專利名稱：：在多層電路板上形成通孔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明一般涉及一種在無機(jī)介質(zhì)層上快速形成通孔的方法，尤其涉及在多層電子線路板上快速形成通孔的方法。通孔是用于連接多層電路板的畔鄰層的電連接通道。傳統(tǒng)的在多層電路上產(chǎn)生通孔的方法是在底層導(dǎo)電圖形上網(wǎng)板印刷上一介質(zhì)膠，通孔網(wǎng)板的透明區(qū)域形成通孔。然后對已印刷的介質(zhì)層進(jìn)行燒結(jié)(fired)，并通過網(wǎng)板印刷使通孔內(nèi)充滿導(dǎo)電厚膜膠。產(chǎn)生通孔的另一種方法是在未燒結(jié)的介質(zhì)帶(dielectricgreentape)上沖孔，用上述方法通過網(wǎng)板印刷填滿通孔，然后燒結(jié)介質(zhì)帶以除去有機(jī)介質(zhì)。然而，這些在多層電路板上產(chǎn)生通孔的方法受到一些限制，即只有在厚膜直徑為(或大于)8-10密耳(mils)以及未燒結(jié)的介質(zhì)帶上直徑為(或大于)4密耳的情況下，才能可靠地制造出形狀平滑、對稱的通孔。如果打算用這些方法產(chǎn)生較小的通孔，在印刷和燒結(jié)過程中往往會堵塞。在人們嘗試改進(jìn)傳統(tǒng)的網(wǎng)板印刷的方法時，做了各種實(shí)驗(yàn)，建議用激光鉆孔的方法形成通孔。例如，科卡(Cocca)等建議對覆蓋在厚膜導(dǎo)體上的未燒結(jié)的厚膜介質(zhì)進(jìn)行激光鉆孔(參閱科卡等著的，高密度多層厚膜電路的介質(zhì)上通孔的激光鉆削，刊登于1978年9月的固態(tài)工藝第63-66頁)。在用該方法進(jìn)行鉆孔時，科卡等用了一種單激光脈沖-42-47mj功率級的YAG激光脈沖，但這將使金箔導(dǎo)電膜圖形脫離激光鉆削的通孔的底層。另外巴雷特(Barrett)等揭示了用Q-速率為1KHz的1W的脈沖YAG激光對已燒結(jié)的介質(zhì)層進(jìn)行激光鉆孔。研究顯示，鉆削的孔的深度直接與給定功率級的脈沖數(shù)有關(guān)(參閱巴雷特等著的激光鉆削的厚膜通孔的掃描電鏡分析方法，刊登于混合電路雜志，1984年春第四期，第61-63頁)。最近，卡瓦什基(Kawasaki)等在1990年10月25日申請的待批專利申請S.N.PCT/US9006160中揭示，用激光束在光束反射基片上具有透明保護(hù)層的無機(jī)介質(zhì)層上形成通孔，用厚膜膠填滿通孔，除去保護(hù)層，然后重復(fù)這些步驟，得到希望的層數(shù)，此后把整個組件一起燒結(jié)。然而，以前沒有研究者設(shè)計出能滿足當(dāng)代電子制造方法的速度和質(zhì)量要求的激光鉆出微小的通孔的方法。也就是，在已有技術(shù)中，制造過程中的鉆孔速度太慢，不能滿足商業(yè)制造過程的要求。因此，本發(fā)明的主要方面是提供一種在未燒結(jié)的層上快速形成預(yù)定大小通孔的圖形陣列的方法，該層包含有分割成微小顆粒的介質(zhì)固體，散布于可燒蝕的有機(jī)介質(zhì)內(nèi)，有機(jī)介質(zhì)含有基本上不揮發(fā)的有機(jī)溶液，該層厚度為1-100微米，這種方法包含(a)對YAG激光源定位，使激光束對準(zhǔn)介質(zhì)層表面預(yù)定的位置上;(b)在介質(zhì)層表面預(yù)定的位置上發(fā)射多個YAG激光脈沖，頻率至少1KHz，激光束的特征是(1)光束直徑至少1密耳，但不大于要形成的通孔預(yù)定的直徑，(2)聚焦深度大于介質(zhì)層厚度，和(3)功率至少1W，脈沖數(shù)應(yīng)足以使激光束下區(qū)域內(nèi)的介質(zhì)穿通，有機(jī)介質(zhì)完全燒蝕而不被介質(zhì)固體密封，由此在如此形成的孔中留下分割成微小介質(zhì)顆粒的殘留物;(c)通過已編程的檢流計光束定位器，對激光源重新定位，使激光束對準(zhǔn)介質(zhì)層表面下一個預(yù)定的位置;然后(d)以每秒至少50次的速率順序重復(fù)步驟(b)和(c)，在未燒結(jié)層上形成孔圖形陣列。