專利名稱：沿周圈的激光鑿孔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
大體上說，本發(fā)明涉及在零件中的激光鉆孔，更具體地說涉及一種先進的激光鉆孔技術(shù)，該技術(shù)特別適合于在如印刷電路板的多層基片中形成通路(vias)。
背景技術(shù)：
由于新型印刷電路板(PCB)制造工藝已發(fā)展到了建立高密度基片的程度，解決對密度高、性價比高的PCB的需求問題已是當務(wù)之急。在層數(shù)相同或較少的情況下，解決相同或更小腳印(footprint)的附加要求問題增加了問題的復(fù)雜性。在多層基片中快速形成大量小Z軸互連或通路以將外層電路連接到布滿細線和間隙的很密內(nèi)層時會遇到這些要求。這種工藝轉(zhuǎn)用于汽車和航空航天電子學(xué)、無線電通信、醫(yī)藥、計算機和大量各種電子儀器和消費者用具中的前沿裝置中。
正如圖1A和1B中所示，用交替的導(dǎo)電層13和介電層14層壓在一起構(gòu)成層壓基片10。導(dǎo)電層13最好由如銅的導(dǎo)電材料形成。介電層14最好由高溫有機介電基片材料疊片制成，高溫有機介電基片材料包括但不限于聚酰亞胺、聚酰亞胺疊片、環(huán)氧樹脂、有機材料或包括至少部分帶或不帶填充物的聚四氟乙烯的介電材料。也能使用如FR4和RCC的玻璃纖維材料。在相鄰的導(dǎo)電層和介電層之間最好設(shè)有氧化銅層19，以便促進導(dǎo)電層和介電層的粘結(jié)。
通路(via)15，16，17，181和182是垂直孔，形成在層壓基片10中，一旦鍍上金屬就在兩個或更多個導(dǎo)電層13之間提供了電連接。如果一個通路連接所有的導(dǎo)電層13，它就被稱作一個貫穿通路，正如在圖1A中12所表示的。如果通路連接兩個或更多個導(dǎo)電層13，包括外層之一，該通路就被稱作盲通路，如在圖1A中的11和圖1B中的181和182所表示的。通路181被稱作頂部盲通路，而通路182被稱作底部盲通路。如果通路連接層壓基片10中的兩個或更多層，但不包括任何外層，它就被稱作掩埋通路，正如在圖1B中的17所表示的。當通路的直徑小于0.1mm(100μm)時，它就被稱作微通路。
通路由直徑D和深度與直徑之比(h/D)的縱橫比來表征。一般來說，通路的直徑沿其整個長度是不均勻的。通路的入口直徑通常大于其出口直徑，因此，側(cè)壁朝出口方向稍有錐度，正如在圖1A中的15和16所表示的。
產(chǎn)生通路有幾種方法，其中包括激光微通路鉆孔，光微通路形成，等離子體腐蝕的微通路和機械微通路鉆孔。作為形成中的工藝現(xiàn)在顯然領(lǐng)先的工藝是激光微通路鉆孔工藝，它為快速形成高質(zhì)量、高縱橫比的通路孔創(chuàng)造了條件。
激光鉆孔包括把高功率激光束聚焦到工件的表面上。一部分光束被吸收，吸收的量取決于材料類型和表面狀況。通過高功率吸收和小聚焦光斑產(chǎn)生的高強度造成對表面和下面材料的加熱、熔化和蒸發(fā)或者說燒蝕。
激光鉆孔可以是沖鉆(percussion drilling)，也可以是鑿鉆(trepanning)。激光沖鉆工藝包括一個用來透入材料厚度的固定光束和一個或多個脈沖。沖鉆時，孔的直徑由光束的直徑和功率水平確定。
激光鑿孔包括切割通路的輪廓。光束沿著圓形路線運動，以產(chǎn)生一個直徑大于固定聚焦束所產(chǎn)生的直徑通路(與沖鉆一樣)。也可代之采用其它鑿鉆圖形，如螺旋形、橢圓形或方形。用鑿鉆工藝，孔的直徑只受運動系統(tǒng)行進的限制。
常規(guī)激光鉆孔工藝可包括沖孔或鑿孔，或者包括兩種。例如，當激光束的直徑大于通路直徑時適合于采用沖鉆技術(shù)。當用直徑(在圖3B中為d2)約為250-600μm的紅外(IR)激光束形成直徑(在圖3B中為D)小于200μm的通路時就是這種典型情況。
