專利名稱：有機材料激光鉆孔的方法和設備的制作方法
從EP-A-0 164 564中已知，在一個具有層組、金屬-介電材料-金屬的層壓塑料中借助于激發物激光器產生盲孔。對此層壓塑料的最上面金屬層用作影孔板，借助于照相技術轉印并且通過接下來的腐蝕產生其布孔圖。然后通過激發物激光器的作用切除在孔的范圍內沒有掩模的介電材料，直到達到最下面的金屬層，并且結束切除過程。通過已知的方法特別是在生產多層的印刷電路板時以盲孔的形式產生必須的鍍通孔。
從DE-Z“精密機械裝置技術和測量技術”91(198 3)2，56-58頁中公開了一種類似、生產多層印刷電路板的方法，借助于CO2激光器產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當產生孔的每個地方腐蝕掉銅。
從DE-A-197 19 700中也已經公開了層壓塑料激光鉆孔的設備，在該設備中具有在大約266nm到1064nm范圍內波長的第一激光器用于金屬層鉆孔，具有在大約1064nm到10600nm范圍內波長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，該激光器的波長在400nm以下并且其脈寬在100ns以下。在不應用激發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具有532nm波長的SHG(第二代諧波)YAG激光器或一個具有355nm波長的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激光器的有機材料激光鉆孔的情況下，也就是說以在400nm之下的波長，進行有機材料的光化學分解。在此也不發生燃燒并且基于也許最低熱負荷在層壓塑料中不發生分層。與此不同在以CO2激光器的有機材料激光鉆孔的情況下發生有機材料的熱分解，也就是說可能發生燃燒并且在層壓塑料中存在分層的危險。可是與UV激光器相比在有機材料鉆孔的情況下以CO2激光器可以達到非常短的處理時間。
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基片上產生第一布線平面。在這個第一布線平面上然后通過絲網印刷或通過簾式澆鑄涂上由光敏感的環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生盲孔。在孔壁和介電層表面的化學鍍銅和電鍍銅之后通過構造離析的銅層產生第二布線平面。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生另外的布線平面。
在權利要求1和13中描述的發明以這個問題為基礎，在有機材料激光鉆孔時能夠沒有材料熱傷害地快速產生盲孔和通孔。
本發明基于這種認識，通過具有532nm波長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間內并且沒有燃燒危險地處理有機材料層。對此為有機材料的激光鉆孔選擇≥20kHz的脈沖頻率。在有機材料的激光處理時出現光化學和熱分解的組合，與UV激光器相比使較短的處理時間成為可能并且與CO2激光器相比避免過高的熱負荷。另外的優點在于，以同樣的釩酸釹激光器也可以鉆孔層壓塑料的金屬層。對于如此金屬層的鉆孔可以選擇≥30kHz的脈沖頻率。
對于有機材料鉆孔的根據本發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。對此高的脈沖頻率使有機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荷。通過以類似或相同波長運行的另外激光器，不可能實現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到70至80ns的脈寬。
從權利要求2至12中得出根據本發明的有益擴展。
按照權利要求2的擴展通過少于30ns的脈寬使在激光鉆孔時有機材料或者也許層壓塑料的低的熱負荷成為可能。
根據權利要求3在應用具有在10μm與100μm之間聚光直徑的聚焦激光束的情況下得出有機材料的有效的激光處理。根據權利要求4在應用在20μm與50μm之間的聚光直徑的情況下還可以有效地形成有機材料的激光處理。
按照權利要求5的擴展通過在有機材料中較高吸收激光束能夠顯著提高處理速度。對此添加劑作為純有機材料應當具有對于具有532nm波長的激光束明顯高的吸收度。
按照權利要求6的改進能夠特別簡單并經濟地提高有機材料的吸收度。
按照權利要求7的擴展通過選擇紅的添加劑能夠最佳化吸收度，因為通過互補色紅色特別好地吸收波長532nm的綠光。
按照權利要求8的改進對于顏料作為添加劑的混合表明一個混合范圍，其在沒有傷害其他特性的情況下對吸收度的提高被證明是特別好的。在權利要求9中給出的狹窄的混合范圍對此看作最佳的。
根據權利要求10如果通過混合添加劑有機材料的吸收度提高到至少50％，如此得出在有機材料中處理速度的顯著提高。在根據 11吸收度提高到至少60％或者根據權利要求12提高到至少80％的情況下相應進一步降低有機材料的激光鉆孔的處理時間。
在下面描述的實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T80-YHP40-532QW波長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。
