CN103687337B - 封装基板通孔的激光加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种封装基板通孔的激光加工方法，属于印制线路板技术领域。该方法包括定位通孔制作、激光加工通孔、镀铜、蚀刻工序，其中：定位通孔制作工序中，利用机械钻孔的方式在封装基板上制作定位通孔；激光加工通孔工序中，先在封装基板的一面，利用激光光束，于预定加工的通孔位置形成半通的盲孔结构；然后将封装基板翻到另一面，利用定位通孔定位后，在与该盲孔相对的位置，利用激光加工形成通孔。采用该方法可实现厚径比2:1以下产品的完全电镀填充，并且解决了由于药水交换不良导致的电镀过早闭塞的问题，提高了产品的可靠性。

Description

封装基板通孔的激光加工方法

技术领域

本发明涉及印制线路板技术领域，特别是涉及一种封装基板通孔的激光加工方法。

背景技术

作为半导体芯片的载体，封装基板的互联度随芯片集成度的提升而不断增加。降低导通孔的位置占比是提升基板互联度的有效方法之一。使用孔上盘结构可显著降低导通孔位置占比。该技术基于塞孔或电镀填孔工艺，可在导通孔上直接形成焊盘，最大程度的利用导通孔区域形成互联。目前国外同行多使用塞孔方式制作孔上盘结构，但该技术流程长，成本高且工艺不稳定。电镀填孔是近年发展起来的可靠性较高的高密度互联技术。但该技术一般应用于盲孔填充工艺，通孔在电镀时易过早闭塞形成空洞，包藏药水，导致产品可靠性不良，不宜制作孔上盘结构。此外，减小导通孔的尺寸和焊盘大小也是降低导通孔位置占比的有效手段之一。然而局限于材料及设备的性能，机械钻孔方式加工微型通孔在效率和成本上都难以满足要求。

而激光钻孔具有效率高，成本低的特点，是微孔加工的理想方式。但常规的激光钻孔加工通孔的难度大，且孔的品质也不佳，难以实现电镀填充。

发明内容

基于此，本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种封装基板通孔的激光加工方法，采用该方法，能够利用激光加工封装基板中的通孔，并且克服了由于药水交换不良导致的电镀过早闭塞的缺陷。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种封装基板通孔的激光加工方法，包括定位通孔制作、激光加工通孔、镀铜、蚀刻工序，其中：

定位通孔制作工序中，利用机械钻孔的方式在封装基板上制作定位通孔；

激光加工通孔工序中，先在封装基板的一面，利用激光光束，于预定加工的通孔位置形成半通的盲孔结构；然后将封装基板翻到另一面，利用定位通孔定位后，在与该盲孔相对的位置，利用激光加工形成通孔。

在常规的通孔加工工艺中，传统观念认为需要把通孔加工为直型通孔，才能具有较好的效果，但是，本发明人通过大量的研究发现，由于在电镀直型通孔时，常常存在药水交换不良的问题，导致在电镀时通孔两端电镀较快，易过早闭塞形成空洞，包藏药水，使产品可靠性不良。在此基础上，本发明克服常规观念认为的需要将通孔制作为直型通孔的偏见，创造性的提出将通孔制作为两端大，中间小的通孔结构，这样，在电镀通孔时，通孔中间需要电镀铜层的厚度较小，而两端需要电镀铜层的厚度较大，可以避免通孔两端开口处过早达到铜层厚度而闭塞，从而克服了由于药水交换不良导致的电镀过早闭塞的问题，并将激光技术应用到通孔加工工艺中，具有效率高、成本低的优点。

并且，为了使激光加工通孔时，封装基板前后两个表面之间的位置匹配准确，保证从封装基板前表面和后表面发射激光能够获得同轴的通孔，增加了定位通孔的制作，利用该定位通孔对不同面的封装基板进行定位，具有定位准确等方面的优点。

在其中一个实施例中，所述定位通孔制作工序中，在封装基板非功能区域制作至少一组定位通孔。每组定位通孔由至少四个孔径为0.5-3.5mm的机械通孔组成。所述非功能区域即封装基板的边缘部分或板面无图形部分，在封装基板非功能区域制作定位通孔，最大限度的降低定位通孔对封装基本线路和功能的影响，并且直型的机械通孔可以减小定位靶标位置偏差对正反面对准度的影响，能够得到更加准确的定位效果。

