TW483790B - Method and equipment to drill laminates by means of laser - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ^---------B7_ 五、發明說明（/ ) 由EP-A-O 1 645 64中已知可在一種具有金屬/介電質 /金屬層序列之薄板中藉助於準分子（Excimer)雷射來產 生一些袋孔。此薄板之最上方之金屬層在此處是用作孔 遮罩’其孔像藉助於微影術而傳送且藉由隨後之蝕刻而 形成。此種遮罩之孔區域中所裸露之介電質然後藉由準 分子雷射之作用而被剝飩直到最下方之金屬層爲止且結 束此剝飩過程。利用這些習知之方法，特別是在製造多 層式電路板時以袋孔之形式製成所需之穿孔（through-hole) ° 由 DE-Z’’Feinwerktechnik & Messtechnik 91 (1983) 2, page 5 6-5 8 ”中已知一種類似之方法用來形成多層式電路 板’其中這些作爲穿孔用之袋孔藉助於C02雷射而產生。 此處最上層之銅箔作爲孔遮罩用，其中在雷射光產生各 孔時之所有這些位置都須被蝕刻而去除。 由DE-A-197 19700中已知一些裝置是用來在薄板上進 行雷射鑽孔，其中爲了對金屬層進行鑽孔而使用一種波 長在266nm至1064η m之第一雷射且爲了對介電質層進行 鑽孔而使用波長在l〇64nm至1 0600nm之第二雷射。 由US-A- 5 5 93 6 06中已知一種在薄板上進行雷射鑽孔 之方法，其中使用唯一之UV雷射來對各金屬層和介電質 層進行鑽孔，此雷射之波長小於400 nm且其脈波寬度小 於100 ns。在不使用準分子雷射之前提下以相同之UV雷 射來對金屬及有機材料進行鑽孔。 由DE-A-19824225中已知另一種在薄板上進行雷射鑽 孔之方法，其中例如使用一種 S H G ( S e c 0 n d h a r m 0 n i c ^紙張尺度中關家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項#<填寫本頁) 3· -裝 訂·· 483790 A7 B7 五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 generation)-YAG 雷射（其波長爲 532nm)或一種 THG(3rd harmonic generation)-YAG 雷射（其波長爲 3 5 5 nm)來對 金屬層或介電質層進行鑽孔。 基本上可確定的是：以U V雷射（即，波長小於4 0 0 n m ) 來對有機材料進行鑽孔時可使有機材料發生一種光化學 分解作用。此處因此不會造成燃燒現象且由於特別低之 熱負載而不會在薄板中造成分層（delamination)現象。反 之，以C02雷射來對有機材料進行雷射鑽孔時會使這些 有機材料發生一種熱分解現象，即，其會造成燃燒現象 且在薄板中會發生〃分層〃之危險。但相對於UV雷射而 言，利用C02雷射來對各有機材料進行鑽孔時可使加工 時間減少很多。 申請專利範圍第1和第1 3項中所示之本發明所要解決 之問題是：在具有至少一層金屬層及至少一層介電質層 (其由有機材料所構成）之薄板中進行雷射鑽孔時可快 速地形成袋孔或穿孔而不會傷害此薄板。 本發明之方式是：以雙倍頻率之Nd-釩（V)鹽-雷射（其 波長是5 3 2nm )在脈波寬度小於40 ns之情況下對各金屬 層及介電質層有效地進行加工。於是選取脈波頻率g 4 0 KHz來對金屬層進行雷射鑽孔，對該介電質層進行雷射 鑽孔時所選取之脈波頻率是g 2 0 KHz。藉由選取較高之 脈波頻率來對各有機材料進行加工，在對有機材料進行 雷射加工，則可對二種材料形式進行特別有效之雷射加 工。在對有機材進行雷射加工時，可形成一種光化學分 解和熱分解之組合，·其加工時較UV雷射者還短且相對於 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 填 1 寫裝 本衣 頁 訂 、r 483790 A7 _B7__ 五、發明說明（A ) C02雷射而言可防止太高之熱負載。 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項^ 本發明中此薄板鑽孔時所選取之雙倍頻率之ND-釩鹽-雷射可達成很高之脈波頻率，其在脈波寬度小於40 ns 時可大於1 〇 〇 KHz。高的脈波頻率可對薄板達成一種快速 且有效之加工，而較小之脈波寬度可確保一種很小之熱 負載。利用其它雷射（其以類似或相同之波長來操作）， 則上述之高脈波頻率及短的脈波寬度之組合即無法達 成。