★激光钻孔培训教材

1ME机械加工小组2006年6月激光钻孔工艺培训DongguanShengyiElectronicsLtd.MeadvilleTechnologiesGroup2目录激光钻孔目的激光钻孔原理工艺流程设备及物料激光钻孔参数工艺能力主要问题关于激光钻孔的控制3PCB通过吸收CO2红外线激光的能量，烧蚀掉要加工的材料而形成半封闭空间的盲孔形状，为后工序小孔金属化而连通相邻两层线路作准备。激光钻孔目的4CO2气体在增加功率及维持放电时间下，产生波长在9.3μm~10.6μm之间的可实用的脉冲式红外激光。红外线的基本特性是能够穿透绝大多数的有机物材料表面到内部的特性，同时，绝大多数有机物材料具有强烈吸收红外线波长的特点。有机物材料分子吸收红外线波长而提高能量，这就体现了红外线的“热效应”特性。CO2激光钻孔机就是应用红外线的这种光热效应，采用热加工的聚光透镜对有机物进行烧灼，形成连通性盲孔。激光钻孔原理激光头光束整形装置光阑孔电扫描镜（两片特殊的反射镜）F透镜扫描区域PCB待钻板CO2激光钻孔机核心结构简图5工艺流程主要流程：调钻孔参数→测激光能量→上板→调程序→做GCOM补偿→找激光标靶→钻板→下板→检板关键操作说明：调钻孔参数：根据在线板的结构条件，按照控制计划等相关文件要求设置激光钻孔参数。测激光能量：热机，保证能量的稳定性。当前测量为频率为3小时/次，停机10分钟以上必须热机，使能量在0.8±0.08W范围内。调程序：从工程网上调入激光钻孔程序。做Gcomp补偿：检测并补偿电扫描器的镜面反射，使准确定位，精度要求XY≤15μm，频率为3小时/次；检板：用百倍镜检查已钻板盲孔烧蚀是否彻底，孔形、孔径是否良好。6设备及物料1.设备控制主要设备编号型号及规格供应商（生产商）备注CO2激光钻孔机1#[1180]LC-1C21WE/1C信昌（HITACHI）单轴2#[1181]LC-1F21WE/1C信昌（HITACHI）单轴3#[1179]LC-2G212E/2C信昌（HITACHI）双轴4#[1197]LC-2G212E/2C特新（HITACHI）双轴主要设备型号及规格供应商（生产商）备注校准片[Acrylic有机玻璃片]尺寸：100×100mm东利企业公司1#、2#机用，校准片为矩形，公差±1mm。尺寸：130×70mm70×70mm东利企业公司3#、4#机用，校准片为矩形，公差±1mm。Fθ透镜保护膜\信昌（HITACHI）能量透过率在93%以上2.主要物料7Aperture——光束等级（光束大小）；Mode——钻孔模式；Pulseperiod——脉冲周期；Pulsewidth.——脉冲宽度；PulseCount——脉冲次数；timePulsewidthPulseperiod钻孔参数激光钻孔关键参数power8不同盲孔介质材料、孔径、工艺的加工工艺能力工艺介质材料加工孔径备注ConformalmaskRCC4,5,6,8milRCC生产参数根据介质厚度不同而略有不同FR4:1×1064,5,6,8mil较少用胶片FR4:1×10804,5,6,8mil常用胶片FR4:2×1065,6,8mil特种组合FR4:2×10806,8mil特种组合LargewindowRCC4,5,6mil常用胶片FR4:1×10804,5,6mil常用胶片9采用小区域分段作业。例如将整个panel分为一个个30×30mm或50×50mm范围，每个30×30mm或50×50mm范围内孔根据不同钻孔模式按一定顺序或方法逐一加工完成后，移至下个区域。各区域局部加工采用特殊镜面微调反射，进行区域内各孔X、Y定位。区域之间移动定位靠X、Y台面移动实现。如“CO2激光钻孔机核心结构简图”所示工艺能力加工方式10Conformalmask工艺加工用图形转移工艺在表面铜箔层蚀刻出与要加工的孔径尺寸相同的“窗口”，然后用比要加工孔径尺寸大的激光光束来进行加工。Largewindow工艺加工用图形转移工艺在表面铜箔层蚀刻出比要加工的孔径尺寸大的“窗口”，然后用与要加工孔径尺寸相同的激光光束来进行加工。Cu—Direct工艺加工即直接钻铜法，在铜厚减到相应厚度再进行表面处理的铜面上直接加工出相应孔径的盲孔。