本發(fā)明的第二個方面是提供一種形成具有預(yù)定大小的互連的導(dǎo)電通孔的多層電路板的方法，它包括(a)提供一個未燒結(jié)介質(zhì)層，在其上用權(quán)利要求1的方法形成通孔圖形陣列;(b)除去通孔中的介質(zhì)顆粒殘留物;(c)用導(dǎo)電厚膜膠填充無殘留物的通孔，導(dǎo)電厚膜膠包含分割成微小顆粒導(dǎo)電金屬和無機(jī)膠合劑，散布于液態(tài)有機(jī)介質(zhì)中;(d)敷上以適當(dāng)方式記錄有填滿的通孔的厚膜導(dǎo)電膠圖形，厚膜導(dǎo)電膠包含有分割成微小顆粒的導(dǎo)電金屬和無機(jī)膠合劑，散布于液態(tài)有機(jī)介質(zhì)中;(e)對介質(zhì)層進(jìn)行燒結(jié)，使介質(zhì)層和厚膜膠中的有機(jī)介質(zhì)揮發(fā)，介質(zhì)固體變稠，厚膜膠中的無機(jī)膠合劑燒結(jié);然后(f)重復(fù)步驟(a)到(e)多次，以足以形成所希望的電路層數(shù)，把在第一個順序時步驟(e)形成的燒結(jié)構(gòu)件外露的表面用作基片。附圖僅有一幅，它圖示了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法激光光學(xué)系統(tǒng)。A.總體上本發(fā)明的方法提出的任務(wù)是既快速又準(zhǔn)確地在多層線路板上形成通孔。尤其是本發(fā)明提出的任務(wù)是在介質(zhì)層燒結(jié)之前，既快速又準(zhǔn)確地在未燒結(jié)帶和厚膜介質(zhì)材料上產(chǎn)生微小的(4-6密耳)或更小的通孔的延伸圖形(extensivepatterns)。多層電子線路板上的通孔用于電連接層與層之間的電路圖形(導(dǎo)電層被相對而言較薄的介質(zhì)材料層隔開)。由于相當(dāng)高的電路密度要求復(fù)雜的多層電路所需要的面積最小，因此，在布局和結(jié)構(gòu)上精確制造通孔和快速制造這些通孔是必要的。例如，4×4吋的多層電路的單質(zhì)介質(zhì)層需要3000至4000個數(shù)量級的通孔，由此制成的構(gòu)件可以包含多至5-10個這樣的層。此外，這種構(gòu)件常常需要大批量生產(chǎn)，例如每天幾千個。雖然已有技術(shù)講授了用激光加標(biāo)記和在各種有機(jī)和無機(jī)材料上鉆孔，但本質(zhì)問題是如何足夠快速且連續(xù)地產(chǎn)生這種孔，使激光鉆孔方法實(shí)用。本發(fā)明用最合適的激光系統(tǒng)解決這一問題，在該系統(tǒng)中光束位置和通孔鉆削功能按照介質(zhì)層的物理參數(shù)和結(jié)構(gòu)由計算機(jī)控制。B.激光光學(xué)系統(tǒng)用于本發(fā)明實(shí)際的較佳的激光光學(xué)系統(tǒng)包含四個主要部分。第一部分是Q-轉(zhuǎn)換NdYAG激光器，它是鉆通孔的能源。第二部分是氦氣(He-Ne)激光器，它產(chǎn)生低能量的可見的紅色光束。He-Ne激光器發(fā)出的光束與YAG激光器發(fā)出的不可見的光束是共線的，起到標(biāo)記作用，用于觀察YAG激光器產(chǎn)生的效果。第三部分是光束定位器，第四部分是電視攝像機(jī)，用于觀察鉆削操作的結(jié)果。當(dāng)然電視攝像機(jī)不是本方法工作中所必需的。然而，它使測定和控制鉆削操作變得方便。在計算機(jī)控制下，光束定位器調(diào)節(jié)聚焦的He-Ne和YAG光束，并把它們定位在鉆削區(qū)域上。分色鏡把YAG激光器發(fā)出的不可見的紅外光全部反射到工作面上，并且把可見的He-Ne光部分反射到工作面上。可見光是通過分色透鏡向上反射的，因此電視攝橡機(jī)可以看見工作面。當(dāng)然，顯微鏡也可以用來代替電視攝像機(jī)進(jìn)行觀察?，F(xiàn)在參見圖1，He-Ne激光器1用來產(chǎn)生可見的準(zhǔn)直光束A，該光束由反射鏡2a和2b反射到NdYAG激光器3內(nèi)。在激光器3內(nèi)，產(chǎn)生一束與可見的He-Ne光束共線的不可見的紅外激光束，混合光束B通過包含目鏡5和物鏡7的光束擴(kuò)展器。從光束擴(kuò)展器來的光對準(zhǔn)第一反射鏡9(X反射鏡)，由第一檢流計11響應(yīng)于通孔X軸驅(qū)動互連器13a接收的計算機(jī)信號使反射鏡9轉(zhuǎn)動，反射鏡9相對于其X軸位置把光束B定位在加工片23上。擴(kuò)展的混合激光束B由X反射鏡9反射到第二反射鏡15上(Y反射鏡)，由第二檢流計響應(yīng)于通孔Y軸驅(qū)動互連器13b接收的計算機(jī)信號使反射鏡15轉(zhuǎn)動，反射鏡15相對于其Y軸位置把光束定位在加工片23上。Y反射鏡15反射的擴(kuò)展的混合激光束B通過聚焦透鏡19射到分色透鏡21上。不可見的YAG光束按照由X和Y反射鏡確定的位置向下反射到加工片23上，可見的He-Ne光向下部分反射到加工片23上，并且也向上通過分色透鏡21反射進(jìn)入電視攝像機(jī)，以便觀察。C.