PCB的激光钻孔技术_蔡积庆

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Summarization 综述与评论 Short Comment & & Comment Introduction 短评与介绍
印制电路信息 2012 No.3
图6 电流速度路线图
图8 通用积层板激光加工法的动向
图7表示了孔加工位置精度路线图。下一代PCB 中，对于伴随着高密度化的加工孔数的增加，有必要 谋求提高电流速度的生产性提高，与此同时伴随着内 层焊盘的小径化，反过来又要求提高孔加工位置精 度。为了适应孔加工位置精度的提高，进行了电流伺 服（Galvanoservo）静定（Statically Determinate）技 术，电流位置修正技术和工作台位置确定精度提高等 方面的改善，是孔径加工位置精度达到0.010 mm以下 的高精度化，谋求生产性和高精度化兼顾的同时正在 研究更高的精度提高。
径的小径化，积层层数增加的同时大幅度引起加工孔 数的增加。为此激光加工机必须适应孔径小径化的同 时还要适应小径化内层焊盘上加工位置重合的位置精 度提高和孔数的增加，还要求确保生产性。
图4 PCB钻孔用激光加工装置的主要技术
图6表示了电流速度路线图。决定激光加工速度 的电流扫描器的速度数年前约为1000 Hz，但是使用 现在标准的电流镜（ Galvanomirror ）尺寸的通用积 层，BGA和CSP规格的加工及的电流扫描器的速度为 2400 Hz以上，使用小径用的大型电流镜的FCNGA规 格的加工机的电流速度为1700 Hz以上，大幅度改善 的激光加工机的钻孔速度飞跃的提高，更高的速度 提高正在研究中。
图3 PCB材料加工用激光的波长
2.4
FPC
FPC 利用现在的 CO 2激光敷形和 UV 激光铜直接
首先， PCB 材料加工激光振荡器中使用最多的 是波长9400 m的CO2激光。环氧树脂等绝缘层和玻 璃等被加工材料的CO2激光的吸收率高而促进激光加 工，与之相比，因为盲孔（ BH ）孔底部的铜的 CO 2
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PCB用激光加工机
图3表示了PCB材料加工用激光的波长。
2.3
FCBGA用模组PCB
FCBGA（倒装芯片球栅阵列）用模组PCB
中，为了适应个人电脑（ PC ）用 CPU 等的高速高功 能化的需要，现在发展到线路最高密度化。旨在适 应微细线路化的电路形成正在采用半加成法。现在 正在采用树脂上直接照射 CO 2激光和 UV 激光形成加 工孔的树脂直接加工法进行量产化。今后利用树脂 直接加工的工程方式也不会变化，但是预计孔径将 会从现在的 50 m ~ 60 m 移行到适应高性能化 的50 m以下的小径化。
上所述，伴随着PCB的高密度化要求，传统方法的敷 形和大窗口加工法正在变化，迅速移动到•施行吸收 CO2激光的表面处理并采用激光加工直接铜箔而形成 加工孔的铜直接加工法。目前的状况是通用积层板 的 60%~70% 以上已经量产采用铜直接加工。为了实 现铜直接加工量产化，必须施行吸收稳定的激光以 便均匀加工的表面处理。 图 9 表示了铜直接量产加工的表面处理动向。 目前利用铜直接加工法的量产加工中主要使用黑化 处理和H2SO4~H2O2系的粗化处理（主要的有A和B工
制造商）。激光光的吸收量优良的黑化处理此啊用 7 m ~ 12 m的铜箔厚度实施量产加工，与黑化处理 相比，激光光的吸收量较少些的H2SO4-H2O2系的粗化 处理中采用7 m ~ 9 m的比黑化处理薄一些的铜箔 厚度进行量产加工。由图9可知，采用A和B工制造商 的H2SO4-H2O2系粗化处理时的激光加工性相当而没有 差别。今后伴随着表面处理工程的自动化以及与内 层表面处理的工程共用化等的进步，预计将会增加 H2SO4-H2O2系粗化处理的比例。
图9 铜直接量产加工的表面处理动向
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铜直接加工的动向
图8表示了通用积层板的激光加工法的动向。如
图 10 表示了铜直接量产加工的小径化加工动 向。如上所述的加工动向预测，通用积层板的量产 孔径为75 m ~ 200 m，但是生产量最多的便携电 话用的母板中以100 m ~ 125 m的孔径为主流。 随着以智能电话为代表的最近的便携电话的高功能 化，母板发展成为高密度化和高多层化，加工孔径 以更加小径化的25 mm左右为主流。瞄准下一代的 50 m 的孔加工也开始研究。在这些智能电话用的 母板中不仅朝着孔径的小径化，而且为了适应以高 密度线路化为目的薄铜箔化高多层基板的整体基板 厚度的薄板化，正在朝着减少绝缘层厚度的方向。 加工条件中，为了适应伴随着高密度化高多层化而 产生的每一枚PCB的孔数增加，即使在小径孔加工中
Printed Circuit Board (PCB); Laser drilling; Cu direct drilling; Surface treatment for Cu
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前言