在其中一个实施例中，所述激光加工通孔工序中，以定位通孔为定位参照点，利用CCD自动识别定位系统进行定位。CCD自动对位原理与后制程曝光机对位原理一致，可以减小外层图形和激光通孔的偏差。

在其中一个实施例中，当预定加工的通孔孔径≥100μm时，使用一组定位通孔进行定位；当预定加工的通孔孔径≥60而小于100μm时，使用至少两组定位通孔进行定位。使用多组定位孔分割定位的方式，缩小对位区域，使对位更加精细，可显著减小加工过程中材料变化导致的误差。

在其中一个实施例中，所述激光加工通孔工序中，当预定加工的通孔孔径为60-90μm时，控制激光光束的直径比通孔孔径大25-35μm；

当预定加工的通孔孔径为90-120μm时，控制激光光束的直径比通孔孔径大35-45μm；

当预定加工的通孔孔径为120-150μm时，控制激光光束的直径比通孔孔径大45-55μm。

针对要加工通孔的目标孔径不同，选用不同的激光束直径，能够更好的控制最终加工出的通孔连接部位的大小和位置，确保电镀填充性。

在其中一个实施例中，所述激光加工通孔工序中，采用CO₂激光进行加工。相比UV激光，CO₂激光更容易形成合适的锥度，有利于加工所需两头大中间小的通孔结构。

在其中一个实施例中，当封装基板表面覆盖的铜箔厚度＞3μm时，在定位孔制作和激光加工通孔工序之间，还包括开窗工序，所述开窗工序中，以图形转移和蚀刻的方式，去除预定加工为通孔位置表面的铜箔。当封装基板表面覆盖的铜箔厚度超过3μm时，去除通孔位置表面的铜箔，能够更好的利用激光产生的能量使封装基板的介质层熔融而形成通孔结构。

在其中一个实施例中，所述激光加工通孔工序中，当封装基板表面覆盖的铜箔厚度≤3μm时，控制激光能量为4-20毫焦，当封装基板表面覆盖的铜箔厚度＞3μm时，控制激光能量为2-10毫焦。当去除了覆盖的铜层后，可用较小的激光能量即可将通孔加工出，而对于未去除覆盖铜层的情况，可适当加大激光能量，并且当封装基板介质层厚度越大，通孔孔径越大时，可适当加大激光能量。

在其中一个实施例中，所述镀铜工序中，包括除胶、化学沉铜和电镀铜步骤。所述除胶的作用是整平钻孔过程中通孔内的树脂。先通过化学沉铜的方式镀上一层薄铜，再通过电镀的方式使铜层加厚，达到设计厚度。

在其中一个实施例中，所述电镀铜时，控制8-20ASF的电流密度，30-90min的电镀时间。采用该电镀参数，能够获得较好的镀孔填充效果。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的一种封装基板通孔的激光加工方法，通过在封装基板前后两个表面的两次激光加工，形成了两头大，中间小的贯通孔结构，可实现厚径比2:1以下产品的完全电镀填充，并且解决了由于药水交换不良导致的电镀过早闭塞的问题，提高了产品的可靠性。

该方法利用激光加工通孔，具有加工效率高的优点。并且可以加工较小尺寸的微型通孔，如150μm的孔上盘结构加工，从而能够降低导通孔位置的占比，从而提高布线密度，提升封装基板的互联度。

附图说明

图1为实施例1中定位通孔分割定位孔示意图；

图2为实施例1中用激光单面加工为盲孔的示意图；

图3为实施例1中用激光双面加工为通孔的示意图；

图4为实施例1加工成为孔上盘的结构示意图；

图5为实施例2中定位通孔分割定位孔示意图；

图6为实施例2中用激光单面加工为盲孔的示意图；

图7为实施例2中用激光双面加工为通孔的示意图；

图8为实施例3中定位通孔分割定位孔示意图；

图9为封装基板A的通孔电镀后剖面图；

图10为封装基板B的通孔电镀后剖面图；

图11为封装基板C的通孔电镀后剖面图。

其中：1.封装基板；11.通孔；12.铜箔；2.激光光束；3.焊盘；4.锡球。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例来详细说明本发明。

