CN1980767A - 在均质和非均质基材钻穿孔的方法 - Google Patents

在均质和非均质基材钻穿孔的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种相异直径孔洞的钻孔方法，已改善主要表面质量的穿孔(14)通过该方法在目标材料(8)中形成，该方法包括钻出直径小于所述穿孔的所需直径的定位孔(10)，然后钻出具有所述所需直径的穿孔。所述定位孔形成通道，而在激光钻孔期间所产生的热能可通过所述通道扩散到环境中，由此减少扩散进入周围的目标材料基质的热能数量以及对目标材料基质的受热影响区的热损坏程度。该定位孔也形成通道，通过所述通道可移除所烧蚀的目标材料，由此增加总的穿孔产量。定位孔的形成减少了形成该穿孔剩余部分所需的热能，由此对所述周围的目标材料基质产生更少的热损坏。

Description

在均质和非均质基材钻穿孔的方法
技术领域
【0001】本发明涉及激光微加工，且具体涉及高功率激光器的使用，以实现基材和在穿孔形成期间所增加的热能的有效移除。
背景技术
【0002】穿孔钻法是在微电子制造工业中所进行的基本工艺。通常钻穿孔的示例性目标材料包括多芯片模块(MCM)、球状栅格阵列、针状栅格阵列、电路板、玻璃布(包合FR4)、混合微电路、及半导体微电路。这些目标材料通常包括金属、有机电介质、和/或强化材料的分离组分层。穿孔通常是机械式钻孔；然而，对小直径(例如小于150微米)穿孔日益增加的需求已造成其机械式钻孔不再实用。当对小直径穿孔的需求增加时，随之必然增加对高纵横比穿孔(孔径对孔深的比等于或小于1.0的穿孔)的需求。几乎全部使用高功率激光钻孔以形成这些穿孔。
【0003】用于钻穿孔的示例性高功率激光器包括紫外线(UV)激光器、二氧化碳(CO2)激光器、及准分子激光器。钻孔包括引导激光在所需的光点撞击目标材料，并烧蚀目标材料的整个厚度以在所需的光点形成穿孔。在钻孔期间，已烧蚀的材料通过孔洞的顶部开口移除。一旦穿孔完全形成，剩余的烧蚀材料也可通过穿孔的底部开口移除。虽然激光钻孔有助于小直径穿孔的形成，穿孔激光钻法依然是苦恼于各种问题的不完美方法。
【0004】在非均质基材中有关激光钻穿孔的一个问题是它们通常呈现不佳的壁面质量。当高功率激光更深地钻入该目标材料时，所增加的热能比能通过该顶部开口逸离的热能更多地留在该孔洞中，导致大量热能通过该孔洞壁面扩散进入目标材料基质。此扩散作用对位于受热影响区内的目标材料造成明显的结构损坏。而且，未能通过该穿孔的顶部开口有效移除已钻孔目标材料，导致形成具有不需要的纤维突出部分和/或树脂回蚀的穿孔。
【0005】有关激光钻穿孔的第二个问题是在穿孔壁面上形成沟槽，这源自激光束及目标材料之间的相互作用。例如，使用CO2激光以对铁材料钻孔，导致以下的周期性处理：在该光点区域中发生放热反应，造成该熔化材料的快速膨胀；一旦该反应前方区域离开该光点区域，该熔化材料再次凝固。这整个循环在各种深度重复，沿着切割表面纵深地建立周期性沟槽结构。
【0006】有关激光钻穿孔的第三个问题是该已钻孔目标材料的一部分可部分地阻断随后的激光脉冲或形成电浆卷流(plasma plume)。例如，在激光钻孔期间留在该孔洞中的目标材料的碎片通常着火和向外蚀刻进入受热影响区。因为气体卷流通常在每一激光脉冲开始的10纳秒内着火，每一激光脉冲的大约八成包括电浆卷流。此事件通常导致不需要的树脂回蚀。
【0007】另外，过热碎片能由压倒性地烧蚀至较少烧蚀及更多热量地改变烧蚀处理的本质，由此建立饱和深度，其在该高功率激光的功率密度及重复比率上不适宜地强加实际限制。限制该功率密度及重复比率将限制该烧蚀比率能增加的范围。
