一种激光选择性吸收的盲孔钻孔方法、设备、装置及系统与流程

1.本发明涉及激光加工技术领域，具体涉及一种激光选择性吸收的盲孔钻孔方法、设备、装置及系统。


背景技术：

2.对于hdi（高密度互联）线路板的盲孔钻孔，目前100%均采用了二氧化碳激光盲孔钻孔，主要设备提供商是国外某公司（高峰值功率激光器是核心技术），激光钻孔设备价格坚挺，态度傲慢，订单排期目前需要三年。由于无法获得高性能二氧化碳激光器，国产化替代几乎无望，国内线路板企业无可奈何。
3.这种二氧化碳激光盲孔钻孔，加工对象为玻璃纤维板，二氧化碳激光对fr4材料可以直接加工，而表面的铜皮则对二氧化碳激光高反，因此需要对上层铜皮进行减薄和黑化或棕化处理，便于二氧化碳激光吸收。两侧的铜皮在减薄，再进行棕化或者黑化处理的过程中，存在环节污染，流程长，成本高，且如果减薄、黑化或者棕化处理不均匀，就会出现大面积电路板盲孔失效报废和索赔，很多企业出现几千万或者过亿元的索赔但无可奈何。
4.因此，我们如果想要替代和超越国外公司的技术方案，是不可能走二氧化碳激光钻孔的技术路线的，只能走其他激光器钻孔路线。
5.如果能找到一种盲孔钻孔技术方案，激光可以直接对铜皮和内层的fr4玻璃纤维板进行加工，但有不伤及盲孔孔底底铜的hdi硬板盲孔加工方式，就能绕过国外封锁，特别是国外激光钻孔设备的瓶颈，完成进口替代和攻克这个卡脖子的进口设备环节。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是提供一种激光选择性吸收的盲孔钻孔方法、设备、装置及系统，可以绕开进口单光束二氧化碳激光盲孔钻孔设备方案，特别是解决含玻璃纤维的绝缘材料和上下铜皮的复合叠层材料的盲孔加工钻孔进口设备卡脖子问题。
7.为了解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：第一方面，本发明提供了一种激光选择性吸收的盲孔钻孔方法，利用开窗激光束和清洗激光束对复合叠层材料进行钻盲孔加工；其中，所述开窗激光束和所述清洗激光束均为非二氧化碳激光束；所述复合叠层材料至少包括中间绝缘材料层以及贴合在所述中间绝缘材料层两侧的导电材料层；所述中间绝缘材料层对所述清洗激光束具有选择性高吸收率；所述导电材料层对所述开窗激光束具有选择性高吸收率，却对所述清洗激光束因激光反射和激光等离子体云屏蔽散射而具有选择性低吸收率；具体的，高吸收率是指材料对激光的吸收率足以使激光清除材料，低吸收率是指材料对激光的吸收率不足以使激光损伤或者清除材料；所述盲孔钻孔方法包括如下步骤：将所述开窗激光束和所述清洗激光束传输至所述复合叠层材料待加工一侧的导电材料层外表面，并形成开窗激光束光斑和清洗激光束光斑；
利用所述开窗激光束光斑对所述复合叠层材料待加工一侧的所述导电材料层进行开窗蚀刻，露出所述中间绝缘材料层；将所述清洗激光束光斑对准开窗，使所述清洗激光束光斑对开窗窗内露出的所述中间绝缘材料层进行冲孔或者旋切扫描，直至露出所述复合叠层材料非加工一侧的导电材料层内表面，形成盲孔；其中，所述清洗激光束光斑在开窗窗内露出的所述中间绝缘材料层的冲孔光斑尺寸或者光斑旋切扫描轮廓大于开窗尺寸；所述清洗激光束与开窗窗口外区域的所述复合叠层材料待加工一侧的导电材料层相互作用形成环状激光等离子体屏蔽云；在露出所述复合叠层材料非加工一侧的导电材料层内表面时，所述清洗激光束与露出的所述复合叠层材料非加工一侧的导电材料层相互作用形成盲孔孔底激光等离子体屏蔽云；具体的，所述环状激光等离子体屏蔽云或/和所述盲孔孔底激光等离子体屏蔽云用于对照射在所述环状激光等离子体屏蔽云或/和所述盲孔孔底激光等离子体屏蔽云上的所述清洗激光束进行全部或部分屏蔽散射；当所述环状激光等离子体屏蔽云或/和所述盲孔孔底激光等离子体屏蔽云用于对照射在所述环状激光等离子体屏蔽云或/和所述盲孔孔底激光等离子体屏蔽云上的所述清洗激光束进行部分屏蔽散射时，穿过所述环状激光等离子体屏蔽云或/和所述盲孔孔底激光等离子体屏蔽云的另一部分所述清洗激光束被所述导电材料层反射。
