CN120321876A - 一种薄铜hdi线路板的激光钻孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄铜HDI线路板的激光钻孔方法，包括以下步骤：将待加工的线路板定位安装于激光加工设备的加工工位；第一段激光钻孔，采用第一激光参数，对外层铜箔层的预定加工区域进行开盖钻孔，形成初始孔结构；第二段激光钻孔，采用能量比第一激光参数低的第二激光参数，对初始孔结构底部暴露的介质层进行补偿钻孔，形成过渡孔结构；第三段激光钻孔，采用能量比第二激光参数低的第三激光参数，对过渡孔结构的底部进行修整处理，形成最终孔道。本发明通过分三段进行钻孔，第一段开盖钻孔、第二段补偿钻孔和第三段修整处理。如此可以使得底垫铜不会短时间吸收大量热量，从而可以保护底垫铜下的基材层不被烧伤，提高产品的质量。

Description

一种薄铜HDI线路板的激光钻孔方法

技术领域

本发明涉及线路板加工领域，具体而言，特别是涉及一种薄铜HDI线路板的激光钻孔方法。

背景技术

随着HDI（高密度互联）线路板的普及，用户越来越倾向于信号传输层的薄铜化设计，原有的底垫铜的铜厚通常在1OZ以上，而现在通常设计为HOZ。而随着铜厚的变薄，导致原先线路板的生产工艺无法适应新的线路板设计，如在激光钻孔工艺流程中，现有的工艺通常是采用高能量激光进行一次钻孔，而由于底垫铜的铜厚变薄了至少一半，因此容易造成底垫铜短时间受热，铜受热向底垫铜下的基材层传输，导致基材层烧伤发黑。而当底垫铜下的基材能被烧伤后，成品的产品做信赖性测试，如冷热冲击测试，HCT测试等时，烧伤发黑的部分容易出现裂纹等不良，造成信赖性问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种可以有效避免激光钻孔时烧伤底垫铜下的基材层的薄铜HDI线路板的激光钻孔方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种薄铜HDI线路板的激光钻孔方法，包括以下步骤：

S1：将待加工的线路板定位安装于激光加工设备的加工工位，所述线路板至少包括依次层叠设置的基材层、底垫铜层、介质层和外层铜箔层；

S2：执行第一段激光钻孔，采用第一激光参数，对所述外层铜箔层的预定加工区域进行开盖钻孔，形成初始孔结构；

S3：执行第二段激光钻孔，采用能量比所述第一激光参数低的第二激光参数，对所述初始孔结构底部暴露的介质层进行补偿钻孔，形成过渡孔结构；

S4：执行第三段激光钻孔，采用能量比所述第二激光参数低的第三激光参数，对所述过渡孔结构的底部进行修整处理，形成最终孔道；

其中，所述初始孔结构、过渡孔结构和最终孔道的累积深度等于预设钻孔深度。

上述技术方案中，在第一段采用较高能量的第一激光参数进行开盖钻孔时，可以快速去除外层铜箔层，由于后续还有补偿钻孔和修整处理，所以这一步不用担心钻孔过深或形状不规则的问题。第二段采用能量较低的第二激光参数对介质层进行补偿钻孔，这种能量的递减设置可以避免在介质层钻孔时因能量过高而击穿介质层并与底垫铜接触，避免底垫铜短时间产生大量的热量。第三段的修整处理，采用更低能量的第三激光参数，能够对最终孔道进行微调，使得最终孔道的尺寸和形状更加符合预设要求，提高整体钻孔精度。

因此，本发明通过分三段进行钻孔操作，第一段开盖钻孔、第二段补偿钻孔和第三段修整处理。每一段采用不同能量参数的激光，能够更加精确地控制钻孔的深度和形状。其中，第三段激光钻孔的能量最低，因此底垫铜不会短时间吸收大量热量，从而可以保护底垫铜下的基材层不被烧伤，提高产品的质量和测试良率。

可选地，在一种可能的实现方式中，所述第一激光参数设定为：脉宽12-16us，发数为1发；所述初始孔结构的深度为预设钻孔深度的50-60％。

上述技术方案中，第一激光参数的设定使得激光作用时间短且能量集中，能够在开盖钻孔阶段实现高效作业，在满足开盖需求的同时避免了多次激光作用可能带来的对线路板的过度损伤。初始孔结构的深度比例确保了在第一段激光钻孔中，既能够去除大部分的外层铜箔层以及部分介质层，又为后续的补偿钻孔和修整处理留下足够的空间。

