激光直接打孔技术定位方法的探讨_曲键_崔连旺_郑威

Mechanical Processing Market Development 机械加工 市场发展
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△R 68 54 28
Ave 35.2 34.3 14.5
扫靶孔 定位
激光孔VS外层 激光孔VS机械孔 激光孔VS内层
82 73 64
3 10 1
79 63 63
2.2.2
直接烧靶定位
此种方法是采用黑化或棕化对铜箔进行表面预 处理，然后采用激光直接烧靶定位，如图所示。图 3 中，天窗层铜箔 1 通过半固化片 3 和芯材 4 压合在一 起，在激光束 5 的作用下，天窗层铜箔 1 被烧蚀出蚀 铜靶区1a，此时，半固化片3已经被局部烧蚀，且残 留厚度不均匀；在激光束 5 的继续作用下，蚀铜靶 区1a下部的半固化片3被完全烧蚀，并透过次外层承 接盘 2 的对位靶孔 2a 向芯材 4 内部烧蚀，形成深浅不 一的孔洞，严重时会造成芯材烧蚀击穿 4a 。由此可 见，由于预处理的不均匀，定位靶标的烧蚀状态不 一致，生产过程不稳定，严重影响生产效率。虽然 这种方法的定位精度能达到30 m以内，但很难予以 批量使用。
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印制电路信息 2014 No.2
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激光，氙灯泵浦 YAG 激光器红外激光，半导体侧面 泵浦YAG激光器红外激光。
扫靶孔定位和直接烧靶定位。
2.2.1
扫靶孔定位
此种方法是在激光直接打孔时，直接使用由 X-Ray扫靶机识别内层靶环钻孔而成的扫靶孔作为定 位基准。由于引进了扫靶孔自身的位置精度误差， 定位精度不高，最大偏差会达到 60 m 。而且，当 扫靶孔存在铜屑毛刺、孔型不圆等问题时，激光钻 床对扫靶孔的识别精度会大受影响，不但影响生产 效率，重要的是激光孔的对位精度会直接变差。然
2.2
激光直接打孔
激光直接打孔使用连续多枪脉冲，每一枪能
量不同，首先使用高能量脉冲熔铜，形成盲孔的雏 形，起到开铜窗的作用，减少熔铜飞溅，保证一定 的孔圆度，然后用较低能量的脉冲加工介质，对孔 壁进行有效修理，具体如图2所示。
图2
激光直接打孔工艺因其流程短、加工精度高， 成本低等优点而被业界广泛关注，与之相对应的， 不断有相关的设备、材料、铜箔表面处理等新产 品，新技术的出现。 对于激光直接打孔而言，定位基准尤为关键。 传统的激光直接打孔技术的定位方式一般有两种：
准四个红外线交叉光点7a，盖上镜板6，层压加工， 再对层压后的印制板进行黑化加工。其中，所述天 窗层铜箔1在数控铣床上使用预设的铣程序加工，在 铜箔的四角开窗口，形成开窗靶区1b，所述开窗靶区 1b为正方形（边长6 mm ~ 10 mm）或圆形（直径6 mm ~ 10 mm），四个开窗靶区1b的间距与印制板芯材4上四 个次外层承接盘2的间距相同。 （3）对层压后的印制板进行棕化或黑化加工。
41.7 31.6 30.1
4
总结
使用直接在天窗层铜箔上定位靶标位置开窗口
的高端印制板产品，对HDI板定位精度比较挠头的制 造厂可以考虑采用此方法。然行文粗陋，难免贻笑 大方，望业界同仁不吝指正。 PCI
的开窗烧靶定位方式，取代直接烧靶定位的加工方 法，彻底杜绝了由于预处理的不均匀而产生的定位 靶标的烧蚀状态不一致问题，生产过程稳定，生产 效率和产品品质显著提高。 一个比较关键的问题在于如何对天窗层铜箔进 行开窗口加工，大家可以根据自身的具体条件，或 钻、或铣、或冲，无一不可，但需要注意的是要保 证铜箔的完好性和清洁度。 笔者自认采用此方法加工的HDI印制板，其激光 孔与内层图形对位精度极高，适用于产品等级较高
Investigation of the location method of laser direct drilling
