CN102802360B - 一种pcb加工中孤立激光孔防击穿爆孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PCB加工中孤立激光孔防击穿爆孔方法，其特征在于包括如下步骤：层压工序一次性压合形成二阶盲孔HDI板，使用X-RAY钻孔机加工外层开天窗曝光用及激光钻孔用的定位孔，在外层铜箔上蚀刻出钻孔加工二阶盲孔所需天窗，在激光钻孔加工前，对激光钻孔程序的每个BLOCK进行确认，找出只有单个激光孔的BLOCK2，更改激光钻孔程序，在只有单个激光孔的BLOCK2内，增加一个DUMMY激光孔8c，设定激光钻孔加工参数，使用更改后的激光钻孔程序进行二阶盲孔钻孔加工。利用该办法只需调整激光钻孔的加工程序，不必通过调整激光钻孔加工参数（延长脉冲周期）的方法去避免“击穿爆孔”问题的发生，此方法可以大大缩短激光钻孔的加工时间，提高PCB的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用CO2激光钻床加工HDI电路板二阶盲孔的工艺方法。
背景技术
随着微电子技术的迅猛发展、PCB技术水平的不断提高和大规模和超大规模集成电路的广泛应用，对于大量HDI电路中的埋/盲孔，普通机械数控钻床已不能满足要求，必须采用激光钻孔加工技术。激光钻孔加工技术的产生与飞速发展是PCB行业技术发展的显著标志，是PCB钻孔技术发展的革命。目前业界激光钻孔加工普遍使用CO2激光钻孔机，CO2激光钻孔是热烧蚀工艺原理。然而，众所周知，由于CO2激光能量受脉冲周期、脉冲波形、脉冲宽度、PCB表面处理工艺、激光发射器状态、激光孔的类别/结构、PCB介质层材质、厚度、包括环境温度、湿度等因素的影响，孔底树脂残留、孔形异常、孔底铜箔击穿、孔壁玻璃丝布突起等一系列品质问题随之而来，这其中，以“击穿爆孔”问题最为突出、危害最大，严重影响到企业与客户利益。
因此也有厂家采用二阶盲孔的方式解决上述问题，但是直接激光钻孔二阶盲孔需要较大的能量（脉冲宽度与脉冲数），因此二阶盲孔的质量很难控制（容易产生击穿爆孔与孔底铜箔击穿问题如同图9b所示），所以一般厂家都采取两次压合、两次开天窗、两次激光钻孔、两次镀铜的工艺。每次只激光钻孔一阶盲孔，因为所需能量小，所以盲孔的质量容易控制。但是因为需要重复在几道工序加工，所以此方法的缺点是工艺流程长，生产效率低，生产成本高。还有一些厂家为直接调整脉冲周期，例如将脉冲周期由500us调整为1000us，这样所有BLOCK（即激光加工区域）内每个脉冲间的间隔时间就会延长，散热时间就很充分，从而可以保证二阶盲孔的孔形质量。但是因为是通过调整参数进行改善，一般一张PCB的盲孔数量约为几万个，此种方法会大大延长PCB的加工时间（加工时间会翻倍），大大降低了生产效率。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种PCB加工中孤立激光孔防击穿爆孔方法。本发明采用的技术手段如下：
一种PCB加工中孤立激光孔防击穿爆孔方法，其特征在于包括如下步骤：
1）层压工序一次性压合形成二阶盲孔HDI板；
2）使用X-RAY钻孔机加工外层开天窗曝光用及激光钻孔用的定位孔；
3）通过贴膜、曝光、显影、蚀刻、脱膜工艺，在外层铜箔上蚀刻出钻孔加工二阶盲孔所需天窗；
4）使用AOI检查设备对天窗外观质量进行检查，准备激光钻孔待加工；
5）在激光钻孔加工前，对激光钻孔程序的每个BLOCK进行确认，找出只有单个激光孔（即孤立激光孔8a）的BLOCK2；
6）更改激光钻孔程序，在只有单个激光孔（即孤立激光孔8a）的BLOCK2内，增加一个DUMMY激光孔8c，此DUMMY激光孔8c增加在印制板7没有开天窗的位置；
7）设定激光钻孔加工参数，使用更改后的激光钻孔程序进行二阶盲孔钻孔加工；
8）经过后续激光孔内镀铜工艺，一次性加工形成HDI板二阶盲孔。
所述步骤7）的加工过程为按照设定路线进行循环加工；对于只有孤立激光孔8a的BLOCK2的加工过程如下：将激光脉冲在孤立激光孔8a连续循环烧蚀的加工模式改变为在孤立激光孔8a和DUMMY激光孔8c之间往复循环烧蚀的加工模式。延长了孤立激光孔8a的散热时间。
同现有技术相比，本发明的优点是显而易见的具体如下：
1、一次激光钻孔就可以加工二阶盲孔，比一般厂家HDI板制程少一次“压合→开天窗→激光钻孔”工艺，大大缩短了工艺流程；
