★激光钻孔培训教材
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Dongguan Shengyi Electronics Ltd.
激光钻孔工艺培训
ME机械加工小组
2006年6月
1 Meadville Technologies Group
目录
激光钻孔目的 激光钻孔原理 工艺流程 设备及物料 激光钻孔参数 工艺能力 主要问题 关于激光钻孔的控制
9
工艺能力
加工工艺
Conformal mask 工艺加工
用图形转移工艺在表面铜箔层蚀刻出与要加工的孔径尺寸相同的 “窗口”，然后用比要加工孔径尺寸大的激光光束来进行加工。
Large window工艺加工
用图形转移工艺在表面铜箔层蚀刻出比要加工的孔径尺寸大的 “窗口”，然后用与要加工孔径尺寸相同的激光光束来进行加工。
工艺能力
不同盲孔介质材料、孔径、工艺的加工
工艺
介质材料 加工孔径
备注
RCC
4,5,6,8mil RCC生产参数根据介质厚 度不同而略有不同
FR4:1×106 4,5,6,8mil 较少用胶片
Conformal mask
FR4:1×1080
4,5,6,8mil
常用胶片
FR4:2×106 5,6,8mil 特种组合
– 盲孔蚀铜蚀刻未净。
盲孔开路
– 激光钻孔能量过小； – 层压介质层厚度偏差过大；
– Desmear 除胶不净。
13
控制与影响
一、参数设置除关键激光钻孔参数的设置外，还有如下控制要求：
㈠ 钻机设置与控制 1.伸缩旋转 ⑴SCLAING补偿设置： 0.06%。设备范围： ± 0.9999%,最小分辨0.0001% ⑵ROTATION补偿控制： ±360.00000° ,最小分辨0.00001° 2.测板厚设置 要求按照层压后板厚的公差来设置板厚范围，可适当微调（±50μm ） 3.激光头运行时间监控 根据供应商提供的激光头使用寿命来定时监控。 4.LASER POWER监控 正常生产时每天定时测量（每3小时一次） 5.GCOMP校准精度监控 正常生产时每天定时测量（每3小时一次）
14
控制与影响
㈡ 辅助设备及环境条件的控制 • 电源稳压器输出电压：200±2V • 工作气压：0.56~0.68MPa • 冷水机设置：20±1℃ • 温湿度控制：温度22±2℃，湿度50±10%。
温、湿度等环境因素会影响钻机内部光路
15
控制与影响
一、前后工序的影响
㈠前工序的影响
1.板的平整度与尺寸稳定性 由于激光钻孔为自动上下板进而自动识别标靶来进行高精度定位，在自动定位时有一定的 伸缩(scaling)和偏转(rotation)控制，故要求待钻板板面较平整，板材尺寸稳定性在受控范围 内，板边与板内单元规则分布，否则就会影响激光钻孔的自动定位与正常生产。例如有一 款板6935008在锣边是因为故障使得板边被锣成平行四边形，导致激光钻机在自动识别标 靶时因为偏转太大而屡屡报警，最终无法自动上下板生产！
Cu—Direct工艺加工
即直接钻铜法，在铜厚减到相应厚度再进行表面处理的铜面上直 接加工出相应孔径的盲孔。（目前此工艺在我司研发中）
10
工艺能力
设备性能
机号
1#[1Βιβλιοθήκη Baidu80]
2#[1181]
3#[1179]
4#[1197]
备注
型号 一般钻孔孔径 Cu Direct Drill
LC1C21WE/1C 100~ 200μm
2.主要物料
主要设备
型号及规格 供应商（生产商）
备注
尺寸：
校准片
100×100mm
[Acrylic有机玻璃片] 尺寸：130×70mm
70×70mm
东利企业公司 东利企业公司
1#、2#机用，校准片 为矩形，公差±1mm。
3# 、4#机用，校准片 为矩形，公差±1mm。
Fθ透镜保护膜
\
信昌（HITACHI） 能量透过率在93%以上
– 盲孔曝光、显影、蚀铜不良，使开窗过小或未开窗
盲孔偏孔
– 标靶偏移/钻孔标靶程序异常； – 盲孔蚀2开窗偏（如右图）； – 开窗孔径尺寸偏差；