QU Jian CUI Lian-wang ZHENG Wei With the requirement of HDI PCB design accuracy increasing and cost reduction, the direct laser Abstract drilling technology is gotten the extensive application. This article summarized the location method of direct laser drilling technology. By comparing the advantages and disadvantages between the traditional X-Ray location hole and direct burning location, the new location method of burning location with windows is created. The production process are tested and gotten the good effect. Key words Laser Direct Drilling; X-Ray location Hole; Direct Burning location; Burning location with Windows
3.1
工艺流程设计
印制板芯材制作→点焊→天窗层铜箔开窗口→
叠板层压→棕化/黑化→烧靶定位→激光钻孔 具体过程如图4和图5所示。
3.1.2
激光直接打孔方法
（ 1 ）采用预设程序对天窗层铜箔的四个开窗靶 区露出的半固化片进行烧蚀，露出次外层承接盘和 对位靶孔； （2）以对位靶孔为定位基准，进行激光直接钻孔。
图1
而，虽然存在这些问题，作为一种最方便的定位模 式，扫靶孔定位仍然是目前印制板厂商在激光直接 打孔工艺上的首选。
CO2激光成孔因其加工效率和光电转换效率及成 本上的优势而被广泛采用。其成孔主要是通过波长 和能量稳定的红外线作用在待加工的介质上，使用 红外线的热效应加工，使介质气化，而铜和 FR-4 介 质对红外线吸收率不一样（介质对红外线吸收率＞ 80%，铜对红外线吸收率＜10%），因此红外线只能 作用于介质，而对铜无法打穿，因此正常的CO2激光 加工工艺，需先蚀刻开铜窗后再进行激光成孔。而 激光直接打孔工艺加工，在激光钻孔前，必须进行 铜箔表面处理，增加激光的吸收性，方可进行激光 孔加工。
1
前言
高密度互连（HDI）是生产印制板的一种技术，
2
2.1
激光直接打孔技术
激光
激光是指当原子在跃迁（高能级向低能级的过
使用微盲埋孔技术的一种线路分布密度比较高的电路 板。电子设计在不断提高整机性能的同时，也在努 力缩小其空间尺寸，同时在有限的空间内架构更加 密集的逻辑网络，要求更小的PCB特征尺寸，这推动 了对HDI/微型过孔的强烈需求。凡直径小于150 m 以下的孔在业界被称为微孔（Microvia）。HDI板一 般采用积层法（Build-up）制造，积层的次数越多， 板件的技术档次越高。普通的 HDI 板基本上是 1 次积 层，高阶 HDI 采用 2 次或以上的积层技术，同时采用 叠孔、电镀填孔、激光直接打孔等先进PCB技术。
第一作者简介
曲键，技术中心研发部副部长
致歉与更正
致读者： 2014 年 1 月期中常煜、杨振国的《一种制造印制电路板的加成法新工艺》一文，由于排版校对时失 误，出现以下错误，现做更正： P12页，摘要中“少减法”应为“加成法”； P13页，“10 ·cm ~ 3 ·cm至10 ·cm ~ 5 ·cm”应为“10-3 ·cm至10-5 ·cm”； P14页，“方阻伟5 m”应为“方阻为5 m”。 同时，我们在“中国知网”与“万方数据”的网站上，将依然以正确的文章供读者们下载阅读。 最后，本刊编辑部对此情况的发生，衷心地向此文作者与广大读者深表歉意！
图3
3
开窗烧靶定位
针对以上激光直接打孔工艺定位方式存在的问
