HDI開銅窗的一種激光加工方法

高 壘 甘明輝 覃賢德

（廣東正業科技股份有限公司，廣東 東莞 523808）

0 前言

不同的材料對不同波段的激光吸收率不一樣（如圖1），銅對 CO2激光的吸收率很低，所以 CO2不能直接對HDI（高密度互連）板的銅箔進行鉆孔加工。目前HDI板盲孔鉆孔加工主流制程為先將PCB板的表層銅進行黑化或者棕化處理，再用CO2激光機進行盲孔加工。因黑化或者棕化處理屬于化學處理方式，對環境污染較高且制程較為復雜，CO2加工時定位用的Mark點和內層盲孔定位基準不統一，導致加工后精度誤差偏大。若采用UV激光機進行開銅窗加工，可以直接將內層的Mark點銑出來給后工序的 CO2鉆孔進行加工定位，保證基準的統一，提高整個制程精度。將需要鉆孔的位置進行開銅窗加工，再用CO2進行去除FR4玻璃纖維的盲孔加工，代替當前的濕制程對銅箔的黑化或者棕化處理，減少對環境的污染。

圖1 基板中的材料成分對UV和 CO2的吸收率

激光加工的原理是將高能量的激光束，聚焦到很微小的光斑后對工件表面進行高溫燒蝕，瞬間化掉需要加工的物質[1]。UV激光鉆孔機對銅箔進行開窗鉆孔加工時，為了保證將孔范圍內的銅箔除去干凈，本文提出一個新的加工方法，在加工孔內采用漸變螺旋線路徑進行激光加工，可以避免激光器自身的一些缺點對加工造成的不良影響，從而提高銅窗的質量。

1 HDI開銅窗的工藝要求及異常孔型分析

因UV鉆孔機對銅箔進行開窗后還要進行下工序的CO2盲孔鉆孔加工，為了保證CO2加工工藝參數一致性，需要要求HDI板開銅窗后孔底平整，不能出現局部或者大面積的凹坑[2]，常見的開窗異常孔形狀（如圖2）。因激光加工是熱效應加工，所以不可能不燒傷銅層下的膠層。但是要盡量不要燒傷FR4玻璃纖維層，保留孔底平整。

圖2 開窗孔異常形狀

從激光能量進行分析，激光器的每一次開光的瞬間，第一個脈沖的峰值功率遠遠高于后續的脈沖的峰值功率[3]，導致在開光處對應的位置上所承受的激光熱量會更多，在此位置上就會更容易被激光燒蝕出一個局部的凹坑。

從熱效應來進行分析，激光加工路徑的開始點和結束點有很大的關系，假如從孔的中心開始進行加工，那孔的邊緣會先受到一定的熱影響，相即孔邊緣的材料會先預熱，激光在燒蝕此位置的時候該位置的材料會更容易被汽化掉，導致出現過燒形成凹坑現象。

從加工路徑上進行分析，激光進行開銅窗鉆孔需要保證孔的真圓度，意味著不管什么工藝路徑進行加工，都必須要加工孔的外圓出來。只有先保證孔外圓的前提下，圓內的相關填充方式才可以進行選擇。采用十字線或者米字線加工，最大的缺點是激光器開光和關光的次數多，不僅影響激光加工效率，而且在孔的中心十字線或者米字線相互交叉的地方承受的能量最多，導致出現中心凹坑孔。采用同心圓進行加工，每一個同心圓上都會存在一次的開光和關光，不僅影響加工效率，同時在開光和關光的地方，因有激光脈沖的疊加和首脈沖的高能量，在此處容易就會產生局部的凹坑。若采用等距螺旋線進行加工，從螺旋旋與外圓的幾何圖形關系可以看出，在螺旋線和外圓接近相交的地方會形成一個倒三角區域（圖3中的涂色區），此區域因沒有激光加工路徑，若激光參數設置滿足其它區域剛好除去銅箔的話，在此倒三角區域就會留有殘銅，形成不良品，影響下工序的CO2盲孔加工。反之，如果設置激光參數可以滿足此倒三角區域在熱影響下能夠去除殘銅，則其它的區域就會熱量過剩，導致加工出凹坑。

若采用漸變螺旋線路徑進行加工（如圖4），在保證加工孔外圓的前提下，根據加工時不同區域的熱效應不同，可以設置在圓孔中心的激光加工路徑間距大于孔邊緣的激光加工路徑間距，在螺旋線結尾的地方壓縮曲線耦合接近為圓。即可以保證孔內加工路徑填充一次開關光完成不影響加工效率，又合理的將激光產生熱量較為均勻的分布在整個圓內，從而加工得到較為平整的孔底質量。

圖3 等距螺旋線路徑

圖4 漸變螺旋線路徑

表1 UV激光鉆孔加工參數

圖5 同心圓和等距螺旋線加工

圖6 漸變螺旋線路徑加工

2 鉆孔開窗實驗

測試材料表層銅箔厚度為12 μm，第二層材料為膠，第三層材料為FR-4玻璃纖維布，第四層為底銅。實驗設備為正業科技自主研發的UV激光鉆孔機。根據圖4所示的漸變螺旋線路徑進行加工，加工路徑順序為先加工內圈的漸變螺旋線，軌跡需由圓心向外加工，最后加工外圈的圓來保證開窗孔的真圓度。加工參數設置（見表1）。

激光加工后做切片，在金相顯微鏡下觀察開窗孔的剖面照片（如圖5、圖6），漸變螺旋線路徑進行加工孔底平整，均未出現異常孔形狀，達到預期的理論分析效果。

3 結論

通過對激光鉆孔加工工藝路徑和激光在加工過程中產生的熱效應進行分析，采用UV激光鉆孔對HDI板進行開銅窗加工時，在開窗的孔內設計為漸變螺旋線路徑進行加工，合理的設置孔中心和邊緣的激光光斑間距和路徑間距，可以提高HDI板開銅窗孔底質量，能滿足CO2后工序的盲孔加工制程要求。