隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，促使了越來(lái)越多的集成電路的廣泛應(yīng)用，微組裝技術(shù)的進(jìn)步，使印制電路板PCB的制造向著積層化、多功能化方向發(fā)展，使印制電路圖形導(dǎo)線細(xì)、微孔化窄間距化，加工中所采用的機(jī)械方式鉆孔工藝技術(shù)已不能滿足要求而迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型的微孔加工方式即激光鉆孔技術(shù)。

　　一 激光成孔的原理

　　激光是當(dāng)“射線”受到外來(lái)的刺激而增加能量下所激發(fā)的一種強(qiáng)力光束，其中紅外光和可見(jiàn)光具有熱能，紫外光另具有光學(xué)能。此種類型的光射到工件的表面時(shí)會(huì)發(fā)生三種現(xiàn)象即反射、吸收和穿透。

　　透過(guò)光學(xué)另件擊打在基材上激光光點(diǎn)，其組成有多種模式，與被照點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生三種反應(yīng)。

　　激光鉆孔的主要作用就是能夠很快地除去所要加工的基板材料，它主要靠光熱燒蝕和光化學(xué)燒蝕或稱之謂切除。

　?。?）光化學(xué)燒蝕：是指紫外線區(qū)所具有的高光子能量（超過(guò)2eV電子伏特）、激光波長(zhǎng)超過(guò)400納米的高能量光子起作用的結(jié)果。而這種高能量的光子能破壞有機(jī)材料的長(zhǎng)分子鏈，成為更小的微粒，而其能量大于原分子，極力從中逸出，在外力的掐吸情況之下，使基板材料被快速除去而形成微孔。因此種類型的工藝方法，不含有熱燒，也就不會(huì)產(chǎn)生炭化現(xiàn)象。所以，孔化前清理就非常簡(jiǎn)單。

　?。?）光熱燒蝕：指被加工的材料吸收高能量的激光，在極短的時(shí)間加熱到熔化并被蒸發(fā)掉的成孔原理。此種工藝方法在基板材料受到高能量的作用下，在所形成的孔壁上有燒黑的炭化殘?jiān)谆氨仨氝M(jìn)行清理。

　　以上就是激光成孔的基本原理。目前最常用的有兩種激光鉆孔方式：印制電路板鉆孔用的激光器主要有RF激發(fā)的CO2氣體激光器和UV固態(tài)Nd：YAG激光器。

　?。?）關(guān)于基板吸光度：激光成功率的高低與基板材料的吸光率有著直接的關(guān)系。印制電路板是由銅箔與玻璃布和樹(shù)脂組合而成，此三種材料的吸光度也因波長(zhǎng)不同有所不同但其中銅箔與玻璃布在紫外光0.3mμ以下區(qū)域的吸收率較高，但進(jìn)入可見(jiàn)光與IR后卻大幅度滑落。有機(jī)樹(shù)脂材料則在三段光譜中，都能維持相當(dāng)高的吸收率。這就是樹(shù)脂材料所具有的特性，是激光鉆孔工藝流行的基礎(chǔ)。

　　二 CO2激光成孔的不同的工藝方法

　　CO2激光成孔的鉆孔方法主要有直接成孔法和敷形掩膜成孔法兩種。所謂直接成孔工藝方法就是把激光光束經(jīng)設(shè)備主控系統(tǒng)將光束的直徑調(diào)制到與被加工印制電路板上的孔直徑相同，在沒(méi)有銅箔的絕緣介質(zhì)表面上直接進(jìn)行成孔加工。敷形掩膜工藝方法就是在印制板的表面涂覆一層專用的掩膜，采用常規(guī)的工藝方法經(jīng)曝光/顯影/蝕刻工藝去掉孔表面的銅箔面形成的敷形窗口。然后采用大于孔徑的激光束照射這些孔，切除暴露的介質(zhì)層樹(shù)脂?，F(xiàn)分別介紹如下：

　?。?）開(kāi)銅窗法：

　　首先在內(nèi)層板上復(fù)壓一層RCC（涂樹(shù)脂銅箔）通過(guò)光化學(xué)方法制成窗口，然后進(jìn)行蝕刻露出樹(shù)脂，再采用激光燒除窗口內(nèi)基板材料即形成微盲孔：

