TW201424491A - 線路板以及此線路板的雷射鑽孔方法 - Google Patents

Abstract

一種線路板的雷射鑽孔方法。在此方法中，將一雷射光束照射於一包括一絕緣層的線路基板，以移除絕緣層的一部分，其中線路基板位於雷射光束的聚焦段，而聚焦段具有一中央區、一位於中央區的光軸以及一圍繞中央區的周邊區。聚焦段的一最大光強度位在周邊區內。

Description

線路板以及此線路板的雷射鑽孔方法

本發明有關於一種線路板以及此線路板的鑽孔方法，且特別是有關於一種具有盲孔(blind via)結構的線路板以及利用雷射光束(laser beam)對此線路板鑽孔的方法。

現有的線路板製造方法已採用聚焦雷射光束(focused laser beam)來製作線路板中的盲孔。為了儘量讓聚焦雷射光束的功率密度達到最大，以加速盲孔的形成，上述聚焦雷射光束的光強度分布通常是高斯分布(Gauss distribution)，即此聚焦雷射光束的雷射模式(laser mode)為高斯模式(Gauss mode，又可稱為TEM₀₀模式)。

當利用這種具有高斯分布的聚焦雷射光束來形成盲孔時，形成好的盲孔的開口孔徑會大於盲孔的底部孔徑，且此盲孔通常具有偏低的孔徑比，其中這裡所述的孔徑比是指盲孔的底部孔徑與開口孔徑之間的比值。所以，孔徑比越小，開口孔徑會越大於底部孔徑。

然而，一般而言，具有偏低孔徑比的盲孔可能會對線路板的結構造成不良的影響，從而導致信賴度(reliability)降低。因此，為了提高線路板盲孔的孔徑比，目前也有採用光強度分布為頂帽分布(top-hat distribution)的聚焦雷射光束來形成盲孔，如圖1所示。

圖1是現有技術中具有頂帽分布的聚焦雷射光束的光強度分布示意圖，其中圖1中的橫軸代表離聚焦雷射光束的光軸(optic axis)的距離，而橫軸的零點代表光軸的位置。請參閱圖1，這種聚焦雷射光束可利用光束整形器 (beam shaper)來產生，而此聚焦雷射光束的光強度分布10基本上是均勻的。也就是說，聚焦雷射光束在中央區11內的光強度大致上等於在邊緣區12內的光強度。

由於頂帽分布的聚焦雷射光束具有均勻的光強度分布10，因此當這種聚焦雷射光束照射於線路基板，以在線路基板的表面上形成光斑時，聚焦雷射光束的能量大致上會均勻地分布在光斑內。如此，相較於高斯分布的聚焦雷射光束，這種頂帽分布的聚焦雷射光束能提高盲孔的孔徑比。然而，一般而言，不論是高斯分布或頂帽分布，現今聚焦雷射光束仍有極限，難以將盲孔的孔徑比進一步地提高。例如，目前的聚焦雷射光束很難將孔徑比提高到0.75。

本發明提供一種線路板的雷射鑽孔方法，其能提高盲孔的孔徑比。

本發明另提供一種線路板，其利用上述雷射鑽孔方法來製造。

本發明的一實施例提出一種線路板的雷射鑽孔方法。在此方法中，將一雷射光束照射於一包括一絕緣層的線路基板，以移除絕緣層的一部分，其中線路基板位於雷射光束的一聚焦段，而聚焦段具有一中央區、一位於中央區的光軸以及一圍繞中央區的周邊區。聚焦段的一最大光強度位在周邊區內。

本發明的另一實施例提出一種線路板，其包括一絕緣層、二層線路層以及至少一導電柱。絕緣層位於這些線路層之間，而導電柱位在絕緣層內，並電性連接這些線路層，其中導電柱具有一第一端與一相對第一端的第二端，而第 一端的寬度大於第二端的寬度。第二端的寬度與第一端的寬度二者的比值大於或等於0.75。

基於上述，利用最大光強度位在周邊區內的雷射光束，本發明能提高盲孔的孔徑比，據以提高信賴度。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