IR激光已知為單發(fā)射去除介電材料的有效工具。但是，這種激光不能去除通常為銅箔的印刷電路板外層。因此，在待鉆通路內(nèi)區(qū)域中的銅箔外層必須在激光鉆孔之前用化學(xué)腐蝕的方法去除。待鉆通路以外的銅箔剩余部分起共形掩膜的作用，用來限制已腐蝕窗內(nèi)激光束的燒蝕作用。由于附加的化學(xué)腐蝕步驟這種工藝是復(fù)雜的。
而且，IR激光束的強度通常是不均勻的在中心，光束的強度最強，并朝邊緣逐漸減弱。因此，用IR形成的通路常常有杯樣形狀，在通路底部的周邊區(qū)域切除不夠，如圖3B中的36所表示的。這種不希望的效果在其后的電鍍步驟中可造成導(dǎo)電材料的過電鍍37。過電鍍37使通路30的直徑大大減小為D’，D’比D小得多于是通路不符合規(guī)格。
在一個相反的例子中，當激光束的直徑小于通路的直徑時，采用鑿孔技術(shù)。當要用直徑(在圖3B中為d1)約為25-30μm的紫外(UV)激光束形成直徑約為75μm的通路時，這是個典型情況。
如圖3A和3B中所示，用在待鉆通路30的中心沖鉆出一個起始孔來開始工藝。起始孔31的直徑由UV激光束35的直徑d1來確定，然后使UV激光束沿徑向向外移動，如38所示，到一個新的位置32，并且繞起始孔31、沿鑿鉆路線33運動。重復(fù)這種鑿孔步驟，直到孔的直徑擴大到預(yù)定的直徑D。按照通路30的特定深度要求，使UV激光束繞通路中心的軌道轉(zhuǎn)所需的圈數(shù)。
很明顯，由于需要轉(zhuǎn)多圈，所以上述鑿孔工藝不適用于鉆與激光束直徑相比，較大的深孔。而且，即使UV激光束能把銅箔從電路板的表面上去除得不錯，因而不需要化學(xué)腐蝕，它們也為介電材料的去除規(guī)定了很苛刻的工藝控制。為了去除下面的介電材料，典型的小直徑UV激光束需要鑿鉆出開孔。這當然大大增加了對大板面面積的激光加工時間，因而造成每個通路的相當高的成本。
而且，各個通路孔的質(zhì)量不一致，特別是，當介電層是由如FR4或RCC的玻璃基質(zhì)材料制成時更是這樣。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在這種材料中形成的通路側(cè)壁表面出不規(guī)則的質(zhì)量，這對下面的電鍍步驟中的電鍍材料的粘附有不利影響。
因此，上述方法都不適用于在多層印刷電路板中高效且快速地形成高質(zhì)量的通路，特別是當印刷電路板是用交替的銅箔和玻璃纖維層形成時和/或當待鉆通路有約50-150μm的較大直徑時更是如此。而且，在避免與每種激光系統(tǒng)有關(guān)的缺陷的同時還不曾做過使用IR和UV兩種激光系統(tǒng)的努力。對減少時間的改善的激光鑿鉆技術(shù)也存在需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種先進的激光鉆孔技術(shù)，該技術(shù)適用于在如印刷電路板的多層基片中形成質(zhì)量一致和深度可靠的均勻通路。當印刷電路板覆蓋一層銅箔和待鉆通路有較大直徑時該方法特別適用。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種激光鉆孔的方法，該方法可用于快速而高效地形成高質(zhì)量的通路，所形成的通路具有直的壁，清潔的底部，并在通路底部的周邊區(qū)域沒有切除不足的問題。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種改善的激光鑿鉆技術(shù)，該技術(shù)不需要過多次的鑿鉆運動次數(shù)，因而減少了時間和成本。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種利用UV和IR兩種激光進行激光鉆孔的方法，因而排除了一般與使用IR激光有關(guān)的腐蝕步驟，并且避免了一般與使用UV激光有關(guān)的過多的激光束移動的要求。