材料本發(fā)明的方法的多種優(yōu)點(diǎn)之一是它能用傳統(tǒng)的厚膜導(dǎo)電和介質(zhì)材料、介質(zhì)未燒結(jié)帶以及應(yīng)用這些材料的傳統(tǒng)技術(shù)制作電子線路板。因此，能用傳統(tǒng)的厚膜導(dǎo)電膠形成導(dǎo)電層或金屬化。厚膜導(dǎo)電膠包含分割成微小顆粒的導(dǎo)電金屬或金屬氧化物，它們散布于具有適當(dāng)流動性的有機(jī)介質(zhì)內(nèi)。這種可印刷的厚膜膠也可以包含分割成微小顆粒的無機(jī)膠合劑。在印刷了合適的電路圖形之后，對導(dǎo)電膜層進(jìn)行燒結(jié)，使有機(jī)介質(zhì)揮發(fā)，燒結(jié)固體部分。介質(zhì)層最好由一層或多層介質(zhì)未燒結(jié)帶疊壓形成。介質(zhì)未燒結(jié)帶包含如鈦酸鋇、氧化鋁或玻璃等的精細(xì)分割的材料，它們散布在聚合基體上，當(dāng)經(jīng)疊壓的帶在氧化或非氧化氣氛之一環(huán)境下燒結(jié)時聚合基體可熱分解。在燒結(jié)時，聚合基體被熱分解(燒掉)，介質(zhì)材料被燒結(jié)和/或被壓實(shí)。敷蓋一層厚膜介質(zhì)膠也能形成介質(zhì)層。在電子材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，這種厚膜導(dǎo)體合成的介質(zhì)未燒結(jié)帶和涂敷這些材料的方法是眾所周知的。用于本發(fā)明的基片材料的必要特性是形成的薄片(例如600微米)必須具有剛性，并且它們必須是形穩(wěn)定的。也就是，在燒結(jié)時，它們不應(yīng)產(chǎn)生相當(dāng)大的彎曲，最重要的，它們應(yīng)當(dāng)在X-Y平面具有穩(wěn)定性。由如氧化鋁等非導(dǎo)電陶瓷材料制得的基片用于本發(fā)明是最常見的。然而，在一些例子中，也可以用由疊壓的未燒結(jié)帶，熱導(dǎo)電金屬或從如陶瓷外裹陶瓷的材料制成的基片。未燒結(jié)帶上的通孔可用多種方法進(jìn)行填充。在一個技術(shù)方案中，通過直接把厚膜導(dǎo)電膠網(wǎng)板印刷到通孔內(nèi)來進(jìn)行通孔填充。另一種方法是在網(wǎng)板印刷表導(dǎo)電層期間由厚膜膠流入通孔來填充通孔。本發(fā)明的方法可以用來制備多層電路板，例如可以包含15-20個導(dǎo)電層。未燒結(jié)帶厚度通常約在50到400微米之間。但，本發(fā)明的方法用來在厚為2000微米的介質(zhì)材料上鉆孔時，應(yīng)當(dāng)提供足夠的激光功率和聚焦深度。D.激光操作本發(fā)明方法在實(shí)際應(yīng)用中，必須精確地控制NdYAG激光器產(chǎn)生的激光束，使通孔有適當(dāng)?shù)拇笮『托螤睿粨p壞處于通孔下的介質(zhì)層和導(dǎo)電層。為成功地進(jìn)行控制，需要控制下面四個變量(1)光束大小，(2)聚焦深度，(3)光束功率，和(4)脈沖頻率和脈沖數(shù)。另外，光束脈沖必須與光束定位器協(xié)調(diào)一致。光束大小當(dāng)然，光束大小(直徑)直接與所鉆的孔的直徑有關(guān)。因此，光束大小不應(yīng)超過所希望的通孔直徑，通常略小些。光束大小曲模式選擇孔徑(前和后)決定，孔直徑?jīng)Q定了激光器振蕩的模式。最低級別模式時光束直徑最小。(它常用于修正已燒結(jié)的厚膜電阻)高級別模式可以用來使通孔直徑較大。然而，高級別模式在它們的橫截面上可以有零功率密度區(qū)域。因?yàn)槊娣e和功率較大，每個脈沖能除去更多的材料。但，零功率密度區(qū)域可以在切口處留下不完全揮發(fā)的材料。因此，最好使用適當(dāng)?shù)闹睆阶钚〉墓馐?。聚焦深度為完全鉆通給定的介質(zhì)層，光束的聚焦深度必須大于介質(zhì)層厚度。在大多數(shù)例子中，聚焦深度超過介質(zhì)層厚度的量最好盡可能小到由該激光束剛好能使介質(zhì)層完全穿通。在給定的光束參數(shù)下，通過對通孔和表面導(dǎo)電層或表介質(zhì)層進(jìn)行檢測，容易做到這一點(diǎn)。功率因?yàn)樵谕仔纬蛇^程中，對有機(jī)材料進(jìn)行燒蝕以除去它需要能量，所以激光束必須有足夠的能量，以在相對短的時間內(nèi)和/或以比較少的脈沖數(shù)完成上述操作。因此，為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，已發(fā)現(xiàn)激光功率至少1W。對于厚膜介質(zhì)，激光平均功率最好在3-5W之間，對于未燒結(jié)帶介質(zhì)，最好在6-8W之間。