不斷地追求小型化和高能性是電子工業的一大特征，這一特征幾乎影響了電子制造業近乎所有板塊，包括剛性 PCB 板（含封裝基板）和薄型柔性電路板 FPC 生產過程中的一些重要微加工步驟。尤其在鉆盲孔
和通孔（鉆孔后需要進行電鍍，以連接電路板的不同層上的電路）以及電路板 / 基板的切割和剪裁等應用上。
在這些激光加工工藝中，有一些已經達到現有激光技術（如納秒激光器）的極限。因此，短波長（可見光和紫外光）的超短脈沖 (USP) 激光器正逐漸嶄露頭角，得到越來越多客戶的關注。超短脈沖激光器廠商們也在提供更高功率和更低成本的激光器來順應這個發展趨勢，同時也是為了滿足客戶對于改進產品質量和提高產量的需求。
更短的脈沖、更短的波長
對 PCB 和 FPC 進行切割和鉆孔時，最大限度地去減小熱影響區域是非常重要的，切面或孔附近的材料的熱影響區域在某種程度上來說屬于熱降解的一種。而使用超短脈寬激光器可以最大限度減小熱影響區域。超短脈沖可以讓激光處理過程“更冷”，即實現“冷加工”。這是因為其脈沖持續時間短于有機材料中的熱擴散時間，也就是說，大部分激光脈沖能量還沒來得及擴散時就已被噴射出的材料帶走了。
圖 1. 使用短脈沖激光器時，大部分脈沖能量會作用在噴射出的材料中被帶走，從而大大縮小幾乎所有材料中的熱影響區域。
如圖 1 所示。超短脈寬激光器的脈沖能量雖然比納秒激光器小得多，但這類激光器較低的燒蝕閾值（較高的加工效率）抵消了降低的脈沖能量，因此產量更高。此外，超短脈寬激光器的脈沖重復頻率更高，可支持快速多次加工，非常適合在基板（通常為陶瓷）頂部選擇性地加工較薄的層。大多數應用場合，被加工材料的總厚度為 1 mm 或更薄，但在有些特殊應用場合中，例如在汽車行業，總厚度最厚可達 2 mm。有兩項使用激光器的關鍵工藝就是在 PCB 上鉆盲孔，使上層電路和孔底部裸露的下層電路通過后續電鍍金屬工藝實現導通；隨后使用激光分板，從 PCB 大板上切割單個 PCB 產品?？椎闹睆侥壳霸?50-100 μm的范圍內，而且最終切割出來的 PCB 通常是簡單的正方形或矩形，除了在特定情況下，如：激光只是切割 PCB 產品與大板之間的連接部分以外，沒有復雜的形狀。這種方式的工藝可以加工多種外形的 PCB。
傳統的切割和鉆孔都是使用鑼刀和鉆頭進行機械加工。用于 100 μm 通孔的典型鉆孔機器有六個鉆孔頭，每個鉆孔頭每秒可鉆 20 個孔。然而，鉆頭鉆取 2000 個孔后就已經到其使用壽命。在過去的十年中，PCB 機械鉆孔工藝已被二氧化碳 (CO2) 激光器的激光鉆孔工藝廣泛取代，例如 Coherent 相干公司 DIAMOND系列中的二氧化碳紅外激光器，可提供出色的功率成本比。但是，如果通孔直徑為 50 μm 或更小，則 CO2 激光器無法提供所需的分辨率，并且會產生太多的熱影響區域。在這類應用場合下，通常首選納秒綠光激光器。但現在，越來越多的客戶尋求同時兼顧小孔徑、低熱影響區域和高產能的方案，皮秒綠光超短脈寬激光器可以很好的滿足這個需求，見圖 2。以 Coherent 相干公司開發的 HyperRapid NX 為例，在與快速掃描振鏡配合使用時實現每秒 3000 孔的速率，激光器需要高達 2000 kHz 的脈沖重復頻率和高功率，而這些必要參數，相干公司最新款綠光皮秒級激光器就可以提供。
圖 2. 使用不同的放大數倍和角度下觀看在貼有 ABF 的銅材料上鉆取的盲通孔。這些孔是使用 HyperRapid NX 皮秒級綠光激光器在 25 瓦功率下加工出來的。孔的直徑和深度均為 40 μm。最大鉆孔速率為每秒 1000 孔。