8.第二方面，本发明提供了一种激光选择性吸收的盲孔钻孔设备，所述盲孔钻孔设备应用于上述所述的盲孔钻孔方法，用于对复合叠层材料进行钻盲孔加工；其中，所述开窗激光束和所述清洗激光束均为非二氧化碳激光束；所述复合叠层材料至少包括中间绝缘材料层以及贴合在所述中间绝缘材料层两侧的导电材料层；所述中间绝缘材料层对所述清洗激光束具有选择性高吸收率；所述导电材料层对所述开窗激光束具有选择性高吸收率，却对所述清洗激光束因激光反射和激光等离子体云屏蔽散射而具有选择性低吸收率；具体的，高吸收率是指材料对激光的吸收率足以使激光清除材料，低吸收率是指材料对激光的吸收率不足以使激光损伤或者清除材料；所述盲孔钻孔设备包括激光合束器、振镜扫描与平场聚焦装置、用于输出开窗激光束的开窗激光器以及用于输出清洗激光束的清洗激光器；所述开窗激光器的激光输出端口以及所述清洗激光器的激光输出端口均与所述激光合束器的激光输入端口通过光路连接，所述激光合束器的激光输出端口与所述振镜扫描与平场聚焦装置的输入端口通过光路连接，所述振镜扫描与平场聚焦装置的输出端口对准所述复合叠层材料并用于在所述复合叠层材料待加工一侧的导电材料层外表面形成开窗激光束光斑和清洗激光束光斑，所述开窗激光束光斑和所述清洗激光束光斑位于同一加工平面内，且所述开窗激光束光斑直径和所述清洗激光束光斑直径均小于200微米；所述开窗激光束光斑用于对所述复合叠层材料待加工一侧的所述导电材料层进行开窗蚀刻，露出所述中间绝缘材料层；所述清洗激光束光斑用于对准开窗，并对开窗窗内露出的所述中间绝缘材料层进行冲孔或者旋切扫描，直至露出所述复合叠层材料非加工一侧的所述导电材料层内表面，形成盲孔；其中，所述清洗激光束光斑在开窗窗内露出的所述中间绝缘材料层的冲孔光斑尺
寸或者光斑旋切扫描轮廓大于开窗尺寸；所述清洗激光束与开窗窗口外区域的所述复合叠层材料待加工一侧的导电材料层相互作用形成环状激光等离子体屏蔽云；在露出所述复合叠层材料非加工一侧的导电材料层内表面时，所述清洗激光束与露出的所述复合叠层材料非加工一侧的导电材料层相互作用形成盲孔孔底激光等离子体屏蔽云；具体的，所述环状激光等离子体屏蔽云或/和所述盲孔孔底激光等离子体屏蔽云用于对照射在所述环状激光等离子体屏蔽云或/和所述盲孔孔底激光等离子体屏蔽云上的所述清洗激光束进行全部或部分屏蔽散射；当所述环状激光等离子体屏蔽云或/和所述盲孔孔底激光等离子体屏蔽云用于对照射在所述环状激光等离子体屏蔽云或/和所述盲孔孔底激光等离子体屏蔽云上的所述清洗激光束进行部分屏蔽散射时，穿过所述环状激光等离子体屏蔽云或/和所述盲孔孔底激光等离子体屏蔽云的另一部分所述清洗激光束被所述导电材料层反射。
9.第三方面，本发明提供了一种激光选择性吸收的盲孔钻孔装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且可运行在所述处理器上的计算机程序，所述计算机程序在所述处理器中运行时实现如上述所述的盲孔钻孔方法。
10.第四方面，本发明提供了一种激光选择性吸收的盲孔钻孔系统，包括机台，还包括上述所述的盲孔钻孔设备以及上述所述的盲孔钻孔装置，所述盲孔钻孔装置与所述盲孔钻孔设备电连接；所述机台，其用于放置待加工的复合叠层材料；所述盲孔钻孔设备，其用于输出开窗激光束和清洗激光束；所述盲孔钻孔装置，其用于控制所述盲孔钻孔设备输出的开窗激光束和清洗激光束执行上述所述的盲孔钻孔方法，完成对所述机台上放置的复合叠层材料的盲孔钻孔加工。