2、二阶盲孔激光钻孔加工时间，是一般厂家的激光钻孔时间的一半，可以大大提高生产效率。
附图说明
图1是本发明激光钻孔机加工原理示意图；
图2是本发明一阶盲孔激光钻孔过程示意图；
图3是本发明二阶盲孔激光钻孔过程示意图；
图4是本发明激光孔加工原理示意图；
图5是本发明密集激光孔BLOCK分区内加工过程示意图；
图6是本发明孤立激光孔BLOCK分区内加工过程示意图；
图7是本发明孤立激光孔加工原理示意图；
图8是本发明密集激光孔加工原理示意图；
图9a是本发明激光孔加工效果图；图9b是现有技术加工击穿暴孔效果图。
图中：1为激光发射器，2为光束信号形成器，3为光圈，4a为信号反射器1，4b为信号反射器2，5为镜头，6为激光束，7为印制板，8为激光孔，8a为孤立激光孔，8b为密集激光孔，8c为DUMMY激光孔，9为半固化片，10为孔底铜，11为电镀铜层。
具体实施方式
图1是本发明激光钻孔机加工原理示意图，图中印制板7在激光钻孔前的加工过程如下：
1）层压工序一次性压合形成二阶盲孔HDI板；
2）使用X-RAY钻孔机加工外层开天窗曝光用及激光钻孔用的定位孔；
3）通过贴膜、曝光、显影、蚀刻、脱膜工艺，在外层铜箔上蚀刻出钻孔加工二阶盲孔所需天窗；
4）使用AOI检查设备对天窗外观质量进行检查，准备激光钻孔待加工。
图1展示了激光钻孔机加工印制板7的加工原理，如图所示，激光发射器1产生光源，通过光束信号形成器2调整为激光束6，再经过光圈3和信号反射器4a和4b到达镜头5，并由激光束6对印制板7上的激光孔8进行加工；图2是本发明一阶盲孔激光钻孔过程示意图，图3是本发明二阶盲孔激光钻孔过程示意图，图中激光束6对半固化片9进行灼烧，使其气化挥发，露出孔底铜10，其中一阶激光孔采用6次脉冲激光束6加工，二阶激光孔采用20次脉冲激光束加工，具体循环过程如图4所示；图5是本发明密集激光孔激光加工区域（为方便表示，本发明中将激光加工区域用BLOCK表示）分区内加工过程示意图，如图所示，BLOCK1中分布有10个密集激光孔8b，在激光钻孔加工过程中，激光束6遵循着箭头所指示的路线按从①到⑩的顺序循环加工；图6是本发明孤立激光孔BLOCK分区内加工过程示意图，如图所示，BLOCK2中分布有1个孤立激光孔8a，在激光钻孔加工过程中，激光束6只对①进行重复循环加工；图7是本发明孤立激光孔加工原理示意图，图中激光束6对孤立激光孔8a进行6次脉冲连续灼烧，加工时每个脉冲（循环）之间的间隔时间不足，会因散热不充分而导致击穿爆孔问题的发生，对印制板7的质量造成严重影响；图8是本发明密集激光孔加工原理示意图，图中激光束6对密集激光孔I8b-1、密集激光孔II8b-2、密集激光孔III8b-3进行6次脉冲的间歇循环灼烧，由于BLOCK内每增加一个激光孔，每个脉冲的间隔时间就会增加500us，因此BLOCK内含有两个以上激光孔时，就不会产生因散热不充分而导致的击穿爆孔问题，如图9所示。因此对待激光钻孔的加工工艺进行如下调整：
5）在激光钻孔加工前，对激光钻孔程序的每个BLOCK进行确认，找出只有单个激光孔（即孤立激光孔8a）的BLOCK2；
6）更改激光钻孔程序，在只有单个激光孔（即孤立激光孔8a）的BLOCK2内，增加一个DUMMY激光孔8c（工艺孔），此DUMMY激光孔8c增加在印制板7没有开天窗的位置（CO2激光不会烧蚀铜，不会影响印制板质量）；
7）设定激光钻孔加工参数，使用更改后的激光钻孔程序进行二阶盲孔钻孔加工；
8）经过后续激光孔内镀铜工艺，一次性加工形成HDI板二阶盲孔。
所述步骤7）的加工过程为按照设定路线进行循环加工；对于只有孤立激光孔8a的BLOCK2的加工过程如下：将激光脉冲在孤立激光孔8a连续循环烧蚀的加工模式改变为在孤立激光孔8a和DUMMY激光孔8c之间往复循环烧蚀的加工模式。延长了孤立激光孔8a的散热时间。
下面结合实例进行说明：