实施例1

一种封装基板通孔的激光加工方法，该封装基板1的介质层厚度为80μm，预加工的通孔目标孔径为60μm，孔上盘的尺寸为150μm，表面的铜箔12厚度为2μm。方法包括定位通孔制作、激光加工通孔、镀铜、蚀刻工序，其中：

定位通孔制作工序中，利用机械钻孔的方式，在封装基板非功能区域制作四组定位通孔，每组定位通孔由四个孔径为0.5mm的机械通孔组成。定位通孔分布如图1所示。

激光加工通孔工序中，先将封装基板置于激光机台上，该实施例中预定加工的通孔孔径为60μm，控制激光光束的直径为90μm，激光能量为4毫焦，在封装基板的一面，于预定加工的通孔位置用CO₂激光光束2加工一发，形成半通的盲孔结构，如图2所示；然后将封装基板翻到另一面，预定加工的通孔孔径为60μm，控制激光光束的直径为90μm，激光能量为4毫焦，以定位通孔为定位参照点，利用CCD自动识别定位系统进行定位。利用定位通孔定位后，在与该盲孔相对的位置，利用CO₂激光加工一至二发，形成通孔，如图3所示。

镀铜工序中，包括除胶、化学沉铜和电镀铜步骤。先通过化学沉铜的方式镀上一层薄铜，再通过电镀的方式使铜层加厚，所述电镀铜时，控制电流密度为8ASF，电镀时间为60min。

蚀刻工序中，经过化学蚀刻，去除多余的铜，可以在该通孔11上制作焊盘3，最终形成孔上盘结构，用于锡球4焊接，如图4所示。

通过本实施例的方法加工通孔，制备得到封装基板A。

实施例2

一种封装基板通孔的激光加工方法，该封装基板的介质层厚度为150μm，预加工的通孔目标孔径为80μm，孔上盘的尺寸为200μm，表面的铜箔厚度为5μm，该方法包括定位通孔制作、开窗、激光加工通孔、镀铜、蚀刻工序，其中：

定位通孔制作工序中，利用机械钻孔的方式，在封装基板非功能区制作两组定位通孔，每组定位通孔由四个孔径为2mm的机械通孔组成。定位通孔分布如图5所示。

开窗工序中，以图形转移和蚀刻的方式，去除预定加工为通孔位置表面的铜箔。

激光加工通孔工序中，先将封装基板置于激光机台上，该实施例中预定加工的通孔孔径为80μm，控制激光束的直径为105μm，激光能量为2毫焦，在封装基板的一面，于预定加工的通孔位置用CO₂激光加工一发，形成半通的盲孔结构，如图6所示；然后将封装基板翻到另一面，预定加工的通孔孔径为80μm，控制激光束的直径为105μm，激光能量为2毫焦耳。以定位通孔为定位参照点，利用CCD自动识别定位系统进行定位。利用定位通孔定位后，在与该盲孔相对的位置，利用CO₂激光加工一至二发，形成通孔，如图7所示。

镀铜工序中，包括除胶、化学沉铜和电镀铜步骤。先通过化学沉铜的方式镀上一层薄铜，再通过电镀的方式使铜层加厚，所述电镀铜时，控制电流密度为8ASF，电镀时间为90min。

蚀刻工序中，经过化学蚀刻，去除多余的铜，最终形成孔上盘结构。

通过本实施例的方法加工通孔，制备得到封装基板B。

实施例3

本实施例的封装基板通孔的激光加工方法与实施例2中的方法基本相同，不同之处在于：

该封装基板的介质层厚度为200μm，预加工的通孔目标孔径为100μm，孔上盘的尺寸为300μm，表面的铜箔厚度为12μm。

定位通孔制作工序中，利用机械钻孔的方式，在封装基板非功能区制作一组定位通孔，该组定位通孔由四个孔径为3.5mm的机械通孔组成。定位通孔分布如图8所示。

激光加工通孔工序中，该实施例中预定加工的通孔孔径为100μm，控制激光束的直径为140μm，激光能量为10毫焦。

镀铜工序中，电镀铜时，控制电流密度为20ASF，电镀时间为30min。

通过本实施例的方法加工通孔，制备得到封装基板C。

试验例

将上述实施例1-3制备得到的封装基板A、B、C进行测试，考察其各项性能。

一、观察各封装基板的孔上盘剖面结构。

将各封装基板切面，观察其剖面上的孔上盘结构，结果如图9-11所示。从图上我们可以看出，采用实施例1-3的方法制备得到的封装基板的盘中孔结构填充效果非常好，孔中心无空洞，解决了由于药水交换不良导致的电镀过早闭塞的问题。