11.本发明的有益效果是：在本发明一种激光选择性吸收的盲孔钻孔方法、设备、装置及系统中，开窗激光束可以相对容易穿透或避开激光等离子体屏蔽云高效完成复合叠层材料的导电材料层开窗，清洗激光束在窗口外导电材料层表面产生环状激光等离子体屏蔽云，开窗窗口内的绝缘材料等离子体相对弱小，清洗激光束可以高效完成目前只有二氧化碳激光才能高效高品质清除的绝缘介质（例如含玻璃纤维，铁氟龙等材料）的清除，可以不伤或者少伤盲孔孔底导电材料层。需要注意的是，开窗激光束可以在复合叠层材料待加工一侧的导电材料层开窗，它就有能力将盲孔孔底复合叠层材料非加工一侧的导电材料层打穿，因此单独的开窗激光束是做不了盲孔的；清洗激光束可以清除绝缘材料，但是由于峰值功率极高，会在导电材料层表面产生大范围的强烈激光等离子体屏蔽云，对照射其上的清洗激光束进行屏蔽和散射，保护导电材料层不被损伤或少受损伤，即使再有部分能量穿越激光等离子体屏蔽云，也会被导电材料层表面反射，因此能做到不伤或者少伤所开窗外和盲孔孔底的导电材料层，因此它也不适合用来对导电材料层开窗。而本发明巧妙地选择峰值功率极高地超快激光作为清洗激光，人为制造导电材料表面的激光等离子体屏蔽云，与去掉或者减少激光等离子体屏蔽的常规激光微加工思维相比是逆向思维，这种逆向思维的思路非常巧妙。开窗激光束和清洗激光束完美配合，分别解决上层导电材料层开窗和中间绝缘材料层清除并完成盲孔钻孔，高效可靠解决了以前只能依靠二氧化碳激光（复合叠层材料待加工一侧的导电层材料需要减薄黑化辅助工序）的hdi线路板激光钻孔行业难点与
痛点，而且不再需要表层铜皮减薄与棕化，流程减少，成本降低，成品率提升。
附图说明
12.图1为本发明一种激光选择性吸收的盲孔钻孔方法的流程图；图2为复合叠层材料的结构示意图；图3为开窗激光束在上层导电材料层上的开窗过程状态图；图4为开窗激光束的最终开窗效果示意图；图5为清洗激光束在没有开窗的上层导电材料层表面作用的状态图；图6为清洗激光束与上层导电材料层相互作用形成的环状等离子体屏蔽云分布图；图7为清洗激光束加工形成盲孔的状态图；图8为环状激光等离子体屏蔽云与盲孔孔底激光等离子体屏蔽云的分布图；图9为本发明一种激光选择性吸收的盲孔钻孔设备的结构框图。
13.附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、上层导电材料层，2、中间绝缘材料层，3、下层导电材料层，11、开窗，12、开窗激光束，13、开窗激光束等离子体云，21、盲孔，22、清洗激光束，23、环状激光等离子体屏蔽云，24、盲孔孔底激光等离子体屏蔽云，25、上层导电材料层激光等离子体屏蔽云。
具体实施方式
14.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
15.实施例一：一种激光选择性吸收的盲孔钻孔方法，利用开窗激光束和清洗激光束对复合叠层材料进行钻盲孔加工；其中，所述开窗激光束和所述清洗激光束均为非二氧化碳激光束；所述复合叠层材料至少包括中间绝缘材料层以及贴合在所述中间绝缘材料层两侧的导电材料层；所述中间绝缘材料层对所述清洗激光束具有选择性高吸收率；所述导电材料层对所述开窗激光束具有选择性高吸收率，却对所述清洗激光束因激光反射和激光等离子体云屏蔽散射而具有选择性低吸收率；具体的，高吸收率是指材料对激光的吸收率足以使激光清除材料，低吸收率是指材料对激光的吸收率不足以使激光损伤或者清除材料；如图1