– 激光钻机台面/电扫描镜定位精度差 conformal开窗偏
12
主要问题
盲孔孔形差
– 激光钻孔参数不合理； – 层压介质层厚度不均匀； – 盲孔蚀铜开窗圆度差；
FR4:2×1080 6,8mil 特种组合
Large RCC
4,5,6mil 常用胶片
window FR4:1×1080 4,5,6mil 常用胶片
8
工艺能力
加工方式 采用小区域分段作业。例如将整个panel分为一个个 30×30mm 或 50×50mm 范 围 ， 每 个 30×30mm 或 50×50mm范围内孔根据不同钻孔模式按一定顺序或方法 逐一加工完成后，移至下个区域。各区域局部加工采用 特殊镜面微调反射，进行区域内各孔X、Y定位。区域之 间移动定位靠X、Y台面移动实现。 如“CO2激光钻孔机核心结构简图”所示
开大窗离线路边咬蚀大
18
控制与影响
2.盲孔孔径孔形对沉铜电镀参数的影响 当前我司的激光钻孔生产的盲孔孔径范围为4～8mil（即0.1～0.2mm）， 大多数HDI板盲孔孔径为4～5mil的微孔，而盲孔介质厚度、孔形等综合 因素对我司沉铜电镀的深镀能力影响较大，需根据生产实际界定能力。
厚径比较大，深镀差
/
LC1F21WE/1C 100~ 200μm
/
LC2G212E/2C 100~ 200μm 100~ 150μm
LC2G212E/2C 100~ 200μm 100~ 150μm
可钻板厚
0.1～3mm
最大钻板尺寸
21″×27″
定位精度
钻孔精度
Positioning speedmax
±20μm 700point/sec
2.盲孔介质层 盲孔介质层厚度的均匀性直接影响到激光钻孔的孔形质量。尤其是RCC在层压后的介质厚 度影响着激光钻孔参数的选定；
（如图所示为6935008D0的盲孔切片 图1介质厚度仅52 μm ，图2介质厚度达80 μm ）
图1
图2
16
控制与影响
3.盲孔蚀铜（开窗）质量 开窗尺寸、开窗圆度和蚀铜效果影响盲孔孔形品质； （如图所示）
5
设备及物料
1.设备控制
主要设备 编号 1#[1180]
CO2 激光 2#[1181] 钻孔机 3#[1179]
4#[1197]
型号及规格 LC-1C21WE/1C LC-1F21WE/1C LC-2G212E/2C LC-2G212E/2C
供应商（生产商） 备注 信昌（HITACHI） 单轴 信昌（HITACHI） 单轴 信昌（HITACHI） 双轴 特新（HITACHI） 双轴
2
激光钻孔目的
PCB通过吸收CO2红外线激光的能量，烧 蚀掉要加工的材料而形成半封闭空间的盲孔 形状，为后工序小孔金属化而连通相邻两层 线路作准备。
3
激光钻孔原理
CO2气体在增加功率及维持放电时间下，产生波长在9.3μm ~10.6μm之间的
可实用的脉冲式红外激光。红外线的基本特性是能够穿透绝大多数的有机物材
电扫描镜 （两片特殊的反射镜）
F透镜
扫描区域 PCB 待钻板
4
工艺流程
主要流程：调钻孔参数→测激光能量→上板→调程序 →做GCOM补偿→找激光标靶→钻板→下板→检板
关键操作说明： 调钻孔参数：根据在线板的结构条件，按照控制计划等相关文件 要求设置激光钻孔参数。 测激光能量：热机，保证能量的稳定性。当前测量为频率为3小 时/次，停机10分钟以上必须热机，使能量在0.8±0.08W范围内。 调程序：从工程网上调入激光钻孔程序。 做Gcomp补偿：检测并补偿电扫描器的镜面反射，使准确定位， 精度要求XY≤15μm，频率为3小时/次； 检板：用百倍镜检查已钻板盲孔烧蚀是否彻底，孔形、孔径是否 良好。
开窗残铜
4.激光钻孔用标靶质量 激光钻孔的定位标靶位于板边四角，容易受前工序影响，如标靶残缺、擦花 等，前工序任何一个环节损害激光钻孔用标靶都会直接影响激光钻孔生产。 尤其是主流的large window工艺的次外层标靶受到影响的机会更多。
内层标靶因 残铜而破坏
17
控制与影响
