紫外光固态雷射进行高速微孔制造技术.doc

題目：紫外光固態雷射進行高速微孔製造技術 詹至璋前言與論述：PCB鑽孔製程目前主要利用機械鑽孔機完成，且為現今市場主流趨勢，但由於電子技術提升使PCB朝向輕薄短小方向發展，因此PCB規格從先前單層板演進至目前的多層板、軟性電路板、封裝載板及HDI（High Density Interconnects）電路板的規格。加工層與層之間的盲孔（通道、通孔）及軟性電路板，機械鑽孔是無法輕易達成，所以必須利用其他加工方式達成，國內外產商現今主要利用雷射鑽孔方式達成這些加工製程，且HDI（High Density Interconnects）的鑽孔製程主要設備為雷射鑽孔機。利用雷射加工機的優異性能足以克服速度不佳的因素來完成所要之工作。雷射加工原理雷射光束是雷射加工的熱源。依雷射產生的原理可以分為固體雷射(Nd-YAG雷射、紅寶石雷射)及氣體雷射(CO2雷射、准分子雷射)等兩大類。現今PCB鑽孔機所使用的雷射為Nd-YAG及CO2雷射兩種，其針對不同PCB鑽孔製程使用的雷射也不同，一般銅箔鑽孔製程使用Nd-YAG雷射，塑膠材質鑽孔使用CO2雷射。PCB雷射鑽孔機除了選擇雷射形式外，另一項工作為決定鑽孔直徑大小及鑽孔速度。本篇論文主要利用UV雷射來進行加工工作。雷射的加工系統如圖1所示，為本論文所使用之雷射加工系統，一般包括電力單元、雷射單元、冷卻系統、控制單元、光學系統、聚焦系統、工作平台及機械視覺單元與機台結構。其中在光學系統中，主要由雷射產生器、擴束鏡、反射鏡與聚焦鏡所組成。此外，在一些高速加工要求下，在光路中會加入掃瞄頭(Scan Head)的設計，此時聚焦鏡必須改用線性聚焦鏡（F-theta Lens），因此加工速度不在侷限於進幾系統的運動速度，能由掃瞄的方式加快進幾速率，達到高速進幾的動作。 圖1 雷射加工系統雷射微孔加工方式PCB微孔成形主要可藉由機械鑽孔、微影蝕刻、電漿鑽孔、感光樹脂及雷射鑽孔加工方法等完成。其中，雷射鑽孔加工技術為目前盲孔與微孔成形之主要技術，因此導通孔必須藉由電鍍或其他方法，完成線路層間的通路。因此導通孔的加工品質，將影響電路板之良率。如圖2所示，為四種主要的雷射加工小孔加工方式。圖2 四種主要的雷射加工小孔加工方式本篇論文主要以繞孔法方式進行鑽孔加工，其繞孔方式示意圖如圖3所示。箭頭方向為繞孔行進方向紫色斑點表示雷射光斑大小，因為雷射光斑大小會影響其加工的孔徑。藉由移動XY軸精密進給平台來達到大尺寸之加工。除此之外，光斑的大小與雷射能量的集中將影響到整個孔壁加工後的情形，也因此光學路徑的調教與鏡組的選用大大的影響到整個加工的過程，如何選用到合適的雷射與進給系統將是一項重要的工作。為了達到高速鑽孔工作，除了本身雷射掃瞄陣鏡的作動外，還必須搭配XY軸高速進給裝置，如此以來才能達到High-Speed的要求，如圖4所示，為光斑繞孔的軌跡曲線。圖3 繞孔示意圖圖4 光斑繞孔的軌跡曲線實驗結果分析一般HDI PCB主要應用於手機、封裝載板、視訊攝影機、筆記型電腦等攜帶型電子產品上，所以增加電路密度將有效降低電子產品體積，進行通訊板鑽孔加工。本研究所加工測試材料為RCC材料，其主要結構如圖5所示。在此4層電路板結構中，包含4層銅箔層與3層介電質層，在鑽孔加工製程上主要進行介電質層之鑽孔加工，藉由不同雷射參數觀察開銅窗鑽孔加工之加工情況。圖5為利用不同功率所鑽出來之孔，由此可知雷射功率為20kHz所鑽出來的孔形最好，能量分布最為均勻。圖5 不同功率所鑽出來之孔圖6為利用光學顯微鏡(OM)，所觀測到的圖形，分別為功率34kHZ、42kHz、44kHz與53kHz。如圖7所示，為鑚孔後分析之情況表。由圖中可知，孔徑之分布情形約在50um左右。圖8為鑽孔後孔的準確率為98.2%。圖6不同功率所鑽孔之光學顯微鏡觀測圖圖7 鑚孔後分析之情況表圖8 鑚孔後孔直徑準確度結論與心得：本篇論文主要介紹UV固態雷射加工法，藉由使用不同的雷射功率與繞孔方式，藉此達到微小孔之加工工作，本文作者提到繞孔法來進行加工，有別於一般傳統的直接鑽孔方式與使用光罩的方式，藉此可以提高整個孔的精度，減少使用光罩的費用。並且搭配X-Y軸精密進給平台可達到快速移動的要求。最後利用光學檢測的方式來觀測鑽孔後孔的示意圖，藉由圖中顯示