可选地，在一种可能的实现方式中，所述第二激光参数设定为：脉宽4-6us，发数为2发；所述过渡孔结构的深度为预设钻孔深度的35-45％。

上述技术方案中，相比于第一段激光钻孔，第二段激光钻孔采用较低的脉宽更适合对介质层这种相对较薄且质地与铜箔层不同的材料进行钻孔，既不会因为能量过高而瞬间穿透介质层造成底垫铜快速吸热，也不会因为能量不足而无法达到预期的钻孔深度。

可选地，在一种可能的实现方式中，所述第三激光参数设定为：脉宽3-5us，发数为1发。

上述技术方案中，第三激光参数的设定使得激光可以精确地作用于过渡孔结构的底部，去除少量的材料以达到最终孔道的精确形状和尺寸要求，同时由于能量较低，因此底垫铜不会短时间吸收大量热量，从而可以保护底垫铜下的基材层不被烧伤。

可选地，在一种可能的实现方式中，所述步骤S4执行完第三段激光钻孔后，通过等离子体处理工艺清除孔内残渣。

上述技术方案中，等离子体处理工艺在清除孔内残渣方面具有高效性。等离子体中的活性粒子能够与残渣发生物理和化学反应，将残渣分解成更小的颗粒或者直接将其气化。这种处理方式可以深入到孔内的各个角落，无论是激光钻孔过程中产生的铜屑、介质层碎片还是其他杂质，都能得到有效的清除。

可选地，在一种可能的实现方式中，所述离子体处理工艺包括两个处理阶段：第一阶段采用高能氩等离子体去除碳化层，第二阶段采用氧等离子体活化孔壁表面。

上述技术方案中，两个阶段的等离子体处理工艺相辅相成，全面提升了孔壁的质量。从去除碳化层到活化孔壁表面，涵盖了改善孔壁物理和化学性质的关键环节，使得孔壁不仅干净、无碳化层，而且具有良好的活性，便于后续沉铜电镀处理。

可选地，在一种可能的实现方式中，所述底垫铜层的厚度设计为HOZ，所述外层铜箔层的厚度设计为1/3OZ。

上述技术方案中，HOZ厚度的底垫铜层能够提供合适的导电性，并且满足内层阻抗值的设计需求。外层铜箔层主要承担信号传输、屏蔽等功能。1/3OZ的厚度足以满足这些功能需求，同时更有利于制作精细线路。

可选地，在一种可能的实现方式中，所述预设钻孔为盲孔，所述盲孔延伸至所述底垫铜层的表面。

上述技术方案中，盲孔的结构在一定程度上有助于减少电磁干扰。由于盲孔不贯穿整个线路板，它在传导电流时产生的电磁辐射相对较小。而且，当盲孔连接到底垫铜层时，底垫铜层可以起到一定的屏蔽作用，将电磁干扰限制在局部区域，从而提高整个线路板的电磁兼容性。

可选地，在一种可能的实现方式中，在所述步骤S2之前还包括预处理工序：采用激光在预定位置加工出对位标记点，并通过机器视觉系统进行坐标校准。

上述技术方案中，通过激光在预定位置加工出对位标记点，为后续的工序提供了精确的定位基础。激光加工能够实现高精度的标记点制作，其标记点的尺寸和位置可以精确控制，方便后续的钻孔作业。

可选地，在一种可能的实现方式中，在所述步骤S4之后还包括质量检测工序：通过自动光学检测系统识别钻孔缺陷，对异常孔位标记并反馈至激光加工设备。

上述技术方案中，自动光学检测系统具有高灵敏度。它能够利用光学成像原理，精确地识别钻孔过程中产生的各种缺陷，如孔壁粗糙度异常、孔径偏差、孔内残渣过多等，保证了对所有钻孔质量的全面监控。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为一实施例的激光钻孔方法流程图

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，本实施例提供一种薄铜HDI线路板的激光钻孔方法，包括以下步骤：

S1：将待加工的线路板定位安装于激光加工设备的加工工位，线路板至少包括依次层叠设置的基材层、底垫铜层、介质层和外层铜箔层；

S2：执行第一段激光钻孔，采用第一激光参数，对外层铜箔层的预定加工区域进行开盖钻孔，形成初始孔结构；

S3：执行第二段激光钻孔，采用能量比第一激光参数低的第二激光参数，对初始孔结构底部暴露的介质层进行补偿钻孔，形成过渡孔结构；

S4：执行第三段激光钻孔，采用能量比第二激光参数低的第三激光参数，对过渡孔结构的底部进行修整处理，形成最终孔道；

其中，初始孔结构、过渡孔结构和最终孔道的累积深度等于预设钻孔深度。

本实施例在第一段采用较高能量的第一激光参数进行开盖钻孔时，可以快速去除外层铜箔层，由于后续还有补偿钻孔和修整处理，所以这一步不用担心钻孔过深或形状不规则的问题。第二段采用能量较低的第二激光参数对介质层进行补偿钻孔，这种能量的递减设置可以避免在介质层钻孔时因能量过高而击穿介质层并与底垫铜接触，避免底垫铜短时间产生大量的热量。第三段的修整处理，采用更低能量的第三激光参数，能够对最终孔道进行微调，使得最终孔道的尺寸和形状更加符合预设要求，提高整体钻孔精度。

