专利名称：直接co2激光钻孔方法
技术领域：
本发明属于印刷电路板(PCB)制造技术领域，涉及一种采用CO2(二氧化碳)激光钻床直接进行激光钻孔的方法。
背景技术：
在现有的PCB印刷电路板制造过程中，如要制作高密度互连板，需要在已做好线路的芯板上压合增层，然后在增层上用激光钻出与目标焊盘(即芯板上已有的线路层圆盘图形)对准的微孔。现有激光钻孔方法通常采用的是传统的蚀刻开铜窗法(conformal)流程，即先在板面覆上干膜，再利用影像转移的方法在干膜上成像，经过曝光、显影、蚀刻、除胶等工序后，将板面需激光钻孔区域的铜箔蚀刻掉，然后再进行激光钻孔。如图1所示，该蚀刻开铜窗激光钻孔方法，具体包括如下步骤1)前制程(压合增层)芯板经压合增层得到如图1中A所示板；2)前处理(表面清洁刷洗处理)；3)影像转移先经压膜得到如图1中B所示板，(其上从外到内依次为干膜层1、表铜层2、增层材料层3和芯板4，芯板上有通孔5和目标焊盘10；再经工程底片曝光和显影之后得到如图1中C所示板；4)蚀刻经蚀刻得到如图1中D所示板，其上有已蚀开的铜窗6；5)除胶经除胶后得到如图1中E所示板；6)检测；7)激光钻孔在外层(即已压合的增层)上已蚀开的铜窗处进行激光钻孔加工，激光钻孔后得到如图1中F所示板，其上有经激光钻孔加工出的板内微孔7。
该方法的缺点是1、成本较高需开铜窗(conformal)，经影像转移和蚀刻流程，耗用干膜及蚀刻药水；2、精度较差其精度为底片精度(0.5mil内)、开铜窗对位精度(2mil内)和激光钻孔精度(1mil内)三者之和。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无需蚀刻开铜窗，可节约成本，提高激光钻孔精度的直接CO2激光钻孔方法。
本发明的技术方案如下一种直接CO2激光钻孔方法，它包括下列步骤1)在次外层(即芯板最外层)上图像转移过程中设计制作出用于加工板内微孔的定位点；2)压合前对目标焊盘层的表面进行棕氧化处理；3)前制程(压合增层)在芯板上压合增层，该增层包含一层半固化片(主要成分为树脂)及其上的一层铜箔；4)铣定位孔/捞边用X射线钻靶机打出外层地球孔(即机械钻通孔之定位孔)和对片孔(即原蚀刻开铜窗法的底片定位孔)；5)高压水洗对铜表面进行清洁处理；6)激光钻孔前表铜棕化对铜表面进行薄化及粗化处理；7)第一次激光钻孔用对片孔进行定位，将位于次外层的定位点上方的铜箔及树脂烧蚀掉，露出次外层上的定位点；8)第二次激光钻孔用前面加工后露出的次外层上的定位点进行定位，定位加工出板内微孔；9)对激光钻孔后的铜表面进行高压水洗冲刷，作去除棕化层处理。
本发明的要点如下1.激光钻孔加工采用次外层上通过图像转移制作出的定位点来定位，保证了激光钻出的微孔与目标焊盘的对准度，提高了激光钻孔精度；2.目标焊盘层的表面处理必须走棕化处理，以方便抓取定位点；3.在较薄的表铜上进行粗化处理(或是采用经过表面粗化处理的铜箔)，可以增强铜箔对激光能量的吸收能力，这样，CO2激光钻床加工时就能以一较强的能量直接对铜箔进行烧蚀加工。
4.表铜采用0.3盎司铜箔，经棕化处理，起到表铜咬薄及粗化的效果，并保证了均匀性。
本发明的方法具有如下优点1.成本降低不经蚀刻开铜窗(conformal)流程，节省了干膜及蚀刻药水的耗用，也节省了工序和时间；2.加工精度提高过程中只有激光钻孔机的加工误差，提高了加工精度。
