高密度PCB板是多層結(jié)構(gòu)，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(yīng)用激光打孔時(shí)需對光束波長、模式、直徑和脈沖等參數(shù)進(jìn)行合理選取和精確控制。

圖1 4層PCB剖面圖

從圖1可知，打孔時(shí)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(fā)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(tài)是形成如圖2所示的低階高斯模態(tài)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(jià)高斯模態(tài)能量分布

在光束的波長和模式選定后，要在PCB上獲得理想的孔，必須對光斑直徑進(jìn)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，聚焦后的光斑越小。在其他條件都確定的情況下，縮短焦距有利于縮小光束直徑。

打孔采用多脈沖激光，同時(shí)脈沖激光功率密度至少要達(dá)到銅箔的蒸發(fā)溫度。因?yàn)閱蚊}沖激光在燒穿銅箔后能量已減弱，無法對下面的基材進(jìn)行有效的燒蝕，會形成如圖3a所示的情況，這樣無法形成導(dǎo)通孔。但是打孔時(shí)光束的能量也不宜過高，能量過高。在打穿銅箔后會對基材的燒蝕過大，產(chǎn)生如圖3b所示的情況，不利于電路板的后期處理。微孔形成如圖3c所示的那種略帶錐度的孔型最為理想，這種孔型可為后續(xù)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(shí)現(xiàn)圖3c所示孔型，可采取前置高峰的脈沖激光波形（圖4），前端較高的脈沖能量可燒蝕銅箔，后端較低能量的多重脈沖可燒蝕絕緣基材并使孔不斷加深直至下層銅箔。

圖4 脈沖激光波形

由于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(chǎn)生多種效應(yīng)現(xiàn)象，這對微細(xì)孔的孔徑、孔深、孔型等都有重要的影響。

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，由于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(zhuǎn)化為銅箔的熱能。這表明在提高光束質(zhì)量的同時(shí)必須要對銅箔表面進(jìn)行前期處理?？稍阢~箔表面涂敷增加吸收光的材料，提高它對激光的吸率。

小孔效應(yīng)對加強(qiáng)激光打孔過程中光能的吸收具有極其重要的作用，由于等離子體吸收，會使穿過小孔到達(dá)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(chǎn)生一定的汽化壓強(qiáng)以維持一定深度的小孔是至關(guān)重要的，它決定了加工過程的穿透深度。

綜上所述，應(yīng)用激光加工技術(shù)可極大地提高高密度PCB微孔的打孔效率。