所示，所述盲孔钻孔方法包括如下步骤：将所述开窗激光束和所述清洗激光束传输至所述复合叠层材料待加工一侧的导电材料层外表面，并形成开窗激光束光斑和清洗激光束光斑；利用所述开窗激光束光斑对所述复合叠层材料待加工一侧的所述导电材料层进行开窗蚀刻，露出所述中间绝缘材料层；将所述清洗激光束光斑对准开窗，使所述清洗激光束光斑对开窗窗内露出的所述中间绝缘材料层进行冲孔或者旋切扫描，直至露出所述复合叠层材料非加工一侧的导电材料层内表面，形成盲孔；其中，所述清洗激光束光斑在开窗窗内露出的所述中间绝缘材料层的冲孔光斑尺寸或者光斑旋切扫描轮廓大于开窗尺寸；所述清洗激光束与开窗窗口外区域的所述复合叠
层材料待加工一侧的导电材料层相互作用形成环状激光等离子体屏蔽云；在露出所述复合叠层材料非加工一侧的导电材料层内表面时，所述清洗激光束与露出的所述复合叠层材料非加工一侧的导电材料层相互作用形成盲孔孔底激光等离子体屏蔽云；具体的，所述环状激光等离子体屏蔽云或/和所述盲孔孔底激光等离子体屏蔽云用于对照射在所述环状激光等离子体屏蔽云或/和所述盲孔孔底激光等离子体屏蔽云上的所述清洗激光束进行全部或部分屏蔽散射；当所述环状激光等离子体屏蔽云或/和所述盲孔孔底激光等离子体屏蔽云用于对照射在所述环状激光等离子体屏蔽云或/和所述盲孔孔底激光等离子体屏蔽云上的所述清洗激光束进行部分屏蔽散射时，穿过所述环状激光等离子体屏蔽云或/和所述盲孔孔底激光等离子体屏蔽云的另一部分所述清洗激光束被所述导电材料层全部或部分反射。
16.具体的：激光等离子体屏蔽云产生过程是这样的，激光烧蚀材料时候，当激光功率密度到达一定阈值，就产生激光等离子体，很多激光等离子体聚集就形成激光等离子体屏蔽云；激光等离子体形成后会继续吸收入射激光，阻止激光向前传输，切断激光与材料的相互作用，直到没有入射激光输入从而激光等离子体消失。激光等离子体强烈到一定程度（相同激光，不同材料，等离子体强度差别很大，电子数越多，激光越强烈，等离子体越强），激光会被吸收屏蔽和散射掉；对于一般激光微加工，一般强度的激光等离子体，部分入射激光还是可以穿透激光等离子体屏蔽云对材料进行加工，另也会采用激光加工光斑高速运动或者间歇性出光来规避激光等离子体对激光微加工的影响。本发明就是运用了两个极端，一个需要高强度等离子体云，一个需要设法减少和规避激光等离子体的影响，来实现复合叠加材料的激光盲孔钻孔。
17.激光与物质相互作用时，材料对激光的吸收是一个理论与实践都非常复杂的问题，不仅仅与激光波长及材料有关，还与外光路激光传输与聚焦系统，激光作用于物质的能量当量和时间长短，激光与物质作用时候的材料温度高低，激光与物质作用时候的激光聚焦光斑大小、激光脉冲宽度、激光脉冲重复频率、激光峰值功率密度、激光焦点的运动控制、激光等离子体屏蔽云大小，以及吹气、抽气或者喷雾等减少激光等离子体屏蔽云的外在措施等等因素密切相关。因此，在相同的激光波长和相同作用材料条件下，我们都在想办法如何减少或者清除激光等离子体屏蔽云对激光蚀刻材料的影响。而本发明则是在激光波长和激光作用材料对象确定的情况下，一方面设计一种激光加工系统，可以很好的进行导电材料层的开窗，这个激光束在本发明中称之为开窗激光束；另一方面，相同波长激光和同一导电材料相互作用时，则人为制造激光等离子体屏蔽云对激光进行屏蔽，少量透过激光等离子体屏蔽云的激光能量，则被导电材料层表面反射（尽可能选择这种导电材料高反射率的激光波长）和继续产生激光等离子屏蔽体云，这样保护被开窗激光束开窗窗外的导电材料层不会被蚀刻或损伤尽可能轻。