图1是传统开铜窗激光钻孔方法的示意图；图2是本发明的直接CO2激光钻孔方法示意图；图3是本发明中直接激光钻孔后拍的照片；图4是本发明中再进行表面后处理之后的照片；图5是本发明中压合RCC板直接激光钻孔再电镀后的照片；图6是本发明中压合FR-4LDP板直接激光钻孔再电镀后的照片。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
本发明通过如下方法进行作业，以一阶激光钻孔(1+n+1)为例1)在次外层上制作定位点在次外层(即芯板的最外面一层)进行图像转移过程中，在四个角上设计制作出用于加工板内微孔的定位点；2)压合前目标焊盘层表面氧化只能走棕化处理(正常作业条件)，以提高铜箔面与树脂面的结合力，同时，方便抓取定位点；3)压合半固化片及铜箔半固化片(pre-preg)选用RCC(背胶铜箔)或LDP(激光布)，(这是两种常用的增层材料，主要成分是绝缘树脂，LDP中还含有玻璃纤维布)，铜箔选用0.3盎司铜箔，(经压合增层得到如图2中A所示板)；4)铣定位孔/捞边用X射线钻靶机打出外层地球孔(机械钻通孔之定位孔)及对片孔(原蚀刻开铜窗法中，位于芯板外层的四个角上，用于将底片在板面上定位的孔)；5)高压水洗开刷0.3盎司铜箔需先走高压水洗开刷，减少胶残留，避免棕化露铜；6)激光钻孔前表铜棕化用Bond film(一种棕化药水品牌，德国ATO公司出品)线进行棕化作业，控制铜厚，以提高铜表面的粗糙度，增加铜表面对激光的吸收，(经表铜棕化后得到如图2中K所示板，其上从外到内依次为表铜粗化层11、表铜层2、增层材料层3和芯板4，芯板上有通孔5和目标焊盘10)；7)激光钻孔第一步先用对片孔进行定位，用一组激光钻孔程序，将位于次外层的定位点上方的铜箔及树脂烧蚀掉，露出次外层上的定位点8(如图2中M板所示)；第二步再用该组定位点进行定位，采用另一组激光钻孔程序，定位加工出与目标焊盘10对准的板内微孔9(如图2中N板所示)；8)对激光钻孔后的铜表面进行高压水洗冲刷，作去除棕化层处理(直接激光钻孔后拍的照片见图3，再进行表面后处理之后的照片见图4)；9)机械钻孔以激光钻床提供的缩拉比作参考，用地球孔做定位孔钻出通孔；10)电镀针对直接激光钻孔板，孔壁的侧蚀可能较大，镀铜须加强品质管控(压合RCC板直接激光钻孔再电镀后的照片见图5，压合FR-4LDP板直接激光钻孔再电镀后的照片见图6)。
如要进行二阶激光钻孔(2+n+2)，则在上述一阶激光钻孔程序的第10)步电镀做完并且制作完线路之后，再压合一个新的增层，从第2)步开始按上述程序再做一遍。
从以上可看出，直接激光钻孔法区别于传统蚀刻开铜窗激光钻孔法的特点主要表现在以下几方面(一)、定位点及对准度控制1.定位点采用芯板上通过图像转移蚀刻出来的定位点定位；2.初定位先用通过X射线钻靶机打出的对片孔(即原蚀刻开铜窗法的底片定位孔)做定位孔，激光烧蚀加工后露出芯板上的定位点(为防止在烧蚀时定位点脱落，定位点的加工区域(2.0×2.0mm)要比定位点外围铜箔图形(2.5×2.5mm)小)；3.用定位点作基准加工板内微孔(为提高其定位精度，定位点需抓取2次)；4.采用同一层定位原则，无论要压合几个增层，其激光钻孔定位用图形(pad)都设计在芯板的最外层即次外层上(机械钻孔定位孔仍用地球孔，无需加冲)，例如是1+4+1的6层板，其定位用图形(pad)都设计在L2/L5层；如是2+4+2的8层板，则其定位用图形(pad)都设计在L3/L6层。
(二)、氧化面粗化方式只采用棕化处理方式，以期激光钻孔加工时能较清楚地抓取定位点，棕化条件正常。
(三)、压合半固化片及铜箔1.压合用半固化片首选RCC和LDP，以期激光钻孔时获得较好的加工品质；2.表铜选用0.3盎司铜箔，目的是为了减少薄化流程，减少铜厚的变异。