【0008】当在高异质材料，诸如FR4布中形成穿孔时，发生有关激光钻穿孔的第四个问题，该FR4布是夹在导电及导热金属层之间的充满有机聚合物树脂的玻璃布。因为对于每一个别层，不同的激光烧蚀特性，诸如熔化及蒸发温度，激光处理穿孔是很难的。例如，编织玻璃强化物及聚合物树脂基质的蒸发温度非常不同。二氧化硅(常用的编织玻璃强化物)具有大约1,970绝对温度(K)的熔化温度及大约2,503K的蒸发温度。对比之下，有机树脂(也即环氧基树脂)在大约500K到大约700K之间汽化。蒸发温度中的差异使得其难以激光烧蚀该玻璃成份，而不会烧蚀环绕个别玻璃纤维的树脂或直接相邻于纤维束的区域。
【0009】迄今，使利用高功率激光器形成穿孔所导致的有害影响减至最小的主要工业解决方法是，最佳化切割参数，及特别是使用界定的激光脉冲。然而，使用该方法所产生的改善程度是相对最小的，因为参数的最佳化通常对于穿孔形成的分开的方面是有害的。
【0010】虽然高功率激光钻孔半导体微加工技术的不可缺少部分，没有发现有经济效率的激光钻孔方法，用以钻出具有平滑壁面的穿孔，而减少发生切割表面沟槽形成、纤维突出部分、或纤维回蚀。本发明处理该需求，以使用高功率激光钻出具有平滑壁面的穿孔。
发明内容
【0011】因此，本发明的目的是提供在非均质基材中使用高功率激光形成穿孔的有效率且经济的方法，以实现控制下的目标材料及热能移除。该结果的穿孔呈现平滑壁面及最小的热损坏。全部结果是进行激光操作的方法，其以处理质量、技术结果的再现性、钻出高纵横比穿孔的能力、及在低额外成本的有效性的方面提供改善的性能。
【0012】本发明是一种相异直径孔洞的钻孔方法，通过该方法可在目标材料中形成已改善孔壁质量的穿孔。该方法包括钻出具有比所需穿孔直径小的直径的定位孔，然后钻出具有所需直径的穿孔。
【0013】该定位孔形成通道，而在激光钻孔期间所产生的热能可通过该通道扩散进入环境，由此减少扩散进入周围目标材料基质的热能数量及对目标材料基质的受热影响区的热损坏程度。定位孔直径及钻孔参数的小心选择，在其形成期间明显减少了对包围该穿孔的受热影响区的热损坏数量，且增强了所钻穿孔的壁面质量。
【0014】该定位孔也形成通道，而所钻出的目标材料可通过该通道移除，由此增加整个穿孔产量。因为作为该穿孔形成工艺的一部分，总目标材料的必须移除部分在定位孔的形成期间已被烧蚀及移除，移除目标材料的剩余部分所需的热能减少。当需要更少的热能以形成该穿孔的剩余部分时，对该周围的目标材料基质导致更少的热损坏。
【0015】在本发明的第一优选实施例中，一高功率激光器的激光输出热烧蚀目标材料的一部分，以形成定位孔。可钻出该定位孔，使得其完全延伸穿过该目标材料的厚度或使得其仅仅部分延伸穿过该目标材料的厚度，以形成未贯穿所有层和/或材料的盲孔。而且，该定位孔及该穿孔可形成在该目标材料之间主要表面上或在该目标材料的相向主要表面上。
【0016】本发明的第二优选实施例是一种形成具有所需直径的穿孔的三步骤方法。该三步骤方法的第一步骤包括引导第一激光输出以便入射在该目标材料上，以用盲孔形式形成该穿孔的一部分，该盲孔具有与该所需穿孔相同的直径。该穿孔部分可形成在该目标材料的任一主要表面上。在该第二步骤中，第二激光输出被引导，以便入射在该目标材料上，进而形成具有直径的定位孔，该直径小于该穿孔部分或最终穿孔中的任一直径。该定位孔的底部优选形成该先前形成穿孔部分的底部部分。该定位孔可形成在该目标材料的任一主要表面上。在该第三步骤中，第三激光输出被引导，以便入射在该目标材料上，进而完成具有该所需直径的穿孔的形成。该第三激光输出可引导在该目标材料的任一主要表面上。引导该第一及第二激光输出，以便该穿孔部分及该完成穿孔轴线向对齐，以及当该所需穿孔具有一小直径(小于150微米)时，该第二激光输出优选撞击在该目标材料上，以形成与该穿孔部分同轴线的定位孔。
