TWI409007B - 鑽孔品管及分析之方法及系統 - Google Patents

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Description

鑽孔品管及分析之方法及系統
本發明係關於用以在具有呈變化幾何形狀之複數個捕捉墊(capture pad)之電路基板的至少一個層中雷射形成盲孔之方法及系統。
將預蝕刻窗作為遮罩用於在多層電路板中雷射鑽鑿盲孔一般係已知的。多層電路板或基於聚合物之多晶片模組上之稠密引腳數及/或稠密組件置放可產生互連密度問題，此問題在工業上稱為"孔缺乏(via starvation)"。"孔缺乏"問題之一種解決方案為形成若干盲孔，該等盲孔將多層電路板或多晶片模組中之一或多個層互相連接。
盲孔形成中之一個品質標準為銅捕捉墊外觀。捕捉墊外觀往往被稱為"發亮的"、"過度熔融"或"黑暗的"，且傾向於係極主觀的標準。除了產量因素之外，某些消費者藉由此主觀量度而規定所要之處理參數。業已觀測到，雷射操作參數影響銅捕捉墊之外觀。對於高注量處理而言，墊傾向於熔融，從而展示"發亮"外觀。當將注量設定為極低時，外觀便稍"黑暗"。施加至材料之脈衝之數目亦可影響外觀。另一觀測結果係，外觀視雷射操作參數或特性(諸如，脈衝寬度)而變化。亦已觀測到，甚至在使用相同雷射處理參數時，外觀亦視捕捉墊幾何形狀而改變。當在整個面板處理中觀測到品質變化時，往往難以解析品質變化源，因為來自電腦輔助設計(CAD)系統之資料僅關於所要之鑽鑿位置。
紫外線(UV)雷射及影像投影處理已用於在積體電路(IC)封裝基板中鑽鑿盲孔。當前方法通常將單一組雷射操作參數應用於所有孔(via或hole)，該等孔意欲在印刷電路設計中之兩個層之間產生相同幾何形狀。然而，歸因於變化的捕捉墊幾何形狀，最終結果往往不甚理想。當應用一固定組雷射操作參數時，結果便自在固體銅面中鑽鑿時的"黑暗"銅變化至110微米(Mm)銅捕捉墊上之剝層銅(delaimnated copper)。
一種用於在具有呈變化幾何形狀之複數個捕捉墊之電路基板的至少一個層中雷射形成盲孔之方法可包括：對於有待形成於一電路基板之至少一個層中的至少一個盲孔而言，關於待形成於一鑽鑿位置處之盲孔幾何形狀值(諸如，面積及/或體積)來估計距該鑽鑿位置一預定距離內之捕捉墊幾何形狀值(諸如，面積及/或體積)。該方法亦可包括基於該估計而設定至少一個雷射操作參數，以便在盲孔形成之後獲得所要捕捉墊外觀。
一種用於在具有呈變化幾何形狀之複數個捕捉墊之電路基板的至少一個層中雷射形成盲孔之方法可包括：使在一電路基板之至少一個層中被界定為距盲孔鑽鑿位置預定距離內之一區域的捕捉墊區域成像；量化經成像之捕捉墊區域之外觀值；及基於經量化之外觀值判定經成像之捕捉墊區域之可接受性。
當結合所附諸圖閱覽下文對預期用於實踐本發明之最佳模式的描述時，本發明之其他應用對於熟習此項技術者將變得顯而易見。
