CN1321408A - 敷铜层压板及使用了该敷铜层压板的激光加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了利用激光法形成确保从外层铜箔至铜箔电路层的层间导通用的穿孔、形成辅助孔的通孔或凹陷部分的敷铜层压板。通过在该敷铜层压板的外层铜箔表面形成微细铜氧化物或微细铜粒,使所述敷铜层压板满足激光反射率在86%以下、亮度(L值)在22以下等条件。
Description
技术领域
本发明涉及敷铜层压板及使用该敷铜层压板的激光加工方法。特别涉及同时对铜箔和树脂部分开孔的激光加工方法。
技术背景
近年来，以计算机硬件、计算机外部设备、与视频有关的设备、移动通信设备等为代表的电子电器产品以惊人的速度实现轻巧化。这种潮流就要求上述设备内部的电子零部件和印制线路板等也轻巧化。
因此，希望印制线路板上的电路更细，穿孔和各种辅助孔等的孔径更小，板更薄。其中，为了形成穿孔和各种辅助孔等小孔径的孔，以往都是通过钻孔加工在印制线路板上形成孔径较小的孔。进行钻孔加工的优点是，可以将印制线路板重叠，一次对多块板进行加工，再通过多轴加工的方法，能够按预先设想的那样提高生产率。
利用钻孔加工形成孔径较小的孔时，其孔径以0.3～0.4mm为主，随着近年来技术的进步，钻孔加工的孔径可减小至0.15～0.25mm左右。
另外，对利用超硬质钻头形成孔径在约0.1～0.05mm范围内的钻孔加工进行了研究，但发现技术上还存在很多需要解决的问题，如钻头寿命、印制线路板的材质不易钻削等问题。
但是，目前市场上电子电器产品的轻巧化正以惊人的速度向前发展，甚至出现钻孔加工技术无法满足的情况。因此，就利用激光加工技术对孔径在0.1mm以下的更小的孔进行加工。
用激光加工法在印制线路板上加工出孔径更小的孔时，激光的初期照射分为两种方式，1)是从基材树脂开始照射，2)是从形成电路的铜箔表面开始照射。这种情况下，由于铜箔表面有光泽，具有反射激光的性质，所以，前述第2种方式的激光加工较困难。
实际上，从具有光泽的铜箔表面开始前述第2种方式的激光加工几乎是不可能的。铜箔反射激光后，使激光的初期吸收效率下降，开孔速度减慢，导致生产效率降低。因此，利用前述第2种方式进行激光开孔时，必须预先通过腐蚀处理除去开孔处的外层铜箔。
进行腐蚀处理可通过涂布抗蚀剂来完成，但涂膜时的精度存在问题，开孔处的腐蚀位置要达到要求的精度非常困难，这样就使成为内层铜箔电路的接点部分的焊盘和激光加工形成的辅助孔的位置出现偏差，所以，就将这些偏差估计在内，采取了将内层铜箔电路的焊盘设计得较大的方法，但这样就不利于内层铜箔电路的微型化。
因此，希望开发出不需要进行铜箔腐蚀就能够同时在铜箔和树脂部分稳定地进行激光加工的敷铜层压板。
对附图的简单说明
图1为通过激光加工形成的辅助孔的剖面照片。图2表示铜箔表面的亮度和表面粗糙度的相关关系。图3表示铜箔表面的反射率和表面粗糙度的相关关系。图4表示铜箔表面的反射率和亮度的相关关系。图5为敷铜层压板的剖面示意图。图6为附有载体箔的电解铜箔的剖面示意图。图7和图8为通过激光加工形成的辅助孔的剖面照片。
发明的概要
本发明者们对激光反射和铜箔表面状态的关系进行认真研究后，明确了适用于激光加工的敷铜层压板的种类，从而完成了本发明。这里的敷铜层压板是指作为最终产品的印制线路板制作完成前，由铜箔和基材通过加压成型而形成的层叠状态的产品。
本发明者们进行研究后发现，用激光照射铜箔时，只要铜箔表面满足一定条件，则与激光加工条件的关系不太大，就能够很容易地进行加工。因此，权利要求1的激光加工用敷铜层压板是利用激光法形成确保从外层铜箔至铜箔电路层的层间导通用的穿孔、形成辅助孔的通孔或凹陷部分的敷铜层压板，该层压板的特征是，外层铜箔表面的激光反射率在86％以下。