【0017】本发明的方法有助于高纵横比穿孔的形成，因为该穿孔的深度能增加，而不会招致穿孔壁面热损坏增加。另外，该方法能够使该材料的移除率增加，及由此减少制造成本及增加整个通孔/秒产量。本发明的方法也避免或使该穿孔侧壁上不需要的沟槽结构的形成、粘着至该切割的底部边缘的残渣沉积、以及对该周围目标材料基质的热损坏减至最低。因此，本发明的方法增进了穿孔品质及产量。
【0018】本发明的其他方面和优点将由优选实施例的以下详细叙述而变得明显，并以参考附图开始。
附图说明
【0019】图1a和1b以及图2a和2b是按照本发明第一实施例的目标材料在通过最初通过该目标材料的厚度分别完全或部分地钻出一定位孔所进行的穿孔形成的不同阶段中的片段横截面视图。
【0020】图3a及3b是按照三步骤工艺所进行的按照本发明第二实施例的穿孔形成的不同阶段中的目标材料的片段横截面视图，该三步骤工艺包括最初钻出所需直径的盲孔、钻出较小直径的定位孔、及钻孔至完全形成所需直径的穿孔。
【0021】图4及5是分别按照现有技术及本发明的方法在同等倍率所拍摄的扫描电子显微图片(SEM)，及呈现在多层电子电路板中所形成的穿孔壁面的横截面视图的比较关系。
具体实施方式
【0022】本发明是使用高功率激光器以实现控制下的目标材料移除进而在目标材料中形成穿孔的有效方法。特别地是，该方法包括钻出直径小于穿孔的所需直径的定位孔，及此后钻出该穿孔。通过小心选择钻孔参数，包括该定位孔的直径，定位孔形成减少了对包围该孔洞的受热影响区的热损坏的程度及数量，由此显著地改善该钻穿孔的孔壁表面质量。
【0023】参考图1a及1b，在本发明的第一优选实施例中，通过一高功率激光器4所发射的激光输出光束2在一位置引导在目标材料8上。为讨论的目的，在图1a，1b，2a，2b，3a及3b中所示的目标材料8是均质材料，但本发明也适用于非均质或层状材料。激光束2烧蚀一部分目标材料8以形成具有直径11的定位孔10。如图1a及2a的横截面侧视图所示，可钻出定位孔10，使得其完全延伸穿过目标材料8的厚度12(如图1a中的定位孔10a所标示)，或使得其仅仅部分延伸穿过目标材料8的厚度12(如图2a中的定位孔10b所标示)，以形成不会贯穿所有层和/或材料的盲孔。该激光器参数的适当选择允许某些目标材料层8保持不受影响，即使它们包括与烧蚀层相同的成份。
【0024】在形成定位孔10之后，第二激光输出在该位置被引导到目标材料8上，以形成具有大于直径11的直径15的穿孔14。穿孔14延伸穿过目标材料8的厚度12。可通过形成定位孔10的相同高功率激光或通过不同激光形成穿孔14。穿孔14干净及平均地贯穿目标材料8的所有层及材料，且由其上端16至其底部端点18呈现可以忽略的锥形。如图1a及1b所示，形成定位孔10a，以使得该烧蚀目标材料可在形成穿孔14之前由定位孔10a的上端16或底部端点18移除。如图2a及2b所示，形成定位孔10b，以使得该已烧蚀目标材料可在形成穿孔14之前通过定位孔10b的上端16移除。为便于未来的参考，仅仅部分钻穿目标材料8的厚度12的孔洞称为盲孔。
【0025】定位孔10及穿孔14最初在目标材料8的相同主要表面20或不同主要表面20上钻出。例如，定位孔10的形成可在目标材料8的第一主要表面20a上开始。相比定位孔10具有较大直径的穿孔14的形成，则能在目标材料8的第一主要表面20a开始。替代性地，能在目标材料8的第一主要表面20a上开始定位孔10的形成。相比定位孔10具有较大直径的穿孔14的形成，则能在目标材料8的第二主要表面20b上开始。如上述，定位孔10可为穿孔或盲孔。
【0026】参考图3a及3b，本发明的第二优选实施例是一种形成具有所需直径的穿孔的三步骤方法。该三步骤方法的第一步骤包括最初在目标材料8的第一主要表面20a上形成穿孔14的纵深部分22，该穿孔呈现具有轴线30的盲孔形式且与所需穿孔具有相同的直径。在第二步骤中，具有比穿孔部分22的直径还要小的直径11的且仅仅部分延伸穿过目标材料8的厚度12的定位孔10，最初形成在目标材料8的第二主要表面20b上，使得该定位孔10延伸穿过事先形成穿孔部分22的一部分底部。该第二步骤的完成导致在穿孔部分22的底部中形成直径11的孔洞。在第三步骤中，具有所需直径的穿孔14通过最初钻穿目标材料8的第二主要表面20b所形成。该穿孔具有轴线34，其优选与轴线30同轴对齐，以有助于均匀的热分布。当该所需的穿孔具有小于30微米的直径时，该工艺通常是优选的。
