目前在全球迅速擴張的高性能手持設備（如智能手機和平板電腦）在行業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。在這些設備內部，是通過高密度互連(High-Density Interconnection, HDI)技術制成的多層印刷(Printed Circuit Board, PCB)，這些上的電傳導是由層間導孔的電連接來控制的。目前CO 2 激光鉆孔機廣泛應用于加工層間導孔。 PCB材料是一種復合材料，包括：形成電路的銅箔，確保電氣絕緣的樹脂，以及增強機械強度的玻璃纖維。直徑為100μm或更小的高質量導孔，可使復合材料實現(xiàn)高密度互連。隨著在復合、高質量鉆孔加工的發(fā)展，CO 2 激光鉆孔在HDI板制造工藝中變得日益重要，可獲得極好的生產效率和經濟效率。 1991年，IBM公司引入感光成孔技術實際應用于HDI的生產，這種技術可使板上各層之間通過大量導孔連接。雖然感光成孔工藝在生產效率方面突出，但是大多數(shù)導孔是在輻照工藝中加工完成，的材料僅限于光敏樹脂。而且，以往用玻璃纖維來加強的機械強度，在感光成孔工藝中卻不適用；另外，在控制化學過程中也存在困難。正是因為這些局限性，感光成孔工藝最終沒有得以廣泛應用。 當時激光鉆孔被視為是一種可替代的技術。最初，準分子激光器和TEA CO 2 激光器被用于加工導孔。然而，準分子激光器在可靠性和維護成本上面臨挑戰(zhàn)，而TEA CO 2 激光器也面臨著生產效率的問題，因為它最高的重復頻率只有500赫茲。 為解決激光鉆孔應用中的問題，三菱電機公司在1996年獨立開發(fā)了一種CO 2 激光器，可以產生峰值功率超過10千瓦、微秒級短脈寬的脈沖，而且其高重復頻率達kHz級。在這個CO 2 激光器內部，基于MOSFET的高壓、高速開關逆變電源和介電放電電極能夠產生一個穩(wěn)定、無聲放電(Silent Discharge, SD)，它們被集成在諧振器的三軸交叉氣流裝置中。圖1所示，高峰/短脈沖CO 2 激光器能夠發(fā)射1μs到100μs的脈寬范圍——其他普通的氣流型CO 2 激光器則不能以這樣的脈沖模式運行。這種無與倫比的性能有助于控制PCB各復合材料上的熱影響，實現(xiàn)以高生產率加工理想的、高質量導孔。圖2所示的CO 2 激光鉆孔設備裝置了CO 2 激光器，并與高速高精度振鏡掃描系統(tǒng)以及f-θ透鏡結合起來。這種激光鉆孔系統(tǒng)中，激光光束被分束器分成兩個相同的光束，傳輸?shù)窖b有掃描振鏡和f-θ透鏡的兩個加工頭，通過同時加工兩個PCB板以提高生產率。圖3是銅直接鉆孔的范例，它顯示了常見的高密度板制造工藝。這種盲孔工藝通過激光穿透銅箔表面，在樹脂層上鉆孔，然后在內層銅的表面上停住。在銅直接鉆孔過程中，要保證高能激光脈沖快速“射擊”在同一加工點，因為銅是一種高導熱材料。CO 2 激光器以其特有的高峰值功率激光脈沖，能夠在銅箔表面的加工性能較好，而且優(yōu)質的盲孔通常有著光滑的孔壁表面，在激光鉆孔之后再進行電鍍工藝，也不會破壞孔的結構完整性。除了HDI板的加工應用，CO 2 激光器的盲孔加工技術還應用于內置硅集成電路芯片的半導體封裝工藝中。半導體封裝有兩種類型的層：一個核心層，以確保的剛性，另一個是積層，以形成電氣接口與硅集成電路芯片的超細電路。由于硅集成電路芯片的高度集成，半導體封裝必須結合高密度互連電路。在這一領域，該技術要求在積層上加工微米級的盲孔，直徑小于50μm；以及在核心層加工直徑100μm的小通孔。圖4顯示了采用CO 2 激光器加工的盲孔和小通孔。至于微米級盲孔，曾經由紫外激光器加工直徑40μm級的盲孔，現(xiàn)已由CO 2 激光鉆孔設備實現(xiàn)，該設備安裝了高性能f-θ透鏡，使光學畸變減至最小。此外，這一最新的激光鉆孔設備能夠用四束分束的激光同時加工四個孔，達到每秒4500個孔的高速加工。這種CO 2 激光器微孔加工方式比紫外激光器具有更好的經濟效率，證明了它有利于降低高端半導體封裝的生產成本。 采用激光加工通孔的方法不同于盲孔加工工藝，該方法已應用于頂端和底部均為銅層的上。該方法是采用激光鉆孔，先從板材的一側加工到中間層，然后從板材另一側的同一位置再做鉆孔加工，從而得到一個通孔。典型的激光鉆孔振鏡位置精度小于±10μm，使得雙面的鉆孔之間，直徑小于100μm的通孔沒有移位。由于激光加工通孔可以解決常規(guī)機械鉆孔所帶來的問題，即鉆頭成本、生產率和孔的定位精度，而激光加工通孔的技術正迅速普及。 CO2激光鉆孔不僅應用在加工之中，也廣泛用于制造多層陶瓷電容器（Multi-Layer Ceramic Capacitor, MLCC），這種電容器大量用于手持設備。對于MLCC，燒結之前的陶瓷板被稱為“綠片”，是一個激光加工的目標材料。高峰值/短脈沖CO 2 激光器很適合在綠片上高速加工出高質量、極微小的孔洞。作為不可或缺的生產工具，有數(shù)百臺三菱電機CO 2 激光鉆孔設備在MLCC制造領域內運行。 隨著半導體封裝制造業(yè)內整體上強化成本驅動的趨勢，CO 2 激光鉆孔對半導體封裝行業(yè)頗具吸引力。盡管CO 2 激光器并非尖端的新型激光器，但它在工業(yè)應用方面，的確是一種優(yōu)秀、可靠、經濟的激光器。CO 2 激光鉆孔有望在未來發(fā)展成為一個有用的加工方式，應用于PCB制造業(yè)。