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1、HDI产品UV雷射制程制程参数与系统机器以经过持续性的改善后，波长355nm的UV雷射，将可使未来高密度封装载板类，能够继续得到支援与实现。一、 前言在有机制封装与HDI电路领域中，过去数年中UV雷射的用途已呈现现显着的增加，其主要的推手应归功于微盲孔用途的扩增。此外在还有其他用途的出现，例如：精密切外形与精准烧蚀漆成像之工程，也都带动了UV雷的盛行。本文将举例某些系统机组之工作，以了解其钻孔能力，以及对一般性电路板在制程方面的可行性。二、理论与术语波长：可说明为横波中一种波峰到波峰的距离，在光谱为100nm-10，000nm的范围中，其波长与所显现的颜色有着直接的关系，故可用颜色来表达UV雷
2、射的波长。例如：绿雷射，或紫外雷射等。下Figl即为光谱中颜色与波长的对应关系，而且也显示出某种基频例如波长为1064nm的Nd:YAG紫外雷射，与其谐频谐波之关系。光子：可视为无质量电磁射线的一种粒子，按波长的不同每个光子都有其能位。现就波长为1064nm基本波之Nd:YAG雷射而言，其能位可达1.16v，而其三次谐波之能位为3.49ev。至于另一种C02雷射基本波者，其波长为10600nm，所具有的能位为0.12ev。谐波：每一种雷射都会产生一种基本波长，有如细胞具有分裂的特性，该基本波可分裂成为不同倍率的谐波，例如Nd:YAG雷射的基本波长为1064nm，分裂为两个二次谐波之波长为532
3、nm，三次谐波为355nm，四次谐波266nm。重复率（Repetition Rate或频率）：指每种受到能量激动而形成的连续性雷射光都会发出能量。此种连续波也可被进一步切割、加闸、或形成断续的脉冲，而成为分散式的区段，其每秒种所重复出现区段的次数即称为雷射之频率，但此种频率不宜与雷射波长的频率混为一谈。业界所使用脉冲雷射的重复率范围很大，但UV雷射最常用的355nm谐波，其重复率则多在10-100KHz之间。功率：此处所用每秒能量的单位仍为Watt，也就是雷射光源每秒种所辐射出来的总能量或总功能。现今355nm的UV雷射，其功率范围约在3W到10W之间。高期光束：凡雷射光束以TEMoo模式放
4、射者则称为高斯模式，属基本模式或绕射模式。深入探讨时会涉及许多复杂的数学方程式，方得以说明此等共振横波的模式。本文将只简化说明高斯光事为一种表达能量强度的产体造形，特称为高斯分布。下Fig2中即表列出“横波型电磁模式”各种雷射的能量分布情形，Fig3即高斯光束两者在能量强度方面的产体造形所表达的画面。切形光束-系将高斯能量光束造形的峰部削平，而得到切峰后的能量造形，与同级能量强度的高斯造形相比较时，切峰者具有较大的光点半径，可采特殊设计的光学元件以取得此种切峰造形。能量密度：是指雷射光打在单位面积上所呈现的能量，当采用高斯造形或平顶造形的雷射光束加工时，此单位即成为极其重要的参数。每种雷射机器
5、均有其功率与能量的上限，且其光束之大小将成为各种材料能否顺利加工的重要因素，每种材料进行加工时，均需到达起码的“能量密度”，否则加工效率将不够好。高斯光束即具有极大的能量密度，从其造形即可看出能量集中的效果，故可用以切铜箔与玻纤等材料。至于平顶式光束具备较大的总能量，得以在较大面积中有效施工。但其能量密度却低于高斯光束，故只可用于较均质的树脂，薄膜与绿漆以及微盲孔等制程的加工制程。三、有机板材概述均质材料：是指单一成份的材料而言，不含添加剂（Filler）与补强材，可能是一种混合式的聚合物，但整体上仍呈现均匀与稳定性质的材料。例如软质的聚亚醯胺薄膜、背胶铜箔（PCC）、铁氟龙以及液晶树脂等。添
6、充式树脂材料：以高分了聚合物为主体母体，为了机械性与电性的良好起见，可另行加某些有机质或无机性之填充添加料，例如加入陶瓷料的Teflon，短玻纤或醯胺纤，或玻纤环氧树脂等材料。编织式补强材：常指树脂母体中为了机械强度而中加补强之生的复合材料而言，此等连续性或规律性的补强材料，多为无机性的织物（例如：玻纤布），标准的FR-4或BT板材等即为其典型例子。披覆与无披覆式材料：除了上述各种介质材料外，PCB板材还需要铜箔的披覆，做为成线与互连的基础。四、能量的吸收板材是否能顺利接受雷射加工，应端视其是否能对特定之波长进行吸收。当所发射之脉冲雷射光，虽具有很高的能量但却无法被板材吸收时，则所期待之加工定
7、为之徒然。Fig4即列举出数种板材之等级，以及对波长的吸收范围。从电路板材料对雷射光的吸收曲线分析中可看出，并非每种板材均可吸收所有的波长，因而须对特定波长加以选择，以适应待加工的板材，此点已成为极其重要的基本知识。然而针对复合式板材而言，还须做好兼顾彼此的吸收性，做为制程开发的指标。五、雷射制程与热效应之关系UV雷射制程不但会产生化学反应，同时也会散发光与热的作用。至于波长较长的C02雷射，则在光热反应方面还占了更大的比率。此种事实对于无铅化的补强材尤为重要。Fig5中即列出数种板材的熔融或裂解温度，表中所列举铜箔基板的三种材料，其熔点范围却都相距很远。六、各种板材雷射钻孔的实例以聚亚醯胺薄