現參見圖1，盲孔品管及分析之方法(process或method)可包括CAD/CAM系統10，CAD/CAM系統10包括電路布局設計資料。CAD設計資料可包括具有呈變化幾何形狀之複數個捕捉墊之電路基板的至少一個層，該至少一個層包括用於在其中形成孔及/或盲孔之鑽鑿位置及尺寸。CAD設計資料可藉由任何合適構件而傳送(如箭頭12示意性地說明)至雷射處理系統14。在將待鑽鑿之孔及/或盲孔之位置以及墊位置及/或幾何形狀用作參考影像的情況下，雷射操作參數可經設定或與接收自CAD/CAM系統之CAD設計資料相關聯，以便在電路基板之至少一個層中雷射形成孔或盲孔。該方法可隨後包括在線(聯機)或離線定位的成像設備或台16，以分析墊及孔位置，從而產生品質指數或外觀值。品質指數值資訊可經由任何合適構件反饋(如箭頭18示意性地說明)至雷射處理系統14以用於雷射操作參數驗證、調整或最佳化，及/或可經由任何合適構件反饋(如箭頭20示意性地說明)至CAD/CAM系統10，以用於驗證、調整或最佳化所形成之孔及捕捉墊的位置/幾何形狀，且用於映射對應於每一位置/幾何形狀之品質指數或外觀值。
應認識到，本發明可用於品管及分析及/或用作至先前設計及/或處理系統之反饋信號，以便驗證及/或調整當前位置、幾何形狀及/或操作參數，從而在盲孔形成之後獲得所要捕捉墊外觀。
現參見圖2及圖3，詳細說明CAD/CAM電路布局圖案22，其中呈變化幾何形狀之複數個捕捉墊24將在與捕捉墊相關聯之鑽鑿位置中形成有盲孔26。外部假想周邊28說明用於分析之徑向距離或其他預定距離，其中銅捕捉墊外觀在周邊28之邊界之外不受影響。銅墊幾何形狀資料連同鑽孔尺寸可用於估計在距鑽鑿位置預定距離內與鑽鑿位置相聯繫之捕捉墊幾何形狀值對待形成於鑽鑿位置處之盲孔幾何形狀值。該估計可包括值比較，及/或查找表，及/或計算，或其類似方面。以實例說明且並非限制，可計算捕捉墊幾何形狀值與盲孔幾何形狀值之比率，以便將該等比率排入與不同雷射處理參數之使用相關聯之預定範圍中。CAD系統10可將盲孔鑽鑿位置/幾何形狀資訊、捕捉墊位置/幾何形狀資訊及/或墊/孔幾何形狀比率或對應雷射操作參數發送至雷射鑽鑿系統14。或者，可執行捕捉墊幾何形狀值關於盲孔幾何形狀值之估計，且/或該等值可由雷射鑽鑿系統進行排列，以使得可應用不同雷射操作參數。或者，CAD系統可基於捕捉墊幾何形狀值(諸如，面積及/或體積)關於盲孔幾何形狀值(諸如，面積及/或體積)之估計(如CAD系統中所估計的)而將幾何形狀值(諸如，單工具鑽鑿檔案(drill file))隔離至多工具鑽鑿檔案中。分析亦可包括與早先鑽鑿步驟進行比較，以判定是否存在堆疊孔(諸如，在圖3左邊所說明的孔)。以實例說明且並非限制，可基於排列於不同群組中的捕捉墊幾何形狀值與盲孔幾何形狀值比率而產生獨立的雷射鑽鑿檔案，以針對每一群組設定不同的雷射操作參數，諸如，目標層、雷射注量(laser fluence)、脈衝數目、脈衝寬度或其任一組合。以實例說明且並非限制，可向堆疊盲孔指派目標層值14；可向處於1%至13%之範圍中之比率指派目標層值15；可向大於13%且至多17%之比率指派目標層值16；可向大於17%且至多20%之比率指派目標層值17；且可向大於20%且至多100%之比率指派目標層值18。可基於如CAD系統或雷射處理系統或其任一組合中所估計的孔幾何形狀值(例如，面積或體積)對捕捉墊幾何形狀值(例如，面積或體積)之比率而產生多工具鑽鑿檔案。
