專利名稱：有機(jī)材料激光鉆孔的方法和設(shè)備的制作方法
從EP-A-0 164 564中已知，在一個(gè)具有層組、金屬-介電材料-金屬的層壓塑料中借助于激發(fā)物激光器產(chǎn)生盲孔。對(duì)此層壓塑料的最上面金屬層用作影孔板，借助于照相技術(shù)轉(zhuǎn)印并且通過接下來的腐蝕產(chǎn)生其布孔圖。然后通過激發(fā)物激光器的作用切除在孔的范圍內(nèi)沒有掩模的介電材料，直到達(dá)到最下面的金屬層，并且結(jié)束切除過程。通過已知的方法特別是在生產(chǎn)多層的印刷電路板時(shí)以盲孔的形式產(chǎn)生必須的鍍通孔。
從DE-Z“精密機(jī)械裝置技術(shù)和測(cè)量技術(shù)”91(198 3)2，56-58頁中公開了一種類似、生產(chǎn)多層印刷電路板的方法，借助于CO2激光器產(chǎn)生在該方法中用作敷鍍通孔的盲孔。最上面的銅箔也用作影孔板，在該影孔板上在激光束應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生孔的每個(gè)地方腐蝕掉銅。
從DE-A-197 19 700中也已經(jīng)公開了層壓塑料激光鉆孔的設(shè)備，在該設(shè)備中具有在大約266nm到1064nm范圍內(nèi)波長(zhǎng)的第一激光器用于金屬層鉆孔，具有在大約1064nm到10600nm范圍內(nèi)波長(zhǎng)的第二激光器用于介電層的鉆孔。
從US-A-5 593 606中公開了一種層壓塑料的激光鉆孔方法，在該方法中唯一的UV激光器用于金屬層鉆孔和介電層鉆孔，該激光器的波長(zhǎng)在400nm以下并且其脈寬在100ns以下。在不應(yīng)用激發(fā)物激光器的前提條件下，因此以相同UV激光器鉆孔金屬和有機(jī)材料。
從DE-A-198 24 225中公開了一種另外的層壓塑料激光鉆孔的方法，在該方法中例如一個(gè)具有532nm波長(zhǎng)的SHG(第二代諧波)YAG激光器或一個(gè)具有355nm波長(zhǎng)的THG(第三代諧波)YAG激光器也可以用于金屬層鉆孔和介電層鉆孔。
基本上可以確定，在以UV激光器的有機(jī)材料激光鉆孔的情況下，也就是說以在400nm之下的波長(zhǎng)，進(jìn)行有機(jī)材料的光化學(xué)分解。在此也不發(fā)生燃燒并且基于也許最低熱負(fù)荷在層壓塑料中不發(fā)生分層。與此不同在以CO2激光器的有機(jī)材料激光鉆孔的情況下發(fā)生有機(jī)材料的熱分解，也就是說可能發(fā)生燃燒并且在層壓塑料中存在分層的危險(xiǎn)?？墒桥cUV激光器相比在有機(jī)材料鉆孔的情況下以CO2激光器可以達(dá)到非常短的處理時(shí)間。
從EP-A-0 478 313中公開了所謂SLC方法(表面薄片電路)，在該方法中首先在一個(gè)基片上產(chǎn)生第一布線平面。在這個(gè)第一布線平面上然后通過絲網(wǎng)印刷或通過簾式澆鑄涂上由光敏感的環(huán)氧樹脂形成的介電層。以光石板印刷方式通過曝光和顯影然后在介電層中產(chǎn)生盲孔。在孔壁和介電層表面的化學(xué)鍍銅和電鍍銅之后通過構(gòu)造離析的銅層產(chǎn)生第二布線平面。通過光敏感的介電層和銅層的交變疊置以敘述的方式可以產(chǎn)生另外的布線平面。
在權(quán)利要求1和13中描述的發(fā)明以這個(gè)問題為基礎(chǔ)，在有機(jī)材料激光鉆孔時(shí)能夠沒有材料熱傷害地快速產(chǎn)生盲孔和通孔。