本发明者们综合考虑了位于敷铜层压板表层的外层铜箔的各种表面状态，如反射率、亮度、表面粗糙度等三个参数，再与激光开孔状态作比较，通过这样找到了最适合于激光开孔的参数。
这里用于评估的敷铜层压板的外层铜箔是具有表1所示的反射率、亮度、表面粗糙度参数的四种试样。综合这些参数，研究它们之间的关系。这里所说的反射率虽是指以波长9.3μm的二氧化碳激光为基准，但已证实，即使其他波长及激光种类，也获得几乎不变的近似值。
表1
| 试样No. | 反射率(％) | 亮度 | 表面粗糙度/Ra(μm) | 激光开孔评估结果 |
| A | 71 | 7.99 | 0.368 | 良好 |
| B | 86 | 22.00 | 0.331 | 良 |
| C | 93 | 30.01 | 0.443 | 不佳 |
| D | 95 | 47.18 | 0.222 |
表1所示激光开孔评估结果的具体内容如图1所示，观察激光加工后形成的辅助孔的剖面，判断其形状。图1是试样No.A～D对应的辅助孔的剖面照片。其激光加工条件是采用二氧化碳激光，频率为2000Hz，掩膜直径为5.0mm，脉冲宽度为1次20μs、18.3mJ，偏置0.8。其结果是，试样No.A的剖面形状良好，试样No.B的剖面形状为良，试样No.C及试样No.D的剖面形状不佳。
以表1所示的值为基础，对各参数间的相关关系进行研究。图2表示亮度和表面粗糙度的关系，但从图2无法看出亮度和表面粗糙度间明显的相关关系。亮度和表面粗糙度虽然不一定完全一致，但如果结合激光开孔评估结果考虑，亮度和激光开孔性能间还是存在一定关系的。
图3表示反射率和表面粗糙度间的关系，从图3也无法看出反射率和表面粗糙度间明显的相关关系。反射率和表面粗糙度虽然不一定完全一致，但如果结合激光开孔评估结果考虑，反射率和激光开孔性能间还是存在一定关系的。
图4表示反射率和亮度的关系，从图4可看出，反射率和亮度间存在对数函数的相关关系，亮度越大，其曲线越接近于100％反射率的线。增加试样数量，重复进行实验后发现，如果在敷铜层压板外层存在的铜箔表面，如图4中用虚线划分，其反射率在86％以下、亮度在25以下，则开孔性能良好。
因此，权利要求1所述的是进行激光加工的敷铜层压板的反射率在86％以下的情况。从上述内容可明确，敷铜层压板外层铜箔的亮度是获得极佳激光开孔性能的关键。
由此，权利要求2对权利要求1所述的激光加工用敷铜层压板进行了进一步限定，即，权利要求2所述的敷铜层压板是利用激光法形成确保从外层铜箔至铜箔电路层的层间导通用的穿孔、形成辅助孔的通孔或凹陷部分的敷铜层压板，该层压板的特征是，外层铜箔表面的亮度(L值)在25以下。
这里所指的L值是表示色彩的亮度和纯度常用的芒塞尔图中表示明暗所用的值。这里是用色差计测得的值。
权利要求3揭示的激光加工用敷铜层压板，其多层印制线路板的被激光照射的外层铜箔是通过在其表面形成微细铜氧化物或微细铜粒而粗化。这是为了达到权利要求1或2所述的反射率及亮度的一个手段，以使铜箔表面粗化为目的，在外层铜箔表面形成了微细铜氧化物或微细铜粒。
已经知道，若通过在铜箔表面形成微细的铜氧化物或微细铜粒来确保上述铜箔表面的反射率及亮度后，则颜色一般由暗褐色转变为黑色，这样就能够提高激光的初期吸收效率。如果初期吸收效率有所提高，则初期的开孔形状均匀，形成较平的孔穴，若结合权利要求3的使用附有载体箔的电解铜箔的技术思想，就能够完成更好的激光开孔加工。
这里所说的微细铜氧化物或微细铜粒只要是用铜电解液在烧镀条件下在铜箔表面析出的铜粒或通过所谓的黑化处理形成的铜氧化物颗粒，或利用锌等对黑化处理进行还原的所谓还原黑化处理而能获得附着在铜箔表面的铜粒等，则用任何方法形成都行。