近年来以便携电话，笔记本 PC 和数字摄像等为
和高精度化，尤其是安装半导体等元件的外层积层 部迅速发展到导体宽度的微细化，BH导通孔的小径 化，孔数增加和多层化。图1表示了PCB制造中钻孔 机所担当任务。下面具体的叙述各种PCB的加工工程 和加工孔径等加工动向预测。
代表的电子关联产品的高功能化迅速发展。为了实 现这些电子产品的高功能化，安装的半导体电子元 件的小型化和高性能化以及安装这些电子元件的PCB 的高密度化，多层化，导通孔的小径化和高精度化 都是不可缺少的。利用激光的PCB孔加工技术，随着 PCB的高密度化而开发的积层法的盲孔（BH，Blinel Hole）加工方法强力要求特别的小径化和高精度化。 本文就PCB的激光钻孔加工技术的现状和下一代PCB 的动向，以及目前量产加工量最多的使用提高激光 吸收率的表面处理的直接激光加工铜以便形成导通 孔的铜直接钻孔加工加以介绍。
来说，UV第3次高谐波中355 nm和UV激光具有优良 的小径孔加工性。但是目前的量产加工中的孔径为 50 m以上，如图5所示的铜直接加工和树脂直接加 工的小径加工例那样，利用CO2激光可以适应50 m 的加工，尤其是当 CO 2 激光输出功率大到 10 倍以上 时，由于生产效率高等关系，所以现在利用CO2激光 的加工成为主流。
图5 小径孔钻孔用激光加工装置的主要技术
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
另外利用小径孔（Aperture）的光衍射扩展的电 子束导入f透镜和利用焦点距离短的f透镜的成像可 以实现小径化，除了这些光学系统以外还需要最适 合小径加工的加工能量和电子束模式控制技术。
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确保生产性和提高孔位置精度
下一代PCB中，孔径小径化的同时引起内层焊盘
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PCB的激光钻孔技术
蔡积庆 译 （江苏 南京 210018）
摘 要 概述了PCB激光钻孔技术的现状和下一代PCB激光钻孔技术的动向。 关键词 印制板（PCB）；激光钻孔；铜直接钻孔；铜直接钻孔的表面处理 中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1009-0096（2012）03-0015-05
图5表示了小孔径激光加工装置的主要技术。图 中设定激光波长，f透镜入射电子束经 d0，f透镜 焦点距离F，模式次数M2的情况下，加工点电子束径 标准束径 d为 d=（2.44F/ d）M2。激光的波长和f 透镜的焦点距离F越短加工点电子束经 d就越小，特 别是f透镜的入射电子束经 d0越大加工点电子束经d 就越小。关于激光的波长，相对于CO2激光9400 nm
Laser Drilling Technology for Printed Circuit Board
Abstract board. Key words direct drilling
CAI Ji-qing This paper describes current status of laser drilling technology for next generation printed circuit
法实施75 m ~ 200 m的量产化。预计今后逐渐移 行到使用UV激光的铜直接加工法。图2表示了代表性
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激光几乎全部被反射，吸收率降低为1.2%~3%，而不 能加工，所以盲孔加工时，到内层铜箔就会停止。 其次是波长355 nm的紫外（UV，Ultra Violet） 激光对于绝缘层，玻璃和铜的吸收率都高，而适用 于PCB加工用。由于铜的UV激光吸收率高而不同于 CO2激光，可以直接加工铜。但是通过调整加工能量 和电子束方式也可以控制到不会加工内层铜箔的状 态，从而可以进行盲孔加工。 图 4 表示了 PCB 小径孔加工所需要的激光加工 装置的主要技术。激光加工机是由（ 1 ）与加工目 的重合的加工点的激光电子束模式可以选择高斯 （ Gauss ）分布，园顶（ Rouncl Top ）分布和顶环 （ Top Hat ，顶帽）分布的瞄准透镜（ Collimation Lens）； （2）由电子束整形器（Beam Shaper）和进 行加工径调整的孔（Aperture）等构成的电子束整形 光学系统； （ 3 ）维持脉冲能量的状芯进行高速多电 子束化的电子束开关（Beam Switching）； （4）高速 高精度确定位置的电流扫描器（Galvanoscanner）； （5）电子束在扫描范围内均匀成像的f透镜等构成 的。另外，通过独特的阶跃脉冲（Step Pulsel）控制 来控制个别加工发射的脉冲幅度（最小 1 m ），使 得适合于加工的电子束能量最佳化，从而可以确保 实出物（Overhang）和玻璃的熔融，突出的控制和减 轻孔壁面粗糙度等孔品质。
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2.1
常规基层板