本發(fā)明基于這種認(rèn)識(shí)，通過具有532nm波長(zhǎng)的倍頻釩酸釹激光器在短的、40ns以下的脈寬的情況下可以在短的處理時(shí)間內(nèi)并且沒有燃燒危險(xiǎn)地處理有機(jī)材料層。對(duì)此為有機(jī)材料的激光鉆孔選擇≥20kHz的脈沖頻率。在有機(jī)材料的激光處理時(shí)出現(xiàn)光化學(xué)和熱分解的組合，與UV激光器相比使較短的處理時(shí)間成為可能并且與CO2激光器相比避免過高的熱負(fù)荷。另外的優(yōu)點(diǎn)在于，以同樣的釩酸釹激光器也可以鉆孔層壓塑料的金屬層。對(duì)于如此金屬層的鉆孔可以選擇≥30kHz的脈沖頻率。
對(duì)于有機(jī)材料鉆孔的根據(jù)本發(fā)明選擇的倍頻釩酸釹激光器使非常高的脈沖頻率成為可能，其在少于40ns的低脈寬的情況下甚至可能高于100kHz。對(duì)此高的脈沖頻率使有機(jī)材料的快速并高效的處理成為可能，而通過低的脈寬保證非常低的熱負(fù)荷。通過以類似或相同波長(zhǎng)運(yùn)行的另外激光器，不可能實(shí)現(xiàn)高的脈沖頻率和短的脈寬的如此組合。如此例如在從DE-A-198 24 225中公開的SHG-YAG激光器中在較高脈沖頻率的情況下也許達(dá)到70至80ns的脈寬。
從權(quán)利要求2至12中得出根據(jù)本發(fā)明的有益擴(kuò)展。
按照權(quán)利要求2的擴(kuò)展通過少于30ns的脈寬使在激光鉆孔時(shí)有機(jī)材料或者也許層壓塑料的低的熱負(fù)荷成為可能。
根據(jù)權(quán)利要求3在應(yīng)用具有在10μm與100μm之間聚光直徑的聚焦激光束的情況下得出有機(jī)材料的有效的激光處理。根據(jù)權(quán)利要求4在應(yīng)用在20μm與50μm之間的聚光直徑的情況下還可以有效地形成有機(jī)材料的激光處理。
按照權(quán)利要求5的擴(kuò)展通過在有機(jī)材料中較高吸收激光束能夠顯著提高處理速度。對(duì)此添加劑作為純有機(jī)材料應(yīng)當(dāng)具有對(duì)于具有532nm波長(zhǎng)的激光束明顯高的吸收度。
按照權(quán)利要求6的改進(jìn)能夠特別簡(jiǎn)單并經(jīng)濟(jì)地提高有機(jī)材料的吸收度。
按照權(quán)利要求7的擴(kuò)展通過選擇紅的添加劑能夠最佳化吸收度，因?yàn)橥ㄟ^互補(bǔ)色紅色特別好地吸收波長(zhǎng)532nm的綠光。
按照權(quán)利要求8的改進(jìn)對(duì)于顏料作為添加劑的混合表明一個(gè)混合范圍，其在沒有傷害其他特性的情況下對(duì)吸收度的提高被證明是特別好的。在權(quán)利要求9中給出的狹窄的混合范圍對(duì)此看作最佳的。
根據(jù)權(quán)利要求10如果通過混合添加劑有機(jī)材料的吸收度提高到至少50％，如此得出在有機(jī)材料中處理速度的顯著提高。在根據(jù) 11吸收度提高到至少60％或者根據(jù)權(quán)利要求12提高到至少80％的情況下相應(yīng)進(jìn)一步降低有機(jī)材料的激光鉆孔的處理時(shí)間。
在下面描述的實(shí)例中使用下面的激光器類型激光器I美國加利福尼亞山脈風(fēng)景光譜物理(California MountainView，Spectra Physics)公司的二極管泵激、倍頻釩酸釹激光器。
型號(hào)T80-YHP40-532QW波長(zhǎng)532nm功率大約8.5W工作方式單模TEMoo脈寬在10kHz脈沖頻率的情況下為20ns脈沖頻率直到200kHz區(qū)域大小100×100mm2激光器II德國施蘭堡哈斯激光(Schramberg，Haas-Laser GmbH)公司的二極管泵激、倍頻釩酸釹激光器。
型號(hào)無，因?yàn)榛拘筒ㄩL(zhǎng)532nm功率大約4.0W工作方式單模TEMoo
脈寬在10kHz脈沖頻率的情況下為25ns脈沖頻率直到200kHz區(qū)域大小100×100mm2實(shí)例1在生產(chǎn)多層布線時(shí)在已經(jīng)準(zhǔn)備好的、已形成的布線層上通過簾式澆鑄或通過絲網(wǎng)印刷涂上例如25μm厚度的、由有機(jī)材料形成的介電層。例如環(huán)氧材料適合用作有機(jī)材料。在不應(yīng)用掩模的情況下在這個(gè)介電層中引入盲孔，其此后用作到最近布線層的鍍通孔。
