Manufacturing Technology

HDI激光打孔方法

由于微电子技术的迅猛发展，以及大规模集成电路的广泛应用，使得印制电路板的制造朝着积层化、多功能化的方向发展。在有限的空间不断增加线路密度、微孔化间距缩小。在较少改变现行工艺的前提下，它可以大大的提高线路板的布线能力,同时又兼获良好的导电性。因此在加工过程中所采用的机械钻孔已不能满足要求，而快速发展起来的微孔工艺即HDI激光钻孔加工能力的提升。

激光钻孔的原理

1. CO2激光：

CO2激光是由红外线的热效应产生，是物质吸收能量后进行有机熔化挥发和燃烧的一个过程，红外激光的波长一般大于700nm,由于其产生热效应，有机物材料的分子通过吸收红外线波长而提高能量，当温度升高到一定程度后，如达到有机物的熔点，沸点或燃点时，使有机物分子逸出或与空气中的O2燃烧而形成COr和H20气体离去，从而形成盲孔。

2. UV激光：

UV激光是通过发射具有能量的紫外光束，波长很短，一般小于400nm，但能量很高且很集中，各种物质吸收UV紫外光束后，是破坏了有机物的分子链(如共价键)，金属晶体(金属键)，无机物(离子键)等而形成悬浮颗粒或原子团，分子团，或原子或分子，而逸散离去，从而形成盲孔。

一、0.1mm的钻孔，为什么做不了？

很多工程师看到板厂的工艺能力写着最小孔0.1mm时，便把PCB设计中的孔改到0.1mm，以解决线路布局空间不足的问题。但当他们把设计文件发给板厂打板时，却收到板厂反馈这孔做不了！

怎么回事呢？其实这里有个误区——不是所有的板都能做0.1mm的钻孔。

0.1mm是很小的孔，采用机械钻的时候，容易断刀，目前最小的机械钻是0.15mm，低于0.15mm的孔需要采用HDI激光钻。但激光钻孔有个前提条件，就是板子的介质厚度只能是0.13mm以内，大于这个厚度就无法烧穿。

因此，板子之所以不能做0.1mm的孔，不是因为板厂做不了，是因为设计的板子太厚了。此类板子需改成1阶HDI设计，内层增加机械钻孔（孔径0.15-0.3mm）的埋孔，外层采用激光0.1mm的孔。

二、HDI激光钻孔加工常见的4种方法

1、CO2 comformal Mask等大窗法：

先在形成孔的位置蚀刻去表面的铜，然后再以其蚀刻出表面靶标或者内层靶标对位，再用激光束照射,用于除去树脂(RCC) 或无机玻璃丝增强材料的半固化片而形成微盲孔。

经过增强后，光束通过光圈到达两组电流计式的微动反射扫描镜，经过一次垂直对准(F-θ透镜)，到达可以进行激振台表面的管区，然后逐个烧成微盲孔。

2、开大窗法：

将铜窗直径增大到0.05mm左右，比底垫还大(通常根据孔径大小确定)，当孔径为0.1mm时，底垫直径应在0.15mm左右，其大窗口直径为0.20mm。然后进行激光照射，即可烧出微盲孔，这样位置准确，可用于制作精确的铜窗底垫。它的主要特点是选择自由度大，进行激光照射时可选择另按内层底垫的程序打孔。这种方法有效地避免了由于铜窗直径与孔径相同所引起的偏置，从而使激光点不能对准正窗口，从而导致大量的大尺寸拼板表面有很多半孔或残孔。

3、树脂表面的直接成孔技术：

具体操作方式有以下4种：

a. 基板是用树脂铜箔在内层板上压涂，然后将铜箔全部蚀刻除去，便可用CO2激光直接在树脂表面打孔，再继续按镀覆工艺进行打孔。

b. 用FR-4半固化片材及铜箔代替涂树脂铜箔的工艺方法，与用铜箔制作相类似。

c. 涂覆感光树脂及后续层压铜箔的工艺方法。

d. 采用干膜作为介质层，与铜箔一起进行压贴工艺制备。

4、超薄铜箔直接烧蚀的工艺方法：

在用树脂铜箔两面压覆内层芯板后，将铜箔厚度12um经腐蚀减薄，使铜厚控制在9um左右，再进行板面棕化或黑化，使板面深色有利于能量的吸收，然后再以通孔粗略定位，用激光钻掉内层有靶标位置的外层铜，再用激光钻机的CCD照内层靶标后精确定位，最后用激光直接打盲孔。

该方法的基本原理是：经过氧化处理的黑色表面对CO2激光具有较强的吸光性，在增加激光束能的前提下，可以直接在超薄铜箔和树脂表面上穿孔。但是最难的是如何保证“半蚀法”能得到厚度一致的铜层，所以制作时要特别注意看。背铜式可撕性材料(UTC)当然可以使用，铜箔相当于薄达9um。

针对这一类型的板材加工，目前在工艺上主要采取如下方法：

此项主要向物料供应商提出严格的品质及技术指标，以确保介电层厚度在510微米之间。由于只有在相同的激光能量下，才能保证涂树脂铜箔基材的介质厚度的均匀性，才能保证孔型的准确性和孔底的清洁度。在下一步的加工过程中，应选择最佳的除钻污工艺条件，以保证HDI激光钻后盲孔底部清洁无残留。对于盲孔的化学镀和电镀都能起到很好的效果。