18.本发明巧妙的利用复合叠层材料在与激光作用时候产生激光等离子体屏蔽云的差异性，例如金属材料与激光相互作用产生的激光等离子体屏蔽云温度更高，电子数更多且电子密度更大，对激光传输的屏蔽和散射更大；一般绝缘材料与激光相互作用产生的激光等离子体屏蔽云温度低，对激光的屏蔽能力弱。因此同一束清洗激光束，与导电材料产生的激光等离子体屏蔽云比与绝缘材料产生的激光等离子体屏蔽云温度更高强度更大，对激
光的屏蔽更强。
19.本发明巧妙运用了激光等离子体屏蔽云产生和消除或减弱屏蔽的一些规律，采用逆向思维，实现本发明。激光加工参数，例如激光波长、脉冲宽度、脉冲能量、激光峰值功率、激光加工光斑大小以及脉冲重复频率等因素，对激光等离子体屏蔽云的产生有直接关系。本发明在利用不同参数的激光与材料相互作用产生激光等离子体屏蔽云的差异性，来减少和增强激光等离子体屏蔽云，实现复合叠层材料对激光选择性吸收并获得良好的盲孔钻孔效果。
20.另外，还有必要对本发明的一些内容进行如下解释：盲孔，英文是blind via，该孔入口是在线路板的表面，然后通至线路板之内部导电层为止，就是连接表层和内层而不贯通整板的导通孔，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的电连接。盲孔加工的基本要素是孔底不伤底铜（下层的导电材料层）或者少伤底铜，孔口不伤上层铜（上层的导电材料层），孔壁内缩小，盲孔锥度一般要大于80%。
21.盲孔锥度，盲孔锥度一般指盲孔下孔径直径除以盲孔上孔径直径。一般盲孔激光钻孔，盲孔锥度要求大于80%，否则可能出现电镀可靠性问题，因而导致盲孔失效（不同层的两层导电铜层电气连接失效），那将是严重的质量事故。例如，孔口直径100微米，孔底直径50微米，锥度50%，纳秒孔底电镀接触面积就很小，很容易造成盲孔失效。为了保障电镀可靠性，孔底直径要尽可能与孔口接近，一般标准是盲孔锥度大于80%。
22.一般激光都是高斯分布激光束，如果清洗激光束光斑较小，直接在开窗内部进行绝缘材料的清除，那么盲孔的锥度会很小，不能满足盲孔锥度大于80%的要求，只有在盲孔孔壁周围采用高斯激光束靠近光轴的激光进行旋切扫描，或者采用一个比开窗窗口更大的激光光斑，本发明所开窗窗口对应光斑中心的一部分，那么这部分接近平顶激光，那么盲孔锥度就比较好，可以超过80%。那么为何不用平顶激光在开窗窗口内直接清除绝缘材料呢，其原因一方面是平顶激光在场镜下很难调整且不稳定，经常激光偏离平顶分布；另一方面是光路成本高，光斑比窗口小，绝缘材料清除效率也慢。
23.开窗，就是采用开窗激光束在上层的导电材料层表面进行蚀刻，露出中间绝缘材料层的过程。
24.冲孔，就是清洗激光束相对所开窗窗口不动，激光脉冲不断冲击所开窗口位置。
25.旋切扫描，就是清洗激光束绕着所开窗窗口按照设定的轨迹进行运动，落到开窗内的能量对开窗内绝缘材料进行清除，落在窗外的激光被激光等离子体屏蔽云屏蔽吸收与散射和/或被上层的导电材料层部分反射。
26.激光波长，激光波长是指激光器的输出波长，是激光器输出激光光束的重要参数。激光器的激光波长输出的特性完全是由组成激光工作物质的原子(或分子、离子)的有关能级之间跃迁发光的性质以及谐振腔的结构和性质决定的，激光是一种特殊的光，有光的特性，只不过比普通光颜色更纯，能量更大一些。激光的波长和普通光的波长一样，从红外线到紫外线，都有激光的存在。波长大约是几千纳米以下的量级，越往紫外光区靠拢的激光波长越短，可以到几百纳米甚至更小。
27.脉冲宽度，一般指激光脉冲的半高度的时间宽度，覆盖毫秒、微秒、纳秒、皮秒到飞秒、阿秒量级。
28.脉冲能量，激光输出脉冲面积代表了激光脉冲能量，一般可以用激光能量功率计
直接测量或者换算得到。
29.激光峰值功率，一般定义为激光脉冲能量除以激光脉冲宽度，单位为瓦或者千瓦或者兆瓦。