(四)、高压水洗流程减少铜箔表面胶残留，减少棕化表面露铜现象。
(五)、表铜粗化处理采用棕化进行铜表面粗化(相比于黑化，可较方便地通过调整传输速度来调整粗化)，作业线别为Bond-film线，为将铜箔控制一定的厚度(7um左右)，采用2次棕化处理。
(六)、激光钻孔加工1.采用分步加工的方式，第一发能量较强，加工铜箔和部分半固化片(激光钻孔介质)；后几发能量较弱，加工半固化片(加工RCC只需要1-2发)；激光钻孔开铜窗条件(机台为三菱激光钻床)第一发孔径5mil、脉宽10us、能量15mj/发；后几发孔径4mil、脉宽10us、能量12mj/发。
2.利用激光钻孔机台统计的缩拉比(平均值)提供给机械钻孔用。
(七)、表面后处理用高压水洗开刷的方式即可以将表面的喷溅物去除干净，这样也不增加流程。
权利要求
1.一种直接CO2激光钻孔方法，其特征在于，它包括下列步骤先在次外层上图像转移过程中设计制作出用于加工板内微孔的定位点；在压合增层前对目标焊盘层表面进行棕氧化处理；在前制程压合增层，以及铣定位孔/捞边之后，用高压水洗方式进行表面清洁处理；在激光钻孔之前，先进行表铜棕化，对铜表面进行粗化处理；激光钻孔分步进行第一次激光钻孔用通过X射线钻靶机打出的对片孔进行定位，将位于次外层的定位点上方的铜箔及树脂烧蚀掉，露出次外层上的定位点；第二次激光钻孔用前面加工后露出的定位点进行定位，定位加工出板内微孔。
2.根据权利要求1所述的直接CO2激光钻孔方法，其特征在于，上述方法还包括对激光钻孔后的铜表面进行高压水洗冲刷，作去除棕化层处理。
3.根据权利要求1或2所述的直接CO2激光钻孔方法，其特征在于，上述方法还包括在激光钻孔之前的表铜棕化时，根据情况在粗化之前先做铜表面薄化处理。
4.根据权利要求3所述的直接CO2激光钻孔方法，其特征在于，上述方法还包括后续机械钻孔以激光钻床提供的缩拉比作参考，用地球孔做定位孔钻出通孔。
5.根据权利要求4所述的直接CO2激光钻孔方法，其特征在于，无论压合几个增层，用于加工板内微孔的第二次激光钻孔之定位点均设计在芯板的最外层即次外层上。
6.根据权利要求5所述的CO2直接激光钻孔方法，其特征在于，上述方法中，铜箔选用0.3盎司铜箔，压合用半固化片选用RCC(背胶铜箔)或LDP(激光布)。
7.根据权利要求6所述的CO2直接激光钻孔方法，其特征在于，上述方法中，在激光钻孔之前，对表铜进行2次棕化处理。
8.根据权利要求7所述的CO2直接激光钻孔方法，其特征在于，上述方法中，第二次激光钻孔用定位点作基准加工板内微孔时，定位点抓取2次。
全文摘要
本发明公开了一种无需蚀刻开铜窗，可节约成本，提高激光钻孔精度的直接CO2激光钻孔方法。该方法包括下列步骤先在次外层上制作定位点；压合增层前目标焊盘表面棕氧化；在压合增层、铣定位孔/捞边之后，进行高压水洗表面清洁处理；激光钻孔前表铜棕化，对铜表面进行薄化及粗化处理；第一次激光钻孔用原蚀刻开铜窗法的底片定位孔即对片孔进行定位，将位于次外层的定位点上方的铜箔及树脂烧蚀掉，露出次外层上的定位点；第二次激光钻孔用前面加工后露出的定位点进行定位，加工出板内微孔；钻孔后高压水洗去除棕化层。本发明不经蚀刻开铜窗流程，节省了干膜及蚀刻药水的耗用；过程中只有激光钻孔机的加工误差，提高了加工精度。
文档编号B23K26/38GK1761378SQ20051010327
公开日2006年4月19日 申请日期2005年9月20日 优先权日2005年9月20日
发明者杨志清 申请人:沪士电子股份有限公司