HiPA新闻--深圳市杰普特光电股份有限公司

HiPA激光微孔钻孔解决方案

2023-01-04

一、激光钻孔行业应用与发展现状

柔性电路板简称FPC，广泛应用于微小型电子产品、5G手机、笔记本电脑、新能源汽车等消费性电子产品，作为电子互连件连接产品器件。随着3C类产品不断迭代更新，使用柔性线路板，不只设计体积相对缩小，整体产品的体积也可因板材特性而大幅减少。

表1. 激光钻孔技术与普通钻孔技术对比表

应用于电路板行业的激光微孔钻孔设备需要比较高的激光控制技术，目前这种核心技术主要由美国、韩国以及国内的少量厂商掌握，但国内的产品普遍存在微孔锥度、圆度质量不够稳定、激光功率稳定性差、钻孔定位精度没有国外厂商高的问题，导致国内PCB工厂更愿意从国外厂商进口此类设备。然而国外设备不仅价格昂贵，而且交期也不稳定。随着国际竞争形势越趋严峻，一旦美国、韩国停止对我国供应该设备，国内PCB厂商的生产将受到重大影响，并将引发一系列的产品供应链问题。

二、激光钻孔原理与技术优势

1、激光成孔的原理

激光是指原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级的时候，所释放的能量以光子的形式放出。其中红外光和可见光具有热能，紫外光具有光学能。激光照射到工件的表面时会发生三种现象，即反射、吸收和穿透。激光钻孔的原理就是使用激光迅速照射在加工点使其产生热烧蚀和光化学烧蚀反应，从而除去需要加工的材料。

图1. 激光成孔原理示意图

2、激光钻孔的两种形式

（1）光热烧蚀：指被加工的材料吸收高能量的激光，在极短的时间内被加热到熔化并蒸发掉从而成孔的原理。使用此种方法，基板材料受到高能量的作用所形成的孔壁上会留下炭化残渣，在孔化前必须进行清理。

（2）光化学烧蚀：是指紫外线区所具有的超过2eV电子伏特的高光子能量、激光波长超过400nm的高能量光子起作用的结果。这种高能量的光子能够破坏有机材料的长分子链，使其成为更小的微粒，因其能量大于原分子，能够在外力的掐吸作用下从原材料中逸出，使基板材料被快速除去而形成微孔。因此种工艺方法不含热烧形式，不会产生炭化现象。所以孔化前清理就非常简单。

图2. 光热作用与光化学烧蚀

3、激光钻孔工艺

1【单脉冲打孔和冲击打孔】单脉冲打孔：在最简单的情况下，通过脉冲能量相对比较高的单脉冲激光束可以非常快地生成很多孔眼。冲击打孔：使用脉冲能量和脉冲周期很小的多脉冲激光束生成孔眼。冲击打孔工艺所产生的孔眼比单脉冲打孔深度更大、加工更精确。此外，冲击打孔工艺可以使孔眼直径比较小。

2【旋切钻孔】在旋切钻孔时，同样由多脉冲激光束生成孔眼。首先，激光器利用冲击打孔工艺打出一个初始孔，然后再在工件上方几个越来越大的环形轨道中移动，将初始孔扩大。在这个过程中，绝大部分的工件材料熔体向下从孔眼中被推出。

3【螺旋打孔】与旋切钻孔不同，螺旋打孔时不生成初始孔。在开始发射激光脉冲时，会在工件上方的一个环形轨道中移动，使很多材料向上溢出。激光器的运动轨迹就如同一个螺旋楼梯，逐渐向下伸。在这个过程中可以一直引导焦点的位置，使其始终位于孔眼的底部。如果激光已经穿透了工件材料，则机器还要再转几圈，将孔眼的底侧扩大，使边缘更加平滑。螺旋打孔生成的孔眼尺寸大、深度大、加工质量高。

三、HiPA激光钻孔设备
FPC微孔加工钻孔设备——黄金枪F