30.激光光斑大小，激光束传输到复合叠层材料表面的激光光束横截面的大小。
31.脉冲重复频率，指单位时间内，激光器发出的激光脉冲数量，单位为赫兹或者千赫兹。
32.本发明中，在开窗激光束光斑对复合叠层材料待加工一侧的导电材料层进行激光开窗，不论是冲孔开窗还是旋切开窗，都需要消除或减弱激光等离子体屏蔽云，或者降低激光等离子体屏蔽云对激光传输的屏蔽作用。经过测试，在激光峰值功率密度超过材料的激光加工阈值前提条件下，激光脉冲越宽，激光能量越能更好的与导电材料耦合，激光等离子体屏蔽云越小，激光加工火花越小，因此采用长脉宽纳秒激光器作为开窗激光器为好，例如激光脉冲宽度大于10纳秒，经过测试，10纳秒到200纳秒脉宽的激光器非常适合，当然脉冲重复频率高一些更加好，一般选择50千赫兹以上。这样本身开窗激光束在导电材料表面产生的激光等离子体屏蔽云就小，对激光的屏蔽也弱，再加上开窗激光束在导电材料层表面是旋切开窗，下一个激光脉冲会偏离并规避一些前面激光脉冲产生的激光等离子体。如果开窗激光束是冲孔开窗，也有办法规避等离子体云的影响，例如控制冲孔加工时长，例如100微秒到500微秒。
33.本发明中，在清洗激光束对开窗窗内中间绝缘材料层清除的时候，需要满足盲孔加工的基本要求。线路板层间互联的盲孔钻孔，对于复合叠层材料两侧导电层的基本要求是，孔底伤导电材料层小于3~5微米，孔口导电材料层要保持干净且基本不伤孔口导电材料层，孔底无残留绝缘材料。清洗激光束光斑在开窗窗口外的导电材料层表面的峰值功率密度如果低于导电材料的理论激光破坏阈值，毫无疑问是可以不伤导电材料层的，但是中间绝缘材料层的绝缘材料，往往也需要很高的峰值功率密度来加工，甚至其激光破坏阈值不低于导电材料层的导电材料激光破坏阈值。本发明巧妙利用了导电材料与绝缘材料在高激光峰值功率作用下等离子体效应强度的不同，以及材料表面的激光反射率的不同的特点，完美实现复合叠层材料的激光选择性吸收并完美完成激光盲孔钻孔。采用绝缘材料吸收率高反射率低的激光波长的清洗激光束加工中间绝缘材料层，同时导电材料层表面对清洗激光束具有高反射率特点，并能与清洗激光束作用产生强烈激光等离子体屏蔽云，从而保护受到清洗激光束照射的导电材料层材料不被蚀刻或者被轻微蚀刻，完美完成激光盲孔钻孔。
34.下面结合具体的附图对本发明的内容进行说明：图2为复合叠层材料的结构示意图。所述复合叠层材料至少包括中间绝缘材料层2以及贴合在所述中间绝缘材料层2两侧的导电材料层；其中，定义贴合在中间绝缘材料层2上表面的导电材料层为上层导电材料层1，定义贴合在中间绝缘材料层2下表面的导电材料层为下层导电材料层3。
35.在本实施例中，上层导电材料层1和下层导电材料层3都为12微米厚度铜箔，中间绝缘材料层2为60微米厚度bt材料或fr4材料。
36.在其他实施例中，上层导电材料层1和下层导电材料层3都为12微米电解铜，中间绝缘材料层2为含玻璃纤维的fr4材料。
37.图3为开窗激光束在上层导电材料层上的开窗过程示意图。以上层导电材料层1为铜材料、开窗激光束12为纳秒激光束为例，开窗激光束12的脉冲宽度为10纳秒，脉冲重复频率为100khz，平均功率为20瓦，聚焦光斑直径为30微米。左侧实线所示的开窗激光束12在上层导电材料层1表面会激发开窗激光束等离子体云13，由于开窗激光束12和上层导电材料层1之间有相对运动，运动方向如箭头方向所示，下一个激光脉冲到来的时候，开窗激光束12处于右侧虚线所示位置，避开了开窗激光束12在左侧实线所示位置产生的开窗激光束等离子体云13；另由于开窗激光束12的脉冲宽度相对宽，激光脉冲能量能够很好的与铜进行相互作用，开窗激光束等离子体云13本身不强烈；因此，不论是旋切开窗，还是冲孔开窗，开窗激光束都比较容易实现穿过开窗激光束等离子体云13实现对上层导电材料层1的加工。总之，开窗激光束12对铜材料的加工，由于激光脉冲宽度相对长，在加工过程中等离子体影响相对小，纳秒激光对铜材料的加工效率高。