本發(fā)明的這些和其它目的是用在基片中形成一個有預(yù)定輪廓的孔的方法來達到的。該項方法包括以下步驟a)在基片中輪廓上的一個點用激光沖鉆法鉆出一個起始孔；b)從起始孔開始，沿著整個輪廓用激光鑿鉆的方法鉆孔，以形成一個把孔的中心部分與基片其余部分分開的周邊溝道；c)用激光燒蝕中心部分，以形成有預(yù)定輪廓的孔。
按照本發(fā)明的一個方面，重復(fù)激光鑿鉆步驟，直到周邊溝道達到了預(yù)定的深度。按照本發(fā)明的另一個方面，激光沖鉆和激光鑿鉆包括使用一個第一激光束，而激燒蝕包括使用一個第二激光束。
本發(fā)明的上述目的也可用在層壓基片中形成一個具有預(yù)定輪廓的孔的方法來實現(xiàn)。層壓基片有至少一個在第二材料的第二層上的第一材料的第一層。首先在輪廓上的一點處用激光沖鉆的方法形成一個穿過層壓基片第一層的起始孔。然后，從起始孔開始，沿著整個輪廓執(zhí)行激光鑿鉆，以形成一個把孔的中心部分與層壓基片其余部分分開的周邊溝道。中心部分包括一個切斷的第一材料片和一個第二材料島部。最后，用激光燒蝕第二材料的島部，同時去除第一材料的切斷片，以形成具有預(yù)定輪廓的孔。
按照本發(fā)明的一個方面，激光沖鉆和激光鑿鉆鉆孔包括采用每個脈沖的能量密度大于第一材料燒蝕閾值的第一激光束，激光燒蝕包括采用每個脈沖的能量密度大于第二材料燒蝕閾值而小于第一材料燒蝕閾值的第二激光束。
按照本發(fā)明的另一個方面，層壓基片還有一個位于第二層下面并且確定孔底的第三層，第二激光束的每個脈沖的能量密度小于第三層材料的燒蝕閾值，因而第二激光束從第三層表面上反射出來，從而造成清潔的底表面。
本發(fā)明的上述目的也可用在層壓基片中形成一個具有預(yù)定直徑的孔的方法來實現(xiàn)。層壓基片有在介電層上面的至少一個導(dǎo)電層。首先，產(chǎn)生每個脈沖的能量密度大于導(dǎo)電層燒蝕閾值的第一激光束。然后，第一激光束被用于用激光沖鉆法在通路邊界的一個點鉆出一個穿透層壓基片導(dǎo)電層的起始孔。之后，從起始孔開始，用第一激光束沿著通路的邊界進行鑿鉆，以形成外徑大致與預(yù)定直徑相等的周邊溝道。周邊溝道把通路的中心部分與層壓基片的其余部分分開。中心部分包括一個導(dǎo)電層切斷片和一個介電層島部。在其后的步驟中產(chǎn)生每個脈沖的能量密度大于介電層燒蝕閾值但小于導(dǎo)電層燒蝕閾值的第二激光束。最后，第二激光束用于燒蝕介電層的島部，同時去除導(dǎo)電層的切斷片，以形成具有預(yù)定直徑的通路。
按照本發(fā)明的一個方面，第一激光束是UV激光束，第二激光束是IR激光束。


本發(fā)明用舉例的方法進行說明，但不限于所舉例子，在附圖的各圖中，相同的標號表示相同的零件。
圖1A和1B是層壓基片的橫向截面圖，表示能用本發(fā)明的方法形成不同類型的通路；圖2是用于實現(xiàn)本發(fā)明方法的激光系統(tǒng)的示意圖；圖3A和3B分別是表示常規(guī)通路形成工藝的層壓基片的俯視和橫向截面圖；圖4A和4B分別是表示按照本發(fā)明的通路形成工藝的層壓基片的俯視和橫向截面圖；圖5A是用于比較本發(fā)明通路形成工藝(沿周圈鑿鉆)和常規(guī)通路形成工藝(充滿的鑿鉆)的照片；圖5B和5C分別是用圖5A中所示兩種工藝所形成的通路的放大照片；圖6是表示按照本發(fā)明的方法形成的盲通路的照片。
具體實施例方式
現(xiàn)在說明按照本發(fā)明的沿周圈激光鑿鉆的方法和設(shè)備。在以下詳細說明中，為了說明的目的列出了許多具體細節(jié)，以便對本發(fā)明提供透徹的理解。但是，應(yīng)該明白，本發(fā)明可不按這些細節(jié)實施。在其它情況下，為了簡化附圖，熟知的結(jié)構(gòu)和裝置用方框圖的形式表示。
圖2是實現(xiàn)本發(fā)明方法的激光系統(tǒng)的示意圖。
