作为电子元件的支撑底座，陶瓷基片能促进电子设备散热。陶瓷基片初胚成形后还需进行打孔、划线加工。而传统的加工方法不能满足陶瓷基片的高精度加工需求。激光加工技术的发展，使激光加工成为陶瓷加工的最佳手段之一。

据统计，打孔加工约占机械加工总量的1/3，占机械加工时间的1/4。在打孔加工中尤其以微孔尤其以微孔的加工最为困难。随着各项科学技术和工业生产的发展，小孔的应用日趋广泛。而加工微孔的方法有：机械加工、电火花加工、电解加工、激光打孔、超声波打孔、电子束打孔等。

1 陶瓷基片的特点：

电子封装材料包括基片、布线、框架、层间介质以及密封材料等。而基片材料作为一种底座电子元件，主要为电子元件及其相互联线提供承载支撑、气密性保护和促进电气设备散热。陶瓷基片相对常见的金属、塑料复合材料等相比，具备如下特点：

（1）绝缘性好、可靠性高。高电阻率是电子元件对基片的最基本要求，基片的电阻越大，封装可靠性越高。

（2）介电常数较小，高频特性好。较低的介电常数和介电损耗，可减少信号延迟，提高传输速率。

（3）热膨胀系数小，热失配率低。

（4）热导率高。

2 陶瓷基片的种类及特性：

陶瓷基片（基板）是以电子陶瓷为基底，对膜电路元件以及外贴元件形成一个支撑底座的片状材。陶瓷基片材料有氧化铝、氮化铝、碳化硅、氧化铍、氮化硼、莫来石和玻璃陶瓷等。

其中，氧化铍（BeO）和碳化硅热导率很高，但氧化铍因具有毒性，应用范围小，故产量低；

碳化硅（SiC）因体积电阻较小、介电常数较大、介电损耗较高，不利于信号的传输，且成型工艺复杂、设备昂贵，故应用范围也很小；

氮化铝（AlN）陶瓷基片是新一代高性能陶瓷基片，具有很高的热导率，较低的介电常数和介电损耗、以及和硅相配比的热膨胀系数等优点，但由于成本高，一直没能大规模应用；

氧化铝（Al2O3）陶瓷基片虽然热导率不高，但因其生产工艺相对简单，成本较低，价格便宜，被大量用作集成电路绝缘基片、封装材料、片式电阻器、电位器、散热片、基座、绝缘板材、可控硅等领域。

图1. 氧化铝激光打孔基片via网络

3 什么是激光打孔？

（1）简介

激光打孔是利用脉冲激光的高功率和良好空间相干性，使材料熔化、汽化而形成孔。激光打孔的过程是一个激光和物质相互作用的热物理过程，激光和工件相互作用，存在着许多不同的能量转换过程，包括反射、吸收、汽化、再辐射和热扩散等，它是由激光波长、脉冲宽度、聚焦状态等光束特性和物质诸多的物理特性决定的。

（2）优势：

激光打孔是最早实用化的激光加工技术。早在60年代就用激光在钻石上打孔，随着激光技术的发展，激光打孔能力不断提高，投入陶瓷加工上已有几十年。

①速度快，效率高，经济效益好。由于激光打孔是利用功率密度高的激光束对材料进行瞬时作用，因此打孔速度非常快。配合高精度的机床和控制系统可实现高效率打孔。在相同的工件上，激光打孔与电火花打孔、机械钻孔相比，效率高出10~100倍。

②可获得大的深径比。在微孔加工中，深径比是衡量小孔加工难度的一个重要指标。激光打孔相对于其它打孔方法，参数便于优化，所以可获得比电火花、机械打孔大得多的深径比。

③可在各类材料上进行，不受材料硬度、刚度、强度和脆性等机械性能限制，这对于陶瓷加工来说是十分重要的。

④没有工具损耗。激光打孔为无接触加工，避免了机械钻微孔时易断钻头的问题。

⑤适合于数量多、高密度的孔加工。当激光打孔机与自动控制系统和工控机配合，实现光、机、电一体化，使得激光打孔过程可重复性非常强。

⑥能在难于加工材料倾斜面上进行加工小孔。而机械打孔和电火花打孔属于接触打孔，想再倾斜面打孔非常困难。

⑦可以对置于真空中或其它条件下的工件进行加工。

图2.陶瓷激光打孔机via深圳市天天激光技术有限公司官网

4 陶瓷激光打孔面临的问题：

陶瓷激光打孔的非接触式加工，无机械切削力，无刀具磨损，柔韧性，高加工率等特点，使其成为陶瓷打孔加工的首选。但是由于激光束与材料相互作用的强热性质，特别是对于长波长激光，因此陶瓷打孔面临着一些具有挑战性的问题：

（1）减少加工过程中的热损伤；

（2）消除打孔加工中的微裂纹

（3）获得高精度的孔形和好的表面质量；

（4）控制打孔的锥度；

（5）尽量减少甚至消除飞溅；

（6）残渣和重铸层。