激光器II用于在介電層中引入盲孔。在二個(gè)電流計(jì)反射用于偏轉(zhuǎn)激光束的情況下可以處理10cm×10cm的面積。如下給出激光器的另外參數(shù)脈寬30ns脈沖頻率25kHz以大約25μm的聚焦激光束的聚光直徑在預(yù)定位置上在介電層中引入盲孔。對(duì)此選擇在10和20kHz之間的脈沖頻率。在引入盲孔是避免燃燒或另外的熱傷害。
實(shí)例2以激光器I在RCC材料(RCC＝樹脂涂銅薄片)的環(huán)氧材料中引入直徑為125μm的盲孔。RCC材料包括12μm厚的銅箔和60μm厚、由環(huán)氧材料形成的介電層。脈沖頻率為25kHz。脈沖寬度為30ns。
在二個(gè)電流計(jì)反射用于在X方向上和在Y方向上偏轉(zhuǎn)激光束的情況下可以處理10cm×10cmm的面積。不用聚焦(OOF＝焦點(diǎn)之外)地調(diào)整1.6mm的激光束用于環(huán)氧材料的鉆孔，并且該激光束移入在孔范圍內(nèi)的同心圓中。激光束的線速度為900mm/s。在穿孔環(huán)氧材料后僅僅細(xì)微地腐蝕處于下面的銅層。
以每秒220個(gè)孔的速度進(jìn)行環(huán)氧材料的鉆孔。
實(shí)例3與實(shí)例2的偏差是使用具有同樣激光器參數(shù)的激光器II。以每秒122個(gè)孔的速度進(jìn)行環(huán)氧材料的鉆孔。
實(shí)例4與實(shí)例2的偏差是在60μm厚的FR4材料(FR4＝水平4火延緩環(huán)氧玻璃合成物)中引入盲孔，在該材料上單面膠和12μm厚的銅箔?？梢詤⒄战Y(jié)果。
實(shí)例5與實(shí)例3的偏差是在60μm厚的FR4材料中引入盲孔，在該材料上單面膠和12μm厚的銅箔?？梢詤⒄战Y(jié)果。
實(shí)例6與實(shí)例2的偏差是產(chǎn)生直徑為100μm的盲孔。在此以每秒382個(gè)孔的速度進(jìn)行環(huán)氧材料的鉆孔。
實(shí)例7與實(shí)例3的偏差是產(chǎn)生直徑為100μm的盲孔。在此以每秒212個(gè)孔的速度進(jìn)行環(huán)氧材料的鉆孔。
實(shí)例8與實(shí)例2的偏差是產(chǎn)生直徑為75μm的盲孔。在此以每秒800個(gè)孔的速度進(jìn)行環(huán)氧材料的鉆孔。
實(shí)例9與實(shí)例3的偏差是產(chǎn)生直徑為75μm的盲孔。在此以每秒400個(gè)孔的速度進(jìn)行環(huán)氧材料的鉆孔。
實(shí)例10與實(shí)例2的偏差是應(yīng)用改良的環(huán)氧材料，該環(huán)氧材料大約混合了1.5％重量的添加劑。在添加劑中涉及中國河北省深州市XiJingming公司的型號(hào)為“1501快速紅色”(C.I.Pigment Red 48∶1)的有機(jī)紅顏料。這種顏料是在鋇鹽為基礎(chǔ)的偶氮顏料。通過激光束的吸收改善環(huán)氧材料的鉆孔速度可以提高到每秒550個(gè)孔。
實(shí)例11與實(shí)例10的偏差是Bayer AG，DE的型號(hào)為“BayferroxTM”(C.I.紅顏料101)的無機(jī)紅顏料用作添加劑。這種顏料是氧化鐵紅顏料。可以對(duì)照結(jié)果。
實(shí)例12與實(shí)例10的差別是CIAB-GEIGY AG，CH的型號(hào)為“OracetTMGelbGHS(C.I.Solvent Gelb 163)”的聚合物可溶解的蒽醌色素用作添加劑。在此環(huán)氧材料的鉆孔速度的上升的低一些。
實(shí)例13與實(shí)例10的偏差是使用具有同樣激光器參數(shù)的激光器II。環(huán)氧材料的鉆孔速度可以提高到每秒306個(gè)孔。