平均功率高的可以用于較厚的介質(zhì)層。脈沖頻率和脈沖數(shù)那些激光操作熟練人員可認(rèn)識到，至少在理論上，本發(fā)明可以使用連續(xù)的激光束實(shí)現(xiàn)。然而，實(shí)際上，這種操作將浪費(fèi)大量不必要的功率，并且，對于目前的激光技術(shù)，建造、操作和維護(hù)這種連續(xù)輸出幾千瓦的激光器花費(fèi)太大。形成通孔而又不損壞表基片所需的脈沖數(shù)與層的厚度、層的化學(xué)成分、通孔直徑和脈沖功率有關(guān)。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時，最好以這種方式光束脈沖至少用兩個并且最好5個或更多個脈沖形成通孔，來調(diào)整功率。由于脈沖數(shù)比功率更容易調(diào)節(jié)，因此用多脈沖能更好地控制該方法的操作。本發(fā)明工作的典型功率為6或7個脈沖，它足以形成通孔。為在實(shí)用的功率下實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，當(dāng)然要求脈沖頻率非?？?。尤其，本發(fā)明的方法提供出鉆孔速率最好每秒100個通孔的數(shù)量級。為實(shí)現(xiàn)這一要求，在目前激光發(fā)展?fàn)顩r下，需要使用頻率至少為1KHz的Q-轉(zhuǎn)換激光器，最好達(dá)到10KHz或更高。Q-轉(zhuǎn)換激光器通過周期性存儲能量使激光器輸出大的峰值功率，然后以窄脈沖(例如100到300毫微秒)釋放出。可以預(yù)計，在將來可能發(fā)展出不同于Q-轉(zhuǎn)換的激光轉(zhuǎn)換裝置，然而，目前的技術(shù)狀況只有Q-轉(zhuǎn)換才能使如此快速的脈沖激光操作成為實(shí)用。與光束定位器協(xié)調(diào)一致鑒于本發(fā)明以每秒至少50個通孔的速率進(jìn)行鉆削，因此明顯地，激光束脈沖的動作必須精確地與加工片上激光束的位置一致。因此對光束定位器和激光器進(jìn)行控制，在光束重新定位之后過了一極短時間使激光器產(chǎn)生脈沖。由下面例子中的稱為“電流標(biāo)志”(galvoflag)的參數(shù)來控制光束重新定位的時間和脈沖觸發(fā)的時間之間的延遲。電流標(biāo)志是光束定位器的可調(diào)參數(shù)，它提供足夠的時間使X和Y電流反射鏡穩(wěn)定在所希望的角度，并且在脈沖或脈沖串發(fā)射之前使激光束在加工片目標(biāo)位置的+/-1密耳之內(nèi)。另外，電流標(biāo)志即計算機(jī)命令可以用來在激光束定位所需時間之后增加額外的等待時間，這被稱為電流等待。為進(jìn)一步提高鉆孔速度，可以應(yīng)用(a)較輕的電流反射鏡，這將縮短穩(wěn)定時間(例如滿足電流標(biāo)志所需要的時間);(b)組合激光器，在激光設(shè)備中由一個計算機(jī)操作系統(tǒng)驅(qū)動的光學(xué)和電流裝置;或(c)由多光學(xué)/電流分割/導(dǎo)向的單激光器，它由激光設(shè)備中的一個計算機(jī)操作系統(tǒng)驅(qū)動。應(yīng)用現(xiàn)代光學(xué)和機(jī)械設(shè)計可以實(shí)現(xiàn)上述系統(tǒng)，只要提高輸出的得益與設(shè)計所需時間和費(fèi)用相比是合算的即可。E.鉆削順序由于許多多層構(gòu)件需要極其大量的通孔，因此，最好以這種方式按順序鉆削通孔;在鉆削操作期間激光束移動距離最短。最好用對稱的“傳播塞爾斯曼問題”(TSP)算法來解決，其目的在于求得在大量城市之間完成最短距離的旅游。在城市數(shù)量很大的情況下，不存在精確的解決方法，然而，可以用啟發(fā)式解決，它與最佳算法差距在2%以內(nèi)。這可以有效地減少實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法所用的時間。大約可以減少50%。許多這類算法是由默里·希爾·NJ(MurrayHillNJ)的貝爾實(shí)驗(yàn)室的林(Lin)和克尼格罕(Kernlghm)得到的方法衍生出來的。在應(yīng)用本發(fā)明的方法時，把方法軟件編成程序輸入光束位置計算機(jī)，并把信號送到X和Y反射鏡檢流計來按順序進(jìn)行。F.激光鉆孔應(yīng)用上面描述的激光鉆孔方法可以用于由傳統(tǒng)的厚膜和/或未燒結(jié)材料制造多層電子線路板，也可以用于在單層厚膜或單未燒結(jié)帶介質(zhì)層上鉆孔，或在包含一種或兩種材料的多層上鉆孔。