切割 PCB 最常用的激光器工具是紫外納秒激光器。但是，較長的脈寬會導致邊緣變色，從而影響終端客戶的外觀評測，而且還會留下碎屑，導致必須在激光加工后安排清洗環節來清除這些碎屑，但是清洗有損壞電路的風險和對環境造成影響的后果。因此，PCB 制造商越來越多地尋求使用紅外光或綠光超短脈寬激光器來執行單步切割工藝，不需要清洗環節。超短脈寬激光器中，紅外光的成本最低但功率最高，而綠光的效果最好，見圖 3 和圖 4。
圖 3. 切割 1.2 mm 厚的 SiP：左圖使用 HyperRapid NX 皮秒級綠光激光器（切割速度大于 10 mm/s）。右圖使用納秒級紫外光激光器（切割速度小于 10 mm/s）。
圖 4. 使用 HyperRapid NX 皮秒級激光器切割的不同 PCB 材料的橫截面。左圖：包含金屬層的 1.3mm SiP（使用 HyperRapidNX 綠光皮秒級激光器，切割速度大于 10 mm/s）。中圖：陶瓷基板上 250 μm 厚PCB“指紋傳感器”（使用 HyperRapid NX綠光皮秒級激光器，切割速度大于 40 mm/s）。右圖：1 mm 厚PCB（使用 HyperRapid NX 紅外光皮秒級激光器，切割速度大于 20 mm/s）。
柔性電路
柔性電路由銅和 PI、稀有銅和液晶高分子材料 (LCP) 等柔性聚合物層壓而成。為了提供必要的柔性，它們比厚度在 100-300 μm 范圍內的剛性 PCB 薄得多。最重要的激光加工工藝仍然是鉆孔和切割。多年來，這些任務主要通過波長355 nm 的納秒紫外光激光器完成。由于對窄切割道、復雜曲面和多樣切面輪廓的應用需求不斷增加，多家 PCB 制造商現在都希望逐漸過渡到使用皮秒級紫外光激光器。（最新智能手機 OLED 顯示屏背面的緊密折疊電路就是一個典型例子。）此外，納秒級激光器的重復頻率被限制在幾百 kHz，而皮秒級激光器的重復頻率可以達到幾千 kHz。如之前所述，較低的燒蝕閾值配合較短的脈沖意味著像 Coherent 相干公司HyperRapid NX 355 這樣的激光器的切割速度可達到納秒級激光器的 10 倍。具體來說，在我們演示中，當激光器的運行功率為 50W、重復頻率為 5 MHz 時，對于厚度高達 130μm 和切割寬度小于 50 μm 的聚酰亞胺柔性電路基板，有效切割速度高達 1000 mm/s。
圖 5. 柔性電路基板上的盲孔。使用 HyperRapid NX 355 紫外光皮秒級激光器在 10 瓦功率下，以 1 MHz 的重復頻率在 30 μm 厚貼有 ABF 的銅上鉆取的直徑為 50 μm 的孔。鉆孔速率為每秒超過3000 個。這些孔幾乎沒有錐度。在中間圖像中，顯微鏡聚焦在孔的頂部，在右邊的圖像中，顯微鏡聚焦在孔的底部。
另外，相干超短脈沖激光器采用了一項名為“PulseEQ”的重要功能，這也是它們熱影響區域較小的原因之一。當激光通過振鏡在材料表面掃描復雜圖形進行加工時，直線和曲線部分的切換必然造成掃描速度的變化，使用固定的脈沖重復頻率，會使激光在曲線部分逗留時間過長而造成切割拐角的熱影響區域擴大。而使用 Pulse EQ 后，激光器的脈沖重復頻率受控于振鏡，重要的是，無論掃描速度如何，單脈沖能量都保持在恒定水平。這樣可以保證在切割輪廓的各個角落都能提供同樣高的切割質量。同時，振鏡的控制卡可以通過算法改變激光器的重復頻率，保證激光脈沖的空間分布以達到直線和曲線部分的切割效果相同。
而且，這些超短脈沖激光器鉆孔的質量相較于納秒級激光器有明顯的改善，見圖 5?，F在，柔性電路基板制造商都希望通過一種激光器工具同時完成鉆孔和切割任務，因此，這些超短脈沖激光器都已蓄勢待發，必將在這兩種任務中大獲成功。
總結
總而言之，剛性電路基板和柔性電路板的一些微加工任務正在突破較長脈沖激光方法極限。然而，相干的最新超短脈沖激光器既能保證優秀的加工品質，也能加快加工速度，滿足這些應用領域目前的要求。
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