《新编印制电路板故障排除手册》之五

《新编印制电路板故障排除手册》之五Ｂ．非机械钻孔部分近年来随着微电子技术的飞速发展，大规模和超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，使印制电路图形细微导线化、微孔化及窄间距化，加工中所采用的机械方式钻孔工艺技术已不能满足要求，而迅速发展起来的一种新型的微孔加工方式即激光钻孔技术。1、问题与解决方法（1）问题：开铜窗法的CO2激光钻孔位置与底靶标位置之间失准原因：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。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。φＤφＤ＝φd＋（Ａ＋Ｂ）＋ＣφＤ：激光光束直径图示：此种因板材尺寸涨缩而造成激光钻孔孔位的失准，可采用扩大光束直径方法去做某种程度的解决。图为其计算示意图。φd：开窗口直径/蚀刻的孔A：基板开窗口位置误差B：基板开窗口介质层直径C：:激光光束位置误差经验值为光束直径＝孔径＋90－100μm③蚀刻所开铜窗口尺寸大小与位置也都会产生误差。④激光机本身的光点与台面位移之间的所造成的误差。⑤二阶盲孔对准度难度就更大，更易引起位置误差。解决方法：①采取缩小排版尺寸，多数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上的底垫靶标位置去烧孔。④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（即积二）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。图示：采用显微镜放大200倍切片图以对角线的方式收入图面，其目的就是将同一块积层板面上的二阶盲孔与一阶盲孔，同时呈现以方便对比。（2）问题：孔型不正确原因：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。这将对积层多层板层间的电气互连品质产生较大的影响。解决方法：①严格控制涂树脂铜箔压贴时介质层厚度差异在5－10μm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。图示一：通常采用的RCC中的标准铜箔经半蚀与黑化后，用CO2激光直接钻孔之后的孔型。图示二：采用背铜式UTC所压制成的RCC，经撕掉背铜、UTC黑氧化、与CO2激光直接钻孔后；再进行特殊强力喷蚀，其孔口薄铜经过上下喷蚀，发现铜窗稍微变大的情形，再经过除钻污即可将不良的壶孔变成所需要的锥孔，而使得微盲孔品质更隹。（3）问题：孔底胶渣与孔壁的碳渣的清除不良原因：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。经除钻污处理就不可能确保全部残留物彻底干净，再加上检查手段比较差，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。解决方法：①严格控制RCC压贴后其介质厚度差异在5－10μm之间。②采用工艺试验方法找出最隹的除钻污工艺条件。③经除胶渣与干燥后，采用立体显微镜全面进行检查。（4）问题：关于其它CO2激光与铜窗的成孔问题原因解决方法（1）孔壁侧蚀：主要原因是由于第一枪后，其它两枪能量过高，造成底铜反射而损伤孔壁（1）采用工艺试验方法找出每个脉冲的正确宽度与准确的脉冲数（即脉冲宽度单位μS）（2）铜窗分层：激光光束能量过高造成与RCC铜层轻微分离（2）用工艺试验方法找出最合适工艺条件。（3）孔形状不正：是由于单模光束的能量的主峰落点不准确（3）A．缩短每个脉冲的时间（μs）；B．选择最隹的脉冲数目；C．改单模方式光束为多模方式光束。（4）孔壁玻璃纤维突出：这由于CO2激光对烧蚀玻纤作用不明显（4）A．增加脉冲能量密度到20J/cm2左右；B．改用RCC代替半固化片进行积层（5）底垫有残余胶渣或未烧尽的树脂层：A．激光单一光束能量不稳Ｂ．由于基板弯曲或起翘造成接收能量不均匀所至C．单模光束能量过于集中（5）A．装置应加装输出能量监视器。B．对基板进行检查与复压校正。C．改为多模方式光束的机种。（6）底垫外缘与树脂间产生微裂：A．光束能量过高被反射的光与反射热所击伤。B．由于多模式光束的能量密度较大，其落点边缘能量向外扩张所造成（6）A．应用工艺试验方法调整光束能量。B．在激光机加装特殊的另件以去除扩张能量。（7）底垫铜箔的表面受伤或铜箔背面自基材上剥离：A．单一脉冲的时间过长造成铜箔温度太高，致使膨胀的剪应力超过附着力而剥离B．单模光束的峰值能量过高C．铜箔与基材间附着力不够或层压在玻璃布的织点处（7）A．应用工艺试验方法找出每个脉冲最隹脉冲宽度的准确μs数。B．改用多模光束激光机。C．改用半固化片胶含量与改善层压技术以减少流胶。图示：左为铜窗与底垫位置正确的盲孔。中右为铜窗位置歪移造成光点峰值也随着打歪的异常孔。图示：单光束CO2激光机偶而会出现某一脉冲能量不稳，可加装感知器与补打或改用多模光束加以解决。图示：多模光束能量密度较大，打到铜底时会向外扩张而将底缘打出缺口，但可除去扩能而获得改善。