[发明专利]一种激光加工盲孔的方法

说明书

技术领域

本发明属于激光加工应用技术领域，具体涉及一种激光钻盲孔方法。

背景技术

随着电子产品朝着便携式、小型化和功能的多样化方向发展，印刷电路板(PCB)的制作尺寸越来越小，从而对电路板小型化提出了越来越高的需求。提高电路板小型化的关键之一是不同层面线路之间越来越小的微型盲孔，满足制作成高密度互连和超高密度互连印刷电路板要求。为了有效地保证各层间的电气连接以及外部器件的固定，在高速和高密度的PCB设计时，希望盲孔越小越好，这样不仅可以缩小PCB的尺寸，而且盲孔越小，越适合用于高速电路。另一方面，微型盲孔不仅提供了表面安装器件与下面信号面板之间的高速连接，而且可使PCB向高密度互连技术为主体的积层化和多功能化特征方向发展，并进一步有效地减小其面积。目前微细孔的费用通常占PCB制板费用的30％-40％。传统的机械钻机直接钻盲孔技术存在一些问题需要解决，取而代之的是激光微型盲孔加工方式。

激光钻盲孔主要集中在采用二氧化碳(CO₂)激光和紫外(UV)激光两种方法，这两种方式约占到微孔加工的85％左右。但CO₂激光只能加工PCB板中的树脂和玻璃纤维布等非金属材料，不可直接对铜层进行加工，必须对铜层表面进行特殊黑化处理或开窗口才能进行盲孔加工，流程较长，制作工艺成本高，并且，CO₂激光是以热加工形式去除材料，无法避免烧焦碳化现象，加工质量较差。而UV激光由于波长短，聚焦光斑小，能量密度高，能直接熔化和蒸发铜层和树脂玻璃布或聚酰亚胺绝缘材料，无需采用其它方就可直接对铜层和绝缘材料进行加工，除去铜层和绝缘材料形成小孔，所以，具有工艺程序简单，流程短和效率高的优势，而且具有盲孔尺寸可达到10μm直径，精度可达1μm精度的钻孔能力。另外，目前柔性电路板(FCB)的绝缘基板均是由聚酰亚胺材料构成，UV激光与其相互作用具有“冷加工”的特点，可获得无烧焦碳化的高质量加工。因此，紫外激光在钻孔上的应用随着电子工业微细化的趋势越来越受到重视。

多层电路板1均由多层铜层2和多层绝缘材料3交替碾压构成(见图1所示)，顶层和最底层均为铜层。紫外激光对多层电路板1钻盲孔一般有钻一阶盲孔(去除第一铜层和第一绝缘层，保留第二铜层)、二阶盲孔((去除第一、二铜层和第一、二绝缘层，保留第三铜层)或二阶以上的多阶盲孔加工工艺。为简单起见，以紫外激光钻一阶盲孔为例进行论述。目前，UV激光钻盲孔的方法有如下三种：定点脉冲(单脉冲或多脉冲钻孔)、螺旋线和同心圆钻盲孔方法。激光定点脉冲方法(如图2所示)是UV激光束不动，采用单脉冲11(如图2a所示)或多脉冲12(如图2b所示)去除多层电路板1的表面第一铜层4和第一绝缘层7的材料(由树脂玻璃纤维布或聚酰亚胺构成)，而保留第二铜层5形成了盲孔6。该方法主要应用于盲孔直径尺寸不大于与UV激光聚焦光斑尺寸的钻盲孔方法，但该方法的盲孔加工边缘质量较差，具有较厚的金属重铸层和较大的孔壁锥度。

对于孔径尺寸大于激光聚焦光斑的盲孔，则必须采用螺旋线和同心圆钻盲孔方法(见图3所示)。螺旋激光钻盲孔方法是UV激光束15从预加工盲孔径的圆心出发，以螺线轨迹8和扫描间距为s的方式向外运动，扫描整个预加工孔径(见图3a所示)去除第一铜层4和第一绝缘层材料7，保留第二铜层5形成了盲孔6。同心圆UV激光钻盲孔方法是UV激光束15从预加工孔径的圆心出发，以同心圆轨迹9和扫描间距为s的方式向外运动，扫描整个预加工孔径(见图3b所示)去除表面第一铜层4和第一绝缘层7的材料，保留第二铜层5形成了盲孔6。但目前螺旋线和同心圆这两种UV激光钻盲孔方法存在如下缺陷：

(1)UV激光束在圆心附近区移动时，由于移动轨迹尺寸太小，无论是扫描振镜移动UV激光束还是工作平台移动被加工工件，都会导致UV激光束扫描轨迹失真和扫描速度的下降，造成盲孔加工质量的不一致性。

(2)由于UV激光束扫描速度在圆心附近区的下降，将导致在距离圆心附近区域积累的热效应要比周边的大，导致盲孔圆心附近区域的刻蚀深度也大于周边，相差一般大于20微米，造成盲孔底部不平度增加。当周边的绝缘体去除干净，底部中心部分的铜层就会损坏，严重时会达到下一导电层，盲孔被电镀铜后，整块线路板的电气导通特性错误导致报废，尤其是对孔底厚度小于20微米的铜层。如果确保底部中心部分的铜层不会损坏，则盲孔底周围部分就会有残留绝缘材料存在，导致电镀铜与孔底铜层接触面积小，附着强度差，在后续加工和使用中可能造成因电镀铜层断裂和脱落引起的导通不良，导致激光微盲孔加工失败。

发明內容