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常见问题

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HDI板激光钻孔工艺实际生产中产生的质量问题
2022-05-13
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随着微电子技术的飞速发展,大规模集成电路的广泛应用,微组装技术的进步,使印制电路板的制造向着积层化、多功能化方向发展,使印制电路图形导线细、微孔化窄间距,PCB加工中所采用的机械钻孔工艺技术已不能满足要求从而迅速发展起来一种新型的微孔加工方式——激光钻孔。

激光成孔原理
激光是当射线受到外来的刺激而增加能量下所激发的一种强力光束,其中红外光和可见光具有热能,紫外光另具有光学能。此种类型的光射到工件的表面时会发生三种现象即反射、吸收和穿透。透过光学另件击打在基材上激光光点,其组成有多种模式,与被照点会产生三种反应。激光钻孔的主要作用就是能够很快地除去所要加工的基板材料,它主要靠光热烧蚀和光化学烧蚀。


HDI板激光钻孔工艺
光热烧蚀:指被加工材料吸收高能量的激光,在极短的时间加热到熔化并被蒸发掉的成孔原理。此种工艺方法在基板材料受到高能量的作用下,在所形成的孔壁上有烧黑的炭化残渣,孔化前必须进行清理。

基板吸光度:激光成功率的高低与基板材料的吸光率有着直接的关系。印制电路板是由铜箔,玻璃布和树脂组合而成,这三种材料的吸光度也因波长不同有所不同但其中铜箔与玻璃布在紫外光0.3mμ以下区域的吸收率较高,但进入可见光与IR后却大幅度滑落。有机树脂材料则在三段光谱中都能维持相当高的吸收率,这就是树脂材料所具有的特性。

光化学烧蚀:是指紫外线区所具有的高光子能量,激光波长超过400纳米的高能量光子起作用的结果。而这种高能量的光子能破坏有机材料的长分子链,成为更小的微粒,而其能量大于原分子,极力从中逸出,在外力的掐吸情况之下,使基板材料被快速除去而形成微孔。因这类型的工艺方法不含有热烧,也就不会产生炭化现象。所以,孔化前清理就非常简单。目前最常用的有两种激光钻孔方式:印制电路板钻孔用的激光器主要有RF激发的CO2气体激光器和UV固态Nd:YAG激光器。

CO2激光成孔
CO2激光成孔的钻孔方法主要有直接成孔法和敷形掩膜成孔法两种。所谓直接成孔工艺方法就是把激光光束经设备主控系统将光束的直径调制到与被加工印制电路板上的孔直径相同,在没有铜箔的绝缘介质表面上直接进行成孔加工。敷形掩膜工艺方法就是在印制板的表面涂覆一层专用的掩膜,采用常规的工艺方法经曝光/显影/蚀刻工艺去掉孔表面的铜箔面形成的敷形窗口。然后采用大于孔径的激光束照射这些孔,切除暴露的介质层树脂。

Nd:YAG激光钻孔工艺
Nd: YAG是钕和钇铝柘榴石。两种固态晶体共同激发出的UV激光。最近多采用的二极管脉冲激励的激光束,它可以制成有效的激光密封系统,不需要水冷。这种激光三次谐波波长为355纳米(nm)、四次谐波波长为266纳米(nm),波长是由光学晶体调制的。 这种类型的激光钻孔的最大特点是属于紫外光(UV)谱区,而覆铜箔层压板所组成的铜箔与玻璃纤维在紫外光区域内吸光度很强,加上此类激光的光点小能量大,故能强力的穿透铜箔与玻璃布而直接成孔。由于上种类型的激光热量较小,不会像CO2激光钻孔后生成炭渣,对孔壁后续工序提供了很好的处理表面。

Nd:YAG激光技术在很多种材料上进行徽盲孔与通孔的加工。其中在聚酰亚胺覆铜箔层压板上钻导通孔,最小孔径是25微米。从制作成本分析,最经济的所采用的直径是25125微米。钻孔速度为10000孔/分。可采用直接激光冲孔工艺方法,孔径最大50微米。其成型的孔内表干净无碳化,很容易进行电镀。同样也可在聚四氟乙烯覆铜箔层压板钻导通孔,最小孔径为25微米,最经济的所采用的直径为25125微米。钻孔速度为4500孔/分。不需预蚀刻出窗口,所成孔很干净,不需要附加特别的处理工艺要求。还有其它材料成型孔加工等。