下面描述一些有關(guān)形成具有微小通孔(4-6密耳或更小)的多層電路板的應(yīng)用。描述三種主要的介質(zhì)系統(tǒng)(1)陶瓷基片上的多層厚膜;(2)多層未燒結(jié)帶;和(3)在具有或沒有多層厚膜電路板的陶瓷片上的多層未燒結(jié)帶。(1)陶瓷基片上的多層厚膜表1用厚膜介質(zhì)制造多層電路板</tables>根據(jù)電性能的特性要求，在進(jìn)行第4步和第6步(跳過第5步)之前，可以重復(fù)第3步多次。在第2、3、6和7步，用傳統(tǒng)的網(wǎng)板印刷，但也可以用其它的產(chǎn)生精制的導(dǎo)電電路圖形的印刷方法。在第3步，可由膜印刷(blanketprinting)實(shí)現(xiàn)無針孔介質(zhì)層，之后通孔可用激光鉆削(第4步)。在同一介質(zhì)層上形成不同大小的通孔情況下，也可以用現(xiàn)有的介質(zhì)材料印刷較大的通孔(如10密耳或更大)，用激光產(chǎn)生余下的較小的孔。表2概述了表1所示的方法的激光鉆孔參數(shù)。表2激光鉆孔參數(shù)</tables></tables>在激光鉆孔過程中，用較高級別的YAG多脈沖來產(chǎn)生4密耳通孔，在通孔中不留可見的不完全揮發(fā)(分解)材料。最終的通孔大小依賴于(1)通孔壁的錐度，(2)容許的鉆孔速度和(3)通孔填充能力。假設(shè)錐度為1到1.5密耳，那么最小的通孔大小為2到2.5密耳，它不能用現(xiàn)有技術(shù)的方法以每秒超過50-100個通孔的速度產(chǎn)生。表3描述了通孔大小隨孔徑的變化。表3通孔大小與激光系統(tǒng)參數(shù)的相互關(guān)系</tables>注上面的通孔直徑是燒結(jié)后從介質(zhì)層上表面測量的。從激光器來的光束穿過光束擴(kuò)展器射到X軸反射鏡，然后到Y(jié)軸反射鏡，這些反射鏡由檢流計控制移動，使光束在X和Y方向上定位。光學(xué)的基本原理是對于一給定的級別模式，光束會聚點(diǎn)的大小與會聚光束的錐角成反比。因此，對孔徑和光束擴(kuò)展系數(shù)進(jìn)行最優(yōu)選擇可以產(chǎn)生直徑2-3密耳的通孔。在激光鉆孔期間，強(qiáng)的激光束提供局部加熱，它使厚膜或未燒結(jié)帶介質(zhì)上的有機(jī)媒質(zhì)分解并燒蝕或蒸發(fā)，而不損壞表面導(dǎo)體圖形。為控制工藝，下面幾點(diǎn)要求是關(guān)鍵(1)生產(chǎn)出等厚的介質(zhì);(2)始終控制好激光能量，以形成通孔，但不使表面導(dǎo)電體熔化、蒸發(fā)、分解或氧化;以及(3)在維持通孔位置正確的同時，以與電路板生產(chǎn)相容的速度鉆孔。通孔位置的正確度依賴于(1)機(jī)內(nèi)的軟件定標(biāo)程度;(2)機(jī)內(nèi)的可調(diào)節(jié)硬件(電流標(biāo)志);(3)在確定的順序上任兩個通孔之間的距離;(4)激光器定位精度;和(5)基片放置的可重復(fù)性。第1、2和4項(xiàng)較大程度上依賴于激光系統(tǒng)。用TSP算法選擇孔之間的最佳距離，而基片放置是隨樣品臺設(shè)計而變化的。給定的通孔X和Y坐標(biāo)文件以其在被裝入計算機(jī)以對鉆孔進(jìn)行控制之前最優(yōu)確定的順序進(jìn)行重新格式化。由唐納德·L·米勒(DonaldL·Miller)(杜邦中心研究和開發(fā)部)和約瑟夫斯·F·佩克尼(JosephF.Pekng)(珀杜大學(xué))編寫的最優(yōu)化程序應(yīng)用2-匹配算法(基于林-克尼格罕(Lin-Keenighan)算法)來解決“旅行塞爾斯曼問題”。這是一個數(shù)學(xué)問題，它是有關(guān)在大量可能的順序中尋找最佳順序。在實(shí)現(xiàn)上述程序時，總是要使總的移動距離較小，并且為提高通孔的順序率，也要使通孔之間距離較小。這會加快鉆孔速度和/或提高位置準(zhǔn)確率。(2)多層未燒結(jié)帶(GT)表4是工藝概要表4由未燒結(jié)帶介質(zhì)制造多層電路板</tables>無論什么時候都需要第一X層帶以形成形穩(wěn)定的基片。任何一步中所含的印刷都可以用傳統(tǒng)的網(wǎng)板印刷或其它的能產(chǎn)生精致導(dǎo)電圖形的印刷方法。有同一未燒結(jié)帶片上形成各種大小的通孔的情況下，也可以僅用激光器，或與其它的鉆孔裝置合用(例如模沖、沖孔)。表2所示的激光鉆孔參數(shù)也可以用于未燒結(jié)帶。現(xiàn)時，未燒結(jié)帶比厚膜介質(zhì)厚幾倍，因此需要更大的激光功率和/或更多的脈沖(過沖擊波)來鉆孔。所以當(dāng)用較薄的未燒結(jié)帶材料時，能獲得較高的鉆孔率。