【0027】技术人员将认识到，当使用不同目标材料的主要表面以钻出穿孔部分、定位孔、和/或穿孔时，基准的标记(对齐目标)可放置在该目标材料上，以有助于激光输出与该目标材料的对齐。该激光光学地定位该基准标记及使用本领域技术人员通常熟悉的图案辨认技术对齐激光输出与该基准标记之一。
【0028】技术人员将进一步认识到，可实现第二优选实施例的很多变化。例如，穿孔14的部分22及定位孔10两者可贯穿目标材料8的第一主要表面20a，并且穿孔14可贯穿目标材料8的第二主要表面20b。替代性地，穿孔14的部分22可贯穿目标材料8的第一主要表面20a，定位孔10可贯穿目标材料8的第二主要表面20b，并且穿孔14可贯穿目标材料8的第一主要表面20a。技术人员将也认识到，本发明的第二优选实施例的定位孔10可为盲孔。
【0029】可在定位孔形成期间或在随后的处理期间移除烧蚀目标材料。由本发明的方法所给予的基材保护及较小的重要尺寸是优于传统穿孔处理方法的显著改善。穿孔可例如由其他穿孔或邻接的电路结构隔开达大约2微米。而且，将本来作为形成该穿孔工艺的一部分而移除的整个目标材料的一部分在该定位孔的形成期间移除。因此，定位孔形成减少了移除目标材料的剩余部分所需的热能，并导致对该周围的目标材料基质减少热损坏。
【0030】该定位孔结构的选择是基于特定的目标材料及所需的穿孔纵横比的。技术人员应明白可重复该第一及第二激光输出以通过复数层组产生阶梯状、锥形、或垂直边缘的通孔。
【0031】可用各种方式实现本发明方法的使用，以实现在目标材料上钻出穿孔。在一个优选实现中，激光用于在该目标材料中钻出所有定位孔。接着，使用以不同操作参数操作的相同激光或不同激光在该目标材料中钻出所有定位孔。在另一替代性中，在形成下一定位孔及穿孔之前形成每一个别的定位孔及穿孔。可通过使用沿着相同路径行进的二个分开的激光器或使用一个双头激光器来达到此实现。
【0032】通孔直径的范围优选在大约25微米至大约300微米之间，但高功率激光器4可产生具有大约5微米及大约1毫米之间的直径的通孔。因为输出光束2的优选光点尺寸在大约5微米及75微米直径之间，通常通过环锯、同心圆处理、或螺旋处理产生大于25微米的通孔，其中该第一及第二激光束是在重迭连续的位置中沿着螺旋工具路径至外围连续地被引导到目标材料8。该第一及第二激光器输出优选在一速度下连续地移动通过每一位置，该速度足以使该激光输出传送许多所需的光束脉冲以达到所需的切割深度。
【0033】图4及5是分别按照现有技术和本发明的方法在同等倍率下所拍摄的扫描电子显微图片(SEM)，以及显示在多层电子电路板中所形成的穿孔壁面的横截面视图。更特别地是，图4及5显示60微米直径穿孔的横截面视图，该穿孔使用阶梯环锯在具有420微米厚度的二层铜涂附FR4平板50上钻出。平板50包括通过二个相向铜层56所局限的(bounded)玻璃布52和玻璃纤维树脂54的交替层。图4及5的SEM的比较，清楚示出了实行本发明的方法所必然改善的壁面质量。特别地是，图4的穿孔呈现不佳的壁面质量，因为发生了大量的玻璃布的树脂凹缩。当加至该穿孔的热能通过该孔壁扩散进入包围玻璃布的树脂时，发生树脂凹缩，在包围该穿孔的受热影响区中对包围该玻璃布的树脂造成显著的结构损坏。对比之下，图5的穿孔呈现优异的壁面质量及最小的树脂凹缩。