例如在DE-A-198 24 225中已爲人所知之SHG-YAG 雷射中在較大之脈波頻率時所可達成之脈波寬度是至 8 0 n s ° 本發明之方法之有利之方式描述在申請專利範圍第2 至1 2項中。 訂 申請專利範圍第2項之方式可藉由脈波寬度小於3 0 n s 之脈波寬度達成一種較小之熱負載。 依據申請專利範圍第3項使用一種聚焦式之雷射束（其 光點直徑介於1 0 // m和1 00 // m之間）可對金屬和有機材 料進行一種有效之雷射加工。在依據申請專利範圍第4 項而使用此種介於2 0 // m和5 0 // m之間的光點直徑時， 仍可有效地對有機材料進行雷射加工。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 依據申請專利範圍第5項之方式可藉由有機材料中對 雷射束較大之吸收性而使加工速率大大地增大。所添加 之物質對此種波長是5 3 2 n m之雷射束所具有之吸收性應 該純有機材料者大很多。 申請專利範圍第6項之形式可特別簡易地使有機材料 之吸收性有效地提高。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 哪790 A7 B7 五、發明說明（4 ) 申請專利範圍第7項之形式可藉由紅色添加物之選擇 而使吸收性最佳化，這是因爲波長5 3 2 n m之綠光可藉由 互補色紅光而特別良好地被吸收。 申請專利範圍第8項之形式對各色素混合成添加物時 指出一種混合區，其可特別良好地保持著以便提高此吸 收性而不會損害其它之特性。申請專利範圍第9項之較 狹窄之混合區因此可視爲已最佳化。 右依據申請專利範圍第1 〇項藉由添加物之混合而使有 機材料之吸收性提升到至少 5 0 %，則可使有機材料中之 加工速率明顯地提升。依據申請專利範圍第1 1項使吸收 性材料提升到至少60%或依據第12項提升到至少80% 時，則有機材料之雷射鑽孔所需之加工時間可進一步減 少〇 在以下所描述之實施例中使用以下之雷射型式： 雷射I : 位於 California，US 之 Spectra Physics，Mountain View 公司之二極體泵（pump)抽之頻率加倍之Nd-釩（V)鹽-雷 射0 (請先閱讀背面之注意事_填寫本頁) 1 -裝 · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 名 稱 YHP 40 波 長 532 η m 功 率 大約 8.5 W 操 作 模 式： 單模式TEMoo 脈 波 寬 度： 在脈波頻率 10 KHz 時是 20 ns 脈 波 頻 率： 至 200 KHz 爲止 陣 列 大 小： 1 0 0x 1 00 m it i2 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 483790 A7 B7____ 五、發明說明（r ) 雷射Π : 位於德國之公司之二極體泵（pump)抽之頻率加倍之 Nd-釩（V)鹽·雷射。 名稱：無，原型 波長：532 nm 功率：大約4.0 W 操作模式：單模式TEMoo 脈波寬度：在脈波頻率10 KHz時是25 ns 脈波頻率：至200 KHz爲止 陣列大小：1 〇 0 X 1 0 0 m m2 材料I : 一種 RCC 材料（RCC = Resin Coated Copper Foil)膠合在 一種兩側以銅箔塗佈之玻璃纖維強化之FR4材料（FR4 = 位準（level )4之防火用之環氧樹脂玻璃成份）上。這樣會 形成一種層序列，其含有：1 2 // m厚之銅范，6 0 // m厚之 由未強化之環氧樹脂材料所構成之層，1 6 // m厚之銅箔， 1 // m厚之由玻璃纖維強化之環氧樹脂材料所構成之層， 1 6 // m厚之銅箱。 材料Π : 在6 0 a m厚之FR4材料上在二側分別膠合1 2 // m厚之 銅箱。 爲了修正前述之材料I和Π，須使用以下之添加物： 添加物I : 中中國大陸河北省S h e n z h o u市X i j i n g m i n g公司之名稱 爲 ”1501 Fast Red"(C.I. Pigment Red 48:1)之有機紅色染 -7- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項d填寫本頁) -裝 . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 483790 A7 B7___ 五、發明說明（^ ) 料，其是一種以鋇鹽爲主之偶氮染料。 添加物Π _· 德國 Bayer AG 之名稱爲 ”BayferroxTM”（C.I· Pigment

