引言  

在HDI（High Density Interconnect，高密度互连）PCB制造中，激光微孔（microvia）是实现高布线密度与高层间互连能力的核心工艺。随着线宽/线距持续缩小、通孔数量持续攀升，量产钻孔系统的关键指标已不再单纯取决于激光器的平均功率或峰值功率，而更取决于典型的“跳转-钻孔（jump-and-shoot）”节拍：激光束快速跳转到指定孔位，在允许的定位误差范围内完成稳定，然后触发脉冲完成材料去除。因此，扫描振镜系统的阶跃响应速度、动态稳定性与热漂移特性，直接决定单位时间钻孔数量（vias/sec）以及最终良率。SCANLAB excelliDRILL针对9.4 µm CO₂激光微孔钻孔应用开发，将极快的稳定时间与基于编码器高精度定位结合，并集成面向量产的自动化功能（例如自动跳转延迟设定），同时可选配SCANahead控制技术，以进一步提升系统动态利用率并释放更高钻孔产能。

PCB制造中的通孔钻孔  

在PCB制造中，通孔钻孔承担着层间导通的基础功能，是实现多层互连的核心步骤。随着电子产品从传统多层板演进到HDI结构（典型应用包括智能手机、可穿戴设备、通信模块、高速运算板卡等），单板的通孔密度显著上升，而焊盘尺寸与孔间距持续缩小。HDI结构中最具代表性的互连单元是微孔（microvia），通常为在薄型积层介质（build-up dielectric）中形成的盲孔结构，而非机械钻孔的贯穿孔。行业中通常将孔径小于150 µm的通孔称为微孔。

图1：HDI PCB示例，包含大量钻孔的微孔结构。

需要强调的是，HDI板微孔的制造不是“做出一个完整的孔”就足够，而是要求在数十万乃至数百万孔位上持续保持一致的孔形、深度控制与定位精度。现代HDI板面孔位数量极大，钻孔设备必须以高重复性满足严格的定位容差，否则会直接导致开路、偏孔、后续电镀不良等失效模式。因此，HDI板钻孔的竞争力往往体现在系统能否以每秒数千次的频率持续完成稳定可靠的“跳转-钻孔”循环。对于PCB制造而言，节拍模型极其敏感：毫秒级的节拍差异在百万级孔数下会被指数放大，最终决定面板产能（panels/hour）和单位孔成本。此时扫描系统对“非钻孔时间”（即跳转与稳定过程的时间）压缩能力，往往成为整机吞吐量的决定性因素。

从主流量产能力来看，HDI板微孔孔径通常集中在60–100 µm范围，孔间距多见于300–400 µm，孔位精度需求大致在±10–15 µm量级。虽然这些数据会因板型、叠层结构、材料体系以及制造商能力而变化，但它们清晰揭示了HDI板钻孔的本质挑战：设备需要在存在板材翘曲、形变以及温度随时间变化等因素的情况下，以极高频率在整板范围内加工微小孔位，并保证稳定一致的孔位叠加精度。当孔径进一步缩小时，单位面积孔密度提升，孔阵列更加紧凑，孔位之间的平均跳转距离反而下降。这意味着“跳转与稳定时间”在总节拍中的占比会继续提升，甚至超过单孔实际材料去除（ablation）所需时间，从而使扫描振镜动态性能成为越来越关键的瓶颈。

CO₂激光在HDI板钻孔中的关键作用  

激光钻孔之所以成为HDI板微孔制造的主流方案，是因为机械钻孔难以满足微小孔径与紧密孔距的要求，同时激光工艺在孔位数量与图形复杂度提升时更具可扩展性。在多种激光钻孔技术中，CO₂激光在HDI板复合材料（铜层+树脂介质+玻纤增强结构）加工中具有突出价值：其位于中红外波段，能够与聚合物介质层形成良好吸收耦合，从而实现高效率生产。对于HDI板复合材料而言，直径约100 µm甚至更小的高质量微孔是实现高密度互连的基础，而CO₂激光钻孔正是通过兼顾加工质量与经济效率，成为HDI板制造中不可替代的关键工艺手段。

