CN1201644C - 有机材料激光钻孔的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

具有下面参数的倍频钒酸钕激光器用于有机材料的激光钻孔、特别用于在介电层中引入盲孔：脉宽＜40ns；脉冲频率≥20kHz；波长＝532nm。

Description

有机材料激光钻孔的方法和设备
技术领域
本发明涉及有机材料激光钻孔的方法和设备。
背景技术
从EP-A-0 164 564中已知，在一个具有层组、金属-介电材料-金属的层压塑料中借助于激发物激光器产生盲孔。对此层压塑料的最上面金属层用作影孔板，借助于照相技术转印并且通过接下来的腐蚀产生其布孔图。然后通过激发物激光器的作用切除在孔的范围内没有掩模的介电材料，直到达到最下面的金属层，并且结束切除过程。通过已知的方法特别是在生产多层的印刷电路板时以盲孔的形式产生必须的镀通孔。
从DE-Z“精密机械装置技术和测量技术”91(1983)2，56-58页中公开了一种类似、生产多层印刷电路板的方法，借助于CO2激光器产生在该方法中用作敷镀通孔的盲孔。最上面的铜箔也用作影孔板，在该影孔板上在激光束应当产生孔的每个地方腐蚀掉铜。
从DE-A-197 19 700中也已经公开了层压塑料激光钻孔的设备，在该设备中具有在大约266nm到1064nm范围内波长的第一激光器用于金属层钻孔，具有在大约1064nm到10600nm范围内波长的第二激光器用于介电层的钻孔。
从US-A-5 593 606中公开了一种层压塑料的激光钻孔方法，在该方法中唯一的UV激光器用于金属层钻孔和介电层钻孔，该激光器的波长在400nm以下并且其脉宽在100ns以下。在不应用激发物激光器的前提条件下，因此以相同UV激光器钻孔金属和有机材料。
从DE-A-198 24 225中公开了一种另外的层压塑料激光钻孔的方法，在该方法中例如一个具有532nm波长的SHG(第二代谐波)YAG激光器或一个具有355nm波长的THG(第三代谐波)YAG激光器也可以用于金属层钻孔和介电层钻孔。
基本上可以确定，在以UV激光器的有机材料激光钻孔的情况下，也就是说以在400nm之下的波长，进行有机材料的光化学分解。在此也不发生燃烧并且基于也许最低热负荷在层压塑料中不发生分层。与此不同在以CO2激光器的有机材料激光钻孔的情况下发生有机材料的热分解，也就是说可能发生燃烧并且在层压塑料中存在分层的危险。可是与UV激光器相比在有机材料钻孔的情况下以CO2激光器可以达到非常短的处理时间。
从EP-A-0 478 313中公开了所谓SLC方法(表面薄片电路)，在该方法中首先在一个基片上产生第一布线平面。在这个第一布线平面上然后通过丝网印刷或通过帘式浇铸涂上由光敏感的环氧树脂形成的介电层。以光石板印刷方式通过曝光和显影然后在介电层中产生盲孔。在孔壁和介电层表面的化学镀铜和电镀铜之后通过构造离析的铜层产生第二布线平面。通过光敏感的介电层和铜层的交变叠置以叙述的方式可以产生另外的布线平面。
发明内容
根据本发明的技术方案以这个问题为基础，在有机材料激光钻孔时能够没有材料热伤害地快速产生盲孔和通孔。
根据本发明的一种一种有机材料激光钻孔的方法，其特征在于，应用具有下面激光器参数的倍频钒酸钕激光器：脉宽＜40ns；脉冲频率≥20kHz；波长＝532nm。
根据本发明的一种有机材料激光钻孔的设备，具有倍频钒酸钕激光器，其具有下面的激光器参数：脉宽＜40ns；脉冲频率≥20kHz；波长＝532nm。
本发明基于这种认识，通过具有532nm波长的倍频钒酸钕激光器在短的、40ns以下的脉宽的情况下可以在短的处理时间内并且没有燃烧危险地处理有机材料层。对此为有机材料的激光钻孔选择≥20kHz的脉冲频率。在有机材料的激光处理时出现光化学和热分解的组合，与UV激光器相比使较短的处理时间成为可能并且与CO2激光器相比避免过高的热负荷。另外的优点在于，以同样的钒酸钕激光器也可以钻孔层压塑料的金属层。对于如此金属层的钻孔可以选择≥30kHz的脉冲频率。
对于有机材料钻孔的根据本发明选择的倍频钒酸钕激光器使非常高的脉冲频率成为可能，其在少于40ns的低脉宽的情况下甚至可能高于100kHz。对此高的脉冲频率使有机材料的快速并高效的处理成为可能，而通过低的脉宽保证非常低的热负荷。通过以类似或相同波长运行的另外激光器，不可能实现高的脉冲频率和短的脉宽的如此组合。如此例如在从DE-A-198 24 225中公开的SHG-YAG激光器中在较高脉冲频率的情况下也许达到70至80ns的脉宽。
本发明还包括基于上述技术方案的有益扩展。
通过少于30ns的脉宽使在激光钻孔时有机材料或者也许层压塑料的低的热负荷成为可能。
在应用具有在10μm与100μm之间聚光直径的聚焦激光束的情况下得出有机材料的有效的激光处理。在应用在20μm与50μm之间的聚光直径的情况下还可以有效地形成有机材料的激光处理。
通过在有机材料中较高吸收激光束能够显著提高处理速度。对此添加剂作为纯有机材料应当具有对于具有532nm波长的激光束明显高的吸收度。
至少无机和/或有机颜料和/或至少聚合物可溶解的色素和/或至少纤维状的填充物用作添加剂，从而能够特别简单并经济地提高有机材料的吸收度。
至少无机红颜料和/或有机红颜料和/或聚合物可溶解的红色素用作添加剂。通过选择红的添加剂能够最佳化吸收度，因为通过互补色红色特别好地吸收波长532nm的绿光。
