激光加工技术在陶瓷基板领域的应用

陶瓷基板具有优良电绝缘性能，高导热特性，可靠性高，高频特性好，热膨胀系数小等优点，已成为大功率电力电子电路结构技术和互连技术的基础材料。常用的电子封装陶瓷基板材料有氧化铝（Al2O3）、氮化铝（AlN）、氮化硅（Si3N4）等。

由于陶瓷材料本身坚硬且易碎的特点，导致其导通孔制备、外形切割或划片的加工难度非常高，传统机械加工方法费时费力，且在加工过程中存在应力，易对基板造成损伤。激光作为一种柔性、高效率、高良率的加工方法，在陶瓷基板的加工上展现了非凡的能力。

1、激光加工技术的优点

激光是一种无接触加工、无刀具磨损、高精度及高灵活性的先进加工技术，具有精度高、高效可控、热影响区小、无切削作用力、无“刀具”磨损等优点，成为现今陶瓷加工最理想的手段之一。

图陶瓷基板，粤科京华

1）激光切割头不会与材料表面相接触，不划伤工件。

2）切割间隙狭窄，节约材料；

3）激光斑点小，能量密度大，精度高，速度快，划线宽度、深度稳定性高；

4）激光加工精细，切割面光滑无毛刺；

5）热影响区小，工件局部变形极小，无机械变形。陶瓷基板容易破碎，对工艺技术要求较高，所以常采用激光打孔。它具有精确、快速、高效的特点，能大规模、批量打孔，对工具无损耗等特点，符合陶瓷基板高密度互连、精细发展的要求；

6）加工柔性好，可以加工任意图形，可切割异型材。

2、激光在陶瓷基板的应用

在各类陶瓷基板加工过程中，激光加工早已成为主流应用。目前，陶瓷基板的激光加工设备主要是用于切割、划线、打孔以及激光打标。

1）激光划片/切割

由于烧结收缩率大，无法保证烧结后陶瓷片尺寸的精确度，无法准确预留用于装配的各种孔、槽、边，因此烧结后需要再加工。而激光切割的非接触式的加工方式使产品内部无应力，切割边缘崩边量小，精密度高，加工良率高。

激光划片又叫划痕切割或控制断裂切割，其机理是激光光束通过导光系统聚焦到陶瓷基板表面，发生放热反应产生高温，烧蚀、融化并气化陶瓷划线区域，在陶瓷表面形成相互衔接的盲孔孔洞（沟槽）。若沿划线区施加应力，由于应力集中，材料很容易准确地沿划片线路折断，完成分片。

2）激光划线

在烧结后陶瓷基板划线工序中，激光同样有非常广泛的应用。划线是在陶瓷表面通过激光灼烧出连续密集排列的点状凹坑而形成线条，以方便封装后分成独立的小单元。

3）激光打孔

打孔是激光在HTCC和LTCC以及DPC制作过程中应用最多的工艺加工方式。使用激光打孔机将上下两面基板打通，作为上下板面连通的路径，实现陶瓷基板上/下表面垂直互联，可实现电子器件三维封装与集成。

图陶瓷基板激光高速钻孔机，来源：德中激光

激光打孔机钻孔针对不同的陶瓷材料会使用红外、绿光、紫外、CO2等不同波段激光束照射材料表面，每发出一次雷射脉冲就有一部分材料被烧灼掉。与机械打孔相比，激光钻孔拥有很多优势，具有加工精度更高、耗材成本低、产品灵活性高等优点。

4）激光打标

激光打标，是利用激光打标机将产品二维码雕刻到陶瓷基板上。激光打标是普遍的激光加工技术之一，其原理是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化，从而留下持久性标记。

随着微电子行业的不断发展，电子元器件逐渐朝着微型化、轻薄化的方向发展，对精度的要求也越来越高，这势必对陶瓷基板的加工程度提出越来越高的要求，激光技术大有可为。8月29-31日，德中激光、德龙激光、中电科风华、中电科2所、欧双光电、创轩激光、赛斐尔、科诗特、鑫仓工业等陶瓷基板相关激光设备厂商将参加由艾邦主办的第五届精密陶瓷展览会，欢迎各位行业朋友莅临参观交流。

参考资料：

激光加工电子陶瓷基板孔的形貌特征及其工艺调控综述，赵万芹，梅雪松，杨子轩；

96%氧化铝陶瓷基板的激光切割划片及工艺优化，孙智龙，蔡志祥，杨伟；‍

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