但是，必须满足权利要求1或权利要求2所述的反射率和亮度中的至少一个条件或同时满足这两个条件。当然，由于考虑到图4所示的反射率和亮度的关系成立，因此可以认为，若满足一个条件，则另一条件也满足。此外，铜氧化物粒及微细铜粒的形状不一定为球状，也可以为针状和树枝状等形状。这是因为不同形成方法生成的铜氧化物粒及微细铜粒的形状不同的缘故。
权利要求4对权利要求1～权利要求3所述的激光加工用敷铜层压板进行了进一步地限定，它揭示了一种外层铜箔为附有载体箔的电解铜箔的敷铜层压板，是在载体箔上由有机系物质形成了接合界面层，在该接合界面层上析出形成电解铜箔层，再在电解铜箔层表面形成树脂层。
从生产率考虑，对于激光加工用敷铜层压板，在激光初期照射由形成电路的外层铜箔表面开始的情况下外层铜箔最好采用极薄的铜箔。所以，最好使用厚度在3μm左右的铜箔作为能够以良好的原料利用率加工成敷铜层压板的附有载体箔的电解铜箔。
附有载体箔的电解铜箔是载体箔和铜箔好象粘合在一起的状态，载体箔在敷铜层压板的整个制作过程中，起到支承增强极薄的铜箔、防止起伏不平产生、大幅度提高敷铜层压板的原料利用率的作用。一般，附有载体箔的电解铜箔在敷铜层压板制作完毕后大致分为两种，即，剥去载体箔形成电路的可剥型，或对载体箔进行腐蚀处理去除后形成电路的可蚀型。
采用后一种可蚀型时，由于需要特殊的载体箔腐蚀用设备，所以使生产成本有所增加。但采用可剥型时，只要进行简单的剥离就可以，所以比可蚀型好。特别有用的是，在可剥型的附有载体箔的铜箔内，在作为载体箔的电解铜箔上，形成由有机系物质构成的接合界面层，该接合界面层上析出形成了电解铜箔层，再在电解铜箔层上形成树脂层的附有载体箔的电解铜箔。
载体箔和铜箔的接合界面是由有机材料形成的附有载体箔的电解铜箔，其接合界面的剥离强度低位稳定，用手就能够容易剥离，而且，在敷铜层压板制作完毕前可确保要求的最低限度的剥离强度。
在电解铜箔层表面形成的树脂层，在对敷铜层压板进行加压加工时成为与基材连接的粘合面，层叠后可减弱基材的半固化片表面出现的“起伏不平”现象，获得与半固化片的良好粘合性。半固化片一般为在玻璃纤维中含浸了环氧系和三聚氰胺系树脂的半硬化状态的材料，将其与铜箔一起加压成型后可形成完全硬化的敷铜层压板的基材。
完全硬化后的半固化片可以看作一种纤维·加固塑料(FRP)，所以，其内部包含玻璃纤维，在基材表面形成了玻璃纤维的起伏不平。上述树脂层可减缓玻璃纤维出现的起伏不平，这样就能够使敷铜层压板表面变得更平整，使激光加工时的激光能够均匀照射来进行精度更高的开孔加工。
如果采用20μm以上的树脂层作为外层铜箔，则可省略在制作多层印制线路板时在外层铜箔和中心材料间加入半固化片的工序。如果这样做，则在外层铜箔和中心材料间就会形成不含玻璃纤维的绝缘层，更能够提高激光加工的精度。进行激光开孔加工时形成孔的侧壁形状变形，其主要原因是因为与树脂加工相比，形成更难加工的无玻璃纤维的状态。
权利要求5进一步限定了权利要求1～权利要求4所述的激光加工用敷铜层压板，权利要求5的敷铜层压板的特征在于，被激光照射的外层铜箔表面形成了可提高激光吸收效率的树脂层。
为了进一步提高上述效果，本发明中形成了可提高激光吸收效率的树脂层。这里所说的形成上述可提高激光吸收效率的树脂层的树脂最好采用在包含激光束的波长的红外范围内吸收良好的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚乙烯等热塑性树脂。
权利要求6所述为敷铜层压板的激光加工方法，该方法采用了权利要求1～权利要求5所述的敷铜层压板，利用激光法形成了穿孔、构成辅助孔的通孔或凹陷部分。
该激光加工方法的特征是采用了上述敷铜层压板，对该方法中所用的激光种类无特别限定，包括氩激光、二氧化碳激光等。此外，激光的照射条件可根据基材的材质和厚度适当选择最佳条件。