激光系統(tǒng)包括一個用于產(chǎn)生脈沖激光束21的激光源20。激光器20可是一個如UV的短波長激光器，也可以是如IR的長波長激光器，或者是兩者。激光束2 1可透過包括反射鏡23和聚光鏡25的光學(xué)系統(tǒng)，并且被聚焦到如層壓基片的工件26上。激光束21在放置在X-Y定位工作臺27上的工件26上形成一個聚焦光斑210。在以下優(yōu)選實施例的說明中，采用具有圓形聚焦光斑210的激光束。但是，聚焦光斑可以是橢圓或任何適當?shù)男螤睢?br> 激光系統(tǒng)可包括一個通過擋住激光束邊瓣而成形激光束21的光闌22。光闌22也可作用衰減器，它以本領(lǐng)域的已知方式調(diào)節(jié)激光束21的輸出功率。雖然光闌22被安置在緊靠激光器20的后面，如圖2中所示，但也可采用其它安排。例如，可把光闌22放置在聚光透鏡25和工件26之間。同樣，圖2中所示激光系統(tǒng)的其余元件的安排也只是為了說明的目的。
激光系統(tǒng)還包括如計算機的控制器29?？刂破?9控制激光束21的聚焦光斑210相對于工件26的位置和/或運動。例如，控制器29可向致動器24發(fā)一個命令292，以使聚光透鏡25沿例如X方向移動。向傳動機構(gòu)28發(fā)另一個命令293，以使定位工作臺27沿例如Y方向移動。復(fù)合的X和Y運動允許激光系統(tǒng)能使激光束21相對于工件26運動，以在工件26中鉆出一個具有所要求輪廓的通路。有可能使激光束21和工件26之一保持不動，而使另一個沿X和Y方向運動。也可用反光鏡23調(diào)節(jié)激光束21的運動。
而且，控制器29被可控制地耦合于激光器20，以便確立激光參數(shù)，如方向，激光束路徑的速度，脈沖重復(fù)速率，脈沖寬度和輸出功率。為了調(diào)節(jié)例如峰值脈沖功率，控制器29可向激光器20發(fā)一個命令291，以改變脈沖重復(fù)速率。因而平均輸出功率，每秒的脈沖數(shù)和脈沖寬度將發(fā)生變化。改變激光輸出功率的另一個方法是使用上述的衰減器22。
現(xiàn)在參考圖4A和4B說明按照本發(fā)明的通路形成工藝。簡短地說，本發(fā)明的工藝是一種激光沖鉆和鑿鉆步驟的聯(lián)合工藝，考慮到所用激光器的類型，這些步驟是交替進行的。
本發(fā)明的工藝是從在待鉆通路區(qū)域內(nèi)沖鉆出一個起始孔開始的。不像常規(guī)工藝那樣在通路的中心形成起始孔，如圖3A中的3 1所表示的，按照本發(fā)明，起始孔形成在通路的邊界處，如圖4A中的42所表示的。
兩種工藝的鑿孔步驟也用不同的方式實現(xiàn)。在常規(guī)工藝中，為了使通路的直徑逐漸擴大到預(yù)定的直徑，激光必須圍繞中心起始孔鑿擊。如在前面的討論中所談到的，在這種情況下激光束必須掃描過通路內(nèi)區(qū)域的所有點。這就是常規(guī)技術(shù)被稱作“充滿的”鑿擊的原因。
相反，按照本發(fā)明，激光束不必掃描過通路內(nèi)的整個區(qū)域。使激光束沿通路邊界鑿擊就夠了，正如圖4A中的路線43所表示的那樣。在這種鑿孔步驟中，通路的中心部分保持原封不動。因此，與常規(guī)的“充滿的”鑿擊相反，本發(fā)明的工藝被稱作“沿周圈”鑿擊。
更具體地說，首先把層壓基片10安置在圖2的定位工作臺27上。定位激光束，把聚焦光斑210在待鉆通路區(qū)域內(nèi)聚焦成預(yù)定的光斑尺寸。相應(yīng)地調(diào)節(jié)輸出功率水平、脈沖重復(fù)速率、脈沖寬度和激光聚焦光斑尺寸，以便把每個脈沖的合適能量密度加到層壓基片10上。激光束21的每個脈沖的能量密度必須大于銅箔13的燒蝕閾值，因而大于介電材料14的燒蝕閾值。為此用途的合適激光器是例如可買到的Coherent Inc制造的AVIA型UV(紫外)激光器。也能用其它型號的短波長激光器。在AVIA型UV(紫外)激光器的情況下，已發(fā)現(xiàn)，20-27KHz范圍內(nèi)激光頻率最佳。
保持UV激光束21和層壓基片10彼此相對不動，并完成沖擊鉆孔，以通過光燒蝕去除銅箔13的一部分。為了穿透銅箔13的厚度，這個步驟可能需要一個或多個脈沖。在沖擊鉆孔的過程中也可能去除下面介質(zhì)層14的一部分。起始孔42的直徑由激光束直徑d1和功率水平確定。
