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1、鐳射鉆孔培訓(xùn)教材鐳射鉆孔培訓(xùn)教材前言前言LASERLASER鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介L(zhǎng)ASERLASER鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹MicroviaMicrovia制作工藝制作工藝Microvia Microvia 常見缺陷分析常見缺陷分析目錄目錄 隨著PCB向微型和高密度互連的方向發(fā)展，越來越多制板采用微導(dǎo)孔的連接方式實(shí)現(xiàn)高密度互連，而目前制作微導(dǎo)孔的主要方法是laser drill。如何利用現(xiàn)有鐳射鉆機(jī)制作出各種高質(zhì)量的microvia，是現(xiàn)在PCB制造的迫切任務(wù)。前言前言前言前言1、LASER分類100 nm 5th H,4th H,3rd H,Ar-Ion 2nd H,Nd:YAG Nd:YAG Nd:Y

2、AG Nd:YAG Nd:YAG Nd:YLFWavelength212 nm266 nm355 nm488 nm532 nm1064 nmVISIBLEINFRAREDULTRAVIOLET1000 nm10,000 nm400 nm750 nm1321 nm光譜圖Laser Laser Laser Laser 鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介 激光類型主要包括紅外光紅外光和紫外光紫外光兩種；2、常見的LASER激發(fā)方式Laser Laser Laser Laser 鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介L(zhǎng)ASER 類型UV激發(fā)介質(zhì)YAG激發(fā)能量發(fā)光二極管代表機(jī)型：ESI 5320LASER 類型

3、 IR（RF-Radio Frequency）激發(fā)介質(zhì)密封CO2氣體激發(fā)能量高頻電壓代表機(jī)型：HITACHI LC-1C21E/1CLASER 類型 IR（TEA-Transverse excited atmospheric橫波激勵(lì)）激發(fā)介質(zhì)外供CO2氣體激發(fā)能量高壓電極代表機(jī)型：SUMITOMO LAVIA 1000TW3.1、CO2的成孔原理利用紅外線的熱能，當(dāng)溫度升高或能量增加到一定程度后，如有機(jī)物的熔點(diǎn)、燃點(diǎn)或沸點(diǎn)時(shí)，則有機(jī)物分子的相互作用力或束縛力將大為減小到使有機(jī)物分子相互脫離成自由態(tài)或游離態(tài)，由于激光的不斷提供能量，而使有機(jī)分子逸出或者與空氣中的氧氣燃燒而成為二氧化碳或水氣體而散

4、離去，由于激光是以一定直徑的紅外光束來加工的，因而形成微小孔。Absorptionand HeatingThermalConductionLightMeltingLiquidInterfaceVaporizationPlasma ProductionLaser Laser Laser Laser 鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介固態(tài)Nd：YAG紫外激光器發(fā)射的是高能量的紫外光光束，利用其光學(xué)能(高能量光子)，破壞了有機(jī)物的分子鍵(如共價(jià)鍵)，金屬晶體(如金屬鍵)等，形成懸浮顆?；蛟訄F(tuán)、分子團(tuán)或原子、分子而逸散離出，最后形成盲孔。吸收吸收破壞分子破壞分子(原子原子)鍵鍵成孔成孔長(zhǎng)鏈大分子長(zhǎng)鏈大

5、分子小粒子逃逸小粒子逃逸Laser Laser Laser Laser 鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介3.2、UV的成孔原理4、常見LASER的加工材料 Epoxy FR4 ARAMID COPPER BTv現(xiàn)已加工的介質(zhì)材料包括：vRCC、1X1080、2X1080、2116、2X106、ARAMIDLaser Laser Laser Laser 鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介吸收率吸收率波長(zhǎng)波長(zhǎng)(um)ResinMatte CuGlassUVIRVISIBLE00.10.20.30.40.50.60.70.80.910.2 0.30.4 0.5 0.60.7 0.8 0.911.1 1