實(shí)例14與實(shí)例10的偏差是產(chǎn)生直徑為100μm的盲孔。有機(jī)材料的鉆孔速度為每秒956個(gè)孔。
實(shí)例15與實(shí)例13的差別是產(chǎn)生直徑為100μm的盲孔。有機(jī)材料的鉆孔速度為每秒531個(gè)孔。
實(shí)例16與實(shí)例4的差別是應(yīng)用改良的FR4材料，在該材料中用大約50％重量的紅寶石玻璃纖維代替通常的玻璃纖維加強(qiáng)使環(huán)氧材料的強(qiáng)度加強(qiáng)。通過對(duì)化合物Na2O-ZnO-4SIO2的主玻璃添加2％重量的硒、1％重量的三氧化二砷和0.5％重量的碳產(chǎn)生這種紅寶石玻璃。這種玻璃強(qiáng)度的環(huán)氧材料的鉆孔速度可以提高在2和2.5之間的系數(shù)。
權(quán)利要求
1.有機(jī)材料激光鉆孔的方法，其特征在于，應(yīng)用具有下面激光器參數(shù)的倍頻釩酸釹激光器-脈寬 ＜40ns-脈沖頻率 ≥20-波長(zhǎng) ＝532nm。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，應(yīng)用脈寬＜30ns。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，應(yīng)用具有在10μm和100μm之間的聚光直徑的聚焦激光器。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于，應(yīng)用具有在20μm和40μm之間的聚光直徑的聚焦激光束。
5.按照上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，在有機(jī)材料中混合添加劑，較好地吸收具有波長(zhǎng)532nm的激光束。
6.按照權(quán)利要求5的方法，其特征在于，至少無機(jī)和/或有機(jī)顏料和/或至少聚合物可溶解的色素和/或至少纖維狀的填充物用作添加劑。
7.按照權(quán)利要求6的方法，其特征在于，至少無機(jī)紅顏料和/或有機(jī)紅顏料和/或聚合物可溶解的紅色素用作添加劑。
8.按照權(quán)利要求6或7的方法，其特征在于，在有機(jī)材料中混合在0.1％和5.0％重量之間顏料。
9.按照權(quán)利要求6或7的方法，其特征在于，在有機(jī)材料中混合在1％和2％重量之間的顏料。
10.按照權(quán)利要求5至9之一的方法，其特征在于，通過混合添加劑，有機(jī)材料對(duì)于激光束的波長(zhǎng)532nm具有至少50％的吸收度。
11.按照權(quán)利要求5至9之一的方法，其特征在于，通過混合添加劑，有機(jī)材料對(duì)于激光束的波長(zhǎng)532nm具有至少60％的吸收度。
12.按照權(quán)利要求5至9之一的方法，其特征在于，通過混合添加劑有機(jī)材料對(duì)于激光束的波長(zhǎng)532nm具有至少80％的吸收度。
13.有機(jī)材料激光鉆孔的設(shè)備，具有倍頻釩酸釹激光器，其具有下面的激光器參數(shù)-脈寬＜40ns-脈沖頻率≥20kHz-波長(zhǎng) ＝532nm。
全文摘要
具有下面參數(shù)的倍頻釩酸釹激光器用于有機(jī)材料的激光鉆孔、特別用于在介電層中引入盲孔:脈寬<40ns,脈沖頻率≥20kHz,波長(zhǎng)=532nm。
文檔編號(hào)B23K26/18GK1377571SQ00813740
公開日2002年10月30日 申請(qǐng)日期2000年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月30日
發(fā)明者H·德斯托伊爾, M·赫爾曼, J·范普伊姆布雷克 申請(qǐng)人:西門子公司