导语：电子封装陶瓷材料因其优异的导热、介电、耐腐蚀、高强度和高可靠性等优势，被广泛应用于通信电子、汽车行业、航空航天、医疗器械、军工等领域。然而，随着科技浪潮的推进以及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。激光加工技术的出现为电子封装陶瓷材料的加工开辟了新道路。其中，HTCC、LTCC和MLCC是我们在电子科技领域中常见的三种材料。本文将详细介绍激光加工技术在陶瓷材料加工中的应用及优势。

一、激光在高温/低温共烧陶瓷（HTCC/LTCC）中的应用

HTCC（High Temperature co-fired Ceramic）高温共烧陶瓷是一种将未烧结的流延陶瓷材料如氧化铝、氮化铝等叠层在一起，与高熔点的金属在高温炉中烧结（通常大于1200℃，有时甚至达到1500~1850℃）制成多层电路的集成式陶瓷技术。由于采用了钨，钼，锰等高熔点的金属，这些金属大大增加组件的射频损耗。但优点是结构强度高、化学稳定性好和布线密度高，其导热率高达20W/(m·K)，主要应用于热稳定性要求更高、高温挥发性气体要求更小、密封性要求更高的发热及封装领域。如车载大功率电路的HTCC陶瓷管壳；航天器或飞机上的传感器、致动器等元件以及高频、高功率的微波电路和功率模块中。

LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramic，低温共烧陶瓷）是一种具有高频特性、电学性质良好、集成化、热传导性好、工艺兼容性强和环保性等优点的先进电子封装技术。该技术利用机械或激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺，在生瓷带上制出所需的电路图形，并将多个被动组件（如电容、电阻、滤波器、阻抗转换器等）埋入多层陶瓷基板中，最终烧结成一个集成式陶瓷多层材料。由于在陶瓷浆料中加入了一定量玻璃粉，引入玻璃相，因此烧结温度通常低于1000℃。被广泛应用于射频、微波、天线、传感器等领域，如蓝牙模块、手机前端模块、天线开关模块、功放模块等功能模块中。

随着电子信息的急速发展，高密度、小型化的封装需求对陶瓷基板和外壳的制备加工工艺也提出了更为严苛的要求。作为电路基板材料，需要在生瓷带上利用机械或激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出电路图形。激光技术的发展有望有力助推国内LTCC/HTCC多层陶瓷产业的高质量发展，同时推动军用电子元器件向微小型化和多功能化方向发展。

（1）激光打孔技术：

近年来，皮秒激光凭借脉冲宽度短、峰值功率高、热效应小、加工分辨率高等区别于长脉冲激光的优势，成为生瓷片激光打孔的利器。安徽柏逸激光配合终端客户开发了紫外皮秒HTCC/LTCC激光打孔设备，自带高精度视觉定位功能，配备外接吹气以及吸尘系统，另可附配自动清扫功能，除尘效率大大提高，节省了人工清扫的时间成本和人力成本，成功解决激光加工微孔圆度、锥度较差，以及表面熔渣、烧蚀等技术问题。图1、图2所示是部分HTCC和LTCC开窗和钻孔加工效果，圆孔正反面直径相差 5-10 µm圆度优于0.01 mm，显微镜下观察侧壁无明显发黑。设备可实现LTCC/HTCC工艺制程中打孔孔径和位置的高精度控制，达到加工效率高、孔径均一、孔边缘光滑、无熔渣、无烧痕的效果，可满足加工精度≤±10 μm，位置精度≤±10 μm。

图1 0.26mm厚HTCC打孔后显微镜目镜观测图

图2 0.14mm厚LTCC打孔后显微镜目镜观测图

（2）电镀线去除技术：

封装基板的高集成化使得孤岛数量增加，但是过多的孤岛给电镀带来了极大的困难。需要在基板表面或者侧面引入电镀线，将孤岛连成电路网络，电镀后再将电镀线去除。去除电镀线是一项关键工艺，常规的打磨电镀线方式会对陶瓷基板或外壳造成损伤，影响产品外观和可靠性。因此利用激光这种无应力的加工方式将会是电镀线去除的最佳选择之一。其原理是通过激光与氧化铝HTCC基板表面金-镍-钨金属的相互作用，将用于基板电镀的互连金属线里切断，达到电镀线刻蚀的目的。柏逸激光通过严格控制工艺参数，很好地解决了现有激光去除电镀线技术存在的金层异色和陶瓷损伤过大的工艺问题。           