8、膜与液晶树脂等均质性基板为例，说明雷射钻孔。多数PI基质的薄膜都很容易被355nm的UV雷射所烧蚀加工。此种材料所需的能量密度相当低，并可采用较大型的光点进行快速作业，对于软质电路板已可轻松进行切外形的工作，并对保护膜的开口与板材的导通孔等也都容易加工。针对软板其较困难者不在PI薄膜本身，而是在复合板材结合用的接着层或铜箔层。业界常用的接着剂有环氧树脂与亚克力树脂，前者较易被烧除，但亚克力接着层则对UV雷射却很敏感，须小心找出正确的加工条件，以减少加工边缘的退缩与形成侧蚀。只要找以正确的作业参数，此二缺点即可避免。多层软板的材料叠构中，含PI薄膜以及环氧树脂与亚克力树脂等两种接着剂层。 而且U
9、V雷射也可用于微波板类，且某种可耐高温及吸瀝率很低的新型“液晶树脂”，也正在进行UV雷射加工的评估工作。并确知也可利用355nm的UV雷射去进行加工，右Fig9即为例。七、具有填充料的聚合物板材用于覆晶载板的ABF薄膜即为填充者之一例，所谓ABF是指其某种配方，曾在其环氧树脂中另行填充有二氧化矽的粒子（Silica Particle），做为增层用途的补强板材。可利用平顶造形的雷射光束对此种板材进行微盲孔的加工，也就是有如衡切式的做法，即可取得高品质的导孔。其现行口径50m的微盲孔，平均有95%以上是利用平顶造形光束的UV雷射所制作的。Fig10即为典型（50m微盲孔）在电子显微镜中的俯视画面。
10、由于板材中的二氧化矽粒子比起孔径来仍然非常微小，故采平顶造形光束的衡切（Punch）方式，即可快速进行加工，每秒种可得到900孔的极高速率。八、编织工补强材以FR-4与BT板材为例，其复合组成的数种材料，在熔点与气化温度方面都有着极大的差距。玻璃的熔点可达1700，但环氧树脂却只到260而已。此等在热性方面的巨大差异，不免会对雷射钻孔带来技术上的烦恼。再加上玻纤在编织材料上的复杂性，而使得雷射烧蚀或钻孔的工程变得十分复杂。为了了解IC载板上常见微盲孔的制作难度起见，特将其玻纤布的结构加以说明。Fig11为典型1080玻纤布结构之外观，画面中出现6个小红圈处，即分别代表6个50m微盲孔的位置，因
11、而可看出此等微盲孔可能会落在玻纤纱交织区（Glass Knuckle）的正中央（亦即含有两层玻纤纱），但也可能会落在全无玻纤的树脂区，或介乎两者之间不同密度玻纤纱的组配状态区。而此种局部出现玻纤的配合区，其成孔生的孔壁品质，想要在底铜面上呈现良好圆度与玻纤免于突出两种品质上，做到完美无缺者并不容易。九、铜箔基板铜箔对远红外线领域的C02雷射光，其吸收情况并不好，为了让C02雷射也能直接钻通铜箔基板起见，其铜箔表面必须另备能够吸收雷射的处理层才行。然而UV雷射光却极易被铜面所吸收而得以钻通，即使得厚的铜箔也可利用强大能量的高斯光束予以钻通。事实上在铜箔基板上钻出小径通孔并不困难，由于移除铜材质所
12、需雷射的能量密度，比起一般树脂来要高出很多，因而在完工生其孔壁几乎不会呈现有机物的残留。下Fig14即为铜箔与PI软板中所钻出直径仅30m的通孔，此等对铜箔的高效切除法，已使得在钻孔之外还可在其领域执行加工，例如切外形或对封装板测试线路的切除工作等。UV雷射不但可以烧穿铜箔，而且也可烧透各种介质补强材料，因而经常会被问到：当UV雷射烧透介质而到达内层铜垫表面之际，如何能及时停止而不致伤及铜面？答案就是对UV雷射在能量方面的良好控制，需执行数种不同的步骤，每个步骤均须对其能量密度小心控制。其第一步是利用甬一密度很高的高斯光束，对表面铜箔与下层补强材进行切除。第二步则换成光点较大能量密度降低，且攻
13、击性不强的雷射光清除剩余的树脂，进而得到清洁甚至便于电镀的底铜表现。下两图Fig15及Fig16即为铜箔基板经过两段步骤所完成盲孔的切片图。十、其他用途 UV雷射的其他用途中，以对绿漆烧蚀成像最为成功，此种无需任何底处与沥式化学步骤，而直接以雷射光的能量将无需绿漆的区域直接烧蚀开来，因而可达到高精度的成像水准。而且还可进行绿漆重工，其品质也远超过其他各种困难方法，此乃由于绿漆非常容易吸收UV的波长，并在很低的能量密度下即能完成工作。实做中可采能量密度较低的平顶光束，进行绿漆的加工以防铜面受伤，并可在其较大光点中获致更均匀的能量分布。例如在封装工业中，某些铜垫上进行局部绿漆精准小面积的开窗方面，UV雷射即可驾轻就熟精确施工。下Fig17即呈现铜垫上绿漆被精准移除的画面，请注意铜面的刷痕仍清楚可见，即表UV雷射并非对铜面造成任何伤害，而此等洁净的铜面也大大方便了后续的表面处理工作。且当SMT之脚距愈来愈密时，其各间距处所必须的绿漆阻堤也变得异常困难。Fig18即为UV雷射所烧蚀成像的绿漆阻堤画面，由于并未经过沥式化学品的反应，不但狭窄绿漆对板面的附着力仍然十分良好，且精准度更是令了激赏。