通过采用逐渐降低能量的激光钻孔方式，相比于单一高能量钻孔方式，对线路板各层的热影响更小。在钻孔过程中，较低能量的激光在后续的补偿钻孔和修整处理中，产生的热量不会对线路板的基材层、底垫铜层等造成过多的热应力影响，从而减少线路板的变形、翘曲、烧伤等问题，保证线路板的平整度和整体质量。

因此，本实施例通过分三段进行钻孔操作，第一段开盖钻孔、第二段补偿钻孔和第三段修整处理。每一段采用不同能量参数的激光，能够更加精确地控制钻孔的深度和形状。其中，第三段激光钻孔的能量最低，因此底垫铜不会短时间吸收大量热量，从而可以保护底垫铜下的基材层不被烧伤，提高产品的质量和测试良率。

在本实施例中，第一激光参数设定为：脉宽12-16us，发数为1发；初始孔结构的深度为预设钻孔深度的50-60％。具体的，优选为脉宽15us，采用高能量开盖的方式，将预设钻孔的盖开起来，此时切片确认，第一段激光钻孔将孔的深度钻至55％。

第一激光参数的设定使得激光作用时间短且能量集中，能够在开盖钻孔阶段实现高效作业，在满足开盖需求的同时避免了多次激光作用可能带来的对线路板的过度损伤。初始孔结构的深度比例确保了在第一段激光钻孔中，既能够去除大部分的外层铜箔层以及部分介质层，又为后续的补偿钻孔和修整处理留下足够的空间。

在本实施例中，第二激光参数设定为：脉宽4-6us，发数为2发；过渡孔结构的深度为预设钻孔深度的35-45％。具体的，优选为脉宽5us，深度为40％，此时将预设孔打穿至底垫铜附近，孔底部剩下5％的介质层。

相比于第一段激光钻孔，第二段激光钻孔采用较低的脉宽更适合对介质层这种相对较薄且质地与铜箔层不同的材料进行钻孔，既不会因为能量过高而瞬间穿透介质层造成底垫铜快速吸热，也不会因为能量不足而无法达到预期的钻孔深度。此外，该深度比例为第三段激光钻孔提供了一个合适的起始状态。第三段激光钻孔需要对过渡孔结构的底部进行修整处理，过渡孔结构深度的合理设置使得第三段激光钻孔可以在这个基础上进行微调，以达到最终孔道的精确要求。

在本实施例中，第三激光参数设定为：脉宽3-5us，发数为1发。第三激光参数的设定使得激光可以精确地作用于过渡孔结构的底部，去除少量的材料以达到最终孔道的精确形状和尺寸要求，同时由于能量较低，因此底垫铜不会短时间吸收大量热量，从而可以保护底垫铜下的基材层不被烧伤。

第三激光参数与前两段激光钻孔的激光参数相协同，在经过第一段较高能量的开盖钻孔和第二段中等能量的补偿钻孔后，第三段采用这种低能量、单发数的激光参数进行修整。这种从高能量到低能量的递减式参数设置，使得整个钻孔过程连贯且高效，每个阶段都能充分发挥其作用，最终形成高质量的最终孔道。

需要说明的是，明确的每个激光参数和对应的加工深度比例，使得整个激光钻孔工艺具有更高的可重复性。在大规模生产中，无论是不同批次的线路板加工，还是不同设备之间的工艺转换，这种明确的参数设定都能够确保钻孔质量的一致性。

在本实施例中，步骤S4执行完第三段激光钻孔后，通过等离子体处理工艺清除孔内残渣。其中，离子体处理工艺包括两个处理阶段：第一阶段采用高能氩等离子体去除碳化层，第二阶段采用氧等离子体活化孔壁表面。

等离子体处理工艺在清除孔内残渣方面具有高效性。等离子体中的活性粒子能够与残渣发生物理和化学反应，将残渣分解成更小的颗粒或者直接将其气化。这种处理方式可以深入到孔内的各个角落，无论是激光钻孔过程中产生的铜屑、介质层碎片还是其他杂质，都能得到有效的清除。

此外，两个阶段的等离子体处理工艺相辅相成，全面提升了孔壁的质量。从去除碳化层到活化孔壁表面，涵盖了改善孔壁物理和化学性质的关键环节，使得孔壁不仅干净、无碳化层，而且具有良好的活性，便于后续沉铜电镀处理。