二、可靠性试验

材料及仪器：无铅锡料，小锡炉，助焊剂。

式样尺寸：50*50mm。

预处理：120℃，烘板240min。

浸锡条件：288℃，10S浸锡。

将实施例1-3制备所得封装基板A、B、C（各5块）进行浸锡试验，以仿真焊接过程中零件与焊锡瞬间接触所产生的热冲击的忍受力，考察其可靠性。试验条件如上所示，将锡焊部分浸上助焊剂，浸入288℃的锡炉中，浸锡10S后取出，冷却至常温后无孔壁分层断裂判为合格。实验测试结果如下表1所示。

表1 可靠性测试结果

浸锡次数

1次

2次

3次

4次

封装基板A	合格	合格	合格	合格
					封装基板B	合格	合格	合格	合格
封装基板C	合格	合格	合格	合格

从表1中我们可以看出，通过实施例1-3制备所得封装基板A、B、C，经可靠性试验，证实均能通过可靠性试验，具有较好的可靠性，说明本发明的封装基板通孔的激光加工方法，能够提高封装基板的可靠性，并且可以加工较小尺寸的微型通孔，从而能够降低导通孔位置的占比，从而提高布线密度，提升封装基板的互联度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种封装基板通孔的激光加工方法，其特征在于，包括定位通孔制作、激光加工通孔、镀铜、蚀刻工序，其中：

定位通孔制作工序中，利用机械钻孔的方式在封装基板上制作定位通孔；具体为：在封装基板非功能区域制作至少一组定位通孔，每组定位通孔由至少四个机械通孔组成；

当预定加工的通孔孔径≥100μm时，使用一组定位通孔进行定位；当预定加工的通孔孔径≥60μm而小于100μm时，使用至少两组定位通孔进行定位；

激光加工通孔工序中，先在封装基板的一面，利用CO₂激光光束，于预定加工的通孔位置形成半通的盲孔结构；然后将封装基板翻到另一面，利用定位通孔定位后，在与该盲孔相对的位置，利用激光加工形成通孔；

并且，当封装基板表面覆盖的铜箔厚度≤3μm时，控制激光能量为4-20毫焦，当封装基板表面覆盖的铜箔厚度＞3μm时，控制激光能量为2-10毫焦。

2.根据权利要求1所述的封装基板通孔的激光加工方法，其特征在于，所述定位通孔制作工序中，每组定位通孔由至少四个孔径为0.5-3.5mm的机械通孔组成。

3.根据权利要求2所述的封装基板通孔的激光加工方法，其特征在于，所述激光加工通孔工序中，以定位通孔为定位参照点，利用CCD自动识别定位系统进行定位。

4.根据权利要求1所述的封装基板通孔的激光加工方法，其特征在于，所述激光加工通孔工序中，当预定加工的通孔孔径为60-90μm时，控制激光光束的直径比通孔孔径大25-35μm；

当预定加工的通孔孔径为90-120μm时，控制激光光束的直径比通孔孔径大35-45μm；

当预定加工的通孔孔径为120-150μm时，控制激光光束的直径比通孔孔径大45-55μm。

5.根据权利要求1所述的封装基板通孔的激光加工方法，其特征在于，当封装基板表面覆盖的铜箔厚度＞3μm时，在定位通孔制作和激光加工通孔工序之间，还包括开窗工序，所述开窗工序中，以图形转移和蚀刻的方式，去除预定加工为通孔位置表面的铜箔。

6.根据权利要求1所述的封装基板通孔的激光加工方法，其特征在于，所述镀铜工序中，包括除胶、化学沉铜和电镀铜步骤。

7.根据权利要求6所述的封装基板通孔的激光加工方法，其特征在于，所述电镀铜时，控制8-20ASF的电流密度，30-90min的电镀时间。