[发明专利]多重激光波长和脉冲宽度的处理钻孔

说明书

技术领域

本发明揭示是关于提高激光处理的品质和效率，且更明确地说，是关于使用一具有多重波长中一或两个波长和不同脉冲宽度的激光射束来提高信道钻孔生产量或品质。

背景技术

激光处理可能会使用于实行各种处理的各种激光在许多不同的工作件上实施。最感兴趣的特定激光处理类型为对单一或多层工作部件进行激光处理，用以形成贯穿孔洞或盲孔信道。

Owen等人获颁的美国专利案第5,593,606号和第5,841,099号便说明操作一紫外光(UV)激光系统来产生激光输出脉冲的方法，其特征为脉冲参数会被设定用以在一多层器件之中于不同材料类型的二或多层之中形成贯穿孔洞或盲孔信道。该激光系统包含一非激激光，(大于200赫兹的脉冲重复率)其发射激光输出脉冲，其时间脉冲宽度小于100纳秒，光点区的直径小于100微米，且在该光点区上的平均强度或辐照度大于100毫瓦。其使用的典型非激紫外光激光包含二极管激发式固态(DPSS)激光。

Dunsky等人获颁的美国专利案第6,784,399号说明一种用以操作一脉冲式二氧化碳激光系统的方法，以产生激光输出脉冲，其会在一多层器件的一介电层之中形成盲孔信道。该激光系统会在大于200赫兹的脉冲重复率处发射激光输出脉冲，其时间脉冲宽度小于200纳秒，光点区的直径介于50微米与300微米之间。上面所述之Owen等人获颁和Dunsky等人获颁的专利案均已受让给本专利申请案的受让人。

一目标材料的激光烧蚀是依赖于将一脉冲注量或能量密度大于该目标材料之烧蚀临界值的激光输出导引至该目标材料，尤其是在使用紫外光DPSS激光时。紫外光激光会发射可被聚焦成在介于约10微米与约30微米之间具有直径1/e2之光点尺寸的激光输出。于特定的实例中，此光点尺寸会小于所希的信道直径，例如当所希的信道直径介于约50微米与300微米之间时。该光点尺寸的直径可被放大成具有和该信道的所希直径相同的直径；不过，此放大却会降低该激光输出的能量密度，而使其小于该目标材料的烧蚀临界值并且无法实行目标材料的移除。因此，便会使用10微米至30微米的聚焦光点尺寸并且通常会以螺旋、同心圆、或「环钻(trepan)」图案来移动该聚焦激光输出，用以形成一具有所希直径的信道。螺旋处理、环钻处理、以及同心圆处理都是所谓的非击穿信道成形处理(non-punchingvia formation process)类型。对于约50微米或更小的信道直径来说，直接击穿将会产生较高的信道成形生产量。

相反地，脉冲式二氧化碳(CO2)激光的输出通常会大于50微米并且能够维持足以在习知目标材料上形成具有50微米或更大直径之信道的能量密度。因此，当使用二氧化碳激光来实行信道成形时，通常都会运用击穿处理。不过，利用二氧化碳激光却难以达成一具有小于45微米之光点区直径的信道。

铜在二氧化碳波长处的高反射度会使得很难使用二氧化碳激光而在具有一厚度大于约5微米的铜质薄片中形成一贯穿孔洞信道。因此，二氧化碳激光通常会被使用仅在厚度介于约3微米与约5微米之间的铜质薄片中或是仅在表面已经过处置用以加强二氧化碳激光能量之吸收的铜质薄片中形成贯穿孔洞信道。

用来制造会于其中形成信道的印刷电路板(PCB)与电子封装器件的多层结构的最常见材料通常包含金属(举例来说，铜)以及介电材料(举例来说，聚合物聚醯亚胺、树脂、或是FR-4)。紫外光波长处的激光能量会与金属及介电材料呈现良好的耦合效率，所以，紫外光激光可在铜质薄片及介电材料上轻易地实行信道成形。另外，聚合物材料的紫外光激光处理亦普遍被视为是一种组合式的光-化学与光-热处理，其中，该紫外光激光输出会经由光子激发化学反应来分离聚合物材料的分子键而部分烧蚀该聚合物材料，从而产生优于光-热处理将该等介电材料曝露在较长激光波长中时所出现的加工品质。

介电材料与金属材料的二氧化碳激光处理和金属的紫外光激光处理主要为光-热处理，其中，该介电材料或金属材料会吸收该激光能量，从而导致该材料提高温度；分解、软化、或是变为熔融状态；并且最后会烧蚀、蒸发、或吹离(blow away)。对一给定类型的材料来说，烧蚀速率与信道成形生产量为激光能量密度(激光能量(J)除以光点尺寸(平方公分))、功率密度(激光能量(J)除以光点尺寸(平方公分)除以脉冲宽度(秒))、激光波长、以及脉冲重复率的函数。当要击穿微信道(通常小于150微米)时，为取得最佳品质，通常需要将一激光射束从高斯射束轮廓转换成「高帽(top-hat)」或平坦的射束轮廓。