因?yàn)榧す饽芡瑫r對多層薄的未燒結(jié)片進(jìn)行鉆孔。激光可以用于在有墊片(通常由聚合物，如Mylar聚脂膜制成)或無墊片的未燒結(jié)帶片上鉆出通孔。如果通孔是鉆在無墊片的未燒結(jié)帶片上，則較難除去所有激光產(chǎn)生的碎屑。從這一點(diǎn)來看，要用一個在未燒結(jié)帶片的邊緣上有真空孔的樣品臺，它離通孔圖形邊緣至少1/2吋。把無棉紙插入未燒結(jié)帶片和樣品臺之間。把已除去離子的壓縮空氣噴射器和真空傳感器沿其相對邊緣安裝成與未燒結(jié)帶成45°角。根據(jù)帶片的大小，可把由金屬(或其它材料)制成的網(wǎng)格放在帶片上面，允許激光通過網(wǎng)格的空心口，防止因空氣或真空使軟性突然翻轉(zhuǎn)。也可以用其它結(jié)構(gòu)和類型的樣品臺或清洗用的樣品臺，只要它們能除去未燒結(jié)帶片兩側(cè)的碎屑。(3)陶瓷基片上的多層未燒結(jié)帶有時人們希望同時獲得陶瓷基片上的多層厚膜的優(yōu)點(diǎn)(例如機(jī)械強(qiáng)度、熱導(dǎo)電性、形穩(wěn)定性)和未燒結(jié)帶多層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)(設(shè)計的靈活性、構(gòu)件的小型化、低的加工費(fèi)用)。下面描述制造這樣一種電路板的工藝。(a)有多層厚膜電板的陶瓷基片這些多層板是由把預(yù)先制好電路的陶瓷基片(由上述第一段所述的方法制成)與(1)多層未燒結(jié)帶(由上述第二段所述的工藝制成)，(2)單未燒結(jié)帶片疊壓在一起，用激光鉆孔并重復(fù)多次制得，或者與(3)單未燒結(jié)帶片疊片在一起，用激光鉆孔和/或填滿通孔、燒結(jié)并重復(fù)多次。激光在按方案1、或方案2、方案3制成的層疊板上分別產(chǎn)生通孔或肓孔。表5是工藝和激光器參數(shù)的概要(b)無多無層厚膜電路的陶瓷基片用陶瓷基片半成品代替第Ⅰ步(方案1、2和3)中所描述的陶瓷基片，接下來的步驟相同。例子例1在陶瓷基片上印刷上30-60微米的未燒結(jié)的玻璃/陶瓷介質(zhì)厚膜，并干燥。用Q-轉(zhuǎn)換YAG激光器(CLS77W，由芝加哥激光系統(tǒng)公司制造)在表2所列的條件下鉆盲孔。CLS77W覆蓋8×8吋區(qū)域，電流標(biāo)志設(shè)置在+/-2密耳。以40、60、80、120或160密耳固定的間距(中心到中心距離)形成直徑4到7密耳的通孔。表6概述了結(jié)果。表6激光鉆孔速度與間距比較用于本例子的厚膜介質(zhì)合成物是透明/濾光系統(tǒng)(杜邦5704)或可結(jié)晶/濾光系列(杜邦QM41D和QM51D)、可結(jié)晶玻璃/濾光介質(zhì)。已經(jīng)注意到控制通孔集團(tuán)準(zhǔn)確性需要額外的電流等待，尤其在相鄰?fù)组g距大于60密耳的情況下。雖然8×8吋2覆蓋面積和6×4吋2覆蓋面積用一個操作步驟鉆孔(即不移動樣品名)，但光束位置控制系統(tǒng)裝備有大直徑的光學(xué)透鏡和較大的電動機(jī)，以使X和Y電流反射鏡之一和兩者轉(zhuǎn)動。然而，較大的反射鏡慣性需要的穩(wěn)定時間較長，超出了預(yù)定的電流等待時間。改善鉆孔速度的一個方法是用較小的光學(xué)系統(tǒng)和較輕的反射鏡制成激光系統(tǒng)。例2概述了用覆蓋面積為3×3吋2的激光系統(tǒng)的結(jié)果。當(dāng)要用激光鉆總面積大于3×3吋的部件時，需要協(xié)同臺盤移動。也發(fā)現(xiàn)，緊密的電流標(biāo)志控制(即+/-0.5密耳代替+/-0.2密耳)有利于提高通孔位置準(zhǔn)確度。對于較緊密的電流標(biāo)志，延遲激光束觸發(fā)時間有利于取消額外的電流等待。例2用具有3×3吋2覆蓋面積的CLS960(由芝加哥激光系統(tǒng)公司制造)對三種厚膜介質(zhì)混合物進(jìn)行激光鉆孔。激光器參數(shù)除電流標(biāo)志設(shè)置在+/-0.5密耳外，與表2所列的相同。并且鉆孔時無附加的電流等待。介質(zhì)混合物的唯一區(qū)別是氧化鈷的百分比含量，已發(fā)現(xiàn)氧化鈷是YAG有效的吸收物。表7比較了三種混合物，并列出了鉆孔所需要的激光功率。這有利于使用最小的激光功率，減少損壞導(dǎo)電電路的危險性(在多層厚膜情況下)，或者對介質(zhì)(厚膜或未燒結(jié)帶)預(yù)燒結(jié)帶)預(yù)燒結(jié)程度更低。該試驗(yàn)的原型有25個重復(fù)的通孔圖形，覆蓋區(qū)域?yàn)?