與基板的UV激光加工新工藝

1、PCB 與基板的 UV 激光加工新工藝目前， UV 激光鉆孔設(shè)備只占全球市場的 15% ， 但該類設(shè)備市場需求的增長要比新型的 CO2 激光鉆 孔設(shè)備的需求高3倍。孔的直徑甚至小于50,2 的多層導(dǎo)通孔和較小的通孔也是當(dāng)前競爭的焦點， UV 激光為當(dāng)前的競爭提出了解決方案；除此之外，它還 是一種用于精確地剝離阻焊膜以及生成精密的電路圖 形的工具。本文概述了目前 UV 激光鉆孔和繪圖系統(tǒng) 的特性和柔性。還給出了各種材料的不同類型導(dǎo)通孔 的質(zhì)量和產(chǎn)量結(jié)果以及在各種蝕刻阻膜上的繪圖結(jié) 果。本文通過展望今后的發(fā)展，討論了 UV 激光的局 限性。本文還對 UV 激光工具和 CO2 激光工具進(jìn)行 了比較，

2、闡明了二者在哪些方面是可以競爭的，在哪些方面是不可競爭的，以及在哪些方面二者可以綜合 應(yīng)用作為互補的工具。UV 與 CO2 的對比UV 激光工具不僅與 CO2 的波長不同， 而且 各自在加工材料， 如象 PCB 和基板，也是兩種不同的 工具。光點尺寸小于 10 倍，較短的脈沖寬度和極高 頻使得在一般的鉆孔應(yīng)用中不得不使用不同的操作方 法，并且為不同的應(yīng)用開辟了其它的窗口。UV 在極小的脈沖寬度內(nèi)具有高頻和極大的 峰值功率。工作面上光點尺寸決定了能量密度。 CO2 能量密度達(dá)到 5070J/cm2 ，而 UV 激光由于光點尺 寸小得多，所以能量密度可達(dá) 50200J/cm2 。由于 UV 光點尺

3、寸比目標(biāo)孔直徑還要小，激 光光束以一種所謂的套孔方式聚焦于孔的目標(biāo)直徑內(nèi)。對于 UV 激光，鉆一個完整的孔所需的脈沖 數(shù)在 30 到 120 之間，而 CO2 激光則只需 2 到 10 個 脈沖。UV激光的頻率要比C02的高5到15倍。在 去除了頂部銅層后，可使用第二步，通過擴(kuò)大的光點 清理孔中的灰色區(qū)域。當(dāng)然還可使用 UV 激光進(jìn)行沖壓，不過光點 的大小決定了能量密度，且不同材料的燒蝕極限值決 定了所需的最小能量密度。這樣根據(jù)不同材料的燒蝕 極限就可導(dǎo)出 UV 沖壓方式使用和最大光點尺寸。由于 UV 激光所具有的能量，目前僅將沖壓 方式用于孔直徑小于 75im 、燒蝕極限極低的軟材料 如TC

4、D，或用于小焊盤開口的阻焊膜燒蝕。通過套孔方式將必要的能量帶進(jìn)孔內(nèi)的時間在很大程度上取決于孔自身尺寸，孔直徑越小，UV激光工具就鉆的越快。 CO2 與 UV 激光之間的切換點 為 75 到 50im 的孔直徑之間。CO2 激光的三種局限性：第一：由于 10im 光波在孔邊緣的繞射，需 要考慮最小的孔尺寸。第二：在銅上該波長的反射。第三：厚度達(dá)波長 1/2 的底層銅上的殘留物。 波長短得多的且在銅上有較高吸收率的 UV 激光就不存在上述三種局限性，因此， UV 激光就成 為一種理想的工具，它可用來在涂覆了任意一種銅材 料的高檔PCB和基板即高密度互連技術(shù)（HDI ）上鉆 小孔。HDI 一瞥HDI

5、 的要求是：成孔直徑在 75im30im 的范圍內(nèi)； 線及其間距為 2mil/mil1mil/1mil ；焊盤在250im200im ；并且阻焊膜開口的精度要達(dá)到 15 到10im 。新設(shè)計不僅要求盲孔為 1 層2 層，而且要求 多層導(dǎo)通孔和通孔。還要求孔的外形能夠?qū)崿F(xiàn)采用鍍 覆的方法，并支持導(dǎo)通孔的填充。據(jù)預(yù)測，市場的發(fā) 展要求在 2 到 3 年內(nèi)不只要降低倒芯片基板的價值， 還要降低批量生產(chǎn)的價值。UV 激光的鉆孔方法CO2 激光只有兩種主要的運行功能： 在電場 之間的工作臺步進(jìn)運行功能和電場范圍內(nèi)孔之間的電 運行功能。峰值功率會降低， 可在 1 到 100ns 之間選 擇脈沖寬度，頻率范