㈡ 后工序的影响 1.Desmear咬噬量对激光钻盲孔孔形、孔径的影响
±5μm ±15μm
±12.5μm
1000point/sec 1400point/sec 1700point/sec
平均最大钻 孔速度
11
主要问题
烧蚀不净
– 激光钻孔参数不合理； – 激光钻机能量偏低；
– 层压介质层厚度均匀性差；
– 开窗孔径偏差大
小孔、漏孔
large windoe开窗偏
– 钻孔程序问题；
激光钻孔后需要经过Desmear除胶再进行盲孔金属化，在Desmear除胶过程中 如果Desmear咬噬量过大会对激光钻盲孔孔形有影响。 HDI盲孔的孔径主要由激光钻孔烧蚀大小决定，但HDI盲孔孔径的最终形成要 到Desmear除胶后， Desmear咬噬量对激光钻盲孔孔径也有一定的影响。 如图所示，6625028图形电镀后切片图，单边咬蚀25，玻璃纤维突出孔形较差
料表面到内部的特性，同时，绝大多数有机物材料具有强烈吸收红外线波长的
特点。有机物材料分子吸收红外线波长而提高能量，这就体现了红外线的“热
效应”特性。CO2激光钻孔机就是应用红外线的这种光热效应，采用热加工的 聚光透镜对有机物进行烧灼，形成连通性盲孔。
CO2激光钻孔机核心结构简图
激光头
光束整形装置
光阑孔
6
钻孔参数
激光钻孔关键参数 Aperture——光束等级（光束大小）； Mode——钻孔模式； Pulse period——脉冲周期； Pulse width.——脉冲宽度； Pulse Count——脉冲次数；
power
Pulse width
Pulse period
time
7
孔形差，沉铜效果差
小结：激光钻孔机是高精密、高速度、自动化的生产设备，主要加 工的HDI板的特点是孔密线细同时又较轻、薄，容易受到生产过程中各 种因素的影响。对HDI板需要严格控制各个生产环节，尤其是前后相关 工序，以确保各工序顺畅生产，才能不断提高工艺水平和生产效率。19
20
激光钻孔工艺培训
ME机械加工小组
2006年6月
1 Meadville Technologies Group
目录
激光钻孔目的 激光钻孔原理 工艺流程 设备及物料 激光钻孔参数 工艺能力 主要问题 关于激光钻孔的控制
9
工艺能力
加工工艺
Conformal mask 工艺加工
用图形转移工艺在表面铜箔层蚀刻出与要加工的孔径尺寸相同的 “窗口”，然后用比要加工孔径尺寸大的激光光束来进行加工。
Large window工艺加工
用图形转移工艺在表面铜箔层蚀刻出比要加工的孔径尺寸大的 “窗口”，然后用与要加工孔径尺寸相同的激光光束来进行加工。
工艺能力
不同盲孔介质材料、孔径、工艺的加工
工艺
介质材料 加工孔径
备注
RCC
4,5,6,8mil RCC生产参数根据介质厚 度不同而略有不同
FR4:1×106 4,5,6,8mil 较少用胶片
Conformal mask
FR4:1×1080
4,5,6,8mil
常用胶片
FR4:2×106 5,6,8mil 特种组合
– 盲孔蚀铜蚀刻未净。
盲孔开路
– 激光钻孔能量过小； – 层压介质层厚度偏差过大；
– Desmear 除胶不净。
13
控制与影响
一、参数设置除关键激光钻孔参数的设置外，还有如下控制要求：
㈠ 钻机设置与控制 1.伸缩旋转 ⑴SCLAING补偿设置： 0.06%。设备范围： ± 0.9999%,最小分辨0.0001% ⑵ROTATION补偿控制： ±360.00000° ,最小分辨0.00001° 2.测板厚设置 要求按照层压后板厚的公差来设置板厚范围，可适当微调（±50μm ） 3.激光头运行时间监控 根据供应商提供的激光头使用寿命来定时监控。 4.LASER POWER监控 正常生产时每天定时测量（每3小时一次） 5.GCOMP校准精度监控 正常生产时每天定时测量（每3小时一次）
14
控制与影响
㈡ 辅助设备及环境条件的控制 • 电源稳压器输出电压：200±2V • 工作气压：0.56~0.68MPa • 冷水机设置：20±1℃ • 温湿度控制：温度22±2℃，湿度50±10%。