【0034】因为对于多层电路板中所使用的以变化玻璃为主的材料的玻璃转换温度不同，关于本发明的所有实施例可使用纵深差异功率配置，其对于待钻孔的每一多层电路板有所变化。对于每一目标材料，其优选的纵深地差异功率配置由经验决定。例如，玻璃布大约在摄氏1700度熔化，而树脂大约在摄氏280度熔化。因此，在钻孔期间，当该目标材料由玻璃布改变为树脂时，有很大量的过多能量置于该穿孔中。如上所述，这可造成各种不需要的结果，包括树脂凹缩及电浆卷流的形成，此两者导致所完成穿孔的壁面质量不佳。当该激光钻穿在非常低温度下熔化的树脂层时，在该目标材料中的定位孔的形成，允许相当大部分的过多热能逸离。如此，本发明的方法大幅改善结果穿孔的壁面质量。
【0035】本发明对于在广泛的多种目标材料上施行激光操作是有用的，包括均质及非均质材料，该材料包括各种金属及诸如玻璃、硅、以及陶瓷的脆性材料、MCM、球状栅格阵列、针状栅格阵列、电路板、以及混合与半导体微电路。优选的目标材料是多层玻璃纤维强化印刷电路板。印刷电路板通常包括金属、电介质、和/或强化材料的分离组分层。
【0036】示例性的金属组分层包括铝、铜、黄金、钼、镍、钯、铂、银、钛、钨、或其组合。虽然这些层可具有任何适当的厚度，其厚度通常在大约9微米及大约36微米之间。
【0037】示例性的有机介电层包括双马来酰亚胺三嗪(BT)、纸板、氰酸盐酯、环氧基树脂、酚醛塑料、聚酰亚胺、或聚四氟乙烯(PTFE)。虽然这些层可具有任何适当的厚度，它们通常具有大约50微米到大约400微米之间的厚度，并且大于该金属组分层的厚度。
【0038】示例性的强化组分层包括纤维垫、芳族聚酸胺纤维的散布微粒、陶瓷、或玻璃(编入或散布进入该有机电介层)。虽然这些层可具有任何适当的厚度，其厚度通常在大约1微米到大约150微米之间，并且小于该有机介电层的厚度。技术人员应明白，强化组分层可作为粉末导入该有机介电层。所导致的粉末层可为非相邻和不均匀的。技术人员也应明白，金属成份、有机电介质、以及强化组分层可为内部非相邻、不均匀、及非分层的。
【0039】通过高压压制诸如氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AIN)的微米或次微米等级普通陶瓷的粉末形成的未烘培的“绿色”陶瓷基材是另一优选的目标材料。该粉末微粒以提供足够的机械完整性的有机黏合剂黏合，以允许施行机器操作，诸如通孔钻孔。以下的钻孔，在高温烘焰该绿色材料，并赶走黏合剂并将该粉末微粒融化或烧结成非常坚固且耐用的基材。
【0040】虽然关于本发明的方法可使用任何高功率激光器，示例性的优选激光器包括含有固态激光器及准分子激光器的紫外线(UV)激光器，及CO2激光器。技术人员应明白，能通过按照传统技术操作的脉冲式Q切换激光器或通过连续波激光器扩大该激光脉冲，该连续波激光器与一定期打开的快门配合以对指定时间提供连续波发射，由此形成激光脉冲。顶层烧蚀对于激光源提供更多选择，其可基于其它标准，诸如波长、光点尺寸、及有效性选择激光源。选择每一激光器输出脉冲的参数，以基本上有助于清洁在上述目标材料中的钻孔及通孔形成。因为有关每一类型的激光器的优选钻孔参数在变化，每一类型的激光器将在下文更详细地讨论。
【0041】有关本发明方法所使用的优选激光器是一种UV、Q切换、固态激光器，其优选包括固态的激光材料(lasant)，诸如掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)、掺钕磷酸盐玻璃(Nd:YLF)、掺钕铝酸铭(Nd:YAP)、掺钕钒酸钇镱(Nd:YVO4)、掺钛钇铝石榴石(Yb:YAG)、掺钛蓝宝石(Ti:Sapphire)、或掺钬或铒的钇铝石榴石水晶(YAG crystal)。使用UV的优点是该焦距容差有助于不均匀厚度目标的机械加工。优选波长包括、但不限于具有主要TEM00空间模式配置的532纳米(两倍于Nd:YAG的频率)、355纳米(三倍于Nd:YAG的频率)、以及266纳米(四倍于Nd:YAG的频率)。额外的优选波长为152纳米，且技术人员应明白，有关本发明的方法也可使用发射其它合适波长的激光器。示例性的市售激光器由加州山景市光波电子公司(Lightwave Electronics ofMountain View，California)所销售的模型210UV-3500激光器。该激光器优选在大约1微米到大约7微米之间的小量尺寸提供成像、仿形输出。