Rot 101)之無機紅色染料，其是一種氧化紅色染料。 添加物ΙΠ : CIBA-GEIGY AG，CH 公司之名稱爲 ”0racetTM Gelb G H S π ( C . I. Solvent Gelb 163)之可溶解聚合物之 A ii t r a c h i η ο η -染料作爲添加物。 添加物IV : 紅寶石玻璃之纖維，其是藉由添加2 G ew· % (重量百分 比）之硒（Se)，1 Gew.%之硫化鎘’ 1 Gew.%之三氧化砷 和 0.5 Gew.%之碳（C)至成份是 NA20-ZnO-4SiO2之原 (ground)玻璃而製成。 例子1 : 利用雷射I使直徑1 2 5 // m之袋孔形成在1 2 // m厚之上 部銅箔中及形成在60/zm厚之介電質層（由材料I之未 強化之環氧樹脂材料所構成）中。45 KHz之脈波頻率用 來對此銅層進行鑽孔而25 KHz者用來對介電質層進行鑽 孔。脈波長度是30 ns。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在使用二個電流計鏡面使雷射束偏向X方向及y方向 時對一種1 0 c m X 1 0 c m之面積進行處理。利用此種聚焦式 雷射束光點直徑大約2 5 # m使外孔區域中之銅鑽孔用之 雷射束偏移至數個同心之圓中’此時銅箔之內部區會自 動地露出。外部同心圓之直徑因此是1 1 〇 // m。此雷射束 之線速率是900 mm/s。爲了對此環氧樹脂材料進行鑽 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 483790 A7 __B7___五、發明說明（7 ) 孔’則雷射束須定位在焦點外部1 . 6 m m處，但此處亦須 描述同心圓。在環氧樹脂材料已穿孔之後，位於下方之 銅箔只微不足道地受到侵蝕。 銅箔之鑽孔是以每秒2 8 9孔之速率來進行，而環氧樹 脂材料之鑽孔是以每秒2 2 0孔之速率來進行。在薄板中 形成袋孔是以每秒1 20孔之速率來進行。 例2 : 與例1不同的是：使用此種具有相同雷射參數之雷射 Π。銅箔之鑽孔此處是以每秒1 4 5孔之速率來進行，而 環氧樹脂材料之鑽孔是以每秒1 22孔之速率來進行。在 薄板中形成袋孔因此是以每秒6 5孔之速率來進行。 例3 : 袋孔形成於材料Π中 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 與例1不同的是 相互比較。 例4 : 與例2不同的是 相互比較。 例5 : 各種結果可 袋孔形成於材料Π中。各種結果可 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 與例1不同的是：形成一些直徑1 〇 0 # m之袋孔。銅范 之鑽孔以每秒3 9 8孔之速率來進行，而環氧樹脂材料之 鑽孔以每秒3 8 2孔之速率來進行。在薄板中形成袋孔因 此是以每秒1 83孔之速率來進行。 例6 : 與例2不同的是：形成一些直徑1 〇 〇 # m之袋孔。銅范 之鑽孔以每秒1 99孔之速率來進行，而環氧樹脂材料之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 483790 A7 B7 五、發明說明（彳） 鑽孔以每秒2 1 2孔之速率來進行。在薄板中形成袋孔因 此是以每秒99孔之速率來進行。 例7 : (請先閱讀背面之注咅？事項翔填寫本頁) 與例1不同的是：形成一些直徑75 # m之袋孔。銅箔 之鑽孔以每秒7 5 0孔之速率來進行’而環氧樹脂材料之 鑽孔以每秒8 0 0孔之速率來進行。在薄板中形成袋孔因 此是以每秒3 00孔之速率來進行。 例8 : 與例2不同的是：形成一些直徑7 5 # m之袋孔。銅箔 之鑽孔以每秒3 7 0孔之速率來進行，而環氧樹脂材料之 鑽孔以每秒400孔之速率來進行。在薄板中形成袋孔因 此是以每秒1 5 0孔之速率來進行。 例9 : 與例1不同的是：使用一種改質之材料I ，大約1.5 Gew.%之添加物I混合至未強化之環氧樹脂材料中。對此 環氧樹脂材料之鑽孔速率可藉由雷射束已改良之吸收性 而提筒至每秒550孔。在薄板中形成袋孔之速率可提局 5 0 %至1 8 0孔/秒。 例10 : 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 與例9不同的是：1 .5 Gew·%之添加物Π混合至未強化 之環氧樹脂材料中。各種結果可互相比較。 例1 1 : 與例9不同的是：1 . 5 G ew. %之添加物m混合至未強化 之環氧樹脂材料中。環氧樹脂材料之鑽孔速率之上升値 此時較小。 •10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 483790 A7 _B7__ 五、發明說明（9 ) 例12 : 與例9不同的是：使用此種具有相同雷射參數之雷射 Π。