6、.2各種材料都吸收樹脂吸收紅外光強(qiáng)玻璃反射銅反射由于不同材料對(duì)各類激光的吸收均不相同，導(dǎo)致LASER加工混合材料時(shí)的困難。Laser Laser Laser Laser 鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介4.1、不同材料對(duì)波長(zhǎng)的吸收情況（2000版本）Laser Laser Laser Laser 鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介4.2、不同材料對(duì)波長(zhǎng)的吸收情況（2001版本）Aspect Ratio500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 mmThru ViasBlind Vias10:11:1.1:1UV YAGCO2Photo-viaMechanical

7、Drill5、各種方法加工孔直徑的范圍Laser Laser Laser Laser 鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介鉆孔簡(jiǎn)介我司現(xiàn)有 Laser 鉆機(jī)HITACHI LC-1C21E/1CLC-2F21SE/1CLC-2F212SE/2CLC-2G212E/2CLC-2G212BE/2CSUMITOMOLAVIA 1000TWESI53205330Laser Laser Laser Laser 鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹 ESI 5320v高頻率低功率脈沖v 固態(tài)激光激發(fā)裝置，無須外部供氣v“冷光”，產(chǎn)生熱量少Hitachiv RF Excited 密封氣體激發(fā)v 無須定期換氣v 每四小時(shí)需做

8、精度校正SUMITOMO v 外部供氣v 須定期換氣v 加工時(shí)有能量檢測(cè)和補(bǔ)打功能ESI UV Laser對(duì)位系統(tǒng)對(duì)位系統(tǒng)1內(nèi)層靶標(biāo)對(duì)位內(nèi)層靶標(biāo)對(duì)位Laser Laser Laser Laser 鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹UV Laser刮內(nèi)層靶標(biāo)圖形刮內(nèi)層靶標(biāo)圖形定位補(bǔ)償方法4 points allow correction of x-y offset,rotation,scale,and keystone15.7 mil Through Hole3 mil Hole8 mil Pad40 mil PadLaser Laser Laser Laser 鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹E

9、SI UV Laser對(duì)位系統(tǒng)對(duì)位系統(tǒng)2通孔對(duì)位通孔對(duì)位1.對(duì)位標(biāo)靶-圓形2.對(duì)位補(bǔ)償類似ESILaser Laser Laser Laser 鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹HITACHI&SUMITOMO Laser對(duì)位系統(tǒng)對(duì)位系統(tǒng)Conformal Mask靶標(biāo)對(duì)位靶標(biāo)對(duì)位Laser BeamGalvoUV LaserCO2 Laser光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)Laser Laser Laser Laser 鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹Copper surface is cleaned and texturedESI UV Laser的鉆孔參數(shù)的鉆孔參數(shù):Laser Laser Laser L

10、aser 鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹調(diào)整調(diào)整調(diào)整調(diào)整LaserLaser焦距焦距焦距焦距Step One:Drill CopperStep Two:Remove Dielectric25mm50-100mmFocused spotSmall spot sizeHigh energy densityDe-focused spotLarger spot sizeLower energy densityStop on inner copper layerLaser Laser Laser Laser 鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹DielectricCopperPlanesPunchingD

11、ielectricCopperPlanesTrepanningSpiralingDielectricCopperPlanesESI UV Laser的鉆孔參數(shù)的鉆孔參數(shù):Cycle Mode Burst ModeStep ModeLaser Laser Laser Laser 鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹Hitachi&Sumitomo Laser的鉆孔參數(shù)的鉆孔參數(shù):即對(duì)在一個(gè)區(qū)域內(nèi)所有的孔進(jìn)行第一個(gè)脈沖加工，完畢后，再進(jìn)行第二個(gè)脈沖加工，如此類推。即對(duì)一個(gè)孔進(jìn)行所有的脈沖加工后，才對(duì)下個(gè)孔進(jìn)行加工。鉆孔速度鉆孔速度HITACHImax 1200脈沖/秒SUMITOMOmax 1000脈