【0042】UV、Q切换、固态激光器输出的示例性参数包括：在该光束点区域上方测量的平均能量密度，其大于约5微焦耳(μJ)、更优选大于30μJ；小于约100微米的光点尺寸直径或空间主轴，且优选在约1微米至约50微米之间；大于约1千赫(kHz)、且优选大于约20kHz的重复率；以及在该光点区域上方大于100毫瓦(mW)的平均强度或辐照度。选择优选参数，以意图通过利用短暂脉冲宽度避开热损坏效应，该脉冲宽度小于大约300纳秒，且优选由约0.1皮秒(ps)至150纳秒(ns)，且更优选在约1ns和约100ns之间。在特定波长用于目标材料的激光处理的功率需求与所使用的光点尺寸成比例。技术人员应明白，这些参数将会变化，并能对待处理的材料最佳化，且可使用不同参数以处理不同目标层。
【0043】该激光系统输出光束优选产生具有小于约25微米直径的光点区域。虽然该光点区域及直径一般指得是1/e2大小，这些术语偶而用于意指出单一脉冲所建立的孔洞的光点区域或直径。技术人员也应明白该输出光束的光点区域优选大致上圆形。然而，也可通过类似工艺烧蚀非圆形通孔。此通孔可例如具有正方形、长方形、精圆形、像凹槽、或其它主要表面几何形状。假如特定的操作所需，技术人员也应明白，该输出光束可成像或修剪其翼部或尾端，特别是对于第一步骤的处理。
【0044】以下的表1是使用UV、Q切换、固态激光器，并使用本发明的第二优选方法提供用于钻出该穿孔的工艺参数及全部产量资料。该定位孔于该表的第五及第六步骤中钻出，且钻穿该目标材料的整个厚度。该穿孔在步骤7及8中钻出。
表1.工艺参数及全部产量资料
阵列#  步骤# 脉冲  小量尺寸(微米)  速度(毫米/秒)  重复率(千赫)  重复  FP  凝聚时间(毫秒)  最大击中率(通孔/秒)  有效光电尺寸(微米)  工具直径(微米) 钻孔形式(T，S，P)  离焦点之偏置(毫米)  平均功率(瓦)  平均击中率(通孔/秒)
4  1  5.56  166.7  30  60  Y  0  27.1  28  60 T  -0.2  5.7  27.1
30  1  8.2  246  30  4  Y  0  303  13  60 T  -0.1  1.8
 2  7.33  219.9  30  4  N  0  303  18  60 T  -0.2  1.8
 3  6.63  167.5  30  4  N  0  303  28  60 T  -0.4  1.8
 4  4.36  130.8  30  4  N  0  303  35  60 T  -0.5  1.8
 5   30  Y  0  476  -0.4  4.5
 6   30  Y  0  476  -0.5  4.5
 7  6.63  167.5  30  4  N  0  303  28  60 T  -0.4  1.8
 8  4.36  130.8  30  4  N  0  303  35  60 T  -0.5  1.8
