PCB是電子信息產(chan) 業(ye) 重要的配套，PCB行業(ye) 技術的發展需要適應下遊電子終端設備的需求。

目前，電子產(chan) 品主要呈現出兩(liang) 個(ge) 明顯的趨勢：輕薄短小和高速高頻，下遊行業(ye) 的應用需求對PCB的精密度和穩定性都提出了更高的要求。

近年來，隨著智能終端、智能可穿戴設備、5G及雲(yun) 計算等產(chan) 業(ye) 持續發展，柔性板及剛撓結合板、HDI板、IC載板市場需求保持持續增長。PCB導體(ti) 線、孔的數量、大小和結構等將會(hui) 發生大的變化；導線越來越小、越少化，甚至無線化；導通孔會(hui) 越來越小、越多化，甚至全導通孔化。因此，信號在PCB導體(ti) 內(nei) 的傳(chuan) 輸過程會(hui) 越來越多的在孔中進行。由於(yu) 導通孔的尺寸、表麵狀態等會(hui) 直接影響到PCB板信號傳(chuan) 輸的穩定性和效率。因此如何製造出高質量的微孔將成為(wei) PCB製造中急需解決(jue) 的問題。

表1：2019-2023年PCB產(chan) 品最小線寬要求演進（μm）

一、市場上主流的PCB鑽孔機

在線路板上微孔加工最常用方法有數控機械鑽孔和激光鑽孔。

目前對於(yu) 直徑大於(yu) 150μm的通孔主要使用數控鑽床加工。當孔徑/孔間距大於(yu) 150μm/100μm時，機械鑽孔的效率會(hui) 比較高。但是機械式微孔加工方式在孔尺寸和位置精度方麵已逐漸不能滿足微孔加工的要求。主要原因：(1)直徑微小的鑽頭剛性弱，在高速旋轉鑽孔時極易彎曲，造成鑽孔位置偏差；(2)鑽頭極細，壽命短，易折斷，在鑽150μm以下的微孔時，成本大幅提高。

孔徑小於(yu) 150μm的微孔和盲孔大多采取激光鑽孔的方法。

PCB行業(ye) 中的激光器鑽孔機以用於(yu) 軟板鑽孔的UV激光鑽孔機和用於(yu) 硬板鑽孔的CO₂激光鑽孔機為(wei) 主，以超快激光鑽孔機和配置有兩(liang) 種波長激光器的複合波長激光鑽孔機作為(wei) 輔助。

二、激光鑽孔的技術需求

2.1  柔性板  

柔性線路板廠量產(chan) 雙麵板盲孔和通孔的孔徑都以100μm和75μm為(wei) 主，也有量產(chan) 50μm的孔，但生產(chan) 數量和頻率都很少。

有些廠商為(wei) 生產(chan) 密度更高的FPC做準備，已經開始驗證能鑽30μm微孔的機器。現有的UV鑽孔機基本能滿足柔性線路板行業(ye) 的鑽孔需求，但隨著5G的大量使用，一些複合材料開始出現，傳(chuan) 統UV激光器無法滿足鑽孔需求，需要使用超快激光鑽孔機進行鑽孔。

2.2  HDI板  

HDI板，使用微盲埋孔技術的一種線路分布密度比較高的電路板，介電層中參雜有玻纖紗層，是硬板的一種，在PCB中占有很大的比例。目前量產(chan) 的HDI板通孔孔徑以75-150μm為(wei) 主。

2.3  IC載板  

IC載板是近年來興(xing) 起的新型高端PCB產(chan) 品，被稱為(wei) PCB皇冠上的明珠。IC載板在HDI板的基礎上發展而來，是適應電子封裝技術快速發展的技術創新，具有高密度、高精度、高性能、小型化以及輕薄化等優(you) 良特性。

目前量產(chan) 的微孔孔徑主要在50-100μm，最小量產(chan) 孔徑可以達到30μm。

IC載板的介電層分兩(liang) 大類：BT和ABF。BT層主要含有玻纖紗層，目前以CO₂激光鑽孔機為(wei) 主，也有一些使用綠光超快激光器可以鑽40μm的微孔。據報道ABF載板上，激光鑽孔的最小孔徑可以達到5μm。

三、激光鑽孔的原理

激光器的波長可以從(cong) 紫外到紅外（如圖1），目前工業(ye) 上常用的有UV激光器、可見光激光器、IR激光器、CO₂激光器等。激光器按脈衝(chong) 長度可以分為(wei) ：連續激光器、準連續激光器、納秒激光器、皮秒激光器，飛秒激光器等。不同類型激光與(yu) 材料作用的機理和效果有很大差別。

目前，業(ye) 內(nei) 普遍使用的激光鑽孔機根據光源可以分為(wei) 兩(liang) 類：355nm波長的UV納秒激光鑽孔機和9400nm波長的CO₂激光鑽孔機。

圖1 激光器的波長分布（資料來源：華秋電子）

如圖2所示，PCB板中常用的基材有銅箔、樹脂和玻纖對不同波長的吸收率有很大的差異：銅箔對UV的吸收率很高，對CO₂的吸收率很低；樹脂和玻纖對不同波長的吸收率差異很大，樹脂對UV和CO₂的吸收率都很高，玻纖對CO₂激光的吸收率較高。