在有机材料中混合在0.1％和5.0％重量之间颜料。这种改进对于颜料作为添加剂的混合表明一个混合范围，其在没有伤害其他特性的情况下对吸收度的提高被证明是特别好的。一个狭窄的混合范围即在有机材料中混合在1％和2％重量之间的颜料对此看作最佳的。
如果通过混合添加剂有机材料的吸收度提高到至少50％，如此得出在有机材料中处理速度的显著提高。将吸收度提高到至少60％或者提高到至少80％的情况下相应进一步降低有机材料的激光钻孔的处理时间。
具体实施方式
在下面描述的实例中使用下面的激光器类型：
激光器I：
美国加利福尼亚山脉风景光谱物理(California Mountain View，Spectra Physics)公司的二极管泵激、倍频钒酸钕激光器。
型号：T80-YHP40-532QW
波长：532nm
功率：大约8.5W
工作方式：单模TEMoo
脉宽：在10kHz脉冲频率的情况下为20ns
脉冲频率：直到200kHz
区域大小：100×100mm2
激光器II：
德国施兰堡哈斯激光(Schramberg，Haas-Laser GmbH)公司的二极管泵激、倍频钒酸钕激光器。
型号：无，因为基本型
波长：532nm
功率：大约4.0W
工作方式：单模TEMoo
脉宽：在10kHz脉冲频率的情况下为25ns
脉冲频率：直到200kHz
区域大小：100×100mm2
下述实例中，至少无机和/或有机颜料和/或至少聚合物可溶解的色素和/或至少纤维状的填充物用作添加剂。至少无机红颜料和/或有机红颜料和/或聚合物可溶解的红色素用作添加剂。在有机材料中混合在0.1％和5.0％重量之间颜料。
实例1：
在生产多层布线时在已经准备好的、已形成的布线层上通过帘式浇铸或通过丝网印刷涂上例如25μm厚度的、由有机材料形成的介电层。例如环氧材料适合用作有机材料。在不应用掩模的情况下在这个介电层中引入盲孔，其此后用作到最近布线层的镀通孔。
激光器II用于在介电层中引入盲孔。在二个电流计反射用于偏转激光束的情况下可以处理10cm×10cm的面积。如下给出激光器的另外参数：
脉宽：30ns。
脉冲频率：25kHz
实例2：
以激光器I在RCC材料(RCC＝树脂涂铜薄片)的环氧材料中引入直径为125μm的盲孔。RCC材料包括12μm厚的铜箔和60μm厚、由环氧材料形成的介电层。脉冲频率为25kHz。脉冲宽度为30ns。
在二个电流计反射用于在X方向上和在Y方向上偏转激光束的情况下可以处理10cm×10cm的面积。不用聚焦(OOF＝焦点之外)地调整1.6mm的激光束用于环氧材料的钻孔，并且该激光束移入在孔范围内的同心圆中。激光束的线速度为900mm/s。在穿孔环氧材料后仅仅细微地腐蚀处于下面的铜层。
以每秒220个孔的速度进行环氧材料的钻孔。
实例3：
与实例2的偏差是使用具有同样激光器参数的激光器II。以每秒122个孔的速度进行环氧材料的钻孔。
实例4：
与实例2的偏差是在60μm厚的FR4材料(FR4＝水平4火延缓环氧玻璃合成物)中引入盲孔，在该材料上单面胶和12μm厚的铜箔。可以参照结果。
实例5：
与实例3的偏差是在60μm厚的FR4材料中引入盲孔，在该材料上单面胶和12μm厚的铜箔。可以参照结果。
实例6：
与实例2的偏差是产生直径为100μm的盲孔。在此以每秒382个孔的速度进行环氧材料的钻孔。
实例7：
与实例3的偏差是产生直径为100μm的盲孔。在此以每秒212个孔的速度进行环氧材料的钻孔。
实例8：
与实例2的偏差是产生直径为75μm的盲孔。在此以每秒800个孔的速度进行环氧材料的钻孔。
实例9：
与实例3的偏差是产生直径为75μm的盲孔。在此以每秒400个孔的速度进行环氧材料的钻孔。
实例10：
与实例2的偏差是应用改良的环氧材料，该环氧材料大约混合了1.5％重量的添加剂。在添加剂中涉及中国河北省深州市XiJingming公司的型号为“1501快速红色”(C.I.Pigment Red 48:1)的有机红颜料。这种颜料是在钡盐为基础的偶氮颜料。通过激光束的吸收改善环氧材料的钻孔速度可以提高到每秒550个孔。
实例11：
与实例10的偏差是Bayer AG，DE的型号为“BayferroxTM”(C.I.红颜料101)的无机红颜料用作添加剂。这种颜料是氧化铁红颜料。可以对照结果。
实例12：
与实例10的差别是CIAB-GEIGY AG，CH的型号为“OracetTM Gelb GHS(C.I.Solvent Gelb 163)”的聚合物可溶解的蒽醌色素用作添加剂。在此环氧材料的钻孔速度的上升的低一些。
实例13：
与实例10的偏差是使用具有同样激光器参数的激光器II。环氧材料的钻孔速度可以提高到每秒306个孔。
实例14：
与实例10的偏差是产生直径为100μm的盲孔。有机材料的钻孔速度为每秒956个孔。
实例15：
与实例13的差别是产生直径为100μm的盲孔。有机材料的钻孔速度为每秒531个孔。
实例16：
与实例4的差别是应用改良的FR4材料，在该材料中用大约50％重量的红宝石玻璃纤维代替通常的玻璃纤维加强使环氧材料的强度加强。通过对化合物Na2O-ZnO-4SIO2的主玻璃添加2％重量的硒、1％重量的三氧化二砷和0.5％重量的碳产生这种红宝石玻璃。这种玻璃强度的环氧材料的钻孔速度可以提高在2和2.5之间的系数。