在这一背景下，SCANLAB excelliDRILL针对钻孔优化的扫描系统具有明确的系统级价值：CO₂激光本身具备快速去除材料的能力，但整机的实际产能高度依赖光束能否以极短时间完成孔位间跳转，并在每次到位后快速稳定、可靠触发脉冲。换句话说，CO₂激光决定“能否钻”，而扫描系统决定“钻得多快、钻得多稳”。

 HDI 激光钻孔设备典型配置  

一套成熟的HDI板激光钻孔设备通常由CO₂激光光源、光束传输光学系统、振镜扫描系统、精密运动平台以及实时控制系统组成。近年来HDI板钻孔效率的提升，很大程度上得益于CO₂激光器从低重复频率TEA CO₂架构向kHz级短脉冲CO₂光源的升级，该类光源在提升加工效率的同时也更有利于控制热影响区。光束整形与调制通常包括扩束、能量控制、偏振控制等功能，而在高产能机型中还可能采用分束结构实现多加工头并行钻孔，例如将同一光束分为两路，分别配置独立的振镜扫描系统与f-theta扫描镜头，实现双头并行加工以提升整机面板产能。

在整机架构中，振镜扫描头与f-theta或远心扫描镜头构成核心的高速偏转机构，也是最常见的产能瓶颈环节。原因在于：每一个微孔都必须经历一次跳转与稳定过程，系统在未完成稳定前无法安全触发激光脉冲。除此之外，设备还必须具备可靠的板材装载与夹持机构、基于fiducial标记的视觉对位与形变补偿能力，并配备能量稳定性监测、碎屑抽取系统以及工艺配方控制的监控，以确保在长时间连续运行中保持一致的孔质量与良率。最终决定钻孔速率的关键参数往往是扫描系统的阶跃响应能力。

HDI钻孔的本质：离散点高速定位驱动的“jump-and-shoot”工艺  

HDI板微孔钻孔不同于激光打标或轮廓加工，其加工路径不是连续轨迹，而是高度离散化的点阵加工。每一次孔加工都会引入一次完整的定位事件，因此单孔节拍不仅包括激光脉冲作用时间，还包括大量隐性时间开销。典型的单孔时间预算可拆分为：跳转时间、稳定到设定精度带所需时间、激光发射时间（脉冲作用）、所需的延迟时间以及同步/触发等辅助时间。在这种加工模式下，扫描振镜系统的阶跃响应（即在特定焦距下定位并稳定至指定误差范围所需时间）成为生产率最直接的预测指标。

SCANLAB excelliDRILL正是围绕这一产能瓶颈进行优化：通过显著降低阶跃响应时间，使振镜系统能够更快完成“跳转并稳定”，从而将节拍缩短直接转化为更高的钻孔速率。

SCANLAB excelliDRILL在HDI板 CO₂激光钻孔中的核心优势  

excelliDRILL的设计目标明确聚焦HDI板钻孔的三大限制因素：紧密孔距下的速度、长时间连续运行的稳定性，以及降低工艺调试工作量。

图2：SCANLAB excelliDRILL——高性能钻孔解决方案

1）显著缩短阶跃响应 → 释放更高钻孔速率

根据测试与规格数据，excelliDRILL在100 mm焦距条件下，实现定位并稳定至±5 µm的阶跃响应时间为：0.13 ms（0.2 mm跳转）、0.22 ms（0.5 mm跳转）、0.29 ms（1 mm跳转）。这些数据对HDI应用具有高度代表性，因为HDI板孔阵列密集，实际生产中短跳转占比很高。随着孔间距进一步压缩，0.2–0.5 mm跳转区间成为实际量产中的跳转距离，而不再是测试边界条件。更快的稳定时间能够有效减少脉冲触发前的等待时间，在不改变激光去除机理的情况下显著提升单位时间钻孔数量。