需要说明的是，本实施例的底垫铜层的厚度设计为HOZ（半盎司），外层铜箔层的厚度设计为1/3OZ（三分之一盎司）。

HOZ厚度的底垫铜层能够提供合适的导电性，并且满足内层阻抗值的设计需求。外层铜箔层主要承担信号传输、屏蔽等功能。1/3OZ的厚度足以满足这些功能需求，同时更有利于制作精细线路。

在本实施例中，预设钻孔为盲孔，盲孔延伸至底垫铜层的表面。盲孔不贯穿整个线路板，并且根据设计需求为开设至底垫铜表面。

盲孔的结构在一定程度上有助于减少电磁干扰。由于盲孔不贯穿整个线路板，它在传导电流时产生的电磁辐射相对较小。而且，当盲孔连接到底垫铜层时，底垫铜层可以起到一定的屏蔽作用，将电磁干扰限制在局部区域，从而提高整个线路板的电磁兼容性。

本实施例在步骤S2之前还包括预处理工序：采用激光在预定位置加工出对位标记点，并通过机器视觉系统进行坐标校准。通过激光在预定位置加工出对位标记点，为后续的工序提供了精确的定位基础。激光加工能够实现高精度的标记点制作，其标记点的尺寸和位置可以精确控制，方便后续的钻孔作业。

此外，在步骤S4之后还包括质量检测工序：通过自动光学检测系统识别钻孔缺陷，对异常孔位标记并反馈至激光加工设备。

自动光学检测系统具有高灵敏度。它能够利用光学成像原理，精确地识别钻孔过程中产生的各种缺陷，如孔壁粗糙度异常、孔径偏差、孔内残渣过多等，保证了对所有钻孔质量的全面监控。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语诸如 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种薄铜HDI线路板的激光钻孔方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将待加工的线路板定位安装于激光加工设备的加工工位，所述线路板至少包括依次层叠设置的基材层、底垫铜层、介质层和外层铜箔层；

S2：执行第一段激光钻孔，采用第一激光参数，对所述外层铜箔层的预定加工区域进行开盖钻孔，形成初始孔结构；

S3：执行第二段激光钻孔，采用能量比所述第一激光参数低的第二激光参数，对所述初始孔结构底部暴露的介质层进行补偿钻孔，形成过渡孔结构；

S4：执行第三段激光钻孔，采用能量比所述第二激光参数低的第三激光参数，对所述过渡孔结构的底部进行修整处理，形成最终孔道；

其中，所述初始孔结构、过渡孔结构和最终孔道的累积深度等于预设钻孔深度。

2.根据权利要求1所述的薄铜HDI线路板的激光钻孔方法，其特征在于，所述第一激光参数设定为：脉宽12-16us，发数为1发；所述初始孔结构的深度为预设钻孔深度的50-60％。

3.根据权利要求2所述的薄铜HDI线路板的激光钻孔方法，其特征在于，所述第二激光参数设定为：脉宽4-6us，发数为2发；所述过渡孔结构的深度为预设钻孔深度的35-45％。

4.根据权利要求3所述的薄铜HDI线路板的激光钻孔方法，其特征在于，所述第三激光参数设定为：脉宽3-5us，发数为1发。

5.根据权利要求1所述的薄铜HDI线路板的激光钻孔方法，其特征在于，所述步骤S4执行完第三段激光钻孔后，通过等离子体处理工艺清除孔内残渣。

6.根据权利要求5所述的薄铜HDI线路板的激光钻孔方法，其特征在于，所述离子体处理工艺包括两个处理阶段：第一阶段采用高能氩等离子体去除碳化层，第二阶段采用氧等离子体活化孔壁表面。

7.根据权利要求1所述的薄铜HDI线路板的激光钻孔方法，其特征在于，所述底垫铜层的厚度设计为HOZ，所述外层铜箔层的厚度设计为1/3OZ。

8.根据权利要求1所述的薄铜HDI线路板的激光钻孔方法，其特征在于，所述预设钻孔为盲孔，所述盲孔延伸至所述底垫铜层的表面。

9.根据权利要求1所述的薄铜HDI线路板的激光钻孔方法，其特征在于，在所述步骤S2之前还包括预处理工序：采用激光在预定位置加工出对位标记点，并通过机器视觉系统进行坐标校准。

10.根据权利要求1所述的薄铜HDI线路板的激光钻孔方法，其特征在于，在所述步骤S4之后还包括质量检测工序：通过自动光学检测系统识别钻孔缺陷，对异常孔位标记并反馈至激光加工设备。