Claims (13)

1.一种有机材料激光钻孔的方法，其特征在于，应用具有下面激光器参数的倍频钒酸钕激光器：
-脉宽        ＜40ns；
-脉冲频率    ≥20kHz；
-波长        ＝532nm。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，应用脉宽＝30ns。
3.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，应用具有在10μm和100μm之间的聚光直径的聚焦激光器。
4.按照权利要求3的方法，其特征在于，应用具有在20μm和40μm之间的聚光直径的聚焦激光束。
5.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，在有机材料中混合添加剂，较好地吸收具有波长532nm的激光束。
6.按照权利要求5的方法，其特征在于，至少无机和/或有机颜料和/或至少聚合物可溶解的色素和/或至少纤维状的填充物用作添加剂。
7.按照权利要求6的方法，其特征在于，至少无机红颜料和/或有机红颜料和/或聚合物可溶解的红色素用作添加剂。
8.按照权利要求6或7的方法，其特征在于，在有机材料中混合在0.1％和5.0％重量之间颜料。
9.按照权利要求6或7的方法，其特征在于，在有机材料中混合在1％和2％重量之间的颜料。
10.按照权利要求5的方法，其特征在于，通过混合添加剂，有机材料对于激光束的波长532nm具有至少50％的吸收度。
11.按照权利要求5的方法，其特征在于，通过混合添加剂，有机材料对于激光束的波长532nm具有至少60％的吸收度。
12.按照权利要求5的方法，其特征在于，通过混合添加剂有机材料对于激光束的波长532nm具有至少80％的吸收度。
13.一种有机材料激光钻孔的设备，具有倍频钒酸钕激光器，其具有下面的激光器参数：
-脉宽       ＜40ns；
-脉冲频率   ≥20kHz；
-波长       ＝532nm。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: HITACHI VIA MACHINE CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: SIEMENS AG

Effective date: 20060630

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20060630

Address after: Kanagawa

Patentee after: Hitachi VIA Mechanics Ltd.

Address before: Munich, Germany

Patentee before: Siemens AG

C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20050511

Termination date: 20120929