圖2A至圖2G是利用本發明一實施例之線路板的雷射鑽孔方法來製造線路板的流程示意圖，其中圖2A至圖2F繪示本實施例的雷射鑽孔方法，而圖2G繪示利用本實施例的雷射鑽孔方法所製造的線路板。請參閱圖2A，首先，提供一線路基板100’，其中線路基板100’為線路板的半成品，且例如是多層線路板(multilayer wiring board)的半成品，而線路基板100’具有至少一層線路層。

具體而言，線路基板100’包括一金屬層120’、一絕緣層110’以及一內層基板(inner substrate)102。絕緣層110’位在金屬層120’與內層基板102之間，而金屬層120’位在絕緣層110’上。內層基板102包括一線路層130以及一絕緣層140，其中絕緣層110’接觸金屬層120’、線路層130與絕緣層140，而線路層130夾置(sandwich)在絕緣層110’與絕緣層140之間，並且包括至少一個接墊132。所以，線路基板100’會具有至少一層線路層(即線路層130)。

另外，除了線路層130之外，內層基板102可以更包括其他線路層(未繪示)以及多根電性連接線路層130與 其他線路層的導電柱(未繪示)。詳細而言，內層基板102可以具有多個通孔(through hole，未繪示)、盲孔(未繪示)以及埋孔(embedded hole，未繪示)，而這些導電柱可以分別位在這些通孔、盲孔以及埋孔內，其中通孔延伸至絕緣層140內，而至少一個盲孔可位在絕緣層140內。

不過，須說明的是，本實施例可以任意選擇及組合這些通孔、盲孔以及埋孔在內層基板102中的配置。例如，內層基板102可以只具有通孔，而不具有任何盲孔與埋孔；或是內層基板102可以只具有盲孔與埋孔，而不具有任何通孔。因此，本實施例不限制如何設計內層基板102中供導電柱所配置的孔洞(例如通孔、盲孔或埋孔)。

金屬層120’可為金屬箔片，其例如是銅箔或錫箔。此外，金屬層120’可以是經過厚度薄化處理的金屬箔片。例如，金屬層120’可以是經過蝕刻(etching)或研磨(polishing)之後的金屬箔片。另外，在本實施例中，絕緣層110’可以是已固化的膠片(prepreg)，所以絕緣層110’可以包括一高分子材料112以及一玻璃纖維布114，其中玻璃纖維布114位於高分子材料112中。

高分子材料112可選自於由環氧樹脂(epoxy)、改質的環氧樹脂、聚脂(polyester)、丙烯酸酯(acrylic ester)、氟素聚合物(fluoro-polymer)、聚亞苯基氧化物(polyphenylene oxide)、聚醯亞胺(polyimide)、酚醛樹脂(phenolicresin)、聚碸(polysulfone)、矽素聚合物(silicone polymer)、雙順丁烯二酸-三氮雜苯樹脂(bismaleimide triazine modified epoxy，即所謂的BT樹脂)、氰酸聚酯(cyanate ester)、聚乙烯(polyethylene)、聚碳酸酯樹脂 (polycarbonate,PC)、丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer，ABS copolymer)、聚對苯二甲酸乙二酯樹脂(polyethylene terephthalate，PET)、聚對苯二甲酸丁二酯樹脂(polybutylene terephthalate，PBT)、液晶高分子(liquid crystal polymers，LCP)、聚醯胺6(polyamide 6，PA 6)、尼龍(Nylon)、共聚聚甲醛(polyoxymethylene，POM)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide，PPS)、環狀烯烴共聚高分子(cyclic olefin copolymer，COC)或這些高分子材料的任意組合。

雖然在本實施例中，絕緣層110’包括高分子材料112以及玻璃纖維布114，但是在其他實施例中，絕緣層110’也可以只包括高分子材料112而不包括玻璃纖維布114；或者，絕緣層110’也可以是陶瓷層，而不包括任何高分子材料112以及玻璃纖維布114。所以，圖2A中的絕緣層110’僅供舉例說明，並非限制本發明。