×4吋2。最小間距約為20密耳。用對稱旅行塞爾斯曼問題的啟發(fā)式算法重新調(diào)整鉆削通孔的順序。整個通孔圖形分成四個像限，對各個象限進(jìn)行優(yōu)化，然后聯(lián)結(jié)在一起。由于實(shí)際的通孔圖形(4×4吋2)超過覆蓋面積(3×3吋2)，就需要移動樣品臺三次，以完成圖形。對于30微米厚的未燒結(jié)介質(zhì)厚膜混合物C，每個象限可達(dá)到每秒175個通孔的速度，這相當(dāng)于對于整個部件每秒170個通孔的普通速度。表7介質(zhì)材料與最大功率的比較<tablesid="table6"num="006"><tablealign="center">混合物ABB氧化鈷重量百分比鉆孔功率mW0180.5121.29</table></tables>例3本例子用了兩種未燒結(jié)帶介質(zhì)(A和B)，表8概述了它們的材料和工藝說明。通孔圖形與例2相同。表8</tables>例4本例使用“著色未燒結(jié)帶”，表9概述了其材料和工藝說明。通孔圖形與例2相同。為鉆通總計三層的未燒結(jié)帶，增加了脈沖數(shù)(與表8相比)然而，計算同時形成的通孔總數(shù)，有效輸出率增加了95%，氧化鈷顏料有助于減少所需要的激光功率，減小“著色未燒結(jié)帶”的厚度很可能使激光器鉆的孔比同時鉆三層更多，進(jìn)一步提高有效輸出量。表9</tables>權(quán)利要求1.在未燒結(jié)的薄層上快速形成預(yù)定大小的通孔圖形陣列的方法，其特征在于所述未燒結(jié)薄層包含分割成微小顆粒的介質(zhì)固體，散布于可燒蝕的有機(jī)介質(zhì)內(nèi)，可燒蝕有機(jī)介質(zhì)含有基本上不揮發(fā)的有機(jī)溶劑，薄層厚度為1-2000微米，所述方法包括下列步驟(a)對YAG激光源定位，使激光束對準(zhǔn)介質(zhì)層表面預(yù)定的位置上；(b)在介質(zhì)層表面預(yù)定的位置上發(fā)射多個YAG激光脈沖，頻率至少1KHz，激光束的特征是(1)光束直徑至少1密耳，但不大于要形成的通孔預(yù)定的直徑，(2)聚焦深度大于介質(zhì)層厚度，和(3)功率至少1W，脈沖數(shù)應(yīng)足以使激光束下區(qū)域內(nèi)的介質(zhì)穿通，有機(jī)介質(zhì)完全燒蝕而不被介質(zhì)固體密封，由此在如此形成的孔中留下分割成微小介質(zhì)顆粒的殘留物；(c)通過已編程的檢流計光束定位器，對激光源重新定位，使激光束對準(zhǔn)介質(zhì)層表面下一個預(yù)定的位置；和(d)以每秒至少50次的速率順序重復(fù)步驟(b)和(c)，在未燒結(jié)層上形成通孔圖形陣列。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于按照由對稱旅行塞爾斯曼問題啟發(fā)式解法得到的順序鉆孔，使在圖形陣列上形成通孔的速率最佳。3.一種形成具有預(yù)定直徑的互連的導(dǎo)電通孔的多層電路板的方法，其特征在于包含(a)提供一個未燒結(jié)介質(zhì)層，在其上用權(quán)利要求1的方法形成通孔圖形陣列;(b)除去通孔中的介質(zhì)顆粒殘留物;(c)用導(dǎo)電厚膜膠填充無殘留物的通孔，導(dǎo)電厚膜膠包含分割成微小顆粒的導(dǎo)電金屬和無機(jī)膠合劑，散布于液態(tài)有機(jī)介質(zhì)中;(d)敷上以適當(dāng)方式記錄有填滿的通孔的厚膜導(dǎo)電膠圖形，厚膜導(dǎo)電膠包含分割成微小顆粒的導(dǎo)電金屬和無機(jī)膠合劑，散布于液態(tài)有機(jī)介質(zhì)中;(e)對介質(zhì)層進(jìn)行燒結(jié)，使介質(zhì)層和厚膜膠中的有機(jī)介質(zhì)揮發(fā)，介質(zhì)固體度稠，厚膜膠中的無機(jī)膠合劑燒結(jié);和(f)重復(fù)(a)到(e)步多次，以足以形成所希望的電路層數(shù)，把在第一個順序時步驟(e)形成的燒結(jié)構(gòu)件外露的表面用作基片。4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于激光鉆孔的介質(zhì)層、填孔膠和導(dǎo)電厚膜層是按順序燒結(jié)的。5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于激光鉆孔的介質(zhì)層和填孔膠是一起燒結(jié)的，導(dǎo)電厚膜按順序燒結(jié)。6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于激光鉆孔介質(zhì)層是按順序燒結(jié)的，填孔膠和導(dǎo)電厚膜層是一起燒結(jié)的。