芬尼根的守灵夜蔡积庆（译）
【摘 要】概述了PCB激光钻孔技术的现状和下一代PCB激光钻孔技术的动向。%This paper describes current status of laser drilling technology for next generation printed circuit board.
【期刊名称】《印制电路信息》
【年(卷),期】2012(000)003西堤红山
【总页数】5页(P15-19)
【关键词】印制板（PCB）;激光钻孔;铜直接钻孔;铜直接钻孔的表面处理
【作 者】蔡积庆（译）
【作者单位】江苏南京210018
【正文语种】中 文
【中图分类】TN41
1 前言
近年来以便携电话，笔记本PC和数字摄像等为代表的电子关联产品的高功能化迅速发展。为了实现这些电子产品的高功能化，安装的半导体电子元件的小型化和高性能化以及安装这些电子元件的PCB的高密度化，多层化，导通孔的小径化和高精度化都是不可缺少的。利用激光的PCB孔加工技术，随着PCB的高密度化而开发的积层法的盲孔（BH，Blinel Hole）加工方法强力要求特别的小径化和高精度化。本文就PCB的激光钻孔加工技术的现状和下一代PCB的动向，以及目前量产加工量最多的使用提高激光吸收率的表面处理的直接激光加工铜以便形成导通孔的铜直接钻孔加工加以介绍。 2 激光加工的现状和小径化的动向
PCB制造中，贯通（TH）导通孔和盲孔导通孔分别采用钻头钻孔机和激光钻孔机进行加工。随着电子设备的轻量化和高性能化，PCB发展到小径化和高精度化，尤其是安装半导体等元件的外层积层部迅速发展到导体宽度的微细化，BH导通孔的小径化，孔数增加和多
层化。图1表示了PCB制造中钻孔机所担当任务。下面具体的叙述各种PCB的加工工程和加工孔径等加工动向预测。
图1 PCB制造中钻孔机的任务
2.1 常规基层板
便携电话的母板等使用的常规基层板中，以适应高密度化和低成本为目的的工程方式正在发生变化。传统的量产化正在从表面铜箔上利用蚀刻形成窗口（Window）并照射比窗口大的激光束进行加工的敷形（Conformal）法移行到以提高与内层图形的重合精度为目的，在比内层基准加工孔径大的窗口内的树脂照射直接激光进行加工的大窗口（Large Window）法，而现在正在迅速移行到在表面铜箔上施行吸收CO2激光的表面处理，采用激光直接在铜箔上加工以便形成窗口或孔加工（Cu Direct Drilling）法。
目前量产化的各工程方式可以加工φ75μm ～φ200μm的孔径，为了适应下一代的高密度化的需要，预计将会移行到下一代利用铜直接加工法的φ50μm ～φ75μm的孔径。
2.2 BGA和CSP用模组PCB
BGA和CSP用模组PCB中，双面板占大多数，目前以敷形法的加工为主流。但是为了适应微细线路的要求，正在从传统的铜箔厚度9μm ～ 12μm，树脂厚度约100μm和孔径中φ100μm发展到铜箔厚度7μm甚至5μm的薄铜箔化，与此同时，树脂厚度约60μm，孔径φ75μm的小径化。另外除了以双面板为主流以外，还增加了适应高密度化需要的多层板，它的工程方式与通用积层板同样，还在研究对表层薄铜箔采用激光进行直接加工铜箔的加工法。小丑快递
2.3 FCBGA用模组PCB
FCBGA（倒装芯片球栅阵列）用模组PCB中，为了适应个人电脑（PC）用CPU等的高速高功能化的需要，现在发展到线路最高密度化。旨在适应微细线路化的电路形成正在采用半加成法。现在正在采用树脂上直接照射CO2激光和UV激光形成加工孔的树脂直接加工法进行量产化。今后利用树脂直接加工的工程方式也不会变化，但是预计孔径将会从现在的φ50μm ～ φ60μm移行到适应高性能化的φ50μm以下的小径化。
电镀件
2.4 FPC
FPC利用现在的CO2激光敷形和UV激光铜直接法实施φ75μm ～ φ200μm的量产化。预计今后逐渐移行到使用UV激光的铜直接加工法。图2表示了代表性的激光加工法。表1表示了PCB的现状和小径化加工动向的预测。
图2 代表性的激光加工法
表1 PCB的现状和小径化加工动向预测?
