Page 72 - 電路板季刊第111期

70 專業技術 超快鐳射在 M9 AI 高速材料中的應用

與普通FR-4用的環氧樹脂和E-玻璃纖維有本質區別。而鐳射加工M9材料的核心挑戰主
要體現在高性能樹脂有著極強的熱敏感性，傳統鐳射的熱效應會破壞樹脂分子結構，導
致碳化、Dk和Df劣化；除此之外，介質中包含的石英纖維與樹脂的燒蝕閾值和機制差異
巨大，極易導致加工後出現纖維突出、樹脂凹縮、孔壁粗糙等問題。因此，加工M9不

是簡單的“打孔＂，而是一套以 “無熱損傷＂ 為最高準則的精密系統工程，超快鐳射
作為滿足M9材料鐳射加工高品質要求的“技術必然路徑＂，筆者將從原理上來解釋。

圖1、M9材料的結構示意圖
鐳射加工M9材料主要是利用特定波長與脈寬的鐳射與材料發生相互作用，通過光
化學與光物理過程實現材料的精密去除，其終極目標是在形成所需微結構的同時，最
大限度地保持M9材料原有的優異電學性能。鐳射波長是材料被精密加工時吸收率和燒
蝕程度的影響因素之一，一般來說，銅和絕緣基材對波長小於 0.38 µm 的紫外鐳射有

著較好的吸收率，且紫外鐳射作用下銅與絕緣基材對紫外鐳射吸收率相差較小，有利
於實現覆銅板不同層材料的同步燒蝕，同時紫外飛秒鐳射加工的非線性相互作用，紫
外飛秒鐳射原則上可加工任何材料。
同時，飛秒鐳射具有極短脈衝寬度，單脈衝鐳射與材料作用時間短至 10 -15s ，脈
衝寬度遠小於熱擴散時間，可最大限度地減小微孔加工熱損傷。筆者從微觀尺度來分

析，鐳射加工金屬的過程可以分為非熱燒蝕和熱燒蝕兩個部分，其分隔界限為電子-聲
-9s
子耦合的時間節點為皮秒量級。一般長脈衝鐳射由於其較長的脈寬約10 ，鐳射作用
于金屬材料時能量傳遞過程完整，包含電子、聲子與晶格間的多步耦合及充分的熱擴
散，這會導致顯著的熱傳導效應和熱影響區，材料主要通過熔化和部分汽化的熱力學
機制被去除，加工邊緣因此產生明顯的重熔層、熔渣和碎屑，而飛秒鐳射因其極短的
脈衝寬度，能量在電子-聲子耦合發生前已被電子迅速吸收，導致電子溫度急劇升高，
隨後通過電子-聲子-晶格耦合，晶格溫度在飛秒時間內瞬間上升，使材料直接汽化或轉
化為等離子體，從而實現幾乎無熱熔效應的“非熱熔性＂加工。

對於非金屬材料來說，光化學的非輻射衰變是鐳射實際加工過程中去除材料最
主要的機制，是通過化學反應的方式來實現能量的豫弛，這種衰變在微觀上表現為分
子的化學鍵斷裂，在宏觀上是材料發生光降解分解為其它物質來實現物質的遷移。此
外，在加工環境中存在的氧氣會作為促降解物質參與到化學反應中，實際鐳射所引發
的化學反應為光化學反應和光氧化混合反應兩種方式，紫外飛秒鐳射的獨特物理機