温、湿度等环境因素会影响钻机内部光路
15
控制与影响
一、前后工序的影响
㈠前工序的影响
1.板的平整度与尺寸稳定性 由于激光钻孔为自动上下板进而自动识别标靶来进行高精度定位，在自动定位时有一定的 伸缩(scaling)和偏转(rotation)控制，故要求待钻板板面较平整，板材尺寸稳定性在受控范围 内，板边与板内单元规则分布，否则就会影响激光钻孔的自动定位与正常生产。例如有一 款板6935008在锣边是因为故障使得板边被锣成平行四边形，导致激光钻机在自动识别标 靶时因为偏转太大而屡屡报警，最终无法自动上下板生产！
Cu—Direct工艺加工
即直接钻铜法，在铜厚减到相应厚度再进行表面处理的铜面上直 接加工出相应孔径的盲孔。（目前此工艺在我司研发中）
10
工艺能力
设备性能
机号
1#[1Βιβλιοθήκη Baidu80]
2#[1181]
3#[1179]
4#[1197]
备注
型号 一般钻孔孔径 Cu Direct Drill
LC1C21WE/1C 100~ 200μm
2.主要物料
主要设备
型号及规格 供应商（生产商）
备注
尺寸：
校准片
100×100mm
[Acrylic有机玻璃片] 尺寸：130×70mm
70×70mm
东利企业公司 东利企业公司
1#、2#机用，校准片 为矩形，公差±1mm。
3# 、4#机用，校准片 为矩形，公差±1mm。
Fθ透镜保护膜
\
信昌（HITACHI） 能量透过率在93%以上
– 盲孔曝光、显影、蚀铜不良，使开窗过小或未开窗
盲孔偏孔
– 标靶偏移/钻孔标靶程序异常； – 盲孔蚀2开窗偏（如右图）； – 开窗孔径尺寸偏差；
– 激光钻机台面/电扫描镜定位精度差 conformal开窗偏
12
主要问题
盲孔孔形差
– 激光钻孔参数不合理； – 层压介质层厚度不均匀； – 盲孔蚀铜开窗圆度差；
FR4:2×1080 6,8mil 特种组合
Large RCC
4,5,6mil 常用胶片
window FR4:1×1080 4,5,6mil 常用胶片
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工艺能力
加工方式 采用小区域分段作业。例如将整个panel分为一个个 30×30mm 或 50×50mm 范 围 ， 每 个 30×30mm 或 50×50mm范围内孔根据不同钻孔模式按一定顺序或方法 逐一加工完成后，移至下个区域。各区域局部加工采用 特殊镜面微调反射，进行区域内各孔X、Y定位。区域之 间移动定位靠X、Y台面移动实现。 如“CO2激光钻孔机核心结构简图”所示
开大窗离线路边咬蚀大
18
控制与影响
2.盲孔孔径孔形对沉铜电镀参数的影响 当前我司的激光钻孔生产的盲孔孔径范围为4～8mil（即0.1～0.2mm）， 大多数HDI板盲孔孔径为4～5mil的微孔，而盲孔介质厚度、孔形等综合 因素对我司沉铜电镀的深镀能力影响较大，需根据生产实际界定能力。
厚径比较大，深镀差
/
LC1F21WE/1C 100~ 200μm
/
LC2G212E/2C 100~ 200μm 100~ 150μm
LC2G212E/2C 100~ 200μm 100~ 150μm
可钻板厚
0.1～3mm
最大钻板尺寸
21″×27″
定位精度
钻孔精度
Positioning speedmax
±20μm 700point/sec
2.盲孔介质层 盲孔介质层厚度的均匀性直接影响到激光钻孔的孔形质量。尤其是RCC在层压后的介质厚 度影响着激光钻孔参数的选定；
（如图所示为6935008D0的盲孔切片 图1介质厚度仅52 μm ，图2介质厚度达80 μm ）
图1
图2
16
控制与影响
3.盲孔蚀铜（开窗）质量 开窗尺寸、开窗圆度和蚀铜效果影响盲孔孔形品质； （如图所示）
5
设备及物料
1.设备控制
主要设备 编号 1#[1180]
CO2 激光 2#[1181] 钻孔机 3#[1179]
