目前，UV激光鉆孔設(shè)備只占全球市場的15%，但該類設(shè)備市場需求的增長要比新型的CO2激光鉆孔設(shè)備的需求高3倍。孔的直徑甚至小于50μｍ，1~2的多層導通孔和較小的通孔也是當前競爭的焦點，UV激光為當前的競爭提出了解決方案；除此之外，它還是一種用于精確地剝離阻焊膜以及生成精密的電路圖形的工具。本文概述了目前UV激光鉆孔和繪圖系統(tǒng)的特性和柔性。還給出了各種材料的不同類型導通孔的質(zhì)量和產(chǎn)量結(jié)果以及在各種蝕刻阻膜上的繪圖結(jié)果。本文通過展望今后的發(fā)展，討論了UV激光的局限性。
本文還對UV激光工具和CO2激光工具進行了比較，闡明了二者在哪些方面是可以競爭的，在哪些方面是不可競爭的，以及在哪些方面二者可以綜合應(yīng)用作為互補的工具。
UV與CO2的對比
UV激光工具不僅與CO2的波長不同，而且各自在加工材料，如像PCB和基板，也是兩種不同的工具。光點尺寸小于10倍，較短的脈沖寬度和極高頻使得在一般的鉆孔應(yīng)用中不得不使用不同的操作方法，并且為不同的應(yīng)用開辟了其它的窗口。
表1給出了目前激光系統(tǒng)中通常采用的兩種激光裝置的最主要技術(shù)特性的比較。
表１:CO2激光與ＵＶ激光鉆孔技術(shù)特性比較
UV在極小的脈沖寬度內(nèi)具有高頻和極大的峰值功率。工作面上光點尺寸決定了能量密度。CO2能量密度達到50~70J/cm2，而UV激光由于光點尺寸小得多，所以能量密度可達50~200J/cm2。
由于UV光點尺寸比目標孔直徑還要小，激光光束以一種所謂的套孔方式聚焦于孔的目標直徑內(nèi)。
圖1給出了套孔方式。
圖1 套孔方式示意圖
對于UV激光，鉆一個完整的孔所需的脈沖數(shù)在30到120之間，而CO2激光則只需2到10個脈沖。UV激光的頻率要比CO2的高5到15倍。在去除了頂部銅層后，可使用第二步，通過擴大的光點清理孔中的灰色區(qū)域。
當然還可使用UV激光進行沖壓，不過光點的大小決定了能量密度，且不同材料的燒蝕極限值決定了所需的最小能量密度。這樣根據(jù)不同材料的燒蝕極限就可導出UV沖壓方式使用和最大光點尺寸。
由于UV激光所具有的能量，目前僅將沖壓方式用于孔直徑小于75im、燒蝕極限極低的軟材料如TCD，或用于小焊盤開口的阻焊膜燒蝕。
通過套孔方式將必要的能量帶進孔內(nèi)的時間在很大程度上取決于孔自身尺寸，孔直徑越小，UV激光工具就鉆的越快。CO2與UV激光之間的切換點為75到50im的孔直徑之間。
CO2激光的三種局限性：
第一：由于10im光波在孔邊緣的繞射，需要考慮最小的孔尺寸。
第二：在銅上該波長的反射。
第三：厚度達波長1/2的底層銅上的殘留物。
波長短得多的且在銅上有較高吸收率的UV激光就不存在上述三種局限性，因此，UV激光就成為一種理想的工具，它可用來在涂覆了任意一種銅材料的高檔PCB和基板即高密度互連技術(shù)（HDI）上鉆小孔。
HDI一 瞥
HDI的要求是：成孔直徑在75im~30im的范圍內(nèi)；線及其間距為2mil/mil~1 mil/1mil；焊盤在250im~200im；并且阻焊膜開口的精度要達到15到10im。新設(shè)計不僅要求盲孔為1層~2層，而且要求多層導通孔和通孔。還要求孔的外形能夠?qū)崿F(xiàn)采用鍍覆的方法，并支持導通孔的填充。據(jù)預(yù)測，市場的發(fā)展要求在2到3年內(nèi)不只要降低倒芯片基板的價值，還要降低批量生產(chǎn)的價值。
UV激光的鉆孔方法
CO2激光只有兩種主要的運行功能：在電場之間的工作臺步進運行功能和電場范圍內(nèi)孔之間的電運行功能。峰值功率會降低，可在1到100ns之間選擇脈沖寬度，頻率范圍在1到4kHz之間。對于不同的材料，只有這三個參數(shù)和脈沖/孔的數(shù)量可用來描述鉆孔工具。
首先，UV激光多了一種運行功能即第三種功能--成型孔徑內(nèi)的電微聚焦。這種套孔充許根據(jù)孔徑對內(nèi)部和外部形狀（同心圓=形狀）進行調(diào)整。形狀的重復(fù)適應(yīng)于材料厚度，聚集內(nèi)外光點的大小確定了能量密度以適應(yīng)材料的燒蝕極限。由激光頻率和電循環(huán)速度形成的脈沖順序重疊確定了各形狀的能量。
就UV激光特性而言，激光頻率、脈沖寬度和平均最大功率相互之間關(guān)系相當密切。黃色區(qū)域表明有直接的關(guān)系，紅色區(qū)域則有相反的關(guān)系。
要在一序列不同的材料上鉆孔，UV激光可提供所謂順序步驟，例如達8個不同的獨立鉆孔工序。 在整個孔的鉆孔過程中，可根據(jù)聯(lián)機的各工序調(diào)整表2中所有的工具參數(shù)。
表２ 工具參數(shù)
圖2所示是順序工序鉆孔的原理。
圖2紫外激光成孔示意圖
由于環(huán)氧樹脂的燒蝕極限比銅（黃色）的低，清潔工序（綠色）就不能探入底層銅。光束柔和地照射，均衡了材料的厚度和一致性的公差。
通過UV開發(fā)HDI的導通孔工藝
A工藝：4步工藝工序，混合了潤濕和激光工序，掩膜公差在50到70im之間，一般最小的孔尺寸為100到125im.