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题，笔者提出了一种开窗烧靶定位模式，即可以解 决扫靶孔定位对位精度不高的问题，同时也彻底杜 绝了直接烧靶Fra Baidu bibliotek位存在的芯材烧蚀击穿缺陷，可谓 一举两得。 下面仅就开窗烧靶定位和业界普遍采用的扫靶 孔定位做一比较。
程）时受到外来光子（具有一定能量以光速运动的 粒子）的诱发，原子就会发出一个与入射光子频率 相近，传播方向完全相同的光子，这就是受激辐射 的光，这些光子通过谐振，受激辐射越来越强，光 密度不断增大，形成激光。 激光按波段分，可分为可见光、红外、紫外、 X光、多波长可调谐，目前工业用红外及紫外激光。 例如CO2激光器红外激光，氪灯泵浦YAG激光器红外
3.2
对位精度实验比较
按前文所述的工艺方法进行开窗烧靶定位和扫
靶孔定位的对比实验，实验板工艺流程见图6。
图4
图5
3.1.1
层压方法 3.2.1 实验数据
图6
（1）在天窗层铜箔1的四角铣开窗口，形成开窗 靶区1b。 （2）层压叠板时，首先在下镜板6上平铺一张天 窗层铜箔1，并使其粗糙面朝上；然后使用叠板台红 外线发生器产生红外线形成四个交叉光点7a，并移动 光点7a位置使其与四个开窗靶区1b中心对正；取点焊 好的印制板芯材 4 按正确的方向平放到天窗层铜箔 1 上，并使其四角的次外层承接盘2中心对准四个红外 线交叉光点7a；最后，在芯材4上平铺一张天窗层铜 箔1，其粗糙面朝下，并且四角的开窗靶区1b中心对
实验数据如表1所示。 小结：开窗烧靶定位工艺的激光孔与内层图形 的对位精度在30 m以下，远远好于扫靶孔定位工艺 的60 m。
3.2.2
实验板对位效果
开窗烧靶定位工艺的激光孔与内层图形的对位 效果要远远好于扫靶孔定位工艺。
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印制电路信息 2014 No.2 表1 开窗烧靶定位和扫靶孔定位对位精度比较数据 对位方式 开窗 烧靶 定位 对位层 激光孔VS外层 激光孔VS机械孔 激光孔VS内层 偏差数据 72 38 65 53 12 13 28 14 1 15 61 40 30 31 19 18 24 50 22 29 25 11 26 14 16 61 35 15 16 26 46 26 24 14 17 22 28 36 51 39 25 36 25 20 28 74 73 26 63 29 43 39 0 8 17 20 10 30 12 36 4 24 17 25 5 82 42 32 60 45 35 21 19 0 5 3 24 20 1 47 27 29 20 8 1 16 31 13 27 64 37 39 12 18 12 38 12 16 23 13
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激光直接打孔技术定位方法的探讨
曲 键 崔连旺 郑 威 （大连太平洋电子有限公司，大连 116600）
摘 要
随着HDI印制板设计精度的日益提升及成本降低的需求，激光直接打孔技术得到日益广 泛的应用。本文针对激光直接打孔技术定位方法进行探讨，通过对比传统的扫靶孔定 位和直接烧靶定位的优缺点，提出了一种新的定位方法-开窗烧靶定位，并对该方法进 行实验确认，得到了较好的效果。 关键词 激光直接打孔；扫靶孔定位；直接烧靶定位；开窗烧靶定位 中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1009-0096（2014）02-0044-04
参考文献
[1] Michael Carano. What Pushed the Technology Envelope in 2012 and a Look Ahead to 2013[J]. PCB magazine, 2012,12. [2] 陈永生 . 任意层互连印制板工艺发展路线 [J]. 印 制电路信息, 2013,4. [3] Mike Adelstein. Looking Outside the Hole: The Evolution of Via Drilling[J]. PCB magazine,2013,05.