在下面的鑿擊鉆孔中，使UV激光束21相對于層壓基片10沿圓形路線43運動，以產(chǎn)生一個周邊溝道45，周邊溝道45的外壁實際上確定了待鉆通路的直徑。這可在給定起始孔42的尺寸和位置的條件下完成。激光的設(shè)置最好與前面沖擊鉆孔步驟中所用的相同。
正如在圖4B中可看到的，周邊溝道45把通路的中心部分與層壓基片10的其余部分分開，通路的中心部分包括切斷片40和島部49。切斷片40是銅箔13的一個已隔離出來的盤，并且只由介電層14的島部49支撐。
當已經(jīng)形成了滿意的周邊溝道45時，調(diào)節(jié)激光設(shè)置，以去除通路30內(nèi)的剩余材料。更具體地說，使已鉆通路上面的激光輸出功率水平降至每個脈沖的能量密度不超過銅箔13的燒蝕閾值。但是，每個脈沖的新能量密度水平仍然必須大于介電材料14的燒蝕閾值，一般介電材料14是如FR4或RCC類型的玻璃基質(zhì)材料。最好用如IR(CO2)激光器的長波長激光器來替代UV激光。
已知IR激光能燒蝕介電材料，但不能去除銅箔。一般來說，IR激光束斑的尺寸約為250-600μm，它遠大于UV激光束25-30μm的典型束斑尺寸。在通路形成的領(lǐng)域內(nèi)，通常形成直徑約為50-150μm的通路，常常發(fā)現(xiàn)IR激光束斑的尺寸大于所要求的通路直徑。不過IR激光束能被聚焦或遮擋成相當接近于通路直徑的束斑尺寸。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，在下個步驟中使用束尺寸為d2的IR激光器，例如CO2激光器。正如在圖4B中所表示的，束尺寸d2大于待鉆通路的所需直徑。因此，不需要相對于層壓基片10移動IR激光束。從這一觀點出發(fā)，去除通路30內(nèi)材料的下一個步驟可考慮為第二個沖擊鉆孔步驟。
由于IR激光束不能去除銅箔13，所以通路30之外的銅箔13的部分61起掩膜的作用，該掩膜保護通路之外的介電層14的下面部分60免受IR激光束的影響。相反，在通路30之內(nèi)的介電層14部分直接或通過周邊溝道45間接暴露于IR激光束，因而被熱燒蝕。在該工藝過程中，已觀察到即使IR激光束的功率水平不足以直接燒蝕銅箔13，也可去除切斷片40。因此形成了通路30，所形成的通路30具有預(yù)定的直徑以及由已完成的周邊溝道45限定的基本上是直的和光滑的壁48。特別指出的是，通過重復(fù)鑿擊鉆孔步驟可形成具有所需深度46的周邊溝道45。利用在現(xiàn)有UV激光系統(tǒng)中已有的重復(fù)功能可容易地實現(xiàn)這一點。重復(fù)運行的次數(shù)取決于銅箔13的厚度和層壓基片10的類型，包括但不限于介電層14的厚度和類型，例如玻璃，以及所需要的縱橫比。
如果待鉆通路30是個貫穿通路，那么，為了切透層壓基片10中的所有導(dǎo)電層，對于UV激光束來說，必須重復(fù)若干次沖擊鉆孔和鑿擊鉆孔的步驟。
如果通路30是盲通路或掩埋通路，那么在UV激光束切穿俘獲襯131之前停止沖擊鉆孔和鑿擊鉆孔，俘獲襯131也由銅制成并指定為通路30的底。之后，引入IR激光束并燒蝕由周邊溝道45和俘獲襯131確定的空間內(nèi)的所有介電材料。由于IR激光束不能切透俘獲襯131，所以由俘獲盤131反射出來，因而有效地?zé)g掉所有鄰近俘獲襯131的介電材料。因此，露出一個清潔的通路底，所以俘獲襯131促進了待鍍導(dǎo)電材料在通路30內(nèi)表面上的粘附。不需要做進一步的脈沖后處理。
在給出上述說明和討論之后，按照本發(fā)明的通路形成方法的其它優(yōu)點也成為明顯的。例如，在盲或掩埋通路底的周邊區(qū)域中觀察到的切除不足的結(jié)果在按照本發(fā)明的方法形成的通路中可避免。通過使周邊溝道45盡量加深到俘獲襯131附近，使得不能切除不足區(qū)域中的介電層14將被去掉，這并不是由IR激光束而是由在重復(fù)沖擊鉆孔步驟中的UV激光器去掉的，IR激光束在可能切除不足區(qū)域中也許沒有足夠的燒蝕效果。因此，用本發(fā)明的方法形成的通路與用常規(guī)方法形成的通路相比有更好的質(zhì)量。