　　當(dāng)光束經(jīng)增強(qiáng)后通過(guò)光圈到達(dá)兩組電流計(jì)式的微動(dòng)反射掃描鏡，并經(jīng)一次垂直對(duì)正（Fθ 透鏡）而達(dá)到可進(jìn)行激動(dòng)的臺(tái)面的管區(qū)，然后再逐一燒成微盲孔。

　　在一英寸見(jiàn)方的小管區(qū)內(nèi)經(jīng)電子快束這定位后，對(duì)0.15mm的盲孔可連打三槍成孔。其中第一槍的脈沖寬度約為15μs，此時(shí)提供能量達(dá)到成孔的目的。后再槍則利用來(lái)清理孔壁孔底的殘?jiān)托拚住?/p>

　　激光能量控制良好的0.15mm微盲孔的SEM橫斷面及45度的全圖，此種開(kāi)窗口的成孔工藝方法，當(dāng)?shù)讐|（靶標(biāo)盤）不大時(shí)又需大排版或二階盲孔時(shí)，其對(duì)準(zhǔn)度就比較困難。

　?。?）樹(shù)脂表面直接成孔工藝方法

　　采用激光成孔有幾種類型的工藝方法進(jìn)行激光鉆孔：

　　A.基板是采用在內(nèi)層板上層壓涂樹(shù)脂銅箔，然后將銅箔全部蝕刻去掉，就可采用CO2激光在裸露的樹(shù)脂表面直接成孔，再繼續(xù)按照鍍覆孔工藝方法進(jìn)行孔化處理。

　　B.基板是采用FR-4半固化片和銅箔以代替涂樹(shù)脂銅箔的相類似制作工藝方法。

　　C.涂布感光樹(shù)脂后續(xù)層壓銅箔的工藝方法制作。

　　D.采用干膜作介質(zhì)層與銅箔的壓貼工藝方法制作。

　　E.涂布其它類型的溫膜與銅箔覆壓的工藝方法來(lái)制作。

　?。?）開(kāi)大窗口工藝方法：

　　前一種工藝方法成孔的直徑與所開(kāi)的銅窗口相同，如果操作稍有不慎就會(huì)使所開(kāi)窗口的位置產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致成孔的盲孔位置走位致使與底墊中心失準(zhǔn)的問(wèn)題產(chǎn)生。該銅窗口的偏差產(chǎn)生的原因有可能是基板材料漲縮和圖像轉(zhuǎn)移所采用的底片變形有關(guān)。所以采取開(kāi)大銅窗口的工藝方法，就是將銅窗口直徑擴(kuò)大到比底墊還大經(jīng) 0.05mm左右（通常按照孔徑的大小來(lái)確定，當(dāng)孔徑為0.15mm時(shí)，底墊直徑應(yīng)在0.25mm左右，其大窗口直徑為0.30mm）然后再進(jìn)行激光鉆孔，即可燒出位置精確對(duì)準(zhǔn)底墊的微盲孔。其主要特點(diǎn)是選擇自由度大，進(jìn)行激光鉆孔時(shí)可選擇另按內(nèi)層底墊的程式去成孔。這就有效的避免由于銅窗口直徑與成孔直徑相同時(shí)造成的偏位而使激光點(diǎn)無(wú)法對(duì)正窗口，使批量大的大拚板面上會(huì)出現(xiàn)許多不完整的半孔或殘孔的現(xiàn)象。

　?。?）采用超薄銅箔的直接燒蝕的工藝方法

　　內(nèi)層芯板兩面壓貼涂樹(shù)脂銅箔后，可采用“半蝕方法”將銅箔厚度17m經(jīng)蝕刻后減薄到5微米，然后進(jìn)行黑氧化處理，就可采用CO2激光成孔。

　　其基本原理就是經(jīng)氧化處理成黑的表面會(huì)強(qiáng)烈吸光，就會(huì)在提高CO2激光的光束能量的前提下，就可以直接在超薄銅箔與樹(shù)脂表面成孔。但最困難的就是如何確保 “半蝕方法”能否獲得厚度均勻一致的銅層，所以制作起來(lái)要特別注視。當(dāng)然可采用背銅式可撕性材料（UTC），銅箔相當(dāng)簿約5微米。