38.开窗激光束的最终开窗效果如图4所示，开窗激光束12在上层导电材料层1上开窗刻蚀形成开窗11。
39.在本发明中，清洗激光束加工中间绝缘材料层的过程如图5-7所示：如图5所示，上层导电材料层1上没有开窗之前，清洗激光束22在上层导电材料层1表面的加工光斑大，加上激光峰值功率高，产生的上层导电材料层激光等离子体屏蔽云25相当大，清洗激光束22是冲孔加工，不移动位置，因此比较容易产生激光等离子体云叠加，加上上层导电材料层1是铜皮的激光高反材料，部分透过上层导电材料层激光等离子体屏蔽云25的激光能量，由于激光能量与峰值功率急剧下降，低于上层导电材料层1的损伤阈值，那么穿透上层导电材料层激光等离子体屏蔽云25的激光能量将被上层导电材料层1反射，进一步加强上层导电材料层激光等离子体屏蔽云25的强度，因此清洗激光束22无法顺利对上层导电材料层1进行有效破坏或损伤。
40.如图6、图7和图8所示，上层导电材料层1上形成开窗之后，清洗激光束22对准上层导电材料层1上的开窗11进行冲孔，中间绝缘材料层2由于对清洗激光束22高吸收率，被清洗激光束22加工形成盲孔21；上层导电材料层1上的窗口11外围的导电材料对清洗激光束22部分能量反射，其余部分能量与上层导电材料层1相互作用形成环状等离子体屏蔽云23，阻挡后续清洗激光能量注入，使得上层导电材料层1受清洗激光束22照射的圆环区域不被清洗激光束22蚀刻或损伤或少量损伤。此时盲孔21内部，清洗激光束22与中间绝缘材料层2相互作用，直到露出盲孔21孔底的下层导电材料层3内表面，导致剩余的清洗激光束22部分被下层导电材料层3内表面反射，部分清洗激光束22能量与下层导电材料层3相互作用形成盲孔孔底激光等离子体屏蔽云24，保护盲孔孔底导电材料层3内表面不被清洗激光束蚀刻或者损伤或者少量损伤。
41.在本具体实施例中，还具有如下优选方案：优选的，将所述开窗激光束和所述清洗激光束经过同一聚焦系统进行光斑聚焦后传输至所述复合叠层材料待加工一侧的导电材料层外表面。
42.开窗激光束和所述清洗激光束经过同一聚焦系统进行光斑聚焦，开窗激光束加工光斑与清洗激光束加工光斑处于同一个聚焦系统下，并且可以使用同一个坐标系，钻孔位置重复精度极高，完美解决开窗与冲孔位置错位问题和钻孔效率问题。
43.优选的，所述清洗激光束光斑在所述导电材料层上的光斑激光峰值功率密度大于
所述开窗激光束光斑在所述导电材料层上的光斑激光峰值功率密度。
44.要获得强大的如图6所示的环状激光等离子体云23，清洗激光束在材料1表面的峰值功率密度要大；要尽量避免激光等离子体云，开窗激光束12在上层导电材料层1表面开窗（旋切开窗或冲孔开窗）的激光峰值功率密度要尽可能小，当然必须高于上层导电材料层1的激光加工阈值。因此，所述清洗激光束光斑在所述导电材料层上的光斑激光峰值功率密度要大于所述开窗激光束光斑在所述导电材料层上的光斑激光峰值功率密度。
45.经过发明人研究发现，清洗激光器比较好的选择是超快激光器，包括皮秒和飞秒激光器。皮秒激光由于脉冲宽度很窄，在对铜材料加工的时候，会激发激烈的等离子体云，导致皮秒激光不能很好透过等离子体对铜材料继续蚀刻加工，因此导致皮秒激光相对于纳秒激光很难加工相对厚一些的铜材料，即使皮秒激光的激光加工光斑很大，比所开窗尺寸都大，但由于激光峰值功率很高，皮秒清洗激光束的加工光斑的激光峰值功率密度远大于纳秒开窗激光聚焦光斑激光峰值功率密度，即使如此，前者很难对铜材料加工，而后者经过聚焦后很轻松完成铜材加工。
