PCB与基板的UV激光加工新工艺
<P>西门子(台湾)公司artJohannes Schuchart
<P> 引 言 <BR><BR> 目前，UV激光钻孔设备只占全球市场的15%，但该类设备市场需求的增长要比新型的CO2激光钻孔设备的需求高3倍。孔的直径甚至小于50μｍ，1~2的多层导通孔和较小的通孔也是当前竞争的焦点，UV激光为当前的竞争提出了解决方案；除此之外，它还是一种用于精确地剥离阻焊膜以及生成精密的电路图形的工具。本文概述了目前UV激光钻孔和绘图系统的特性和柔性。还给出了各种材料的不同类型导通孔的质量和产量结果以及在各种蚀刻阻膜上的绘图结果。本文通过展望今后的发展，讨论了UV激光的局限性。</P>
<P> 本文还对UV激光工具和CO2激光工具进行了比较，阐明了二者在哪些方面是可以竞争的，在哪些方面是不可竞争的，以及在哪些方面二者可以综合应用作为互补的工具。 </P>
<P> UV与CO2的对比</P>
<P> UV激光工具不仅与CO2的波长不同，而且各自在加工材料，如象PCB和基板，也是两种不同的工具。光点尺寸小于10倍，较短的脉冲宽度和极高频使得在一般的钻孔应用中不得不使用不同的操作方法，并且为不同的应用开辟了其它的窗口。</P>
<P> UV在极小的脉冲宽度内具有高频和极大的峰值功率。工作面上光点尺寸决定了能量密度。CO2能量密度达到50~70J/cm2，而UV激光由于光点尺寸小得多，所以能量密度可达50~200J/cm2。</P>
<P> 由于UV光点尺寸比目标孔直径还要小，激光光束以一种所谓的套孔方式聚焦于孔的目标直径内。<BR></P>
<P> 对于UV激光，钻一个完整的孔所需的脉冲数在30到120之间，而CO2激光则只需2到10个脉冲。UV激光的频率要比CO2的高5到15倍。在去除了顶部铜层后，可使用第二步，通过扩大的光点清理孔中的灰色区域。</P>
<P> 当然还可使用UV激光进行冲压，不过光点的大小决定了能量密度，且不同材料的烧蚀极限值决定了所需的最小能量密度。这样根据不同材料的烧蚀极限就可导出UV冲压方式使用和最大光点尺寸。</P>
<P> 由于UV激光所具有的能量，目前仅将冲压方式用于孔直径小于75im、烧蚀极限极低的软材料如TCD，或用于小焊盘开口的阻焊膜烧蚀。</P>
<P> 通过套孔方式将必要的能量带进孔内的时间在很大程度上取决于孔自身尺寸，孔直径越小，UV激光工具就钻的越快。CO2与UV激光之间的切换点为75到50im的孔直径之间。<BR>CO2激光的三种局限性：</P>
<P> 第一：由于10im光波在孔边缘的绕射，需要考虑最小的孔尺寸。<BR> 第二：在铜上该波长的反射。<BR> 第三：厚度达波长1/2的底层铜上的残留物。</P>
<P> 波长短得多的且在铜上有较高吸收率的UV激光就不存在上述三种局限性，因此，UV激光就成为一种理想的工具，它可用来在涂覆了任意一种铜材料的高档PCB和基板即高密度互连技术（HDI）上钻小孔。</P>
<P> HDI一 瞥<BR> HDI的要求是：成孔直径在75im~30im的范围内；线及其间距为2mil/mil~1 mil/1mil；焊盘在250im~200im；并且阻焊膜开口的精度要达到15到10im。新设计不仅要求盲孔为1层~2层，而且要求多层导通孔和通孔。还要求孔的外形能够实现采用镀覆的方法，并支持导通孔的填充。据预测，市场的发展要求在2到3年内不只要降低倒芯片基板的价值，还要降低批量生产的价值。</P>
<P> UV激光的钻孔方法<BR> CO2激光只有两种主要的运行功能：在电场之间的工作台步进运行功能和电场范围内孔之间的电运行功能。峰值功率会降低，可在1到100ns之间选择脉冲宽度，频率范围在1到4kHz之间。对于不同的材料，只有这三个参数和脉冲/孔的数量可用来描述钻孔工具。<BR> 首先，UV激光多了一种运行功能即第三种功能--成型孔径内的电微聚焦。这种套孔充许根据孔径对内部和外部形状（同心圆=形状）进行调整。形状的重复适应于材料厚度，聚集内外光点的大小确定了能量密度以适应材料的烧蚀极限。由激光频率和电循环速度形成的脉冲顺序重叠确定了各形状的能量。</P>
<P> 就UV激光特性而言，激光频率、脉冲宽度和平均最大功率相互之间关系相当密切。黄色区域表明有直接的关系，红色区域则有相反的关系。 </P>
<P> 要在一序列不同的材料上钻孔，UV激光可提供所谓顺序步骤，例如达8个不同的独立钻孔工序。 在整个孔的钻孔过程中，可根据联机的各工序调整 表2中所有的工具参数。。</P>
<P> 由于环氧树脂的烧蚀极限比铜（黄色）的低，清洁工序（绿色）就不能探入底层铜。光束柔和地照射，均衡了材料的厚度和一</P>
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