图3 蚀刻加工完成表面效果图

如图3所示是电镀线刻蚀后视频显微镜照片，可以看出蚀刻表面无明显残渣以及烧蚀，内部金属清洗干净。且电镀线刻蚀后金层颜色几乎没有变化，热影响区小。

图4 蚀刻加工部分共聚焦显微镜下观测图

图4所示是蚀刻加工部分在3D共聚焦显微镜下的观测结果，刻蚀深度范围在50 µm~200 µm可调。此外，使用万用表测量所在线路未蚀刻前和蚀刻后的短路情况，如图5所示，可以发现未蚀刻位置连接处会发生短路现象，蚀刻后不同位置测试，每个连接位置均没有短路现象。

图5 蚀刻前(a)和蚀刻后不同位置(b)(c)(d)万用表测量结果

（3）金属线修调技术：

氧化铝多层共烧陶瓷技术一般采用丝网印刷进行电路图形印制，其操作简便，易于批量化应用。但目前丝网印刷的线路图形线宽以及线宽精度均有限。为满足高密度集成封装电路的要求，柏逸激光通过调整激光参数，研究激光在印刷金属化图形表面的刻蚀工艺，对金属化图形边缘毛刺进行修整，实现窄线宽窄线间距的电路图形加工。

图6 金属线刻蚀结果 

二、激光在多层陶瓷电容器（MLCC）中的应用

多层陶瓷电容器（MLCC，Multi-Layer Ceramic Capacitor）是一种重要的被动电子元件，它具有高频响应速度、高稳定性、低失真等优点，广泛用于各种电子设备中以存储电能并进行电荷转换。MLCC由多个交替的陶瓷介质层和金属电极层组成，这些层被堆叠在一起并经过高温烧结，形成一个整体结构。在外部，MLCC通常覆盖有绝缘性的封装材料，以保护电容器。其基本结构包括陶瓷介质、金属内电极和金属外电极三大部分。随着智能终端设备的普及和5G通信技术的推广，MLCC的需求量将持续增长。

目前平板设备、智能手机等消费电子产品正以前所未有的速度向更加轻薄、紧凑的设计演进，这一趋势对元器件的尺寸提出了更为严苛的挑战。电容器作为这些精密装置中不可或缺的能量存储与转换元件，其体积的进一步缩减成为了推动产品小型化、轻量化进程中的关键技术瓶颈。因此高精度切割是超小型MLCC生产工序中的关键一环。相比于传统刀片切割方法，激光微纳加工工艺以其独特的非接触式加工模式脱颖而出，凭借其卓越的加工精度、超高的生产效率以及极小的热影响区域，成为了MLCC尺寸加工小型化道路上的理想选择。

柏逸激光通过创新的激光微纳加工工艺，成功实现了对超小型MLCC的高精度切割，切割精度达到±10um以内。优化的切割轨迹策略有效减少了热积累，改善了切片边缘的直角形态，提高了加工效率，最终通过后续高温烧结处理可得到干净光滑的成品。这一工艺突破不仅提升了MLCC的生产效率，而且为其在高性能电子设备中的应用提供了技术保障，展现了激光微纳加工在现代电子制造中的重要性和应用前景。

图7 样品切片图(a)(b)及高温烧结后样品图(c)

三、总结

激光加工技术在陶瓷封装小型化过程中发挥着重要作用，其高精度、高效率和非接触加工的特点，为陶瓷封装的小型化提供了有力支持。激光打孔能够轻松实现微孔加工，满足陶瓷封装对高密度、小型化布局的需求。微孔的存在使得电路布局更加紧凑，有助于减小封装体积，提升封装密度。此外，激光加工可用于金属化电镀线的去除以及印刷金属化图形边缘毛刺的精细修整。随着激光技术的不断进步和应用领域的拓展，我们有理由相信激光加工技术将在未来引领陶瓷材料加工领域的新风潮！

转自：柏逸激光

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