12、沖/秒ESI 15K30K70K脈沖/秒Laser Laser Laser Laser 鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹鉆機(jī)介紹一階盲孔：A、CO2 laser drillB、CO2 laser direct drillC、UV direct drillD、UV+CO2 laser drillMicroviaMicroviaMicroviaMicrovia制作工藝制作工藝制作工藝制作工藝MicroviaMicroviaMicroviaMicrovia制作工藝制作工藝制作工藝制作工藝二階盲孔(鉆Stacked via)：A、UV Direct drillB、UV+CO2C、Conformal mask+

13、CO2+UVD、UV+Conformal mask+CO2五、Microvia 缺陷分析u -缺陷類型缺陷類型 -產(chǎn)生原因和影響產(chǎn)生原因和影響 -解決方法解決方法Laser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析缺陷分析缺陷分析(1)Under Cut(2)Delaminate(4)Remained Glass Fiber(5)Remained Resin(8)Void(7)Damage(6)Micro Crack Barrel Shaped Inner HoleLaser MicroviaLaser Microvi

14、aLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析缺陷分析缺陷分析Laser 盲孔缺陷盲孔缺陷 PROBLEMS Under Cut Delaminate Cause and Effect Heat accumulation from RCC copper surface Impact to the RCC surface by Laser Beam (1)Under Cut(2)DelaminateLaser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析缺陷分析缺陷分析 Solution Shor

15、t pulse width Reduce the pulse energyLASER BeamLaser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析缺陷分析缺陷分析 PROBLEMS Barrel Shaped Inner Hole Cause and Effect Reflection from hole bottom Incorrect position of Laser mode(single mode)to the hole Barrel Shaped Inner HoleLaser MicroviaLaser

16、MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析缺陷分析缺陷分析Reflection LASER Beam abSingle ModeLaser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析缺陷分析缺陷分析 Solution Short pulse(less than less)The best suited number of shots Multi-mode BeamSingle-modeMulti-mode(top-flat)Laser MicroviaLaser Microv

17、iaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析缺陷分析缺陷分析 PROBLEMS Remained Glass Fiber Cause and Effect Difference Nature against heat between resin and glass Solution High peak power processing Cycle-mode processing(4)Remained Glass FiberLaser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析缺陷分析缺陷分

18、析 PROBLEMS Remained Resin Cause and Effect a.Very thin smeared resin on the bottom of hole not reach sublimation point(5)Remained ResinLaser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析缺陷分析缺陷分析b.Unsuitability of resin thickness c.Single-mode processing60m80mLaser MicroviaLaser Microvia

19、Laser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析缺陷分析缺陷分析d.Unsuitability of LASER pulse energy e.Incorrect position of LASER BeamAccuracy of XY tableAccuracy of ScannersAlignment Accuracy against PWB elasticityPWB warp Laser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析缺陷分析缺陷分析 PROBLEMS Micro Crack

20、Cause and Effect The pressure from resin sublimation by LASER(6)Micro CrackLaser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析缺陷分析缺陷分析Solution -Short Pulse(less than less)-The best suited shape of LASER wave -The best pulse energy adapt to nature of material(Standard:about 10J/cm2,pulse

21、 width less than 1 us)Laser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析缺陷分析缺陷分析 PROBLEMS Damage Void Cause and Effect a.If the pulse width(irradiation time)is long,the temperature of substrate surface is risen up.(8)Void(7)DamageLaser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia

22、缺陷分析缺陷分析缺陷分析缺陷分析b.Center portion of Copper foil have damage due to Single Beam Solution Short Pulse Multi-Mode BeamCenter damageLaser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析缺陷分析缺陷分析The quality of McroviaCO2Laser drill RCC CO2Laser drill aramidLaser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析缺陷分析缺陷分析CO2Laser drill FR4Laser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析缺陷分析缺陷分析