纳飞光电皮秒激光器在LTCC生瓷片打孔的应用

长期以来，PCB板是集成电路上实现电路互联互通的绝对主力，但阻、容、感、滤波器等基于陶瓷材质的无源器件需要高温烧结，无法集成在多层PCB板中。

尤其是随着技术的向前发展，以及5G高频通信应用场景日渐丰富，对电子元器件和组件的性能和功能的要求越来越高，使其向着体积越小、线路越密、传输越快、功耗越低的方向发展，复杂程度可见一般，着实考验电子元器件的集成和封装能力。

当LTCC低温共烧陶瓷技术被开发出来后，在开发高频、高性能、高集成度的电子元器件方面具有显著优势，因而其在微电子领域得到了广泛的应用。

LTCC技术，是将低温烧结陶瓷粉（相对于高温陶瓷1500℃以上）制成厚度精确而且致密的生瓷带，用激光打孔方式形成孔洞，后进行微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，同时将被动组件埋入多层陶瓷基板中叠压，制成多层互不干扰的高密度电路，再在表面贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。

由于通孔孔径、位置精度可对基板的成品率和最终电性能造成影响，因而生瓷片上的打孔制作是LTCC制作的关键工艺技术之一。实际生产中，不同的性能和密度对孔径要求各不相同，在0.1mm-0.3 mm之间，且随着孔径越小，加工难度大，成品率也相应降低。目前生瓷片的打孔方式主要有激光打孔、机械打孔，或者二者兼而有之。机械钻孔需要用到非常细的钻头，是一种易损件，且接触性加工存在一定程度的机械应力，可能造成生瓷片产生微裂痕等。

采用以皮秒激光器为代表的超快激光器，在生瓷片上可以进行批量化、非直接接触式细微孔洞加工，加工效率高，加工方式灵活，无需其他耗材。纳飞光电研发设计的1064nm皮秒激光器，脉宽仅为10ps左右，具有非常高的稳定性，非常适合用于生瓷片的打孔。

皮秒激光器在生瓷片进行打孔是利用高度聚焦后产生高能量密度的激光束作用在生瓷片上，这种激光束具有非常高的峰值功率瞬间产生的超高电子温度值远超材料汽化温度，材料直接从固态转为气态，在表面形成高密度、超热、高压的等离子体状态，实现非热熔性加工，在辅助气体帮助下快速形成稳定穿孔。由于脉冲时间非常短，加工过程几乎没有热量被自由电子传导至加工区域的周围，足以媲美飞秒激光的高质量加工效果，实现几乎无热影响区的“冷加工”，有效减小重铸层的形成，也就几乎不会造成生瓷片的开裂、崩边等，孔壁光滑，从而在后续的工序中让陶瓷与金属结合更充分，保障产品的性能。

同时，纳飞光电皮秒激光器的脉冲稳定性和功率稳定性非常高，均小于1%RMS，比肩国外同类产品，意味着一方面能够进行长时间的稳定工作，一方面保证了细微孔洞的一致性。

此外，这款激光器的光束质量高（M²＜1.3），聚焦后的光斑直径小，可以达到微米量级，足以匹配上0.1mm-0.3 mm的打孔需求，借助先进的光学辅助套件，实现生瓷片高速、高精度移动式打孔，提高生产效率。