2）9400 nm CO₂波长匹配

excelliDRILL工作波长为9400 nm，该波长属于HDI板 CO₂钻孔领域常用波长。围绕9.4 µm微孔钻孔，行业已形成成熟的专用光学体系，包括针对高功率密集钻孔开发的扫描透镜与镀膜方案。波长匹配在钻孔设备中至关重要，因为整机是一个从激光源到终端加工点的完整光学链路，镜片镀膜、透镜材料、反射镜性能必须与激光波长严格匹配，以保证性能与耐久性。

3）热管理与长期漂移控制 → 稳定的叠加精度并减少停机校准

HDI钻孔通常需要长时间连续运行，热漂移与长期漂移会直接表现为孔位偏移、叠加误差扩大、良率下降，甚至导致停机校准。excelliDRILL给出的漂移指标具备很强的量产意义：温度漂移为偏移<10 µrad/K、增益<5 ppm/K；长期漂移（预热30分钟后，在恒定环境与负载条件下连续8小时）为偏移<50 µrad、增益<50 ppm。这些指标能够有效支撑HDI工艺对数小时稳定叠加精度的要求，尤其在微孔定位精度常见目标约±10–15 µm的条件下，低漂移能力尤为重要。此外，通过引入漂移补偿机制（例如偏移/增益补偿），可进一步降低残余漂移对孔位精度的影响，提高长时间连续加工过程中的一致性与良率稳定性。

4）轻量化铍镜与数字编码器 → 高动态与高精度并存

在高速钻孔中，反射镜惯量与伺服性能决定了加速度和稳定极限。excelliDRILL采用轻量化铍镜设计，可降低转动惯量并提高动态响应，同时通过数字dynAXISse编码器反馈实现精确闭环定位与高重复精度。这种结构设计与HDI板“跳转-发射”的离散加工特性高度匹配。

5）全跳转距离自动跳转延迟设置 → 更快的配方导入与更安全的高速量产

在量产中，跳转延迟（jump delay）往往是影响产能的隐性因素。延迟设置过短会导致系统尚未完全稳定时触发脉冲，造成偏孔或孔形异常；延迟过长则会在每个孔位增加额外等待时间，严重拉低产能。excelliDRILL提供对不同跳转距离自动设置跳转延迟的能力，可显著减少工艺调试工作量，降低不同操作员之间的参数差异，同时让设备能够以更接近最优状态的节拍运行，而不必采用过度保守的延迟策略。

excelliDRILL对比intelliDRILLse II：可量化的性能提升  

SCANLAB intelliDRILLse II已是面向PCB钻孔的成熟优化模块，并明确针对通孔钻孔应用。相比之下，excelliDRILL的核心提升体现在阶跃响应能力的显著增强。按照同一测试定义（100 mm焦距下定位并稳定至±5 µm），对比结果如下：

从数据可以看出，excelliDRILL在短跳转密集加工条件下优势更突出，尤其在0.2 mm跳转时具备显著的节拍缩短能力。

虽然单孔总加工时间还包含激光脉冲作用时间（以及可能的清洁脉冲或图形加工），但阶跃响应缩短带来的节拍收益在百万级孔数量下会呈现显著的规模效应。例如，每孔节省0.05 ms（对应1 mm跳转的典型差值）在100万个孔位上即可节省约50秒，完全来自扫描系统缩短了的定位稳定时间；当孔位数量达到数百万时，总节省时间可达到数分钟量级。这也是为什么扫描系统动态性能在HDI板量产钻孔的成本结构中占据核心地位。

 CO₂激光HDI钻孔应用：excelliDRILL优势的直接映射  

由于excelliDRILL波长定位为9400 nm，其最典型的应用场景即为CO₂主导的HDI板钻孔流程以及CO₂钻孔设备：

在HDI板复合材料的大批量微孔加工中，CO₂钻孔被广泛认为是核心工艺之一，可在铜/树脂/玻纤复合叠层中实现直径≤100 µm的高质量微孔，同时具备优异的生产率与经济性。excelliDRILL通过降低阶跃响应，显著提升孔与孔之间的定位效率，从而确保激光系统不会在孔位切换时被迫等待，提高整机有效加工占空比。