（目前此工艺在我司研发中）加工工艺工艺能力11设备性能工艺能力机号1#[1180]2#[1181]3#[1179]4#[1197]备注型号LC-1C21WE/1CLC-1F21WE/1CLC-2G212E/2CLC-2G212E/2C一般钻孔孔径100~200μm100~200μm100~200μm100~200μmCuDirectDrill//100~150μm100~150μm可钻板厚0.1～3mm最大钻板尺寸21″×27″定位精度±5μm钻孔精度±20μm±15μm±12.5μmPositioningspeedmax700point/sec1000point/sec1400point/sec1700point/sec平均最大钻孔速度12烧蚀不净–激光钻孔参数不合理；–激光钻机能量偏低；–层压介质层厚度均匀性差；–开窗孔径偏差大小孔、漏孔–钻孔程序问题；–盲孔曝光、显影、蚀铜不良，使开窗过小或未开窗盲孔偏孔–标靶偏移/钻孔标靶程序异常；–盲孔蚀2开窗偏（如右图）；–开窗孔径尺寸偏差；–激光钻机台面/电扫描镜定位精度差主要问题largewindoe开窗偏conformal开窗偏13盲孔孔形差–激光钻孔参数不合理；–层压介质层厚度不均匀；–盲孔蚀铜开窗圆度差；–盲孔蚀铜蚀刻未净。盲孔开路–激光钻孔能量过小；–层压介质层厚度偏差过大；–Desmear除胶不净。主要问题14控制与影响㈠钻机设置与控制1.伸缩旋转⑴SCLAING补偿设置：0.06%。设备范围：±0.9999%,最小分辨0.0001%⑵ROTATION补偿控制：±360.00000°,最小分辨0.00001°2.测板厚设置要求按照层压后板厚的公差来设置板厚范围，可适当微调（±50μm）3.激光头运行时间监控根据供应商提供的激光头使用寿命来定时监控。4.LASERPOWER监控正常生产时每天定时测量（每3小时一次）5.GCOMP校准精度监控正常生产时每天定时测量（每3小时一次）一、参数设置除关键激光钻孔参数的设置外，还有如下控制要求：15㈡辅助设备及环境条件的控制•电源稳压器输出电压：200±2V•工作气压：0.56~0.68MPa•冷水机设置：20±1℃•温湿度控制：温度22±2℃，湿度50±10%。温、湿度等环境因素会影响钻机内部光路控制与影响16一、前后工序的影响㈠前工序的影响1.板的平整度与尺寸稳定性由于激光钻孔为自动上下板进而自动识别标靶来进行高精度定位，在自动定位时有一定的伸缩(scaling)和偏转(rotation)控制，故要求待钻板板面较平整，板材尺寸稳定性在受控范围内，板边与板内单元规则分布，否则就会影响激光钻孔的自动定位与正常生产。例如有一款板6935008在锣边是因为故障使得板边被锣成平行四边形，导致激光钻机在自动识别标靶时因为偏转太大而屡屡报警，最终无法自动上下板生产！2.盲孔介质层盲孔介质层厚度的均匀性直接影响到激光钻孔的孔形质量。尤其是RCC在层压后的介质厚度影响着激光钻孔参数的选定；（如图所示为6935008D0的盲孔切片图1介质厚度仅52μm，图2介质厚度达80μm）控制与影响图1图2173.盲孔蚀铜（开窗）质量开窗尺寸、开窗圆度和蚀铜效果影响盲孔孔形品质；（如图所示）4.激光钻孔用标靶质量激光钻孔的定位标靶位于板边四角，容易受前工序影响，如标靶残缺、擦花等，前工序任何一个环节损害激光钻孔用标靶都会直接影响激光钻孔生产。尤其是主流的largewindow工艺的次外层标靶受到影响的机会更多。控制与影响内层标靶因残铜而破坏开窗残铜18㈡后工序的影响1.Desmear咬噬量对激光钻盲孔孔形、孔径的影响激光钻孔后需要经过Desmear除胶再进行盲孔金属化，在Desmear除胶过程中如果Desmear咬噬量过大会对激光钻盲孔孔形有影响。HDI盲孔的孔径主要由激光钻孔烧蚀大小决定，但HDI盲孔孔径的最终形成要到Desmear除胶后，Desmear咬噬量对激光钻盲孔孔径也有一定的影响。如图所示，6625028图形电镀后切片图，单边咬蚀25，玻璃纤维突出孔形较差控制与影响开大窗离线路边咬蚀大192.盲孔孔径孔形对沉铜电镀参数的影响当前我司的激光钻孔生产的盲孔孔径范围为4～8mil（即0.1～0.2mm），大多数HDI板盲孔孔径为4～5mil的微孔，而盲孔介质厚度、孔形等综合因素对我司沉铜电镀的深镀能力影响较大，需根据生产实际界定能力。小结：激光钻孔机是高精密、高速度、自动化的生产设备，主要加工的HDI板的特点是孔密线细同时又较轻、薄，容易受到生产过程中各种因素的影响。对HDI板需要严格控制各个生产环节，尤其是前后相关工序，以确保各工序顺畅生产，才能不断提高工艺水平和生产效率。控制与影响厚径比较大，深镀差孔形差，沉铜效果差20