实际生产中产生的质量问题
开铜窗法的CO2激光钻孔位置与底靶标位置之间失准。在激光钻孔中,光束定位系统对于孔径成型的准确性极关重要。尽管采用光束定位系统的精确定位,但由于其它因素的影响往往会产生孔形变形的缺焰。生产过程中产生的质量问题,其原因分析如下:

1.制作内层芯板焊盘与导线图形的底片,与涂树脂铜箔(RCC)增层后开窗口用的底片,由于两者都会因为湿度与温度的影响尺寸增大与缩小的潜在因素。
可采取缩小排版尺寸,多数PCB厂家制作多层板排版采取450×600或525×600(mm)。但对于加工导线宽度为0.10mm与盲孔孔径为0.15mm的手机板,最好采用排版尺寸为350×450(mm)上限。

2.芯板制作导线焊盘图形时基材本身的尺寸的涨缩,以及高温压贴涂树脂铜箔(RCC)增层后,内外层基板材料又出现尺寸的涨缩因素存在所至。
可加大激光直径:目的就是增加对铜窗口被罩住的范围。其具体的做法采取“光束直径=孔直径+90~100μm。能量密度不足时可多打一两枪加以解决。

3.蚀刻所开铜窗口尺寸大小与位置也都会产生误差。
采取开大铜窗口工艺方法:这时只是铜窗口尺寸变大而孔径却未改动,因此激光成孔的直径已不再完全由窗口位置来决定,使得孔位可直接根据芯板的上的底垫靶标位置去烧孔。

4.激光机本身的光点与台面位移之间的所造成的误差。
由光化学成像与蚀刻开窗口改成YAG激光开窗法:就是采用YAG激光光点按芯板的基准孔首先开窗口,然后再用CO2激光就其窗位去烧出孔来,解决成像所造成的误差。

5.二阶盲孔对准度难度就更大,更易引起位置误差。
积层两次再制作二阶微盲孔法:当芯板两面各积层一层涂树脂铜箔(RCC)后,若还需再积层一次RCC与制作出二阶盲孔者,其“积二”的盲孔的对位,就必须按照瞄准“积一”去成孔。而无法再利用芯板的原始靶标。也就是当“积一”成孔与成垫时,其板边也会制作出靶标。所以,“积二”的RCC压贴上后,即可通过X射线机对“积一”上的靶标而另钻出“积二”的四个机械基准孔,然后再成孔成线,采取此法可使“积二”尽量对准“积一”。

孔型不正确
根据多次生产经验积累,主要因为所采用的基材成型所存在的质量问题,其主要质量问题是涂树脂铜箔经压贴后介质层的厚度难免有差异,在相同钻孔的能量下,对介质层较薄的部分的底垫不但要承受较多的能量,也会反射较多的能量,因而将孔壁打成向外扩张的壶形。这将对积层多层印制电路板的高密度互连结构的可靠性会带来一系列的技术问题。所以,必须采用工艺措施加以控制和解决。主要采用以下几种工艺方法:
1.严格控制涂树脂铜箔压贴时介质层厚度差异在510μm之间。
2.改变激光的能量密度与脉冲数(枪数),可通过试验方法找出批量生产的工艺条件。
3.孔底胶渣与孔壁的破渣的清除不良。

这类质量问题最容易发生,这是由于稍为控制不当就会产生此种关型的问题。特别是对于处理大拚版上多孔类型的积层板,不可能百分之百保证无质量问题。这是因为所加工的大排板上的微盲孔数量太多(平均约6~9万个孔),介质层厚度不同,采取同一能量的激光钻孔时,底垫上所残留下的胶渣的厚薄也就不相同。除钻污处理不能确保全部残留物彻底干净,再加之检查手段比较差,一旦有缺陷时,常会造成后续镀铜层与底垫与孔壁的结合力。爱彼电路(iPcb®)是专业高精密PCB电路板研发生产厂家,可批量生产4-46层pcb板,电路板,线路板,高频板,高速板,HDI板,pcb线路板,高频高速板,双面,多层线路板,hdi电路板,混压电路板,高频电路板,软硬结合板等

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