7.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于激光鉆孔介質(zhì)、填孔膠和導(dǎo)電厚膜層是一起燒結(jié)的。8.一種形成具有預(yù)定直徑的互連的導(dǎo)電通孔的多層電路板的方法，其特征在于包含(a)提供一形穩(wěn)定陶瓷基片;(b)把包含有散布于液態(tài)有機(jī)介質(zhì)中的分割成微小顆粒的導(dǎo)電金屬和無機(jī)膠合劑的厚膜導(dǎo)電膠圖形敷在基片上，然后對厚膜進(jìn)行燒結(jié)使有機(jī)介質(zhì)揮發(fā)，無機(jī)膠合機(jī)燒結(jié);(c)在已燒結(jié)的導(dǎo)體圖形上和基片的外露區(qū)域敷上未燒結(jié)的介質(zhì)層，用權(quán)利要求1的方法在介質(zhì)層上形成通孔圖形陣列;(d)從通孔中除去介質(zhì)顆粒殘留物;(e)對介質(zhì)層進(jìn)行燒結(jié)，使有機(jī)媒介從介質(zhì)層上揮發(fā);(f)在燒結(jié)的介質(zhì)層上至少敷上一層附加的未燒結(jié)層，在附加的介質(zhì)層上形成記錄有底層介質(zhì)層通孔圖形的通孔圖形陣列;(g)從通孔中除去介質(zhì)殘留物;(h)對介質(zhì)層進(jìn)行燒結(jié)，使有機(jī)介質(zhì)從介質(zhì)層上揮發(fā);(i)用導(dǎo)電厚膜膠填充已燒結(jié)的介質(zhì)層上的通孔，導(dǎo)電厚膜膠包含分割成微小顆粒的導(dǎo)電金屬和無機(jī)膠合劑，散布于液態(tài)有機(jī)介質(zhì)中;(j)敷上包含散布于液態(tài)有機(jī)介質(zhì)中的分割成微小顆粒的導(dǎo)電金屬和無機(jī)膠合劑的厚膜導(dǎo)電膠圖形，對構(gòu)件進(jìn)行燒結(jié)，使介質(zhì)層和厚膜膠中的有機(jī)介質(zhì)揮發(fā)，厚膜膠中的無機(jī)膠合劑燒結(jié);和(k)重復(fù)第(c)到(j)步多次，以足以形成所希望的電路層數(shù)，把第一個順序?qū)Σ襟E(j)形成的燒結(jié)的構(gòu)件外露的表面用作基片。9.一種形成具有預(yù)定直徑的互連的導(dǎo)電通孔的多層電路板的方法，其特征在于包含(a)用疊合多個未燒結(jié)帶層的方法形成形狀穩(wěn)定的基片，并對疊壓的層燒結(jié);(b)把厚膜導(dǎo)電膠的圖形敷在基片上，厚膜導(dǎo)電膠包含分割成微小顆粒的導(dǎo)電金屬和無機(jī)膠合機(jī)，散布于液態(tài)有機(jī)媒質(zhì)中，然后對厚膜膠的進(jìn)行燒結(jié)，使有機(jī)媒介質(zhì)揮發(fā)，無機(jī)膠合劑燒結(jié);(c)在已燒結(jié)的導(dǎo)電圖形上和外露的基片區(qū)域敷上未燒結(jié)帶層，在未燒結(jié)帶層上用如權(quán)利要求1的方法形成通孔圖形陣列;(d)除去通孔中的介質(zhì)顆粒殘留物;(e)用導(dǎo)電厚膜膠填充無殘留物的通孔，導(dǎo)電厚膜膠包含散布于液態(tài)有機(jī)媒介中的分割成微小顆粒的導(dǎo)電金屬和無機(jī)膠合劑;(f)重復(fù)步驟(b)和(e)多次，以足以形成所希望的電路層數(shù)，把在第一個順序時步驟(d)形成的燒結(jié)的構(gòu)件外露的表面用作基(g)對步驟(e)來的構(gòu)件進(jìn)行燒結(jié)，使導(dǎo)電膠和未燒結(jié)帶層中的有機(jī)媒介質(zhì)揮發(fā)，厚膜膠中的無機(jī)膠合劑燒結(jié);(h)在步驟(g)形成的通孔已填滿的已燒結(jié)構(gòu)件上敷上厚膜導(dǎo)電膠圖形，厚膜導(dǎo)電膠包含分割成微小顆粒的導(dǎo)電金屬和無機(jī)膠合機(jī)散布于液態(tài)有機(jī)媒介中;和(i)對步驟(h)形成的構(gòu)件進(jìn)行燒結(jié)，使導(dǎo)電厚膜膠中的有機(jī)介質(zhì)揮發(fā)，厚膜膠中的無機(jī)膠合劑燒結(jié)。全文摘要本發(fā)明涉及在多層電子線路板上快速形成通孔圖形的方法，每個通孔由受控制的多個Nd:YAG激光束脈沖鉆削形成。光束定位器由編程電流光束定位器控制。用對稱移動塞爾斯曼問題的漸近算法最優(yōu)控制鉆孔順序。文檔編號B23K26/02GK1069157SQ9210907公開日1993年2月17日申請日期1992年7月31日優(yōu)先權(quán)日1991年8月1日發(fā)明者卡爾·巴森·王申請人:E·I·內(nèi)穆爾杜邦公司