【導讀】 傳統機械鑽削難以滿足高密度PCB微細孔的加工要求。試驗表明，通過對激光波長模式、光斑直徑和脈衝寬度等參數的精確控制，及利用激光束對材料相互作用的效應加工高密度PCB
微孔，不僅能達到的較好加工質量，同時還體現出激光打孔快速、精準的優勢。
便攜多功能電子產品對印刷電路板（PCB）的要求很高。為了能將眾多元器件緊密互聯在有限面積內，並保持線路工作穩定。其電路板密度越來越高，如：孔徑和線寬進一步縮小，相互之間距離與精度不斷提高，徑深比不斷加大。電路層數可達十層以上。在同一層板上的微孔數達50000多個而間距卻小到0.05mm，孔徑要求小於150μm。這樣的印刷電路板若採用機械鑽削，存在鑽頭材質、冷卻、排屑、加工定位等難以克服的困難，而應用激光加工則可較好地滿足質量要求。
1 激光束的應用
高密度PCB板是多層結構，激光加工的原理是利用激光柬聚焦在PCB表面，使材料瞬間燒熔、汽化形成小孔。應用激光打孔時需對光束波長、模式、直徑和脈衝等參數進行合理選取和精確控制。
1.1 光束波長與模式對加工的影響
圖1 4層PCB剖面圖
從圖1可知，打孔時激光首先是對銅箔加工，而銅對激光的吸收率隨波長增加而增加，高密度PCB為了增加集成度，每層銅箔僅為18μm，而銅箔下的樹脂基材對二氧化碳激光的吸收率很高（約82％），這就可利用二氧化碳激光對PCB直接開孔。
激光束的橫模模式對激光發散角、能量輸出都有很大的影響，為獲得足夠的光束能量首先要有一個好的光束輸出模式。理想的狀態是形成如圖2所示的低階高斯模態輸出。這樣可獲得很高的能量密度，為光束在透鏡上良好地聚焦提供前提條件。
圖2 低價高斯模態能量分佈
1.2 微細孔的獲得
在光束的波長和模式選定後，要在PCB上獲得理想的孔，必須對光斑直徑進行控制，只有光斑的直徑足夠小，能量才能集中燒蝕板材。入射直徑越大，聚焦後的光斑越小。在其他條件都確定的情況下，縮短焦距有利於縮小光束直徑。
1.3 光束脈衝的影響
打孔採用多脈衝激光，同時脈衝激光功率密度至少要達到銅箔的蒸發溫度。因為單脈衝激光在燒穿銅箔後能量已減弱，無法對下面的基材進行有效的燒蝕，會形成如圖3a所示的情況，這樣無法形成導通孔。但是打孔時光束的能量也不宜過高，能量過高。在打穿銅箔後會對基材的燒蝕過大，產生如圖3b所示的情況，不利於電路板的後期處理。微孔形成如圖3c所示的那種略帶錐度的孔型最為理想，這種孔型可為後續的敷銅處理提供便利。
圖3 不同能量激光加工出的孔型
為實現圖3c所示孔型，可採取前置高峰的脈衝激光波形（圖4），前端較高的脈衝能量可燒蝕銅箔，後端較低能量的多重脈衝可燒蝕絕緣基材並使孔不斷加深直至下層銅箔。
圖4 脈衝激光波形
2 激光束效應
由於銅箔和基材的材料特性有很大的不同，使激光束和電路板材料相互作用而產生多種效應現象，這對微細孔的孔徑、孔深、孔型等都有重要的影響。
2.1 激光的反射與吸收
激光與PCB相互作用首先是從入射激光被表面銅箔反射和吸收開始的，由於銅箔對紅外波長二氧化碳激光吸收率極低，使加工困難、效率極低。被吸收的那部分光能會使銅箔材料的自由電子動能增加，其中大部分再通過電子與晶格或離子的相互作用轉化為銅箔的熱能。這表明在提高光束質量的同時必須要對銅箔表面進行前期處理。可在銅箔表面塗敷增加吸收光的材料，提高它對激光的吸率。
2.2 光束效應的作用
小孔效應對加強激光打孔過程中光能的吸收具有極其重要的作用，由於等離子體吸收，會使穿過小孔到達小孔底部的激光功率密度下降，而小孔底部的激光功率密度對產生一定的汽化壓強以維持一定深度的小孔是至關重要的，它決定了加工過程的穿透深度。
綜上所述，應用激光加工技術可極大地提高高密度PCB微孔的打孔效率。
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