型號無，因為基本型波長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區域大小100×100mm2實例1在生產多層布線時在已經準備好的、已形成的布線層上通過簾式澆鑄或通過絲網印刷涂上例如25μm厚度的、由有機材料形成的介電層。例如環氧材料適合用作有機材料。在不應用掩模的情況下在這個介電層中引入盲孔，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。在二個電流計反射用于偏轉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定位置上在介電層中引入盲孔。對此選擇在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。
實例2以激光器I在RCC材料(RCC＝樹脂涂銅薄片)的環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、由環氧材料形成的介電層。脈沖頻率為25kHz。脈沖寬度為30ns。
在二個電流計反射用于在X方向上和在Y方向上偏轉激光束的情況下可以處理10cm×10cmm的面積。不用聚焦(OOF＝焦點之外)地調整1.6mm的激光束用于環氧材料的鉆孔，并且該激光束移入在孔范圍內的同心圓中。激光束的線速度為900mm/s。在穿孔環氧材料后僅僅細微地腐蝕處于下面的銅層。
以每秒220個孔的速度進行環氧材料的鉆孔。
實例3與實例2的偏差是使用具有同樣激光器參數的激光器II。以每秒122個孔的速度進行環氧材料的鉆孔。
實例4與實例2的偏差是在60μm厚的FR4材料(FR4＝水平4火延緩環氧玻璃合成物)中引入盲孔，在該材料上單面膠和12μm厚的銅箔。可以參照結果。
實例5與實例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。可以參照結果。
實例6與實例2的偏差是產生直徑為100μm的盲孔。在此以每秒382個孔的速度進行環氧材料的鉆孔。
實例7與實例3的偏差是產生直徑為100μm的盲孔。在此以每秒212個孔的速度進行環氧材料的鉆孔。
實例8與實例2的偏差是產生直徑為75μm的盲孔。在此以每秒800個孔的速度進行環氧材料的鉆孔。
實例9與實例3的偏差是產生直徑為75μm的盲孔。在此以每秒400個孔的速度進行環氧材料的鉆孔。
實例10與實例2的偏差是應用改良的環氧材料，該環氧材料大約混合了1.5％重量的添加劑。在添加劑中涉及中國河北省深州市XiJingming公司的型號為“1501快速紅色”(C.I.Pigment Red 48∶1)的有機紅顏料。這種顏料是在鋇鹽為基礎的偶氮顏料。通過激光束的吸收改善環氧材料的鉆孔速度可以提高到每秒550個孔。
實例11與實例10的偏差是Bayer AG，DE的型號為“BayferroxTM”(C.I.紅顏料101)的無機紅顏料用作添加劑。這種顏料是氧化鐵紅顏料。可以對照結果。
實例12與實例10的差別是CIAB-GEIGY AG，CH的型號為“OracetTMGelbGHS(C.I.Solvent Gelb 163)”的聚合物可溶解的蒽醌色素用作添加劑。在此環氧材料的鉆孔速度的上升的低一些。
實例13與實例10的偏差是使用具有同樣激光器參數的激光器II。環氧材料的鉆孔速度可以提高到每秒306個孔。
實例14與實例10的偏差是產生直徑為100μm的盲孔。有機材料的鉆孔速度為每秒956個孔。
實例15與實例13的差別是產生直徑為100μm的盲孔。有機材料的鉆孔速度為每秒531個孔。
實例16與實例4的差別是應用改良的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使環氧材料的強度加強。通過對化合物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％重量的碳產生這種紅寶石玻璃。這種玻璃強度的環氧材料的鉆孔速度可以提高在2和2.5之間的系數。
權利要求
1.有機材料激光鉆孔的方法，其特征在于，應用具有下面激光器參數的倍頻釩酸釹激光器-脈寬 ＜40ns-脈沖頻率 ≥20-波長 ＝532nm。
2.按照權利要求1的方法，其特征在于，應用脈寬＜30ns。
3.按照權利要求1或2的方法，其特征在于，應用具有在10μm和100μm之間的聚光直徑的聚焦激光器。
4.按照權利要求3的方法，其特征在于，應用具有在20μm和40μm之間的聚光直徑的聚焦激光束。
5.按照上述權利要求之一的方法，其特征在于，在有機材料中混合添加劑，較好地吸收具有波長532nm的激光束。
6.按照權利要求5的方法，其特征在于，至少無機和/或有機顏料和/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.按照權利要求6的方法，其特征在于，至少無機紅顏料和/或有機紅顏料和/或聚合物可溶解的紅色素用作添加劑。
8.按照權利要求6或7的方法，其特征在于，在有機材料中混合在0.1％和5.0％重量之間顏料。
9.按照權利要求6或7的方法，其特征在于，在有機材料中混合在1％和2％重量之間的顏料。
10.按照權利要求5至9之一的方法，其特征在于，通過混合添加劑，有機材料對于激光束的波長532nm具有至少50％的吸收度。
11.按照權利要求5至9之一的方法，其特征在于，通過混合添加劑，有機材料對于激光束的波長532nm具有至少60％的吸收度。
12.按照權利要求5至9之一的方法，其特征在于，通過混合添加劑有機材料對于激光束的波長532nm具有至少80％的吸收度。
13.有機材料激光鉆孔的設備，具有倍頻釩酸釹激光器，其具有下面的激光器參數-脈寬＜40ns-脈沖頻率≥20kHz-波長 ＝532nm。
全文摘要
具有下面參數的倍頻釩酸釹激光器用于有機材料的激光鉆孔、特別用于在介電層中引入盲孔:脈寬<40ns,脈沖頻率≥20kHz,波長=532nm。
文檔編號B23K26/18GK1377571SQ00813740
公開日2002年10月30日 申請日期2000年9月29日 優先權日1999年9月30日
發明者H·德斯托伊爾, M·赫爾曼, J·范普伊姆布雷克 申請人:西門子公司