本發(fā)明的方法也為減少裝載、對準、激光鉆孔和卸去印刷電路板所需要的時間創(chuàng)造了條件。雖然裝和卸印刷電路板所需要的時間與常規(guī)工藝沒差別，但對準和激光鉆孔，特別是后者，所需要的時間在本發(fā)明的工藝中大大縮短了。
例如，在常規(guī)方法中，僅僅為了去除上銅箔13就需要使激光束沿多個圓形路線或長的螺旋線運動。于是為了鉆深通路必須重復(fù)若干次這個過程。相反，在本發(fā)明的工藝中，在鑿鉆周邊溝道45中只需使UV激光束運動一圈。這比傳統(tǒng)的“充滿的”鑿鉆工藝花費更少的時間。同樣，如果需要重復(fù)的鑿擊鉆孔，那么重復(fù)簡單的單一圓周運動比重復(fù)多個同心圓的運行容易和迅速得多。
為了比較本發(fā)明的沿周圈鑿擊技術(shù)和常規(guī)的充滿的鑿擊技術(shù)，做了鉆孔速度試驗。穿過試驗層壓結(jié)構(gòu)的18μm厚的銅箔和70μm厚的RCC層來鉆直徑為100μm的試驗盲通路。充滿的鑿擊鉆孔速率是每秒65個通路，而沿周圈鑿擊鉆孔的速率是每秒90個通路。換句話說，沿周圈鑿擊鉆孔比充滿的鑿擊鉆孔快約40％。在表1和圖6中分別表示出在上述試驗中用沿周圈鑿擊形成通路的激光設(shè)置和最終通路照片。在圖6中可看出，按照本發(fā)明的方法形成的通路有相當直和光滑的壁及清潔的底表面。
另外，UV激光器是能量很高的能源，長時間暴光于它之中可引起被暴光材料對高能量的強烈反應(yīng)。在常規(guī)工藝中，由于高功率UV激光束的長時間重復(fù)運行，鄰近通路30邊界的區(qū)域61中的銅箔13很可能受到損壞。因此，可形成圖5A和5C中所示的一個或多個不希望有的銅脊65。相反，用本發(fā)明的方法，在通路形成中沒觀察到銅脊，正如圖5A和5B中所表示的那樣。
用IR激光器完成燒蝕通路內(nèi)下面的介電層和剩余銅盤40會快得多。這歸功于IR激光器的大的束尺寸。可保持激光束相對于層壓基片10不動，而不是常規(guī)工藝要求的重復(fù)鑿擊。已經(jīng)證實，可用單一超大IR激光束同時形成幾個通路，因此工藝得到簡化。
對一定的介質(zhì)材料，IR激光比UV激光需要花費的時間少，為了燒蝕相等量的介電材料，UV激光常常需要更多個脈沖。另外，可快速而容易地把較大的IR激光束對準在較小的通路上。因此，縮短了時間。
使IR激光器運轉(zhuǎn)比使UV激光器運轉(zhuǎn)更便宜。因此，在一個工藝中由于聯(lián)合使用UV和IR激光系統(tǒng)，本發(fā)明的工藝比僅使用UV激光器的常規(guī)工藝有高得多的性價比。
當待鉆通路的直徑比UV激光束斑的尺寸大很多，例如150μm對30μm，并且比較深時，上述優(yōu)點更加顯著。
相對于僅用IR激光的已知通路形成方法，本發(fā)明的方法需要的步驟少，時間短。例如，按照常規(guī)IR激光鉆孔方法，必須在層壓基片10的待鉆通路區(qū)域周圍形成光致抗蝕材料掩膜，并用化學(xué)腐蝕的方法把銅箔腐蝕掉。只有在此之后IR激光才能穿入下面的介電層。常規(guī)工藝還需要去除掩膜。由于銅箔13是在用IR激光燒蝕介電材料之前被UV激光部分去除的，所以，在本發(fā)明的工藝中，所有上述步驟都是不必要的。因此，工藝得到簡化。
本發(fā)明比已知IR激光鉆孔方法的另一優(yōu)點是消除了切除不足的效果，正如上面討論的那樣。
有利的是，本發(fā)明的工藝只需一種方法就可產(chǎn)生各種直徑的通路，包括直徑在100μm以下的微通路。雖然機械鉆孔有益于產(chǎn)生直徑超過200μm的通路，但本發(fā)明不限于形成200μm以下的通路。用本發(fā)明的方法也能獲得高的縱橫比。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的工藝特別適合于縱橫比1∶1到5∶1的通路。
