不斷發展的PCB加工需求

隨著電子設備不斷向小型化發展，如智能手機、可穿戴設備、VR 設備、汽車傳感器和智能家居設備等，電子產品對PCB的高密度和高性能需求越來越突出，因為與上一代微電子產品相比，這些小型化電子設備不僅物理規格更小、更復雜，而且更加高效節能（更長的續航時間）且價格更低。

在這種需求推動下，PCB加工也趨向于廣泛應用更薄的傳統電路板、大范圍采用柔性電路撓性電路、更厚的導電層，以及更加充分利用低介電常數介質（尤其在5G技術中得到了廣泛應用）。成本方面的考慮也加強了提高工藝利用率的需求。具體來說，就是將板間距離縮小，以增加產量。

這些趨勢會促使切割和分板工藝的切口寬度越來越窄，尺寸精度越來越高。切割位置離PCB功能區域越近，就意味著不論是從機械應力還是溫度角度考慮，切割工藝一定不能影響切割位置周圍的材料或電路。另一項要求是盡可能減少殘渣，因為出現殘渣就意味著后續還要增加清洗步驟。

受到這些限制因素的影響，包括銑削、鋸切、模切、打孔、刻槽和半切等在內的傳統PCB機械分板法都變得不切實際了，且成本效益會變低。這促使行業考慮采用激光切割，因為激光技術可以滿足上述的任何一個要求，但缺點是切割速度會降低。

當然，激光分板應用了一定時間，已經不是新技術了，但是，了解和區分各種基于激光的加工技術仍十分重要。最早的激光切割采用的是發射遠紅外線的CO2激光器。這種技術通過加熱基體材料實現切割，導致嚴重的焦（碳化）化現象，因此會造成明顯的熱影響區。而且，與較短的紫外波長相比，這種長波長無法集中形成很小的光斑，所以會導致較寬的切口。

十多年前，二極管泵浦固體 (DPSS)、納秒脈沖寬度紫外波長的三倍頻激光器成為 PCB 切割的另一種可行工具。這種激光器輸出的紫外線（355nm）帶有足夠的脈沖能量，用“冷”加工的燒蝕方法去除材料。換言之，這種工藝的熱影響區比CO2激光器小得多（但仍然看得到），而且所產生的毛刺和材料改性層也要少很多。這種激光器的高單脈沖能量和重復頻率能使切割速度保持在較快水平，成本可控，盡管速度還是比不上CO2激光器。

表 1. 紫外激光器 PCB 切割的主要特征和優勢

PCB激光分板工藝的最新進展

PCB激光分板工藝已經帶來了諸多優勢，PCB制造商已經將這項技術發揮到了極致，以滿足在尺寸、材料和成本方面越來越嚴苛的挑戰。目前正在積極研發的領域包括：進一步減少熱影響區和毛刺的形成，以及提高納秒紫外固體激光器的切割質量。

為了幫助實現這一目標，Coherent 相干公司在應用研究中利用納秒高脈沖能量的紫外固體激光器（AVIA LX）切割不同PCB與復合材料得到了多種加工效果和工藝窗口，研發出一種切割PCB的新方法，并且已證實這種方法可以減少熱影響區，使切割邊緣更光滑、切口寬度更窄且切割效率更高。

該方法的一個關鍵要素就在于，使用了一種專有方法控制傳輸到工件表面的激光脈沖時機和空間定位，可避免熱量積聚。因為使用該方法不會造成熱損傷，所以在切割較厚材料（1 mm及以上）時可以使用脈沖能量非常高的激光器進行加工。

較高脈沖能量的優勢在于無需再使用切割較厚材料時所用的傳統方式。采用傳統激光器切割厚板時，一般都需要預留一個V槽，避免在切割過程中造成光路中斷而降低激光器功率，影響切割效率。使用Coherent相干公司AVIA LX激光器切割時，可以充分利用高達400μJ的脈沖能量沿同一條線反復劃線，無需V槽，因此切割速度更快，切口寬度明顯減小。

對于脈沖能量較低的激光器，必須在光束穿透材料時不斷移動光束焦點，使焦點的最小尺寸始終與切割深度精確吻合，才能獲取高于材料燒蝕閾值的激光通量。但在實際加工過程中，需要將PCB板上移，或者額外使用具有聚焦功能的三軸振鏡。無論哪種方法，都會極大的影響整體加工效率和進度，增加設備成本和操作復雜性。

AVIA LX的高脈沖能量可以讓激光聚焦在PCB中間層的深度進行切割，因為就算激光不能用最佳焦點進行切割操作，也具備足夠的激光密度來燒蝕材料。其優點就在于切割速度更快、系統更簡便。

圖1所示是使用新方法后，切口寬度有效減小。

圖1：使用競爭對手紫外固體激光器切割的0.95mm PCB（左）與使用高脈沖能量紫外固體激光器（AVIA LX）切割的相同電路板（右）的俯視對比圖，后者的切口寬度更窄、切口更一致。

圖2所示是利用這種新方法切割多層PCB（帶有玻纖層）時可最大程度地減少毛刺產生、縮小切口寬度并大幅減小HAZ。

圖2：左側的剖面圖是使用競爭對手UV DPSS激光器切割的1.6mm多層PCB（有玻纖層），右側剖面圖是使用Coherent公司高脈沖能量UV DPSS激光器（AVIA LX）及新的Coherent方法切割的相同PCB。后者形成的切槽更窄、HAZ更小。

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