成像設備或台16可在孔形成之後估計並量化捕捉墊之外觀。如在圖4A至圖4E中所看到的，當應用一固定組雷射處理參數時，捕捉墊之外觀可自在固體銅平面中鑽鑿時的"黑暗"銅(圖4中所說明)變化至110微米(μm)銅墊上之剝層銅(圖4A所說明)。銅外觀亦可在使用不同雷射參數之鑽成盲孔中發生改變。舉例而言，圖4A所說明之外觀通常由描述性主觀術語"發亮"表面紋理而指代。圖4C所說明之銅外觀通常藉由描述性主觀術語"無光澤"或"粒狀"表面紋理而指代。圖4E所說明之銅外觀通常藉由描述性主觀術語"黑暗"表面紋理而指代。圖4B說明處於主觀上稱為"發亮"與"無光澤"表面紋理之外觀之間的銅外觀。圖4D說明處於"黑暗"與"無光澤"表面紋理之主觀描述之間的銅外觀。用以描述盲孔形成之後的銅捕捉墊外觀之術語的主觀特徵已阻礙了品質控制及處理控制努力。根據一實施例，本發明可使用視覺系統16來量化捕捉墊之外觀。此使得使用者能夠將銅外觀作為數字而非僅作為描述性主觀術語來參考。根據本發明之一實施例之方法可包括執行直方圖分析及/或分數維分析以提供至少一個數字外觀值。舉例而言，若在盲孔之雷射加工中保留銅捕捉墊之"無光澤"或"粒狀"表面紋理，則分數維便較高(椒鹽效應)，且直方圖中之亮度分布將為雙峰的，其中每一亮度群組中存在粗略相等之面積。捕捉墊之影像之特性可藉由用於分數維之數字及用於直方圖中兩個群體之間的對稱性之數字而量化。較高分數維值可對應於銅捕捉墊之"無光澤"或"粒狀"表面紋理。較低分數維值可對應於銅捕捉墊之"發亮"表面紋理。近似1(一)之直方圖值可對應於銅捕捉墊之"無光澤"或"粒狀"表面紋理。小於1(一)之直方圖值可對應於銅捕捉墊之"發亮"表面紋理。大於1(一)之直方圖值可對應於銅捕捉墊之"黑暗"表面紋理。量化數字可傳回至雷射處理系統14及/或CAD/CAM系統10，以驗證、調整及/或最佳化雷射處理參數，從而最小化整個電路圖案上之鑽鑿結果中的品質變異。CAD/CAM系統可利用來自視覺成像設備或台16之量化數字分析墊幾何形狀與孔品質之間的關係。視覺成像設備或台16亦可執行其他量測，諸如頂部/底部直徑及圓度量測。
在操作中，一種用於在具有呈變化幾何形狀之複數個捕捉墊之電路基板的至少一個層中雷射形成盲孔之方法可包括：對於有待形成於一電路基板之至少一個層中的至少一個盲孔而言，關於待形成於鑽鑿位置處之盲孔幾何形狀值(諸如，面積及/或體積)來估計距鑽鑿位置預定距離內之捕捉墊幾何形狀值(諸如，面積及/或體積)。該方法可包括基於該估計而設定至少一個雷射操作參數，以在盲孔形成之後獲得所要捕捉墊外觀。待設定之該至少一個雷射處理參數可選自由雷射注量、雷射脈衝數目、雷射脈衝寬度及其任一組合所組成之群。該方法可包括將一給定鑽鑿層與一鄰近鑽鑿層相比較，以判定盲孔是否以一者處於另一者上面的方式進行堆疊。
根據本發明之一實施例之方法可包括：界定一鑽鑿層；在經界定之鑽鑿層中界定一鄰近鑽鑿位置之掃描區域；界定一組估計範圍，其中該等估計範圍可包括若干計算比率，該等計算比率經界定為距鑽鑿位置預定距離內之捕捉墊幾何形狀值(諸如，面積及/或體積)比待形成於鑽鑿位置處之盲孔幾何形狀值(諸如，面積及/或體積)；及選擇對應於一特定組比率範圍之一鑽具目標層。