本發(fā)明的工藝適合于形成穿過多個交替導(dǎo)電/介電層的通路，也能產(chǎn)生非圓形通路，只要能通過鑿擊鉆孔沿通路的邊界形成周邊溝道45就行。
已經(jīng)證實，帶有用本發(fā)明的方法在其內(nèi)形成通路/微通路的多層印刷電路板有改善了的質(zhì)量。
雖然已說明和表示了本發(fā)明的具體實施例，但是，應(yīng)該明白，在不離開后附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明精神和范圍的情況下可對具體表示和說明的實施例細節(jié)做一些改動。
權(quán)利要求
1.在基片中形成有預(yù)定輪廓的孔的方法，所述方法包括以下步驟1)在所述輪廓的一個點用激光沖鉆出一個起始孔；2)從所述起始孔開始，沿整個輪廓用激光進行鑿鉆，以形成一個把所述孔的中心部分與所述基片的其余部分分開的周邊溝道；3)用激光燒蝕所述中心部分，以形成具有所述預(yù)定輪廓的所述孔。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中，重復(fù)所述激光鑿鉆，直到所述周邊溝道達到預(yù)定的深度。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中，所述激光沖鉆和所述激光鑿鉆包括使用對形成所述周邊溝道最佳的第一激光束，所述激光燒蝕包括使用對去除所述中心部分材料最佳的第二激光束。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中，所述第一和第二激光束分別由短波長和長波長的激光器產(chǎn)生。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中，所述起始孔的尺寸小于所述孔的尺寸。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中，形成的所述孔具有基本上直的壁。
7.一種在層壓基片中形成具有預(yù)定輪廓孔的方法，所述層壓基片具有至少一個在第二材料的第二層上面的第一材料的第一層，所述方法包括以下步驟1)在所述層壓基片上用激光沖鉆出一個在所述輪廓上的一個點處穿過所述第一層的起始孔；2)從所述起始孔開始，沿整個輪廓，用激光進行鑿鉆，以形成一個把所述孔的中心部分與所述層壓基片的其余部分分開的周邊溝道，所述中心部分包括所述第一材料的一個切斷片和一個所述第二材料的島部。3)用激光燒蝕所述第二材料的所述島部，同時去除所述第一材料的所述切斷片，以形成具有所述預(yù)定輪廓的所述孔。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中，重復(fù)所述激光鑿鉆，直到所述周邊溝道達到預(yù)定的深度。
9.如權(quán)利要求7的方法，其中，所述激光沖鉆和所述激光鑿鉆包括使用每個脈沖的能量密度大于所述第一材料燒蝕閾值的第一激光束，所述激光燒蝕包括使用每個脈沖的能量密度大于所述第二材料燒蝕閾值但小于所述第一材料燒蝕閾值的第二激光束。
10.如權(quán)利要求9的方法，其中，所述第一和第二激光束分別由UV和IR激光器產(chǎn)生。
11.如權(quán)利要求7的方法，其中，所述起始孔的尺寸小于所述孔的尺寸。
12.如權(quán)利要求7的方法，其中，形成的所述孔具有基本上直的壁。
13.如權(quán)利要求7的方法，其中，所述第一層是導(dǎo)電層，所述第二層是介電層。
14.如權(quán)利要求7的方法，其中，所述層壓基片還有一個在所述第二層下面的第三層，所述孔由所述第三層和所述周邊溝道的最外壁限定。
15.如權(quán)利要求14的方法，其中，所述第三層是由所述第一材料制成的。
