從(cong) 產(chan) 業(ye) 鏈信號來看，M9 等級高速材料及其對應的混壓工藝已被多家頭部 PCB 廠商在公開信息中提及，顯示相關(guan) 材料與(yu) 製造路線正由驗證階段向量產(chan) 鏈路推進。

需要強調的是，M9 的規模化應用並不隻取決(jue) 於(yu) 材料性能本身，更取決(jue) 於(yu) 製造端的現實能力——包括加工工藝是否具備穩定量產(chan) 窗口、良率能否長期受控以及成本是否具備下降空間。製造能力已成為(wei) 製約 M9 放量節奏的核心因素，也為(wei) 後續先進加工技術的引入奠定了背景。

從(cong) 材料加工機理看，超快激光的核心特征在於(yu) 脈衝(chong) 持續時間極短、瞬時峰值功率高、能量沉積時間遠短於(yu) 材料的熱擴散時間尺度。在激光與(yu) 材料相互作用過程中，能量主要在電子體(ti) 係內(nei) 完成沉積與(yu) 躍遷，隨後材料發生快速相變或直接去除，而熱量尚未來得及向周圍區域擴散。

這一特性使得超快激光在加工過程中形成的熱影響區顯著縮小，微裂紋、分層及界麵熱損傷(shang) 風險同步降低，尤其適合M9 這類脆硬、複合、多界麵且結構高度集成的高速材料體(ti) 係。

M9的核心特性為(wei) 擁有極低的介電常數與(yu) 損耗因子，為(wei) 實現複雜的增強體(ti) 係，如圖1所示為(wei) M9材料的結構示意圖，通常采用特種碳氫樹脂與(yu) 石英纖維布作為(wei) 增強材料，這與(yu) 普通FR-4用的環氧樹脂和E-玻璃纖維有本質區別。

而激光加工M9材料的核心挑戰主要體(ti) 現在高性能樹脂有著極強的熱敏感性，傳(chuan) 統激光的熱效應會(hui) 破壞樹脂分子結構，導致碳化、Dk和Df劣化；除此之外，介質中包含的石英纖維與(yu) 樹脂的燒蝕閾值和機製差異巨大，極易導致加工後出現纖維突出、樹脂凹縮、孔壁粗糙等問題。

因此，加工M9不是簡單的“打孔”，而是一套以 “無熱損傷(shang) ” 為(wei) 最高準則的精密係統工程，超快激光作為(wei) 滿足M9材料激光加工高質量要求的“技術必然路徑”，筆者將從(cong) 原理上來解釋。

圖1 M9材料的結構示意圖

激光加工M9材料主要是利用特定波長與(yu) 脈寬的激光與(yu) 材料發生相互作用，通過光化學與(yu) 光物理過程實現材料的精密去除，其終極目標是在形成所需微結構的同時，最大限度地保持M9材料原有的優(you) 異電學性能。

激光波長是材料被精密加工時吸收率和燒蝕程度的影響因素之一，一般來說，銅和絕緣基材對波長小於(yu) 0.38 μm 的紫外激光有著較好的吸收率，且紫外激光作用下銅與(yu) 絕緣基材對紫外激光吸收率相差較小，有利於(yu) 實現覆銅板不同層材料的同步燒蝕，同時紫外飛秒激光加工的非線性相互作用，紫外飛秒激光原則上可加工任何材料。

同時，飛秒激光具有極短脈衝(chong) 寬度，單脈衝(chong) 激光與(yu) 材料作用時間短至10^-15 s，脈衝(chong) 寬度遠小於(yu) 熱擴散時間，可最大限度地減小微孔加工熱損傷(shang) 。

筆者從(cong) 微觀尺度來分析，激光加工金屬的過程可以分為(wei) 非熱燒蝕和熱燒蝕兩(liang) 個(ge) 部分，其分隔界限為(wei) 電子-聲子耦合的時間節點為(wei) 皮秒量級。

一般長脈衝(chong) 激光由於(yu) 其較長的脈寬約10^-9s，激光作用於(yu) 金屬材料時能量傳(chuan) 遞過程完整，包含電子、聲子與(yu) 晶格間的多步耦合及充分的熱擴散，這會(hui) 導致顯著的熱傳(chuan) 導效應和熱影響區，材料主要通過熔化和部分汽化的熱力學機製被去除，加工邊緣因此產(chan) 生明顯的重熔層、熔渣和碎屑。

而飛秒激光因其極短的脈衝(chong) 寬度，能量在電子-聲子耦合發生前已被電子迅速吸收，導致電子溫度急劇升高，隨後通過電子-聲子-晶格耦合，晶格溫度在飛秒時間內(nei) 瞬間上升，使材料直接汽化或轉化為(wei) 等離子體(ti) ，從(cong) 而實現幾乎無熱熔效應的“非熱熔性”加工。

對於(yu) 非金屬材料來說，光化學的非輻射衰變是激光實際加工過程中去除材料最主要的機製，是通過化學反應的方式來實現能量的豫弛，這種衰變在微觀上表現為(wei) 分子的化學鍵斷裂，在宏觀上是材料發生光降解分解為(wei) 其它物質來實現物質的遷移。

此外，在加工環境中存在的氧氣會(hui) 作為(wei) 促降解物質參與(yu) 到化學反應中，實際激光所引發的化學反應為(wei) 光化學反應和光氧化混合反應兩(liang) 種方式，紫外飛秒激光的獨特物理機製，為(wei) 其實現M9材料的冷精密加工提供了理論上的可行性。

