laser钻孔培训教材.pptx

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1、前言LASERLASER钻孔简介LASERLASER钻机介绍MicroviaMicrovia制作工艺Microvia Microvia 常见缺陷分析目录目录第1页/共40页 随着PCB向微型和高密度互连的方向发展，越来越多制板采用微导孔的连接方式实现高密度互连，而目前制作微导孔的主要方法是laser drill。如何利用现有镭射钻机制作出各种高质量的microvia，是现在PCB制造的迫切任务。前言前言第2页/共40页1、LASER分类100 nm 5th H,4th H,3rd H,Ar-Ion 2nd H,Nd:YAG Nd:YAG Nd:YAG Nd:YAG Nd:YAG Nd:YLFW

2、avelength212 nm266 nm355 nm488 nm532 nm1064 nmVISIBLEINFRAREDULTRAVIOLET1000 nm10,000 nm400 nm750 nm1321 nm光谱图Laser Laser Laser Laser 钻孔简介钻孔简介 激光类型主要包括红外光红外光和紫外光紫外光两种；第3页/共40页2、常见的LASER激发方式Laser Laser Laser Laser 钻孔简介钻孔简介LASER 类型UV激发介质YAG激发能量发光二极管代表机型：ESI 5320LASER 类型 IR（RF-Radio Frequency）激发介质密封CO2

3、气体激发能量高频电压代表机型：HITACHI LC-1C21E/1CLASER 类型 IR（TEA-Transverse excited atmospheric横波激励）激发介质外供CO2气体激发能量高压电极代表机型：SUMITOMO LAVIA 1000TW第4页/共40页、CO2的成孔原理利用红外线的热能，当温度升高或能量增加到一定程度后，如有机物的熔点、燃点或沸点时，则有机物分子的相互作用力或束缚力将大为减小到使有机物分子相互脱离成自由态或游离态，由于激光的不断提供能量，而使有机分子逸出或者与空气中的氧气燃烧而成为二氧化碳或水气体而散离去，由于激光是以一定直径的红外光束来加工的，因而形成

4、微小孔。Absorptionand HeatingThermalConductionLightMeltingLiquidInterfaceVaporizationPlasma ProductionLaser Laser Laser Laser 钻孔简介钻孔简介第5页/共40页固态Nd：YAG紫外激光器发射的是高能量的紫外光光束，利用其光学能(高能量光子)，破坏了有机物的分子键(如共价键)，金属晶体(如金属键)等，形成悬浮颗粒或原子团、分子团或原子、分子而逸散离出，最后形成盲孔。吸收破坏分子(原子)键成孔长链大分子小粒子逃逸Laser Laser Laser Laser 钻孔简介钻孔简介、UV的

5、成孔原理第6页/共40页4、常见LASER的加工材料 Epoxy FR4 ARAMID COPPER BTv现已加工的介质材料包括：RCC、1X1080、2X1080、2116、2X106、ARAMIDLaser Laser Laser Laser 钻孔简介钻孔简介第7页/共40页吸收率波长(um)ResinMatte CuGlassUVIRVISIBLE00.10.20.30.40.50.60.70.80.910.2 0.30.4 0.5 0.60.7 0.8 0.911.1 1.2各种材料都吸收树脂吸收红外光强玻璃反射铜反射由于不同材料对各类激光的吸收均不相同，导致LASER加工混合材料时

6、的困难。Laser Laser Laser Laser 钻孔简介钻孔简介、不同材料对波长的吸收情况（2000版本）第8页/共40页Laser Laser Laser Laser 钻孔简介钻孔简介、不同材料对波长的吸收情况（2001版本）第9页/共40页Aspect Ratio500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 mmThru ViasBlind Vias10:11:1.1:1UV YAGCO2Photo-viaMechanicalDrill5、各种方法加工孔直径的范围Laser Laser Laser Laser 钻孔简介钻孔简介第10页/共40页我司现

7、有 Laser 钻机HITACHI LC-1C21E/1CLC-2F21SE/1CLC-2F212SE/2CLC-2G212E/2CLC-2G212BE/2CSUMITOMOLAVIA 1000TWESI53205330Laser Laser Laser Laser 钻机介绍钻机介绍 ESI 5320v高频率低功率脉冲v 固态激光激发装置，无须外部供气v“冷光”，产生热量少Hitachiv RF Excited 密封气体激发v 无须定期换气v 每四小时需做精度校正SUMITOMO v 外部供气v 须定期换气v 加工时有能量检测和补打功能第11页/共40页ESI UV Laser对位系统1内层靶

8、标对位Laser Laser Laser Laser 钻机介绍钻机介绍UV Laser刮内层靶标图形定位补偿方法4 points allow correction of x-y offset,rotation,scale,and keystone第12页/共40页15.7 mil Through Hole3 mil Hole8 mil Pad40 mil PadLaser Laser Laser Laser 钻机介绍钻机介绍ESI UV Laser对位系统2通孔对位第13页/共40页1.对位标靶-圆形2.对位补偿类似ESILaser Laser Laser Laser 钻机介绍钻机介绍HITA

