PCB 鑽孔：雷射與機械方法的未來
混合在印刷電路板（PCB）製造中，鑽孔步驟是產品功能和生產工作的關鍵部分。電子設備小型化的趨勢顯示對密度和功能的需求越來越大，也顯示出舊式機械鑽孔的限制。此外，雷射燒蝕方法已經成為很好的選擇，業界現在正在詢問它們是否可以取代舊的機械方法。該分析從四個方面考察了這兩種方法：技術細節、成本、材料匹配以及行業如何使用它們。
技術比較
傳統機械加工
多年來，在 PCB 製造中，機械鑽孔使用以 150,000-300,000 RPM 轉速旋轉的碳化鎢鑽頭在覆銅層上鑽孔。它之所以被廣泛使用，是因為其工作方法標準、成本適中（每個系統約 50,000 到 200,000），並且適用於 FR-4 複合材料和金屬板等多種材料。當製作較大的過孔（>0.15mm）時，這種方法可以在800mm的板上每分鐘製作1,200-1.6個孔。
但有三個問題限制了其未來的使用：
微孔問題：對於 0.1 毫米以下的孔，鑽頭磨損會更快。對於較大的孔，每鑿 3,000-5,000 次就需要更換鑽頭，而不是每鑿 15,000 次以上就需要更換鑽頭。
HDI 板問題：製造 20 層以上的電路板時，每塊面板需要更換 40-60 次工具。
材料問題：薄芯材料（<0.2毫米）的樹脂污跡和釘頭缺陷多出12-18％。
雷射燒蝕進展
新型雷射系統（CO₂、UV、皮秒型）不會接觸到材料。他們利用光來分解材料。它們具有以下優勢：
最小通孔直徑為50μm（機械鑽孔為150μm）。
定位精度達±5μm，比機械式精度高3倍。
它們不需要實體工具。每1,000個雷射鑽孔的成本為0.15–0.30，而機械鑽孔的成本為1.20–1.80。
行業案例證明了這些好處。例如，智慧型手機主機板現在採用25μm雷射鑽孔微孔，速度為每秒150個孔，焊盤尺寸與機械方法相比縮小了50％。
市場驅動因素與技術融合
5G 的推出（需要 20-40μm 環形環寬度）和柔性電子產品（需要 25μm PI 基板處理的可折疊螢幕）的成長加速了雷射的使用。例如：
5G AAU（主動天線單元）PCB 需要 0.08 毫米雷射鑽孔盲孔，錐度小於 2%。
汽車雷達模組採用雷射製作的0.05mm交錯微孔，以降低77GHz的訊號損失。
現在已經採用了一些混合方法。例如，對於伺服器主機板來說，首先使用機械預鑽孔0.3毫米，然後使用雷射鑽孔0.06毫米微孔，在成本和準確性方面效果很好。
經濟分析
紫外線雷射系統最初的成本為 800,000 萬至 1.2 萬美元，而機械系統的成本約為 80,000 萬美元。但當我們考慮以下因素時，整體成本會改變：
產量：雷射使廢品率從5-7％下降到1.2-1.8％。
維護：雷射器每年的維護費用約為 15,000 美元，而機械工具的維護費用則為 45,000-70,000 美元。
產量：雷射每天24小時不間斷工作，但機械系統每天需要更換7-8次工具。
損益平衡表明，當每年製造超過 15 萬個微孔時，雷射系統會發揮更好的效果。許多一級 PCB 製造商已經這樣做了。
材料創新協同
雷射與下一代材料配合良好：
低損耗電介質（Megtron 6、Tachyon-100G）可讓 28GHz+ 的訊號穿過雷射製成的光滑通孔壁（Ra<1.5μm，而機械通孔壁為 3.5-4μm）。
嵌入式元件板使雷射能夠以±8μm的精度燒蝕腔體。
對於陶瓷基板，紫外線雷射可以在 0.07％ 氧化鋁中製作 96 毫米的通孔，且碎片小於 5μm。
工業實施路線圖
當前市場表現：
68年，92%的通孔採用機械方法，0.2%的大於2024毫米的孔採用機械方法。
到 85 年，40% 的 HDI 微孔和 2024% 的盲孔或埋孔將採用雷射方法。
預計到 2028 年，雷射的使用量將會增加，原因如下：皮秒雷射成本每年下降 30%，
ISO 14001 關於鎢處理的規則，以及
5G-需要孔徑小於 0.06 毫米的高級規則。