然而，要將這一理論潛力轉化為(wei) 穩定、高效、高質量的加工現實，必須對激光與(yu) 材料相互作用過程中的能量投放時空序列進行精確控製。這直接依賴於(yu) 對重複頻率、單脈衝(chong) 能量、掃描速度、光斑重疊率等核心工藝參數的協同優(you) 化。

在概述各工藝參數對加工效果影響前需分析飛秒激光作用下微孔的成形及演變過程，如圖2所示為(wei) 微孔加工方式示意圖，加工係統將采用同心圓路徑環形加工方式燒灼微孔邊緣材料，其中圖 2(b)灰色小圓形為(wei) 激光脈衝(chong) 與(yu) 材料作用區域。 

圖2 微孔加工方式 

M9材料作為(wei) 一種高性能的層壓複合材料，其微孔激光成型過程遵循多層異質材料的順序加工原理。

筆者推測飛秒激光加工M9微孔的材料去除過程如圖3所示，激光照射銅層初始階段，銅首先氣化，隨著加工進行，材料溫度上升，其對激光的吸收率增加，燒蝕機製轉為(wei) 熱熔燒蝕，形成附著於(yu) 孔壁的碎屑。

此階段能量密度較高，可激發銅蒸氣電離形成等離子體(ti) 。燒蝕末期，熱量通過銅層傳(chuan) 導至下層基材，可能導致其受熱分解。

夾層介質燒蝕階段核心在於(yu) 有機樹脂與(yu) 無機纖維對激光的響應存在本質差異，紫外飛秒激光對碳氫樹脂基體(ti) 主要誘發非線性吸收與(yu) 光化學冷燒蝕，能將熱影響與(yu) 碳化降至最低，並通過樹脂瞬時氣化產(chan) 生的高壓蒸汽流為(wei) 材料排出提供主要動力；而對於(yu) 石英布，激光能量則主要引發其超快熱熔融。

介質的去除並非獨立，樹脂劇烈氣化產(chan) 生的高速蒸汽對熔融石英纖維網絡形成強烈的流體(ti) 剪切作用，能實現有效的機械剝離。然而，該過程也麵臨(lin) 關(guan) 鍵挑戰：熔融石英易因表麵張力凝結成球或形成重鑄“骨架”殘留於(yu) 孔壁，影響清潔度；若參數不當，還可能在兩(liang) 種材料界麵引發微觀分層。

圖3 飛秒激光加工M9微孔的材料去除過程示意圖:(a)首層銅燒蝕初始階段、（b）首層銅燒蝕結束階段、（c）基材燒蝕初始階段、（d）基材燒蝕結束階段

筆者基於(yu) 以上紫外飛秒激光加工M9材料的原理，已使用自主研發的超快鑽孔設備加工M9材料，此次M9材料來自國內(nei) 某大廠，分別加工70、80、100 μm的盲孔來檢測加工效果，盲孔效果圖如表1所示：

表1 超快鑽孔設備加工M9材料表格

如表1所示，設定的 BVH 值（70 μm, 80 μm, 100 μm）與(yu) 最終加工出的孔徑（70.982 μm, 80.773 μm, 99.138 μm）在誤差允許範圍內(nei) ，盲孔圓度在所有孔徑下均高於(yu) 98%，最高達 99%。

這表明飛秒激光加工出的孔形狀非常規則，接近理想圓形，除此之外我們(men) 可以看出盲孔的錐度隨著孔徑的增加而顯著增加，這表明在加工更小、更深的孔時，孔的側(ce) 壁傾(qing) 斜會(hui) 更明顯，這可能與(yu) 激光光束的聚焦特性、景深或加工過程中的等離子體(ti) 、碎屑屏蔽效應有關(guan) 。

為(wei) 了進一步更好地分析飛秒激光加工M9材料的工藝效果和一致性，我們(men) 進行了整板加工，如圖4展示了整板中任意位置不同孔徑大小盲孔的孔表麵和孔底的形貌圖。

從(cong) 圖中我們(men) 可以見該工藝能夠實現孔徑在70 μm至100 μm範圍內(nei) 精確可調的微盲孔加工，孔表麵和孔底形態一致，平整，表明加工過程中深度控製良好，無明顯錐度或底部不均勻現象。

圖4 飛秒激光加工 M9 材料盲孔的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像

在PCB/HDI製造行業(ye) ，加工後的孔隻是一個(ge) 物理結構，我們(men) 隻能評估其尺寸、形狀和表麵形貌，鍍銅後的孔才是一個(ge) 電氣互連功能件，它綜合反映了激光加工的質量，前處理、化學沉銅工藝的質量，電鍍工藝的質量，反映了最終產(chan) 品的可靠性。

為(wei) 了綜合考驗超快鑽孔設備加工M9盲孔是否合格，我們(men) 將加工後的M9整板經過化學沉銅和電鍍等工藝，得到了如圖5所示的60 μm、70 μm、75 μm電鍍後的切片圖：

表2 超快鑽孔設備加工M9材料電鍍後切片圖

根據表2可以得出以下結論：該飛秒激光加工在60-100 μm孔徑範圍內(nei) 實現了高質量的盲孔製造，電鍍前後對比表明，孔形規整、孔壁潔淨、底部平整，銅層覆蓋均勻完整且結合緊密，無鍍銅缺陷，三種孔徑均表現出良好的工藝一致性與(yu) 可鍍性，說明該工藝窗口寬、適應性強，具備高可靠性與(yu) 量產(chan) 潛力。