技術規(guī)范知識(88個 doc)89.doc

雷射成孔技術介紹與討論雷射成孔的商用機器，市場上大體可分為：紫外線的Nd：YAG雷射機（主要供應者為美商ESI公司）；紅外線的CO2雷射機（最先為Lumonics，現(xiàn)有日立、三菱、住友等）；以及兼具UV/IR之變頭機種（如Eecellon之2002型）等三類。前者對3mil以下的微孔很有利，但成孔速度卻較慢。次者對48mil的微盲孔制作最方便，量產(chǎn)速度約為YAG機的十倍，后者是先用YAG頭燒掉全數(shù)孔位的銅皮，再用CO2頭燒掉基材而成孔。若就行動電話的機手機板而言，CO2雷射對欲燒制46mil的微盲孔最為適合，癥均量產(chǎn)每分鐘單面可燒出6000孔左右。至於速度較的YAG雷射機，因UV光束之能量強且又集中故可直接打穿銅箔，在無需“開銅窗”（Conformal Mask）之下，能同時燒掉銅箔與基材而成孔，一般常用在各式“對裝載板”（Package Substrste）4mil以下的微孔，若用於手機板的46mil微孔似乎就不太經(jīng)濟了。以下即就雷射成孔做進一進步的介紹與討論。1雷射成孔的原理雷射光是當：“射線”受到外來的刺激，而增大能量下所激發(fā)的一種強力光束，其中紅外光或可見光者擁有熱能，紫外光則另具有化學能。射到工作物表面時會發(fā)生反射（Refliction）吸收（Absorption）及穿透（Transmission）等三種現(xiàn)象，其中只有被吸收者才會發(fā)生作用。而其對板材所產(chǎn)生的作用又分為熱與光化兩種不同的反應，現(xiàn)分述於下：11光熱燒蝕Photothermal Ablation是指某雷射光束在其紅外光與可見光中所夾幫的熱能，被板材吸收后出現(xiàn)熔融、氣化與氣漿等分解物，而將之去除成孔的原理，稱為“光熱燒蝕”。此燒蝕的副作用是在孔壁上的有被燒黑的炭化殘渣渣（甚至孔緣銅箔上也會出現(xiàn)一圈高熟造成的黑氧化銅屑），需經(jīng)后制程Desmear清除，才可完成牢固的盲孔銅壁。12光化裂蝕Photochemical Ablation是指紫外領域所具有的高光子能量（Photon Energy），可將長鍵狀高分子有機物的化學鍵（Chemical Bond）予以打斷，於是在眾多碎粒造成體積增大與外力抽吸之下，使板材被快速移除而成孔。本反應是不含熟燒的“冷作”（Cold Process），故孔壁上不至產(chǎn)生炭化殘渣。13板材吸光度由上可知雷射成孔效率的高低，與板材的吸光率有直接關系。電路板板材中銅皮、?？棽寂c樹脂三者的吸收度，民因波長而有所不同。前二者在UV 0.3mu以下區(qū)域的吸收率頗高，但進入可見光與IR后即大幅滑落。至於有機樹脂則在三段光譜中，都能維持於相當不錯的高吸收率。14脈沖能量實用的雷射成孔技術，是利用斷續(xù)式（Q-switch）光束而進行的加工，讓每一段光敕 （以微秒us計量）以其式（Pulse）能量打擊板材，此等每個Pulse（可俗稱為一槍）所擁有的能量，又有多種模式（Mode），如單光束所成光點的GEMOO單束光點的能量較易聚焦集中故多用於鉆孔。多束光點不但還需均勻化且又不易集中成為小光點，一般常用於雷射直接成像技術（LDI）或密貼光罩（Contact Mask）等制程。15精確定位系統(tǒng)1.5.1小管區(qū)式定位以“日立微孔機械”公司（Hitachi via Machine，最近由“日立精工”而改名）之RF/CO2鉆孔機為例，其定位法是采“電流計式反射鏡”（Galvanometer and Mirro）本身的X.Y.定位，加上機種臺之XY臺面（XY Table）定位等兩種系統(tǒng)合作而成。后者是將大板面劃分成許多小“管區(qū)”（最大為50mm見方，一般為精確起見多采用30mm見方），工作中可XY移動臺面以交換管區(qū)。前者是在單一管區(qū)內(nèi)，以兩具Galvanometer的XY微動，將光點打到板面上所欲對準的靶位而成孔。當管區(qū)內(nèi)的微孔全部鉆妥后，即快速移往下一個管區(qū)再繼續(xù)鉆孔。所謂的Galvanometer是一種可精確微動20以下的鐵制品，磁鐵或線圈式所組合的直流馬達，再裝配上鏡面即可做小角度的轉(zhuǎn)動反射，而將雷射光束加以快速（24ms）折射而定位。