【0045】有关本发明也可使用二氧化碳激光器。普通二氧化碳微通孔钻孔激光器包括RF激励激光器、横向激励大气(TEA)激光器、以及快速轴向流动激光器。然而，因为所有二氧化碳激光器的波长在大约9微米到大约11微米之间，该激光输出通过金属、诸如铜高度反射。因此，很难使用二氧化碳激光器对以重迭金属层为特色的基材钻孔。如此二氧化碳激光器优选应用于没有重迭铜或一重迭铜层的层状基材，其中通孔开口已通过标准的化学机构所事先蚀刻。此“预蚀刻″或“共形光罩″多层基材也可没有编织强化物，诸如在介电层中的玻璃纤维。例如，盲孔能够通过金属层形成在由覆盖在任一主要表面上的一层介电材料所构成的目标材料中。该盲孔的形成可为自限的，使得在该光束切穿介电材料后停止形成通孔。其理由是该光束脉冲功率密度不足以纵深地前进超出该介电材料，以汽化剩余的金属层，即使光束脉冲持续撞击目标。盲孔形成中的纵深自限能力是有利的，因为多层目标可呈现无法预测、不一致的目标深度，其源自该安装固定物的扭曲、不均匀层厚度、或不均匀平坦性。
【0046】对本领域技术人员将明显的是可对上述具体实施例的细节作很多变化，却未脱离本发明的下列原理。因此，本发明的范围应仅仅通过以下的权利要求所决定。

Claims (14)

1.一种相异直径孔洞的钻孔方法，通过该方法，已改善壁面一致性和具有预定直径的穿孔在具有厚度的目标材料中形成，所述方法包括：
在第一空间光点尺寸上方产生具有足够能量密度的第一激光输出，以在由所述第一空间光点尺寸所界定的第一光点区域内移除目标材料；
引导所述第一激光输出撞击所述目标材料，由此形成具有第一直径的定位孔，所述第一直径对应于所述第一光点区域的直径，且小于所述穿孔的预定直径；
在第二空间光点尺寸上方产生具有足够能量密度的第二激光输出，以在由所述第二空间光点尺寸所界定的第二光点区域内移除目标材料；以及
引导所述第二激光输出撞击所述目标材料，使得所述结果的第二光点区域大于所述定位孔的第一光点区域，以形成具有所述预定直径并延伸穿过所述目标材料厚度的穿孔，所述穿孔的形成包括增加通过所述定位孔逸离的热能，并由此限制所述穿孔壁面的热扭曲变形及增强其表面一致性。
2.根据权利要求1所述的相异直径孔洞钻孔方法，其中所述目标材料包含相向的第一及第二主要表面，且其中所述第一激光输出撞击所述目标材料的第一主要表面，以形成所述定位孔，其后所述第二激光输出撞击所述目标材料的第一主要表面，以形成所述穿孔。
3.根据权利要求1所述的相异直径孔洞钻孔方法，其中所述产生及引导所述第二激光输出撞击所述目标材料包括在形成所述定位孔之前形成所述穿孔的一部分，所述穿孔的所述部分具有预定的直径并且仅仅部分延伸穿过所述目标材料的厚度。
4.根据权利要求1所述的相异直径孔洞钻孔方法，其中所述定位孔及所述穿孔分别具有定位孔轴线及穿孔轴线，且其中引导所述第二激光输出撞击所述目标材料包括空间对齐所述穿孔及定位孔轴线。
5.根据权利要求1所述的相异直径孔洞钻孔方法，其中所述定位孔仅仅部分延伸穿过所述目标材料的厚度。
6.根据权利要求1所述的相异直径孔洞钻孔方法，其中所述定位孔延伸穿过所述目标材料的厚度。
7.根据权利要求1所述的相异直径孔洞钻孔方法，其中所述穿孔具有小于150微米的直径。
8.根据权利要求1所述的相异直径孔洞钻孔方法，其中所述目标材料包括非均质材料。
9.根据权利要求8所述的相异直径孔洞钻孔方法，其中所述目标材料包括多层电子电路板。
10.根据权利要求9所述的相异直径孔洞钻孔方法，其中所述多层电子电路板包括多层玻璃纤维强化的印刷电路板。
11.根据权利要求1所述的相异直径孔洞钻孔方法，其中所述第一及第二激光输出是通过选自基本上由紫外线激光器、二氧化碳激光器、及非准分子激光器所组成族群的激光器所产生的。
12.根据权利要求1所述的相异直径孔洞钻孔方法，其中所述紫外线激光器是发射具有355毫米波长的激光光束的紫外线：钇铝石榴石(UV:YAG)。
13.根据权利要求1所述的相异直径孔洞钻孔方法，其中所述第一及第二激光输出是通过相同的激光器所产生的。
14.根据权利要求1所述的相异直径孔洞钻孔方法，其中所述第一及第二激光输出是通过分别的第一及第二激光器所产生的。
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