9、CHI&SUMITOMO Laser对位系统Conformal Mask靶标对位第14页/共40页Laser BeamGalvoUV LaserCO2 Laser光学系统Laser Laser Laser Laser 钻机介绍钻机介绍第15页/共40页Copper surface is cleaned and texturedESI UV Laser的钻孔参数:Laser Laser Laser Laser 钻机介绍钻机介绍调整调整LaserLaser焦焦距距Step One:Drill CopperStep Two:Remove Dielectric25mm50-100mmFocused s

10、potSmall spot sizeHigh energy densityDe-focused spotLarger spot sizeLower energy densityStop on inner copper layer第16页/共40页Laser Laser Laser Laser 钻机介绍钻机介绍DielectricCopperPlanesPunchingDielectricCopperPlanesTrepanningSpiralingDielectricCopperPlanesESI UV Laser的钻孔参数:第17页/共40页 Cycle Mode Burst ModeSte

11、p ModeLaser Laser Laser Laser 钻机介绍钻机介绍Hitachi&Sumitomo Laser的钻孔参数:即对在一个区域内所有的孔进行第一个脉冲加工，完毕后，再进行第二个脉冲加工，如此类推。即对一个孔进行所有的脉冲加工后，才对下个孔进行加工。第18页/共40页钻孔速度HITACHImax 1200脉冲/秒SUMITOMOmax 1000脉冲/秒ESI 15K30K70K脉冲/秒Laser Laser Laser Laser 钻机介绍钻机介绍第19页/共40页一阶盲孔：A、CO2 laser drillB、CO2 laser direct drillC、UV direc

12、t drillD、UV+CO2 laser drillMicroviaMicroviaMicroviaMicrovia制作工艺制作工艺第20页/共40页MicroviaMicroviaMicroviaMicrovia制作工艺制作工艺二阶盲孔(钻Stacked via)：A、UV Direct drillB、UV+CO2C、Conformal mask+CO2+UVD、UV+Conformal mask+CO2第21页/共40页五、Microvia 缺陷分析 -缺陷类型 -产生原因和影响 -解决方法Laser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser M

13、icrovia缺陷分析缺陷分析第22页/共40页(1)Under Cut(2)Delaminate(4)Remained Glass Fiber(5)Remained Resin(8)Void(7)Damage(6)Micro Crack Barrel Shaped Inner HoleLaser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析Laser 盲孔缺陷盲孔缺陷第23页/共40页 PROBLEMS Under Cut Delaminate Cause and Effect Heat accumulation fro

14、m RCC copper surface Impact to the RCC surface by Laser Beam (1)Under Cut(2)DelaminateLaser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析第24页/共40页 Solution Short pulse width Reduce the pulse energyLASER BeamLaser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析第25页/共40页 PROBLE

15、MS Barrel Shaped Inner Hole Cause and Effect Reflection from hole bottom Incorrect position of Laser mode(single mode)to the hole Barrel Shaped Inner HoleLaser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析第26页/共40页Reflection LASER Beam abSingle ModeLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Micr

16、oviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析第27页/共40页 Solution Short pulse(less than less)The best suited number of shots Multi-mode BeamSingle-modeMulti-mode(top-flat)Laser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析第28页/共40页 PROBLEMS Remained Glass Fiber Cause and Effect Difference Nature against hea

17、t between resin and glass Solution High peak power processing Cycle-mode processing(4)Remained Glass FiberLaser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析第29页/共40页 PROBLEMS Remained Resin Cause and Effect a.Very thin smeared resin on the bottom of hole not reach sublimation point(5)R

18、emained ResinLaser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析第30页/共40页b.Unsuitability of resin thickness c.Single-mode processing60m80mLaser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析第31页/共40页d.Unsuitability of LASER pulse energy e.Incorrect position of LASER BeamAccu

19、racy of XY tableAccuracy of ScannersAlignment Accuracy against PWB elasticityPWB warp Laser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析第32页/共40页 PROBLEMS Micro Crack Cause and Effect The pressure from resin sublimation by LASER(6)Micro CrackLaser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLa

20、ser Microvia缺陷分析缺陷分析第33页/共40页Solution -Short Pulse(less than less)-The best suited shape of LASER wave -The best pulse energy adapt to nature of material(Standard:about 10J/cm2,pulse width less than 1 us)Laser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析第34页/共40页 PROBLEMS Damage Void C

21、ause and Effect a.If the pulse width(irradiation time)is long,the temperature of substrate surface is risen up.(8)Void(7)DamageLaser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析第35页/共40页b.Center portion of Copper foil have damage due to Single Beam Solution Short Pulse Multi-Mode BeamC

22、enter damageLaser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析第36页/共40页The quality of McroviaCO2Laser drill RCC CO2Laser drill aramidLaser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析第37页/共40页CO2Laser drill FR4Laser MicroviaLaser MicroviaLaser MicroviaLaser Microvia缺陷分析缺陷分析第38页/共40页第39页/共40页感谢您的观看！第40页/共40页