請參閱圖2A與圖2B，接著，移除金屬層120’的至少一部分，以形成至少一個開口122。開口122局部暴露絕緣層110’，並且位於接墊132的正上方。移除金屬層120’有多種方法，而本實施例可採用微影(photolithography)與蝕刻(etching)來移除部分金屬層120’，其中此蝕刻可以是乾蝕刻(dry etching)或溼蝕刻(wet etching)。此外，雖然圖2B只繪示一個開口122，但根據不同的佈線設計(layout design)，可形成二個或二個以上的開口122，所以圖2B所示的開口122僅供舉例說明，不限制本發明。

請參閱圖2C與圖2D，接著，將雷射光束200照射於 線路基板100’，以移除絕緣層110’的至少一部分，並形成具有至少一個盲孔H1的絕緣層110，其中盲孔H1局部暴露出接墊132。雷射光束200可以是波長在紅外光(infrared)至紫外光(ultraviolet)範圍的光束，例如雷射光束200的波長可位在256奈米(nm)至10200奈米之間。在本實施例中，雷射光束200可以來自於二氧化碳雷射產生器(CO₂ laser generator)，所以雷射光束200的波長可約為8000奈米。

在本實施例中，雷射光束200是照射於開口122所裸露出來的部分絕緣層110’，以移除裸露於開口122的部分絕緣層110’。當雷射光束200的波長是位在可見光(visible light)的範圍，例如雷射光束200的波長約為248奈米時，金屬層120’對雷射光束200的吸收率偏低，以至於雷射光束200不易移除金屬層120’，但絕緣層110’卻對雷射光束200具有較高的吸收率。因此，當雷射光束200照射於開口122時，裸露於開口122的部分絕緣層110’能被雷射光束200移除，從而形成盲孔H1。

然而，特別一提的是，雖然在本實施例中，形成盲孔H1的流程包括移除部分金屬層120’來形成局部暴露絕緣層110’的開口122，但選用適當波長的雷射光束200，雷射光束200也能移除部分金屬層120’。舉例來說，波長在紫外光範圍內的雷射光束200(例如波長約為248奈米)能移除部分金屬層120’。因此，在其他實施例中，也可直接將雷射光束200照射在金屬層120’，而不必先移除部分金屬層120’。換句話說，圖2A至圖2B的流程可以省略，而圖2C中的金屬層120’可以更換成圖2A中的金屬層120’。

雷射光束200可以是脈衝雷射光束(pulsed laser beam)，且為聚焦雷射光束。所以，雷射光束200具有聚焦段(focus section)210，其中聚焦段210是雷射光束200在聚焦深度(Depth Of Focus，DOF)D1內的區域(section)，因此聚焦段210的長度等於聚焦深度D1，如圖2C所示。此外，當雷射光束200照射在線路基板100’上時，線路基板100’會在聚焦段210內，而雷射光束200的光束腰(beam waist)210w與焦點210f皆位於線路基板100’的上方。

請參閱圖2E與圖2F，其中圖2E繪示雷射光束200在聚焦段210的橫截面，而圖2F則是根據圖2E的橫截面繪示雷射光束200的光強度分布。此外，圖2F中的橫軸代表離光軸216的距離，而橫軸的零點代表光軸216的位置。雷射光束200的聚焦段210具有一中央區212、一位於中央區212的光軸216以及一圍繞中央區212的周邊區214，而雷射光束200可經由光束整形器來產生。

有別於現有高斯分布與頂帽分布的光強度分布，聚焦段210中的最大光強度S1並不位在光軸216或是中央區212內，而是位在周邊區214內。其次，聚焦段210的光強度可從中央區212朝向周邊區214遞增，如圖2F所示，而聚焦段210的光強度在中央區212內的最小光強度S2與最大光強度S1二者比值可以介於0.8至0.95之間。