B工藝：2步激光工序，1步潤濕工序，由于CO2在掩膜上的繞射，小孔的直徑約為60im。對經(jīng)過特殊處理的銅材料CO2可提供的銅開口厚度的極限為7im。這種工藝仍需去除鉆污。
C工藝：1步激光工序，UV激光對內(nèi)層和外層銅的鉆孔無限制，UV還多了一個清潔工序，從而使去除鉆污工序降到了最低限度，甚至可取代去鉆污工序。
UV激光具有將一個完整孔的工藝步驟減至1種單獨的激光工序的能力，特別是取消了對去鉆污的需求，甚至完全可以不用這一工序，尤其是對于脈沖圖形電鍍。不需要使用侵蝕性去鉆污工序，例如對CO2激光而言，孔的形狀的粗糙度、芯吸和桶形畸變得到了改善。
UV激光的其它應(yīng)用和質(zhì)量結(jié)果
●盲孔
●雙層導通孔
●通孔
采用了柔性新的激光系統(tǒng)除了能夠?qū)嵤┏Ｓ镁劢拐丈洳僮骺變?nèi)，還可進行復(fù)雜的繪圖操作，可用它切割出細線圖形或用于埋入掩膜后的阻焊膜去除。幾乎可以對任何形狀的加工區(qū)域進行加工處理。
到目前為止，當阻焊膜上的缺陷僅是一些小毛病、無關(guān)緊要時，僅把激光燒蝕阻焊膜用于修復(fù)一些被損壞的焊盤，這樣就不會使整個面板廢掉，但是HDI技術(shù)要求開口尺寸和定位更精確一些，下圖所示是在壓力蒸汽測試和熱循環(huán)后所形成的圓形和方形的阻焊膜開口及橫截面。速度每秒可達100多個焊盤，對于BGA和FC，每個#p#分頁標題#e#IC上128個焊盤的成本約0.5美分。
在繪制細線時，通過激光軌刻劃出圖形，如下圖所示，激光軌的速度可達1000mm/s。激光燒蝕1im厚的錫后，寬度在15~25im之間。在繪制了錫圖形后，對圖形進行蝕刻，并保持激光的軌跡寬度的間距和蝕刻的副作用。對于厚度為12im的銅可以得到低于2mil/2mil的圖形。
下圖所示是2mil/2mil 結(jié)構(gòu)的IC和MCM圖形的扇出。直接繪制細線圖形的應(yīng)用受到了繪圖速度的限制，如下圖所示的扇出只需不到1秒，而在40×40mm的面積內(nèi)一個完整圖形的扇出就需要10到15秒。
圖３ IC和MCM圖形的扇出
結(jié) 論
UV激光系統(tǒng)為現(xiàn)有的CO2鉆孔工具提供了一個補充解決方案。對于鉆孔而言，短波長和小光點具有更大的柔性和更高的復(fù)雜性。UV激光的目標更多是為滿足HDI的需求。與CO2性能相比，尤其是對于大孔，UV在產(chǎn)量上仍存在著差距，但是隨著高功率和高頻率的UV激光的發(fā)展，這種差別將越來越小。用UV激光生成導通孔的加工工序數(shù)將減少到一個單獨的激光工序，并且所需的去鉆污工序降到了最低限度。
UV系統(tǒng)除了主要的鉆孔用途外，還可用來直接繪圖和精密的燒蝕阻焊膜。這就為UV激光提供了附加值。
對產(chǎn)量，改善UV激光系統(tǒng)仍有足夠的空間。較小的脈沖寬度，高頻、較高的功率和高速伺服運行都將增加生產(chǎn)率，而且在不久的將來，作為一個完善的工具，市場將會越來越廣泛地接受UV激光系統(tǒng)。
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