雷射成孔技术简介.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径学海无涯苦作舟页码：激光钻孔技术介绍与讨论雷射成孔的商用机器市场上大体可分为：紫外线的Nd：YAG雷射机（主要供应者为美商ESI公司）；红外线的CO2雷射机（最先为Lumonics现有日立、三菱、住友等）；以及兼具UV/IR之变头机种（如Eecellon之2002型）等三类。前者对3mil以下的微孔很有利但成孔速度却较慢。次者对4~8mil的微盲孔制作最方便量产速度约为YAG机的十倍后者是先用YAG头烧掉全数孔位的铜皮再用CO2头烧掉基材而成孔。若就行动电话的机手机板而言CO2雷射对欲烧制4~6mil的微盲孔最为适合症均量产每分钟单面可烧出6000孔左右。至於速度较的YAG雷射机因UV光束之能量强且又集中故可直接打穿铜箔在无需“开铜窗”（ConformalMask）之下能同时烧掉铜箔与基材而成孔一般常用在各式“对装载板”（PackageSubstrste）4mil以下的微孔若用於手机板的4~6mil微孔似乎就不太经济了。以下即就雷射成孔做进一进步的介绍与讨论。1．雷射成孔的原理雷射光是当：“射线”受到外来的刺激而增大能量下所激发的一种强力光束其中红外光或可见光者拥有热能紫外光则另具有化学能。射到工作物表面时会发生反射（Refliction）吸收（Absorption）及穿透（Transmission）等三种现象其中只有被吸收者才会发生作用。而其对板材所产生的作用又分为热与光化两种不同的反应现分述於下：1．1光热烧蚀PhotothermalAblation是指某雷射光束在其红外光与可见光中所夹帮的热能被板材吸收后出现熔融、气化与气浆等分解物而将之去除成孔的原理称为“光热烧蚀”。此烧蚀的副作用是在孔壁上的有被烧黑的炭化残渣渣（甚至孔缘铜箔上也会出现一圈高熟造成的黑氧化铜屑）需经后制程Desmear清除才可完成牢固的盲孔铜壁。1．2光化裂蚀PhotochemicalAblation是指紫外领域所具有的高光子能量（PhotonEnergy）可将长键状高分子有机物的化学键（ChemicalBond）予以打断於是在众多碎粒造成体积增大与外力抽吸之下使板材被快速移除而成孔。本反应是不含熟烧的“冷作”（ColdProcess）故孔壁上不至产生炭化残渣。1．3板材吸光度由上可知雷射成孔效率的高低与板材的吸光率有直接关系。电路板板材中铜皮、玻织布与树脂三者的吸收度民因波长而有所不同。前二者在UV0.3mu以下区域的吸收率颇高但进入可见光与IR后即大幅滑落。至於有机树脂则在三段光谱中都能维持於相当不错的高吸收率。1．4脉冲能量实用的雷射成孔技术是利用断续式（Q-switch）光束而进行的加工让每一段光敕（以微秒us计量）以其式（Pulse）能量打击板材此等每个Pulse（可俗称为一枪）所拥有的能量又有多种模式（Mode）如单光束所成光点的GEMOO单束光点的能量较易聚焦集中故多用於钻孔。多束光点不但还需均匀化且又不易集中成为小光点一般常用於雷射直接成像技术（LDI）或密贴光罩（ContactMask）等制程。1．5精确定位系统1.5.1小管区式定位以“日立微孔机械”公司（HitachiviaMachine最近由“日立精工”而改名）之RF/CO2钻孔机为例其定位法是采“电流计式反射镜”（GalvanometerandMirro）本身的X.Y.定位加上机种台之XY台面（XYTable）定位等两种系统合作而成。后者是将大板面划分成许多小“管区”（最大为50mm见方一般为精确起见多采用30mm见方）工作中可XY移动台面以交换管区。前者是在单一管区内以两具Galvanometer的XY微动将光点打到板面上所欲对准的靶位而成孔。当管区内的微孔全部钻妥后即快速移往下一个管区再继续钻孔。所谓的Galvanometer是一种可精确微动±20°以下的铁制品磁铁或线圈式所组合的直流马达再装配上镜面即可做小角度的转动反射而将雷射光束加以快速（2~4ms）折射而定位。但此种系统也有一些缺点如：①所打在板面上的光束不一定都很垂直多少会呈现一些斜角因此还需再加一种“远心透镜”（TelecentricLense）来改正斜光使尽可能的垂直於孔位；②电流计式反射镜系统所能涵盖的区域不大最多只能管到50mm*50mm故还须靠XYTable来移换管区。其管区越小当然定位就越精准但相对的也就牺牲了量产的时间；③大板面上管区的交接无法达到完全的天衣无缝免不了会出现间隙或重叠等“接坏错误”（AbutmentErrors）对高密度布孔的板子可能会发生漏钻孔或位失准等故障。此时可加装自动校正系统以改善管区的更换或按布孔的密度而机