得非常简洁，而且由于每个激光脉冲能量比较小，分布均匀，有效地解决了常规二氧化碳激光加工方式中由于激光能量太大而产生的问题，提高了微导通孔的加工质量。
文档编号H05K3/02GK1674765SQ20041002662
公开日2005年9月28日 申请日期2004年3月24日 优先权日2004年3月24日
发明者李强, 周建辉 申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司, 深圳市大族数控科技有限公司