根據本發明之一實施例之方法可包括：使在一電路基板之至少一個層中被界定為距盲孔鑽鑿位置預定距離內之一區域的捕捉墊區域成像；量化經成像之捕捉墊區域之外觀值；及基於經量化之外觀值判定經成像之捕捉墊區域之可接受性。外觀值可經量化為經成像之捕捉墊區域之數字外觀值，以最小化經成像之捕捉墊區域中雷射形成之盲孔的品質判斷中之主觀性。數字外觀值可根據本發明之一實施例藉由對經成像之捕捉墊區域執行分數維分析以獲得用於分數維之數值而獲得，其中較高值對應於經成像之捕捉墊區域之主觀的"無光澤"或"粒狀"表面紋理，且較低值對應於經成像之捕捉墊區域之主觀的"發亮"表面紋理。數字外觀值可根據本發明之一實施例藉由對經成像之捕捉墊區域執行直方圖分析以獲得用於直方圖中群體之間的對稱性的數值而獲得，其中近似1(一)之值對應於經成像之捕捉墊區域之主觀的"無光澤"或"粒狀"表面紋理，小於1(一)之值對應於經成像之捕捉墊區域之主觀的"發亮"表面紋理，且大於1(一)之值對應於經成像之捕捉墊區域之主觀的"黑暗"表面紋理。根據本發明之一實施例之數字外觀值可包括對經成像之捕捉墊區域執行直方圖分析及分數維分析，以量化經成像之捕捉墊區域之一或多個數字外觀值。
根據本發明之一實施例之經成像之捕捉墊區域的可接受性可基於經量化之外觀值。方法可包括分析關於用於估計/比較之盲孔幾何形狀值(諸如，面積及/或體積)的捕捉墊幾何形狀值(諸如，面積及/或體積)關於複數個經成像之捕捉墊區域之至少一個外觀值之間的關係，從而最小化整個電路圖案上雷射形成之盲孔的品質變異。在雷射形成之盲孔位於複數個經成像之捕捉墊區域中的情況下，可基於捕捉墊幾何形狀值(諸如，面積及/或體積)關於盲孔幾何形狀值(諸如，面積及/或體積)之間的所分析關係及該等經成像之捕捉墊區域之至少一個外觀值而驗證、調整及/或最佳化至少一個雷射處理參數。
雖然已結合目前視為最實際且較佳實施例的情形而描述了本發明，但應瞭解，本發明並不限於所揭示之實施例，而是意在涵蓋附加申請專利範圍之精神及範疇內所包括之各種修改及均等配置，該範疇將符合最廣泛之解釋以便如法律所允許包含所有此等修改及均等結構。
10．．．CAD/CAM系統
12、18、20．．．箭頭
14．．．雷射處理系統
16．．．成像設備或台
22．．．電路布局圖案
24．．．捕捉墊
26．．．盲孔
28．．．假想周邊
圖1為用於在具有呈變化幾何形狀之複數個捕捉墊之電路基板的至少一個層中雷射形成若干孔之系統的簡化示意圖；圖2為具有呈變化幾何形狀之複數個捕捉墊之CAD/CAM電路布局圖案的詳圖，其中有待在捕捉墊之中心鑽鑿盲孔，且其中假想圓圈界定距鑽孔位置預定距離內之捕捉墊區域；圖3為自圖2所示之視圖截得的橫截面圖，其說明在呈變化幾何形狀之複數個捕捉墊中所鑽鑿的堆疊孔及孔；圖4A至圖4E說明使用不同雷射操作參數或將一固定組雷射操作參數應用於呈變化幾何形狀之捕捉墊所鑽成之盲孔中的銅外觀之比較，其中圖4A對應於主觀的"發亮"表面紋理，圖4C對應於主觀的"無光澤"或"粒狀"表面紋理，且圖4E對應於主觀的"黑暗"表面紋理；及圖5說明用於在具有呈變化幾何形狀之複數個捕捉墊之電路基板的至少一個層中雷射形成盲孔之方法的簡化示意流程圖。
(無元件符號說明)

Claims (26)

  1. 一種用於在一具有呈變化幾何形狀之複數個捕捉墊之電路基板的至少一個層中雷射鑽鑿盲孔之方法，該方法包含：在盲孔鑽鑿前，估計距一捕捉墊的一鑽鑿位置一預定距離內之一捕捉墊幾何形狀值相關於用於待鑽鑿於該鑽鑿位置處一盲孔的一盲孔幾何形狀值之關係；及基於該估計之一結果而設定至少一個雷射操作參數，以便在盲孔鑽鑿之後獲得一所要捕捉墊外觀，其中該所要捕捉墊外觀在盲孔鑽鑿後為該捕捉墊的一主觀的表面紋理。