請再次參閱圖2C與圖2D，由於最大光強度S1位於聚焦段210的周邊區214內(如圖2F所示)，因此相較於現有高斯分布或頂帽分布的聚焦雷射光束，光強度在聚焦段210邊緣處的衰減量較低，且聚焦深度D1較長。如此，雷射光束200能絕緣層110’中形成高孔徑比的盲孔H1。

具體而言，盲孔H1具有底部孔徑R1與開口孔徑R2，而相較於現有高斯分布或頂帽分布的聚焦雷射光束所形成的盲孔，底部孔徑R1與開口孔徑R2之間的比值較大，而此比值在本實施例中可以大於或等於0.75，但小於1。也就是說，與現有線路板的盲孔相比，底部孔徑R1較接近開口孔徑R2。此外，在形成盲孔H1之後，可以進行去膠渣流程(desmear)，以清潔盲孔H1所暴露的接墊132表面。

請參閱圖2G，之後，在盲孔H1內形成導電柱150以及在絕緣層110上形成線路層120。導電柱150可利用通孔電鍍(Plating Through Hole，PTH)來形成，而線路層120可利用電鍍、微影以及蝕刻而形成，其中線路層120可由圖2D中的金屬層120’經半加成法(semi-additive)或減成法(subtractive)而形成。所以，形成線路層120的步驟可包括蝕刻金屬層120’。此外，當線路層120是用半加成法來形成時，對金屬層120’的蝕刻可以是微蝕刻(micro-etching)。

在導電柱150以及線路層120皆形成之後，一種線路板100大致上已製造完成，其中線路板100可以是多層線路板，並且包括線路層120與130、位在線路層120與130之間的絕緣層110、以及電性連接線路層120與130的導電柱150。絕緣層110可以接觸線路層120與130。此外，導電柱150的數量可等於盲孔H1的數量，所以當盲孔H1的數量為多個時，導電柱150的數量也可為多根。因此，圖2G中的線路板100所包括的導電柱150的數量僅供舉例說明，不限定本發明。

承上述，導電柱150具有一第一端151以及一相對第 一端151的第二端152，其中第一端151的寬度R4可大於第二端152的寬度R3。導電柱150基本上會填滿整個盲孔H1，所以寬度R3實質上等於盲孔H1的底部孔徑R1(標示在圖2D中)，而寬度R4實質上等於盲孔H1的開口孔徑R2(標示在圖2D中)。

由此可知，第二端152的寬度R3與第一端151的寬度R4二者的比值會大於或等於0.75，但小於1。所以，相較於現有的線路板，導電柱150中的寬度R4較接近寬度R3。此外，在本實施例中，導電柱150的縱橫比可以介於0.8至5之間，其中此縱橫比是指導電柱150的長度L1與第二端152的寬度R3之間的比值。

綜上所述，有別於現有高斯分布或頂帽分布的聚焦雷射光束，本發明採用最大光強度位在周邊區內的雷射光束來製作線路板的盲孔，因而能降低雷射光束在邊緣處(位於聚焦段內)的光強度衰減量，從而能提高盲孔的孔徑比，例如將盲孔的孔徑比提高到0.75。如此，後續形成於盲孔內的導電柱以及位於盲孔底下的接墊二者之間的接觸面積得以增加，以強化導電柱與接墊之間的接合力量(bonding strength)，據以提高線路板的信賴度。

以上所述僅為本發明的實施例，其並非用以限定本發明的專利保護範圍。任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明的精神與範圍內，所作的更動及潤飾的等效替換，仍為本發明的專利保護範圍內。