CO2激光钻孔原理：利用CO2激光发生器发出额定输出功率200W、脉冲频率100-6000HZ、脉冲宽度为1-30us的激光，使其在BEAM的作用下经过整形、滤波并最终形成Gauss mode和Top hat mode2种光束模式，再在Aperture的作用下形成33种光束直径，用以满足客户不同类别产品孔径要求。Galvano为X/Y扫描振镜，通过该部件及透镜可以在PCB上形成30mm*30mm/50mm*50mm/70mm*70mm的激光加工区域（BLOCK），用户可根据实际情况设定加工区域，一般设定区域为50mm*50mm，如图1所示。在实际加工生产板时，可根据介质层材质（FR-4、高Tg等）、介质层厚度（1080或106或2116）、激光孔径大小（φ75-φ250um）及激光孔的结构类别（1阶或2阶或LargeWindow孔）而选择不同的激光模式与加工参数，从而获得预期的激光孔效果。对比激光钻孔一阶盲孔，直接一次性激光钻孔二阶盲孔需要更大的脉冲宽度与脉冲数，加工模式也有所不同。
*加工一阶盲孔参数，加工过程如图2所示：
| AP | 外周直径 | 加工模式 | 脉冲周期 | 脉冲宽度 | 脉冲数 |
| 0 | 0.12mm | I | 500us | 14us | 6 |
*加工二阶盲孔参数，加工过程如图3所示：
对于加工出的盲孔孔形质量而言，在每个加工区域（BLOCK）内，除了受脉冲周期、脉冲宽度、脉冲数影响外，还受孔密度的影响,因为加工二阶盲孔需要较大的能量（脉冲宽度与脉冲数），在同一个盲孔内，加工时如果每个脉冲（循环）之间的间隔时间不足，会因散热不充分而导致击穿爆孔问题的发生。经过试验验证，在只有单个盲孔的BLOCK内，会因散热问题而导致击穿爆孔问题的发生，对PCB质量造成严重影响。在含有两个以上盲孔的BLOCK内，不会发生此问题（BLOCK内每增加一个激光孔，每个脉冲的间隔时间就会增加500us）。每个BLOCK内激光钻孔加工顺序如图4、图5、图6、图7、图8所示。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种PCB加工中孤立激光孔防击穿爆孔方法，其特征在于包括如下步骤：
1)层压工序一次性压合形成二阶盲孔HDI板；
2)使用X-RAY钻孔机加工外层开天窗曝光用及激光钻孔用的定位孔；
3)通过贴膜、曝光、显影、蚀刻、脱膜工艺，在外层铜箔上蚀刻出钻孔加工二阶盲孔所需天窗；
4)使用AOI检查设备对天窗外观质量进行检查，准备激光钻孔待加工；
5)在激光钻孔加工前，对激光钻孔程序的每个BLOCK进行确认，找出只有孤立激光孔(8a)的BLOCK2；
6)更改激光钻孔程序，即在只有孤立激光孔(8a)的BLOCK2内，增加一个DUMMY激光孔(8c)，此DUMMY激光孔(8c)增加在印制板(7)没有开天窗的位置，然后将激光脉冲在孤立激光孔(8a)连续循环烧蚀的加工模式改变为在孤立激光孔(8a)和DUMMY激光孔(8c)之间往复循环烧蚀的加工模式；
7)设定激光钻孔加工参数，使用更改后的激光钻孔程序进行二阶盲孔钻孔加工；
8)经过后续激光孔内镀铜工艺，一次性加工形成HDI板二阶盲孔。
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Date of cancellation: 20230908 Granted publication date: 20141001 Pledgee: Bohai Bank Co.,Ltd. Dalian Branch Pledgor: DALIAN ASIA PACIFIC ELECTRONICS CO.,LTD. Registration number: Y2022980014042 |
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Denomination of invention: A method for preventing breakdown and explosion of isolated laser holes in PCB processing Effective date of registration: 20230914 Granted publication date: 20141001 Pledgee: Bohai Bank Co.,Ltd. Dalian Branch Pledgor: DALIAN ASIA PACIFIC ELECTRONICS CO.,LTD. Registration number: Y2023980056968 |
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