6、圍在 1 到 4kHz 之間。對于不同 的材料，只有這三個參數(shù)和脈沖 / 孔的數(shù)量可用來描述 鉆孔工具。首先， UV 激光多了一種運行功能即第三種 功能- 成型孔徑內(nèi)的電微聚焦。這種套孔充許根據(jù)孔徑對內(nèi)部和外部形狀（同心圓 = 形狀）進(jìn)行調(diào)整。形狀的重復(fù)適應(yīng)于材料厚度，聚集內(nèi)外光點的大小確定 了能量密度以適應(yīng)材料的燒蝕極限。由激光頻率和電 循環(huán)速度形成的脈沖順序重疊確定了各形狀的能量。就 UV 激光特性而言，激光頻率、脈沖寬度 和平均最大功率相互之間關(guān)系相當(dāng)密切。黃色區(qū)域表 明有直接的關(guān)系，紅色區(qū)域則有相反的關(guān)系。要在一序列不同的材料上鉆孔， UV 激光可 提供所謂順序步驟，例如達(dá) 8 個不同

7、的獨立鉆孔工序。 在整個孔的鉆孔過程中，可根據(jù)聯(lián)機(jī)的各工序調(diào)整表 2 中所有的工具參數(shù)。 。由于環(huán)氧樹脂的燒蝕極限比銅 （黃色）的低， 清潔工序（綠色）就不能探入底層銅。光束柔和地照 射，均衡了材料的厚度和一致性的公差。通過 UV 開發(fā) HDI 的導(dǎo)通孔工藝A 工藝 B 工藝 C 工藝A 工藝： 4 步工藝工序，混合了潤濕和激光 工序，掩膜公差在 50 到 70im 之間，一般最小的孔尺 寸為 100 到 125im.B 工藝： 2 步激光工序， 1 步潤濕工序， 由于 CO2 在掩膜上的繞射，小孔的直徑約為 60im 。對經(jīng) 過特殊處理的銅材料 CO2 可提供的銅開口厚度的極 限為 7im

8、。這種工藝仍需去除鉆污。C 工藝： 1 步激光工序， UV 激光對內(nèi)層和外 層銅的鉆孔無限制， UV 還多了一個清潔工序，從而 使去除鉆污工序降到了最低限度，甚至可取代去鉆污 工序。UV 激光具有將一個完整孔的工藝步驟減至1 種單獨的激光工序的能力，特別是取消了對去鉆污 的需求，甚至完全可以不用這一工序，尤其是對于脈 沖圖形電鍍。不需要使用侵蝕性去鉆污工序，例如對 CO2 激光而言，孔的形狀的粗糙度、芯吸和桶形畸變 得到了改善。UV 激光的其它應(yīng)用和質(zhì)量結(jié)果盲孔雙層導(dǎo)通孔通孔采用了柔性新的激光系統(tǒng)除了能夠?qū)嵤┏Ｓ镁劢拐丈洳?作孔內(nèi)，還可進(jìn)行復(fù)雜的繪圖操作，可用它切割出細(xì) 線圖形或用于埋入掩膜后

9、的阻焊膜去除。幾乎可以對 任何形狀的加工區(qū)域進(jìn)行加工處理。到目前為止，當(dāng)阻焊膜上的缺陷僅是一些小 毛病、無關(guān)緊要時，僅把激光燒蝕阻焊膜用于修復(fù)一 些被損壞的焊盤，這樣就不會使整個面板廢掉，但是HDI 技術(shù)要求開口尺寸和定位更精確一些，下圖所示 是在壓力蒸汽測試和熱循環(huán)后所形成的圓形和方形的 阻焊膜開口及橫截面。速度每秒可達(dá) 100 多個焊盤， 對于BGA和FC,每個IC上128個焊盤的成本約0.5 美分。在繪制細(xì)線時，通過激光軌刻劃出圖形，如 下圖所示， 激光軌的速度可達(dá) 1000mm/s 。激光燒蝕 1im 厚的錫后，寬度在 1525im 之間。在繪制了錫 圖形后，對圖形進(jìn)行蝕刻，并保持激光

10、的軌跡寬度的 間距和蝕刻的副作用。對于厚度為 12im 的銅可以得 到低于 2mil/2mil 的圖形。下圖所示是2mil/2mil結(jié)構(gòu)的IC和MCM圖 形的扇出。直接繪制細(xì)線圖形的應(yīng)用受到了繪圖速度 的限制，如下圖所示的扇出只需不到 1 秒，而在 40 X 40mm的面積內(nèi)一個完整圖形的扇出就需要10到 15 秒結(jié)論UV 激光系統(tǒng)為現(xiàn)有的 CO2 鉆孔工具提供了 一個補充解決方案。對于鉆孔而言，短波長和小光點 具有更大的柔性和更高的復(fù)雜性。 UV 激光的目標(biāo)更 多是為滿足 HDI 的需求。與 CO2 性能相比，尤其是 對于大孔， UV 在產(chǎn)量上仍存在著差距，但是隨著高 功率和高頻率的 UV 激光的發(fā)展，這種差別將越來越 小。用 UV 激光生成導(dǎo)通孔的加工工序數(shù)將減少到一 個單獨的激光工序，并且所需的