環氧樹脂材料之鑽孔速率可提高至每秒3 0 6孔。 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 例13 : 與例9不同的是：形成一些直徑1 〇 〇 # m之袋孔。環氧 樹脂材料之鑽孔速率是每秒95 6孔。 例14 : 與例12不同的是：形成一些直徑100# m之袋孔。環 氧樹脂材料之鑽孔速率是每秒53 1孔。 例15 : 與例3不同的是：使用一種改質之材料π，其中形成 FR4材料作爲環氧樹脂材料，其是以添加物iv之50 G e w. %之纖維來強化而不使用一般之玻璃纖維來強化。環 氧樹脂材料之鑽孔速率可提高2至2.5倍。 若不形成例1至1 5中所述之袋孔，則當然亦可形成一 些穿孔。在此種情況下，下部銅箔之鑽孔是在與上部銅 箔相同條件及相同時間耗費之情況下進行的。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 481790 ______ηp〇_>r曰 S 六、申請專利範圍 第89 120228號「在薄板上進行雷射鑽孔所用之方法和裝置」 專利案 （90年12月修正） 六申請專利範圍 1· 一種在薄板上進行雷射鑽孔所用之方法，此薄板具有至 少一種金屬層及至少一層介電質層（其由有機材料所構 成）’其特徵是使用一種頻率加倍之Nd-釩（V)鹽-雷射， 此種雷射具有以下之參數： —脈波寬度< 40 ns —脈波頻率^40 KHz 用於金屬層時 ^20 KHz 用於介電質層時 —波長=532nm。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中使用一種小於30 ns 之脈波寬度。 3. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中使用一種聚 焦式雷射束，其光點直徑介於ΙΟ/zm和100em之間。 4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中使用一種聚焦式雷 射束，其光點直徑介於20//m和40//m之間。 5. 如申請專利範圍第1 1之方法，其中該有機材料中混合 一種添加物，此種添加物可良好地吸收波長532nm之雷 射束。 6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中使用至少一種無機 染料及/或有機染料及/或至少一種可溶解聚合物之染 料及/或至少一種纖維形式之塡料作爲添加物。 7·如申請專利範圍第6項之方法，其中使用至少一種無機 483790 六、申請專利範圍 之紅色染料及/或一種有機之紅色染料及/或一種可溶 解聚合物之紅色染料作爲添加物。 8.如申請專利範圍第6或第7項之方法，其中該有機材料 中混合0.1 Gew·%至5.0 Gew·%之染料。 9·如申請專利範圍第6或第7項之方法，其中該有機材料 中混合1 Gew·%至2 Gew.%之染料。 10·如申請專利範圍第5至7項中任一項之方法，其中該有 機材料藉由添加物之混合而使得對波長532nm之雷射束 具有至少50%之吸收率。 11·如申請專利範圍第8項之方_法，其中該有機材料藉 加物之混合而使得對波長532nm之雷射束具有至少5〇弘 之吸收率。 12·如电麗專利範圍第.9項之方_法，其中該有機材料藉由添 加物之混合而使得對波長532nm之雷射束具有至少50% 之吸收率。 13«如申請專利範圍第5至7項中任一*項之方法，其中該有 機材料藉由添加物之混合而使得對波長532nm之雷射束 具有至少60%之吸收率。 14·如申請專利範圍第8 .項之方_甚，其中該有機材料藉由添 加物之混合而使得對波長53Jjim之雷射束具有至少60% 之吸收率。 15·如申請專利範圍第 9項之友_法，其中該有機材料藉 加物之混合而使得對波長53_Xnm之雷射束具有至少 之吸收率。 483790 六、申請專利範圍 16.如申請專利範圍第5 至7項中任一項之方法，其中該有 機材料藉由添加物之混合而使得對波長5 32nm之雷射束 具有至少80%之吸收率。 17.如申請專利範圍第8 項之方法，其中該有機材料藉由添 加物之混合而使得對波長532nm之雷射束具有至少80% 之吸收率。 1&如申請專利範園第9 項之方法，其中該有機材料藉由i 加i之混合而使得對波長532nm之雷射束具有至少80% 之吸收率。 19.種薄板上進行雷射鑽孔所用之裝置，此薄板具有至少一 層金屬層和至少一層介電質層（其由有機材料所構成）， 其特徵爲具有一種頻率雙倍之Nd-釩（V)鹽-雷射，此種雷 射具有以下之參數： 一脈波寬度< 40 ns —脈波頻率240 KHz 用於金屬層時 ^20 KHz 用於介電質層時 —波長=532nm。 -3 -