但此種系統(tǒng)也有一些缺點，如：所打在板面上的光束不一定都很垂直，多少會呈現(xiàn)一些斜角，因此還需再加一種“遠心透鏡”（Telecentric Lense）來改正斜光，使盡可能的垂直於孔位；電流計式反射鏡系統(tǒng)所能涵蓋的區(qū)域不大，最多只能管到50mm*50mm，故還須靠XY Table來移換管區(qū)。其管區(qū)越小當然定位就越精準，但相對的也就犧牲了量產(chǎn)的時間；大板面上管區(qū)的交接無法達到完全的天衣無縫，免不了會出現(xiàn)間隙或重疊等“接壞錯誤”（Abutment Errors），對高密度布孔的板子可能會發(fā)生漏鉆孔或位失準等故障。此時可加裝自動校正系統(tǒng)以改善管區(qū)的更換，或按布孔的密度而機動自行調(diào)整管區(qū)的大小與外形。1.5.2全板面定位除了上述的“Galvo XY”與“小管區(qū)移換”式的定位外，還可將Galvo XY之鏡面另裝在一組“線性馬達（Liner Motor）上，令其中做全板面的X向移動。別將臺面加裝線性馬達而只做Y移動，如此將可免除接壞錯誤。此法與傳統(tǒng)機械鉆孔機的鉆軸X左右移動，加上臺面Y前后動的定位方式相同。此法可用於UV/YAG光束能較強者之定位，對線外線CO2光束能較弱者，則因其路徑太長能量不易集中而反倒不宜。2二氧化碳CO2雷射成孔的不同制程21開銅窗法Conformal Mask是在內(nèi)層Core板上先壓RCC然后開銅窗，再以雷射光燒除窗內(nèi)的基材即可完成微盲孔。詳情是先做FR-4的內(nèi)層核心板，使其兩面具有已黑化的線路與底墊（Target Pad），然后再各壓貼一張“背膠銅箔”（RCC）。此種RCC（Resin Coated Copper Foil）中之銅箔為0.5 OZ，膠層厚約80100um（34mil）?？扇龀葿-stage，也可分別做成B-stage與C-stage等兩層。后者於壓貼時其底墊上（Garget Pad）的介質(zhì)層厚度較易控制，但成本卻較貴。然后利用CO2雷射光，根據(jù)蝕銅底片的座標程式去燒掉窗內(nèi)的要樹脂，即可挖空到底墊而成微盲孔。此法原為“日立制作所”的專利，一般業(yè)者若要出貨到日本市場時，可能要小心法律問題。22開大銅窗法Large Conformal mask上述之成孔孔徑與銅窗口徑相同，故一旦窗口位置有所偏差時，即將帶領盲孔走位而對底墊造成失準（Misregistration）的問題。此等銅窗的偏差可能來自板材漲縮與影像轉(zhuǎn)移之底片問題，大板面上不太容易徹底解決。所謂“開大窗法”是將口徑擴大到比底墊還大約2mil左右。一般若孔徑為6mil時，底墊應在10miL左右，其大窗口可開到12mil。然后將內(nèi)層板底墊的座標資料交給雷射使用，即可燒出位置精確對準底墊的微盲孔。也就是在大窗口備有余地下，讓孔位獲得較多的彈性空間。於是雷射光是得以另按內(nèi)層底墊的程式去成孔，而不必完全追隨窗位去燒制明知已走位的孔。23樹脂表面直接成孔法本法又可細分為幾種不同的途徑，現(xiàn)簡述如下：2.3.1按前述RCC+Core的做法進行，但卻不開銅窗而將全部銅箔咬光，若就制程本身而言此法反倒便宜。之后可用CO2雷射在裸露的樹脂表面直接燒孔，再做PTH與化銅電銅以完孔與成線。由於樹脂上已有銅箔積而所踩出的眾多微坑，故其后續(xù)成墊成線之銅層抗撕強度（Peel Strength），應該比感光成孔（Photo Via）板類靠高錳酸鉀對樹脂的粗化要好得很多。但此種犧牲銅皮而粗麻樹脂表面的做法，仍不知真正銅箔來得更為抓地牢靠。本法優(yōu)點雖可避開影像轉(zhuǎn)移的成本與工程問題，但卻必須在高錳酸鉀“除膠渣”方面解決更多的難題，最大的危機仍是在焊墊附著可靠度的不足。2.3.2其他尚有采用： FR-4膠片與銅箔代替RCC的類似做法；感光樹脂涂布后壓著犧牲性銅箔的做法；干膜介質(zhì)層與犧牲性銅箔的壓貼法；其他濕膜樹脂涂布與犧牲性銅箔法等，皆可全部蝕銅得到坑面后再直接燒孔。24超薄銅皮直接燒穿法內(nèi)層核心板兩面壓貼背膠銅箔后，可采“半蝕法”（Half Etching）將其原來0.5OZ（17um）的銅皮咬薄到只剩5um左右，然后再去做黑氧化層與直接成孔。因在黑面強烈吸光與超薄銅層，以及提高CO2雷射的光束能量下，將可如YAG雷射般直接穿銅與基材而成孔，不過要做到良好的“半蝕”并不容易。於是已有銅箔業(yè)者在此可觀的商機下，提供特殊的“背銅式超薄