圖2 PCB主要基材對光譜的吸收率（資料來源：華秋電子）

由於(yu) 基材對不同波長的激光吸收差異很大，因此，使用什麽(me) 波長的激光鑽孔機主要取決(jue) 於(yu) 介電層的材料：介電層隻有樹脂基板使用UV激光鑽孔機，介電層中有玻纖基板使用CO₂激光鑽孔機。

3.1  UV納秒激光鑽孔 

圖3 傑普特UV激光鑽孔機鑽孔效果

UV激光鑽孔的機理主要是光化學燒蝕：短波長激光的光子具有很高的能量（超過2eV）。高能量的光子能破壞有機材料的長分子鏈，使其成為(wei) 微粒，脫離加工材料。在持續外部UV激光的作用下，基板材料不斷逸出，形成微孔。

UV激光鑽孔主要特點：以光化學燒蝕為(wei) 主，熱燒蝕的反應很少，產(chan) 生的碳化物也很少，孔化前清理非常簡單;能直接去除銅，可以直接進行鑽孔，鑽孔前不需要對銅做前處理；目前，常用的幾款UV激光鑽孔機能鑽的孔最小尺寸為(wei) 25μm。

3.2  CO₂光鑽孔  

如果介電層材料有玻纖一般會(hui) 選用CO₂鑽孔機。CO₂激光鑽孔的原理主要是光熱燒蝕：被加工的材料持續吸收高能量的激光，在極短的時間被加熱到熔化，然後溫度繼續上升使材料氣化，最後蒸發形成微孔。

在實際生產(chan) 中一般是采用超薄銅箔直接燒蝕的工藝方法。步驟如下：將銅箔厚度由12μm經腐蝕減薄，控製在9μm左右;對銅箔進行棕化或黑化，使銅麵粗糙且呈深色，有利於(yu) 能量的吸收；用激光先去除銅層，然後去除介電層，實現鑽孔。

CO₂激光鑽孔速度遠大於(yu) UV激光鑽孔。但鑽孔前後都需要做處理。

由於(yu) 衍射極限存在，CO₂激光通過光學透鏡最小隻能被聚焦到35μm左右。實際量產(chan) 中一般會(hui) 鑽75-150μm孔徑的孔。

圖4  CO₂激光鑽孔機鑽35μm的孔(資料來源：Via Mechanics官網)

3.3  超快激光鑽孔  

隨著超快激光器在工業(ye) 上的應用越來越廣泛和PCB行業(ye) 對孔徑、孔型的要求越來越高，有設備產(chan) 商開始嚐試使用超快激光器對PCB基材進行鑽孔。

圖5 納秒和超快激光與(yu) 材料作用機理對比

超快激光具有超高峰值功率、超短脈寬和作用時間短等特點，加工時在材料內(nei) 部的熱擴散距離短，具有非熱熔加工特性，在微納加工方麵有著獨特的優(you) 勢。超快激光器加工消除了“熱損傷(shang) ”和“熱致內(nei) 應力”等的缺陷，用於(yu) PCB鑽孔有3個(ge) 明顯的優(you) 勢：

（1）、幾乎可適用於(yu) 製造業(ye) 中所有材料進行加工；

圖6 不同激光鑽孔機加工PTFE材料效果

如圖7所示，UV納秒激光鑽孔機完全無法用於(yu) 介電層為(wei) PTFE的材料的鑽孔，UV皮秒鑽孔可以將膠內(nei) 縮控製在10μm內(nei) 。

（2）、鑽孔的質量接近完美。如圖7所示，超快激光鑽孔解決(jue) 了長脈衝(chong) 激光器加工後，孔壁有熔融成球、火山口、孔底有殘膠、玻纖突出等問題；

圖7 不同脈寬激光器鑽孔效果（資料來源：鬆山湖材料實驗室）

（3）、加工的導通孔，由於(yu) 孔壁粗糙度（≤0.1μm）很低，在高頻化信號傳(chuan) 輸中可明顯減少信號傳(chuan) 輸損失和失真，特別是在疊孔結構的封基板裝中有著極好的信號傳(chuan) 輸性能。

結束語

綜上，目前PCB製造中，大於(yu) 150μm的通孔以機械在鑽孔為(wei) 主；含有玻纖材料的50-150μm的導通孔以CO₂激光鑽孔機鑽孔為(wei) 主，不含玻纖的材料以UV激光鑽孔機鑽孔為(wei) 主。UV和CO₂兩(liang) 種鑽孔機能勝任現階段絕大多數PCB導通孔的鑽孔。

但隨著PCB的尺寸向小型化發展和信號傳(chuan) 輸向高頻發展，需要鑽孔的孔徑越來越小，孔的質量要求越來越高，介電層的材料不斷新增，傳(chuan) 統的激光鑽孔方式將會(hui) 和數控機械鑽孔機一樣逐漸無法滿足鑽孔需求。

超快激光鑽孔不會(hui) 存在著對周圍區域熱擴散和熱傳(chuan) 導的現象，加工的導通孔孔壁沒有熔融成球、火山口、孔底有殘膠、玻纖突出等問題，幾乎能去除所有較薄的材料。這種鑽孔質量接近完美的激光鑽孔方式將會(hui) 在PCB製造中被廣泛應用。（本文作者：朱良琴，來源：“深圳市賽姆烯金科技有限公司”微信公號，參考文獻略）