在铜层钻孔方面，HDI板钻孔通常采用多种策略。铜直接钻孔是常见工艺之一：激光首先穿透或去除表层铜箔，随后钻透树脂介质并在内层铜面停止。由于铜具有高导热性，这一过程往往需要短时间内输出高能量脉冲，以控制热扩散并获得稳定孔形。另一类成熟方案是采用UV激光对铜层进行高精度切割或开窗，然后使用CO₂激光高效去除介质层。在这些工艺路径中，扫描系统必须在每次孔位切换时快速可靠到位并稳定，稳定时间越短，系统可实现的点加工速率上限越高。

在高吞吐量设备架构中，多头加工与分束结构是行业常用扩产方案。将光束分为两路并配置两套加工光路，每套加工光路配备独立振镜扫描系统与f-theta镜头，可实现并行钻孔并显著提升面板产能。在这种架构下，每个加工光路的阶跃响应性能都会直接影响总吞吐量。控制板RTC6具备多振镜（multi-scanner）控制能力，可支持双振镜同步加工模式，使以控制卡协调两套振镜系统并行运行，从而通过并行化策略进一步提升产能。

展望：更小孔径与更高密度趋势下，钻孔对振镜系统的新要求  

HDI PCB技术路线仍在持续向更小孔径、更紧密孔距以及更高层数推进。目前60–100 µm已被视为主流HDI板孔径范围，而更小微孔在高端设计中正逐步成为趋势。孔径缩小将带来三方面的系统性要求提升：

首先，孔位叠加精度要求更高，振镜系统需要更低的位置噪声、更高的重复定位精度以及更长时间的稳定标定能力。漂移性能的重要性将显著提升，因为温漂或长期漂移造成的微小误差会更容易超过容差预算。漂移补偿机制（如偏移/增益补偿）将成为进一步提高长时间一致性的重要手段。

其次，密集阵列将使平均跳转距离更短，稳定事件更频繁，从而使0.2–0.5 mm区间的阶跃响应成为决定产能的主要瓶颈。excelliDRILL在0.2 mm跳转下的突出表现，正好契合未来密集孔阵列的主流工况。

最后，CO₂对许多介质材料仍然非常适用，但随着孔径接近聚焦极限且质量要求提高，越来越多系统会引入UV或其他波长（包括混合波长工艺）以改善铜层加工效果、降低热影响区或实现更小有效特征尺寸。因此，振镜系统必须支持更严格的动态精度，并在部分设备架构中支持多波长兼容、更先进的触发与激光同步能力，以及更强的热控制能力。

结论  

HDI板微孔钻孔是PCB制造中对产量要求最高的工艺之一，其特点是孔径小、孔数量巨大、定位精度要求高，任何微小节拍差异都会在百万级孔位中被放大。9.4 µm CO₂激光钻孔已被广泛验证为HDI板复合材料叠层与盲孔加工的高效率解决方案，而工业设备通常依赖高速振镜扫描系统与f-theta光学结构实现高点位加工能力。

在该技术体系中，SCANLAB excelliDRILL之所以适用于HDI 板CO₂钻孔，是因为其优化方向契合实际瓶颈——孔位间跳转与稳定时间。通过显著降低阶跃响应，excelliDRILL能够在关键跳转距离范围内缩短等待时间，从而提升可实现的钻孔速率，并在大规模孔位加工中体现出明显的产能优势。随着HDI板持续向更小孔径、更高密度发展，阶跃响应与长期稳定性带来的性能裕量将变得更有价值，使面向钻孔优化的高动态振镜扫描系统成为下一代PCB制造竞争力的重要决定因素。

2026 年 3 月 18 日至 20 日

中国·上海

欢迎莅临 N2 馆 2302 展位 与我们交流, 我们将展出这款新产品 excelliDRILL。