  2. 如請求項1之方法，其中待設定之該至少一個雷射處理參數包含雷射注量、雷射脈衝數目及雷射脈衝寬度之至少一者。
  3. 如請求項1之方法，其進一步包含：將在一給定鑽鑿層上一預期盲孔位置與在一鄰近鑽鑿層上一預期盲孔位置相比較以判定盲孔是否逐層堆疊。
  4. 如請求項1之方法，其進一步包含：界定一鑽鑿層；在該經界定之鑽鑿層中界定一鄰近一鑽鑿位置之掃描區域；界定一組比率範圍，其中每一比率範圍由距該鑽鑿位置該預定距離內之該捕捉墊幾何形狀值比待形成於該鑽鑿位置處之該盲孔幾何形狀值之一比率界定；及 選擇對應於該組比率範圍的每一比率範圍之一鑽具目標層。
  5. 如請求項1之方法，其進一步包含：在盲孔鑽鑿之後分析一捕捉墊外觀。
  6. 如請求項5之方法，其中在盲孔鑽鑿之後分析一捕捉墊外觀包含：使在一電路基板之至少一個層中被界定為一距一盲孔鑽鑿位置一預定距離內之區域的一捕捉墊區域成像；及量化該經成像之捕捉墊區域之一外觀值作為一數字外觀值，表示該經成像之捕捉墊區域之一主觀的表面紋理。
  7. 如請求項6之方法，其中量化該外觀值包含：對該經成像之捕捉墊區域執行一分數維分析，以獲得該數字外觀值作為一分數維，其中該數字外觀值之一位準對應於該經成像之捕捉墊區域之複數個主觀的表面紋理之一。
  8. 如請求項6之方法，其中量化該外觀值進一步包含：對該經成像之捕捉墊區域執行一直方圖分析，以獲得該數字外觀值作為該直方圖中群體之間的一對稱，其中該對稱對應於該經成像之捕捉墊區域之複數個主觀的表面紋理之一。
  9. 如請求項6之方法，其中量化該外觀值進一步包含：對該經成像之捕捉墊區域執行一直方圖分析及一分數維分析。
  10. 如請求項6之方法，進一步包含：基於該經量化之外觀值判定該經成像之捕捉墊區域之可接受性係藉由分析捕捉墊幾何形狀值與盲孔幾何形狀值之比率關於複數個經成像之捕捉墊區域之經量化外觀值之間的一關係，以最小化一整個電路圖案上之所鑽鑿盲孔的品質變異。
  11. 如請求項10之方法，其進一步包含：在一雷射形成之盲孔位於該經成像之捕捉墊區域中的情況下，基於來自捕捉墊幾何形狀值與盲孔幾何形狀值之比率以及複數個經成像之捕捉墊區域之該經量化之外觀值之間的該關係之反饋而調整至少一個雷射處理參數。
  12. 如請求項1之方法，其中設定至少一個雷射參數包含：在鑽鑿之盲孔位於複數個捕捉墊區域中的情況下，基於來自捕捉墊幾何形狀值與盲孔幾何形狀值之一比率以及該複數個捕捉墊區域之一分析捕捉墊外觀之間的一關係之反饋而調整至少一個雷射處理參數。
  13. 如請求項1之方法，其中估計該捕捉墊幾何形狀值包含：對於有待鑽鑿於該電路基板之該至少一個層中之每一盲孔而言，計算距該鑽鑿位置該預定距離內之該捕捉墊幾何形狀值關於待鑽鑿於該鑽鑿位置處之該盲孔幾何形狀值的一比率。
  14. 如請求項1之方法，進一步包含：將在一給定鑽鑿層上一預期盲孔位置與在一鄰近鑽鑿層上一實際盲孔位置相比較以判定盲孔是否逐層堆疊。
  15. 一種用於在一具有呈變化幾何形狀之複數個捕捉墊之電路基板的至少一個層中鑽鑿盲孔之方法，該方法包含：使一具有已鑽鑿之一盲孔的捕捉墊的一捕捉墊區域成像，該捕捉墊區域在一電路基板之至少一個層中被界定為一距該盲孔的一盲孔鑽鑿位置一預定距離內之區域；量化該經成像之捕捉墊區域之一外觀值，其中該外觀值為一指示該捕捉墊的一主觀的表面紋理的數值；及基於該經量化之外觀值判定該捕捉墊之可接受性。