10‧‧‧光強度分布

11、212‧‧‧中央區

12‧‧‧邊緣區

100‧‧‧線路板

100’‧‧‧線路基板

102‧‧‧內層基板

110、110’、140‧‧‧絕緣層

112‧‧‧高分子材料

114‧‧‧玻璃纖維布

120、130‧‧‧線路層

120’‧‧‧金屬層

122‧‧‧開口

132‧‧‧接墊

150‧‧‧導電柱

151‧‧‧第一端

152‧‧‧第二端

200‧‧‧雷射光束

210‧‧‧聚焦段

210f‧‧‧焦點

210w‧‧‧光束腰

214‧‧‧周邊區

216‧‧‧光軸

D1‧‧‧聚焦深度

H1‧‧‧盲孔

L1‧‧‧長度

R1‧‧‧底部孔徑

R2‧‧‧開口孔徑

R3、R4‧‧‧寬度

S1‧‧‧最大光強度

S2‧‧‧最小光強度

圖1是現有技術中具有頂帽分布的聚焦雷射光束的光強度分布示意圖。

圖2A至圖2G是利用本發明一實施例之線路板的雷射鑽孔方法來製造線路板的流程示意圖。

212‧‧‧中央區

214‧‧‧周邊區

S1‧‧‧最大光強度

S2‧‧‧最小光強度

Claims (14)

1. 一種線路板的雷射鑽孔方法，包括：將一雷射光束照射於一包括一絕緣層的線路基板，以移除該絕緣層的一部分，其中該線路基板位於該雷射光束的一聚焦段，而該聚焦段具有一中央區、一位於該中央區的光軸以及一圍繞該中央區的周邊區，該聚焦段的一最大光強度位在該周邊區內。
2. 如申請專利範圍第1項所述之線路板的雷射鑽孔方法，其中該聚焦段的光強度從該中央區朝向該周邊區遞增。
3. 如申請專利範圍第1項所述之線路板的雷射鑽孔方法，其中該聚焦段的光強度在該中央區內的一最小光強度與該最大光強度二者比值介於0.8至0.95之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之線路板的雷射鑽孔方法，當該雷射光束照射在該線路基板上時，該雷射光束的一光束腰位於該線路基板的上方。
5. 如申請專利範圍第1項所述之線路板的雷射鑽孔方法，其中該雷射光束為一脈衝雷射光束。
6. 如申請專利範圍第1項所述之線路板的雷射鑽孔方法，其中該雷射光束的波長是在256奈米至10200奈米之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之線路板的雷射鑽孔方法，其中該線路基板更包括一金屬層，而該金屬層位在該絕緣層上，在該雷射光束照射在該線路基板上以前，移除該金屬層的一部分，以形成一局部暴露該絕緣層的開口，其中該雷射光束照射於該開口所裸露出來的部分該絕 緣層。
8. 一種線路板，包括：一絕緣層；二層線路層，該絕緣層位於該些線路層之間；以及至少一導電柱，位在該絕緣層內，並電性連接該些線路層，其中該導電柱具有一第一端與一相對該第一端的第二端，而該第一端的寬度大於該第二端的寬度，且該第二端的寬度與該第一端的寬度二者的比值大於或等於0.75。
9. 如申請專利範圍第8項所述之線路板，其中該第二端的寬度與該第一端的寬度二者的比值小於1。
10. 如申請專利範圍第8項所述之線路板，其中該至少一導電柱的縱橫比介於0.8至5之間。
11. 如申請專利範圍第8項所述之線路板，其中該絕緣層接觸該些線路層。
12. 如申請專利範圍第8項所述之線路板，其中該絕緣層包括一高分子材料，該高分子材料選自於由環氧樹脂、改質的環氧樹脂、聚脂、丙烯酸酯、氟素聚合物、聚亞苯基氧化物、聚醯亞胺、酚醛樹脂、聚碸、矽素聚合物、雙順丁烯二酸-三氮雜苯樹脂、氰酸聚酯、聚乙烯、聚碳酸酯樹脂、丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物、聚對苯二甲酸乙二酯樹脂、聚對苯二甲酸丁二酯樹脂、液晶高分子、聚醯胺6、尼龍、共聚聚甲醛、聚苯硫醚及環狀烯烴共聚高分子所組成的群組。
13. 如申請專利範圍第12項所述之線路板，其中該絕緣層更包括一玻璃纖維布，而該玻璃纖維布位於該高分子材料中。
14. 如申請專利範圍第8項所述之線路板，其中該絕緣層為一陶瓷層。