4#[1197]
型号及规格 LC-1C21WE/1C LC-1F21WE/1C LC-2G212E/2C LC-2G212E/2C
供应商（生产商） 备注 信昌（HITACHI） 单轴 信昌（HITACHI） 单轴 信昌（HITACHI） 双轴 特新（HITACHI） 双轴
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激光钻孔目的
PCB通过吸收CO2红外线激光的能量，烧 蚀掉要加工的材料而形成半封闭空间的盲孔 形状，为后工序小孔金属化而连通相邻两层 线路作准备。
3
激光钻孔原理
CO2气体在增加功率及维持放电时间下，产生波长在9.3μm ~10.6μm之间的
可实用的脉冲式红外激光。红外线的基本特性是能够穿透绝大多数的有机物材
电扫描镜 （两片特殊的反射镜）
F透镜
扫描区域 PCB 待钻板
4
工艺流程
主要流程：调钻孔参数→测激光能量→上板→调程序 →做GCOM补偿→找激光标靶→钻板→下板→检板
关键操作说明： 调钻孔参数：根据在线板的结构条件，按照控制计划等相关文件 要求设置激光钻孔参数。 测激光能量：热机，保证能量的稳定性。当前测量为频率为3小 时/次，停机10分钟以上必须热机，使能量在0.8±0.08W范围内。 调程序：从工程网上调入激光钻孔程序。 做Gcomp补偿：检测并补偿电扫描器的镜面反射，使准确定位， 精度要求XY≤15μm，频率为3小时/次； 检板：用百倍镜检查已钻板盲孔烧蚀是否彻底，孔形、孔径是否 良好。
开窗残铜
4.激光钻孔用标靶质量 激光钻孔的定位标靶位于板边四角，容易受前工序影响，如标靶残缺、擦花 等，前工序任何一个环节损害激光钻孔用标靶都会直接影响激光钻孔生产。 尤其是主流的large window工艺的次外层标靶受到影响的机会更多。
内层标靶因 残铜而破坏
17
控制与影响
㈡ 后工序的影响 1.Desmear咬噬量对激光钻盲孔孔形、孔径的影响
±5μm ±15μm
±12.5μm
1000point/sec 1400point/sec 1700point/sec
平均最大钻 孔速度
11
主要问题
烧蚀不净
– 激光钻孔参数不合理； – 激光钻机能量偏低；
– 层压介质层厚度均匀性差；
– 开窗孔径偏差大
小孔、漏孔
large windoe开窗偏
– 钻孔程序问题；
激光钻孔后需要经过Desmear除胶再进行盲孔金属化，在Desmear除胶过程中 如果Desmear咬噬量过大会对激光钻盲孔孔形有影响。 HDI盲孔的孔径主要由激光钻孔烧蚀大小决定，但HDI盲孔孔径的最终形成要 到Desmear除胶后， Desmear咬噬量对激光钻盲孔孔径也有一定的影响。 如图所示，6625028图形电镀后切片图，单边咬蚀25，玻璃纤维突出孔形较差
料表面到内部的特性，同时，绝大多数有机物材料具有强烈吸收红外线波长的
特点。有机物材料分子吸收红外线波长而提高能量，这就体现了红外线的“热
效应”特性。CO2激光钻孔机就是应用红外线的这种光热效应，采用热加工的 聚光透镜对有机物进行烧灼，形成连通性盲孔。
CO2激光钻孔机核心结构简图
激光头
光束整形装置
光阑孔
6
钻孔参数
激光钻孔关键参数 Aperture——光束等级（光束大小）； Mode——钻孔模式； Pulse period——脉冲周期； Pulse width.——脉冲宽度； Pulse Count——脉冲次数；
power
Pulse width
Pulse period
time
7
孔形差，沉铜效果差
小结：激光钻孔机是高精密、高速度、自动化的生产设备，主要加 工的HDI板的特点是孔密线细同时又较轻、薄，容易受到生产过程中各 种因素的影响。对HDI板需要严格控制各个生产环节，尤其是前后相关 工序，以确保各工序顺畅生产，才能不断提高工艺水平和生产效率。19
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