实施例
以下，根据本发明的敷铜层压板的最简单的制造方法及激光加工后的评估结果，对本发明的实施形态进行说明。
制造本发明的敷铜层压板1时，首先准备好已通过腐蚀处理形成了电路的双面印制线路板2。然后，在这块印制线路板2的两面上分别配置附有载体箔的电解铜箔3，在180℃的温度下进行60分钟的热压成型处理，制成图5的剖面示意图所示的4层敷铜层压板4。
这里所用的附有载体箔的电解铜箔3如图6的剖面示意图所示，采用了18μm厚的电解铜箔作为载体箔5，在接合界面6上形成了羧基苯并三唑被膜，在接合界面6上通过电解法形成了厚度为5μm的电解铜箔7，再在电解铜箔7的粗化表面8形成了厚度为70μm的环氧系树脂层9。因此，在热压成型后，剥去载体箔5，就可作为普通的敷铜层压板4使用。此时的敷铜层压板4的外层铜箔由附有载体箔的电解铜箔3的厚度为5μm的电解铜箔7构成。
然后，对位于敷铜层压板4的外层的电解铜箔7进行黑化处理，使其上附着微细的铜氧化物颗粒，颜色为黑褐色。此时的黑化处理条件是次氯酸钠25g/l、氢化钠20g/l、烷酸酯6g/l、液温67℃、处理时间4分钟。
经过了上述黑化处理的敷铜层压板4，其外层铜箔7的表面特性是反射率为75％，亮度(L值)为20。使用该敷铜层压板4，利用二氧化碳激光进行形成辅助孔的处理。即，对经过黑化处理的外层铜箔7的规定位置照射二氧化碳激光，在外层铜箔7和其下的硬化树脂层9上开孔，形成到达内层铜箔10的辅助孔11。此时的激光照射条件如前所述，所以不再重复说明。该辅助孔11的剖面观察结果如图7所示。辅助孔的侧壁面极为光滑，有清晰的近似圆筒形的开孔。
本发明者们为了进行比较，省略上述黑化处理，以外层铜箔7的表面为带有光泽的状态，在同样条件下进行了激光开孔加工，其结果如图8所示。从图8可看出，该激光开孔加工未达到令人完全满意的效果，且未到达内层铜箔10。因此，能够很容易就推断出本发明的敷铜层压板1具备良好的激光加工特性。
发明的效果
本发明的敷铜层压板不需要严格控制激光加工条件就能够进行清晰的穿孔和辅助孔等的开孔处理，且加工时间缩短，大幅度提高了生产率。因此，采用本发明的敷铜层压板，能够完成精密的电路设计，提高零部件的安装密度，从而大幅度提高多层印制线路板的层间连接可靠性。
Claims (6)
1．激光加工用敷铜层压板，所述层压板是利用激光法形成确保从外层铜箔至铜箔电路层的层间导通用的穿孔、形成辅助孔的通孔或凹陷部分的敷铜层压板，其特征在于，所述敷铜层压板的外层铜箔表面的激光反射率在86％以下。
2．如权利要求1所述的激光加工用敷铜层压板，所述层压板是利用激光法形成确保从外层铜箔至铜箔电路层的层间导通用的穿孔、形成辅助孔的通孔或凹陷部分的敷铜层压板，其特征还在于，所述敷铜层压板的外层铜箔表面的亮度(L值)在25以下。
3．如权利要求1或2所述的激光加工用敷铜层压板，所述层压板是利用激光法形成确保从外层铜箔至铜箔电路层的层间导通用的穿孔、形成辅助孔的通孔或凹陷部分的敷铜层压板，其特征还在于，通过在被激光照射的外层铜箔的表面形成微细铜氧化物或微细铜粒而使其粗化。
4．如权利要求1～3的任一项所述的激光加工用敷铜层压板，其中，外层铜箔为附有载体箔的电解铜箔，在载体箔上由有机系物质形成了接界面层，在接合界面层上析出形成了电解铜箔层，在电解铜箔层表面形成了树脂层。
5．如权利要求1～4的任一项所述的激光加工用敷铜层压板，其中，在外层铜箔表面形成了可提高激光吸收效率的树脂层。
6．敷铜层压板的激光加工方法，其特征在于，使用权利要求1～权利要求5所述的敷铜层压板，利用激光法在其上形成穿孔、辅助孔的通孔或凹陷部分。
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