　　根據(jù)這種類型的板加工，目前在工藝上主要采取以下幾個(gè)方面：

　　這主要對(duì)材料供應(yīng)商提出嚴(yán)格的質(zhì)量和技術(shù)指標(biāo)，要確保介質(zhì)層的厚度的差異在510μm之間。因?yàn)橹挥写_保涂樹(shù)脂銅箔基材的介質(zhì)厚度的均勻性，在同樣的激光能量的作用下，才能確?？仔偷臏?zhǔn)確性和孔底部的干凈。同時(shí)還需要在后續(xù)工序中，采用最佳的除鉆污工藝條件，確保激光成孔后盲孔底部的干凈無(wú)殘留物。對(duì)盲孔化學(xué)鍍和電鍍層的質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生良好的作用。

　　三　Nd：YAG激光鉆孔工藝方法

　　Nd： YAG是釹和釔鋁柘榴石。兩種固態(tài)晶體共同激發(fā)出的UV激光。最近多采用的二極管脈沖激勵(lì)的激光束，它可以制成有效的激光密封系統(tǒng)，不需要水冷。這種激光三次諧波波長(zhǎng)為355納米（nm）、四次諧波波長(zhǎng)為266納米（nm），波長(zhǎng)是由光學(xué)晶體調(diào)制的。

　　這種類型的激光鉆孔的最大特點(diǎn)是屬于紫外光（UV）譜區(qū)，而覆銅箔層壓板所組成的銅箔與玻璃纖維在紫外光區(qū)域內(nèi)吸光度很強(qiáng)，加上此類激光的光點(diǎn)小能量大，故能強(qiáng)力的穿透銅箔與玻璃布而直接成孔。由于上種類型的激光熱量較小，不會(huì)象CO2激光鉆孔后生成炭渣，對(duì)孔壁后續(xù)工序提供了很好的處理表面。

　　Nd：YAG激光技術(shù)在很多種材料上進(jìn)行徽盲孔與通孔的加工。其中在聚酰亞胺覆銅箔層壓板上鉆導(dǎo)通孔，最小孔徑是25微米。從制作成本分析，最經(jīng)濟(jì)的所采用的直徑是25125微米。鉆孔速度為10000孔/分?？刹捎弥苯蛹す鉀_孔工藝方法，孔徑最大50微米。其成型的孔內(nèi)表干凈無(wú)碳化，很容易進(jìn)行電鍍。同樣也可在聚四氟乙烯覆銅箔層壓板鉆導(dǎo)通孔，最小孔徑為25微米，最經(jīng)濟(jì)的所采用的直徑為25125微米。鉆孔速度為4500孔/分。不需預(yù)蝕刻出窗口。所成孔很干凈，不需要附加特別的處理工藝要求。還有其它材料成型孔加工等。具體加工中可采用以下幾種工藝方法：

　?。?）根據(jù)兩類激光鉆孔的速度采取兩種并用的工藝方法

　　基本作業(yè)方法就是先用YAG把孔位上表面的銅箔燒蝕，然后再采用速度比YAG鉆孔快的CO2激光直接燒蝕樹(shù)脂后成孔。

　　四 實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題

　　激光鉆孔過(guò)程中，產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題比較多，不準(zhǔn)備全面講述，只將最易出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題提出供同行參考。

　?。?）開(kāi)銅窗法的CO2激光鉆孔位置與底靶標(biāo)位置之間失準(zhǔn)

　　在激光鉆孔中，光束定位系統(tǒng)對(duì)于孔徑成型的準(zhǔn)確性極關(guān)重要。盡管采用光束定位系統(tǒng)的精確定位，但由于其它因素的影響往往會(huì)產(chǎn)生孔形變形的缺焰。生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題，其原因分析如下：

　　1.芯板制作導(dǎo)線焊盤圖形時(shí)基材本身的尺寸的漲縮，以及高溫壓貼涂樹(shù)脂銅箔（RCC）增層后，內(nèi)外層基板材料又出現(xiàn)尺寸的漲縮因素存在所至。

　　2.制作內(nèi)層芯板焊盤與導(dǎo)線圖形的底片，與涂樹(shù)脂銅箔（RCC）增層后開(kāi)窗口用的底片，由于兩者都會(huì)因?yàn)闈穸扰c溫度的影響尺寸增大與縮小的潛在因素。

　　3.蝕刻所開(kāi)銅窗口尺寸大小與位置也都會(huì)產(chǎn)生誤差。

　　4.激光機(jī)本身的光點(diǎn)與臺(tái)面位移之間的所造成的誤差。