海部俊树3 PCB用激光加工机
图3表示了PCB材料加工用激光的波长。
图3 PCB材料加工用激光的波长
首先，PCB材料加工激光振荡器中使用最多的是波长9400μm的CO2激光。环氧树脂等绝缘层和玻璃等被加工材料的CO2激光的吸收率高而促进激光加工，与之相比，因为盲孔（BH）孔底部的铜的CO2激光几乎全部被反射，吸收率降低为1.2%～3%，而不能加工，所以盲孔加工时，到内层铜箔就会停止。
其次是波长355 nm的紫外（UV，Ultra Violet）激光对于绝缘层，玻璃和铜的吸收率都高，而适用于PCB加工用。由于铜的UV激光吸收率高而不同于CO2激光，可以直接加工铜。但是通过调整加工能量和电子束方式也可以控制到不会加工内层铜箔的状态，从而可以进行盲孔加工。 图4表示了PCB小径孔加工所需要的激光加工装置的主要技术。激光加工机是由（1）与加工目的重合的加工点的激光电子束模式可以选择高斯（Gauss）分布，园顶（Rouncl Top）分布和顶环（Top Hat，顶帽）分布的瞄准透镜（Collimation Lens）；（2）由电子束整形器（Beam Shaper）和进行加工径调整的孔（Aperture）等构成的电子束整形光学系统；（3）维持脉冲能量的状芯进行高速多电子束化的电子束开关（Beam Switching）；（4）高速高精度确定位置的电流扫描器（Galvanoscanner）；（5）电子束在扫描范围内均匀成像的fθ透镜等构成的。另外，通过独特的阶跃脉冲（Step Pulsel）控制来控制个别加工发射的脉冲幅度（最小1μm），使得适合于加工的电子束能量最佳化，从而可以确保实出物（Overhang）和玻璃的熔融，突出的控制和减轻孔壁面粗糙度等孔品质。
图4 PCB钻孔用激光加工装置的主要技术
图5表示了小孔径激光加工装置的主要技术。图中设定激光波长λ，fθ透镜入射电子束经φd0，fθ透镜焦点距离F，模式次数M2的情况下，加工点电子束径标准束径φd为φd=（2.44λF/φd0）M2。激光的波长λ和fθ透镜的焦点距离F越短加工点电子束经φd就越小，特别是fθ透镜的入射电子束经φd0越大加工点电子束经φd就越小。关于激光的波长，相对于CO2激光9400 nm来说，UV第3次高谐波中355 nm和UV激光具有优良的小径孔加工性。但是目前的量产加工中的孔径为φ50μm以上，如图5所示的铜直接加工和树脂直接加工的小径加工例那样，利用CO2激光可以适应φ50μm的加工，尤其是当CO2激光输出功率大到10倍以上时，由于生产效率高等关系，所以现在利用CO2激光的加工成为主流。
图5 小径孔钻孔用激光加工装置的主要技术
另外利用小径孔（Aperture）的光衍射扩展的电子束导入fθ透镜和利用焦点距离短的fθ透镜的成像可以实现小径化，除了这些光学系统以外还需要最适合小径加工的加工能量和电子束模式控制技术。
4 确保生产性和提高孔位置精度
下一代PCB中，孔径小径化的同时引起内层焊盘径的小径化，积层层数增加的同时大幅度引起加工孔数的增加。为此激光加工机必须适应孔径小径化的同时还要适应小径化内层焊盘上加工位置重合的位置精度提高和孔数的增加，还要求确保生产性。
图6表示了电流速度路线图。决定激光加工速度的电流扫描器的速度数年前约为1000 Hz，但是使用现在标准的电流镜（Galvanomirror）尺寸的通用积层，BGA和CSP规格的加工及的电流扫描器的速度为2400 Hz以上，使用小径用的大型电流镜的FCNGA规格的加工机的电流速度为1700 Hz以上，大幅度改善的激光加工机的钻孔速度飞跃的提高，更高的速度提高正在研究中。
图6 电流速度路线图
图7表示了孔加工位置精度路线图。下一代PCB中，对于伴随着高密度化的加工孔数的增加，有必要谋求提高电流速度的生产性提高，与此同时伴随着内层焊盘的小径化，反过来又要求提高孔加工位置精度。为了适应孔加工位置精度的提高，进行了电流伺服（Galvanoservo）静定（Statically Determinate）技术，电流位置修正技术和工作台位置确定精度提高等方面的改善，是孔径加工位置精度达到0.010 mm以下的高精度化，谋求生
产性和高精度化兼顾的同时正在研究更高的精度提高。
5 铜直接加工的动向
图8表示了通用积层板的激光加工法的动向。如上所述，伴随着PCB的高密度化要求，传统方法的敷形和大窗口加工法正在变化，迅速移动到•施行吸收CO2激光的表面处理并采用激光加工直接铜箔而形成加工孔的铜直接加工法。目前的状况是通用积层板的60%～70%以上已经量产采用铜直接加工。为了实现铜直接加工量产化，必须施行吸收稳定的激光以便均匀加工的表面处理。知网
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