  16. 如請求項15之方法，其中量化該外觀值進一步包含：對該經成像之捕捉墊區域執行一分數維分析，以獲得作為一分數維之該數值，其中一較高值對應於該經成像之捕捉墊區域之一主觀的"無光澤"表面紋理，且一較低值對應於該經成像之捕捉墊區域之一主觀的"發亮"表面紋理。
  17. 如請求項15之方法，其中量化該外觀值進一步包含：對該經成像之捕捉墊區域執行一直方圖分析，以獲得作為該直方圖中群體之間的一對稱性之該數值，其中一近似1之值對應於一主觀的"無光澤"表面紋理，一小於1之值對應於一主觀的"發亮"表面紋理，且一大於1之值對應於一主觀的"黑暗"表面紋理。
  18. 如請求項15之方法，其中量化該外觀值進一步包含： 對該成像捕捉墊區域執行一直方圖分析及一分數維分析，以量化該經成像之捕捉墊區域之一數字外觀值。
  19. 如請求項15之方法，其中基於該經量化之外觀值判定該捕捉墊之可接受性進一步包含：分析捕捉墊幾何形狀值與盲孔幾何形狀值之一比率關於複數個經成像之捕捉墊區域之該外觀值之間的一關係，以最小化一整個電路圖案上之所形成盲孔的品質變異。
  20. 如請求項19之方法，其進一步包含：在一雷射形成之盲孔位於該經成像之捕捉墊區域中的情況下，基於捕捉墊幾何形狀值與盲孔幾何形狀值之該比率關於複數個經成像之捕捉墊區域之該外觀值之間的該關係而最佳化至少一個雷射處理參數。
  21. 如請求項15之方法，其進一步包含：在一雷射形成之盲孔位於該經成像之捕捉墊區域中的情況下，基於捕捉墊幾何形狀值與盲孔幾何形狀值之一比率關於複數個經成像之捕捉墊區域之該外觀值之間的一關係而最佳化至少一個雷射處理參數。
  22. 如請求項21之方法，其中待最佳化之該至少一個雷射處理參數係選自一由雷射注量、雷射脈衝數目、雷射脈衝寬度、及其任一組合所組成之群。
  23. 如請求項21之方法，其進一步包含：將一給定鑽鑿層與一鄰近鑽鑿層相比較以判定盲孔是否逐層堆疊。
  24. 如請求項15之方法，其進一步包含：界定一鑽鑿層；界定一鄰近一鑽鑿位置之掃描區域；界定一組比率範圍，其中每一比率範圍由一捕捉墊幾何形狀值比待雷射鑽鑿於該捕捉墊區域中之該盲孔之一盲孔幾何形狀值的一比率界定；選擇對應於該組比率範圍的每一比率範圍之一鑽具目標層；及於成像該捕捉墊區域之前，在該目標層的該捕捉墊區域中雷射鑽鑿該盲孔。
  25. 如請求項15之方法，其進一步包含：於鑽鑿該盲孔及成像該捕捉墊區域之前，關於一用於待鑽鑿於一鑽鑿位置處的該盲孔之盲孔幾何形狀值來估計距該捕捉墊的該鑽鑿位置一預定距離內之一捕捉墊幾何形狀值；基於該估計之結果以設定至少一雷射操作參數，以獲得該捕捉墊的一所需主觀的表面紋理；及於成像該捕捉墊的該捕捉墊區域之前，在該鑽鑿位置於該捕捉墊中雷射鑽鑿該盲孔。
  26. 如請求項15之方法，進一步包含：對於有待雷射鑽鑿於該電路基板之至少一個層中之每一盲孔而言，計算距該捕捉墊之該鑽鑿位置一預定距離內之一捕捉墊幾何形狀值關於待形成於該鑽鑿位置處之一盲孔幾何形狀值的一比率；及 基於該估計之結果而設定至少一個雷射操作參數，以便在盲孔鑽鑿之後獲得一所要捕捉墊外觀，其中該所要捕捉墊外觀為在盲孔鑽鑿之後的該捕捉墊的一主觀的表面紋理。
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