16.如權(quán)利要求9的方法，其中，所述層壓基片還有一個在所述第二層下面的第三材料的第三層，所述第二激光束每個脈沖的所述能量密度小于所述第三材料的燒蝕閾值，因而所述第二激光束從所述第三層的表面反射出來，從而造成所述孔的清潔底表面。
17.在層壓基片中形成一個有預(yù)定直徑的通路的方法，所述層壓基片有至少一個在介電層上面的導(dǎo)電層，所述方法包括以下步驟1)產(chǎn)生每個脈沖的能量密度大于所述導(dǎo)電層燒蝕閾值的第一激光束；2)使用所述第一激光束在所述基片中沖鉆出一個在所述通路的邊界的一個點處穿過所述導(dǎo)電層的起始孔；3)從所述起始孔開始，采用所述第一激光束和沿周圈鑿擊的運動，沿所述通路的邊界進行鑿鉆，以形成外直徑與指定直徑大致相等的周邊溝道，所述周邊溝道把所述通路的中心部分與層壓基片的其余部分分開，所述中心部分包括所述導(dǎo)電層的切斷片和所述介電層的島部；4)產(chǎn)生每個脈沖的能量密度大于所述介電層燒蝕閾值但小于所述導(dǎo)電層的所述燒蝕閾值的第二激光束；5)用所述第二激光束燒蝕所述介電層的所述島部，同時去除所述導(dǎo)電層的切斷片，以形成具有所述指定直徑的所述通路。
18.如權(quán)利要求17的方法，其中，重復(fù)所述激光鑿鉆，直到所述周邊溝道達到預(yù)定的深度。
19.如權(quán)利要求17的方法，其中，所述第一和第二激光束分別是由UV和IR激光器產(chǎn)生的。
20.如權(quán)利要求17的方法，其中，所述第一激光束有第一直徑，該直徑確定所述起始孔的直徑并小于所述通路的所述指定直徑。
21.如權(quán)利要求17的方法，其中，所述第二激光束有第二直徑，它等于或大于所述通路的所述指定直徑。
22.如權(quán)利要求17的方法，其中，所述層壓基片還有一個在所述介電層下面的俘獲襯，所述通路由所述俘獲襯和所述周邊溝道的最外壁限定。
23.如權(quán)利要求22的方法，其中，所述俘獲襯由導(dǎo)電材料制成。
24.如權(quán)利要求22的方法，其中，所述第二激光束每個脈沖的能量密度小于所述俘獲襯的燒蝕閾值，因而所述第二激光束從所述俘獲襯的表面上反射出來，從而造成所述通路的清潔底表面。
25.如權(quán)利要求17的方法，其中，所述層壓基片是印刷電路板。
26.如權(quán)利要求25的方法，其中，所述導(dǎo)電層是銅箔。
27.如權(quán)利要求25的方法，其中，所述介電層是從玻璃、聚酰亞胺和環(huán)氧樹脂組成的組中選擇出來的。
28.如權(quán)利要求17的方法，其中，所述指點直徑約為50-150μm。
29.如權(quán)利要求17的方法，其中，所述通路的縱橫比約為1∶1到5∶1。
30.如權(quán)利要求20的方法，其中，所述第一激光束的所述第一直徑約為25-30μm。
31.如權(quán)利要求21的方法，其中，所述第二激光束的所述第二直徑約為250-600μm。
32.如權(quán)利要求17的方法，還包括給所述通路的內(nèi)表面電鍍導(dǎo)電材料的步驟。
33.如權(quán)利要求17的方法，其中，所述通路形成為有基本上直的壁。
全文摘要
用聯(lián)合沖鉆和鑿鉆技術(shù)和使用不同類型的激光可在層壓基片中形成具有基本上直的壁和底部無切除不足區(qū)域的通路。首先，沿待鉆通路的邊界切穿層壓基片的頂部銅箔，以形成一個周邊溝道。這是用UV激光的鑿鉆技術(shù)完成的。然后，用IR激光燒蝕通路內(nèi)的介電材料。在這一步驟中，也會去除在鑿鉆之后留在通路中心區(qū)域的銅切斷片。IR激光從通路底的銅俘獲襯上反射出來，從而為以后的電鍍工藝有效地清潔了俘獲襯。
文檔編號B23K26/08GK1514757SQ02811587
公開日2004年7月21日 申請日期2002年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月11日
發(fā)明者布隆梅克 斯蒂芬羅杰, 萊斯佩斯 皮埃爾, 萊斯佩斯 申請人:葉克賽倫自動化公司