46.对于导电材料的加工，需要一定的激光峰值，同时也需要一定的激光加工热量，温度高的金属导电材料对激光的吸收会更好，有利于导电材料层的激光加工的材料去除。因此，用于加工导电材料层的开窗激光束的激光脉冲宽度可以选择在纳秒甚至微秒量级。
47.对于含有玻璃纤维或者特氟龙的高激光加工阈值绝缘材料层，如果激光清除绝缘材料的加工光斑很大，例如50微米到200微米，纳秒激光由于激光峰值功率很难达到这类材料的激光加工阈值，难以进行直接的激光加工。必须采用更高的激光峰值功率加工手段。要获得高的峰值功率，有激光脉冲宽度和激脉冲能量两个维度，如果一味提升激光脉冲能量获得高峰值功率，那么这种清洗激光束在清除绝缘材料的时候，也能清除掉表层导电材料层，因为我们测试发现，宽脉冲宽度的激光能量能够很好的用于加工导电金属材料。本发明从激光脉冲宽度维度入手，获得极高的激光峰值功率，在能够清除绝缘材料的同时，可以在开窗窗外的上层导电材料层表面形成强烈的激光等离子体屏蔽云，保护外层导电层不被蚀刻或者轻微蚀刻，经过测试，满足盲孔加工要求。因此清洗激光束优先选择超短脉冲激光，一般为脉冲宽度小于1纳秒，包含皮秒和飞秒等。
48.优选的，所述开窗激光束的波长与所述清洗激光束的波长相同或不同。
49.相同激光波长，在一个聚焦系统下聚焦，光学折射率是一致的，便于开窗激光束和清洗激光束加工光斑重合。如果是不同的激光波长在一个聚焦系统下聚焦，那么不同的激光束则单独需要一个激光加工坐标系并进行校准，并标定两个坐标系之间的重合度。
50.波长相同的前提条件下，材料不同因素和激光不同因素（脉冲宽度，脉冲重复频率，激光峰值功率密度，激光加工光斑大小等）会导致激光加工阈值和材料吸收的很大差异性，本发明就利用了相同波长不同激光脉冲宽度不同激光峰值功率不同聚焦光斑大小等差异的激光加工光斑，在与导电材料作用时候，具有不同强度和大小的激光等离子体云，对于开窗所产生的等离子体云要尽量消除与避免，对于清洗激光对绝缘材料进行冲孔加工时候，要加强和利用在导电材料层表面的环状清洗激光产生的环状激光等离子体云，对清洗激光局部进行屏蔽，保护导电材料层表面不被蚀或损伤。
51.优选的，所述开窗激光束和/或所述清洗激光束的波长为可见光波长或红外光波长或远红外光波长。
52.对于导电金属而言，可见光、红外光和远红外具备高反射率，选择这些波长的超快激光，能产生超强激光等离子体云，同时这些波长激光对于一般绝缘材料又是高吸收率材料，因此这些激光波长是本发明专利的优选波长。
53.优选的，利用所述开窗激光束光斑对所述复合叠层材料待加工一侧的所述导电材料层进行开窗蚀刻具体的，利用所述开窗激光束光斑对所述复合叠层材料待加工一侧的所述导电材料层进行旋切开窗或冲孔开窗，且旋切开窗的开窗激光束光斑直径小于冲孔开窗的开窗激光束光斑直径。
54.大光斑冲孔效率高，但是需要很高的激光功率。小光斑旋切开窗，效率低一些，但是激光功率要求也低一些。
55.优选的，在将所述开窗激光束和所述清洗激光束传输至所述复合叠层材料待加工一侧的导电材料层外表面形成开窗激光束光斑和清洗激光束光斑时，所述开窗激光束光斑和所述清洗激光束光斑在所述复合叠层材料待加工一侧的导电材料层外表面重合。
56.光斑重合，开窗激光束和清洗激光束钻孔配合效率最高，精度最好。光斑重合是可以做到的，但是批量生产中，两个光斑有时候还是有些偏移的。
57.优选的，将所述清洗激光束光斑对准开窗的方法为，根据所述开窗激光束光斑校准振镜扫描与平场聚焦装置以确定所述开窗激光束光斑的加工坐标系，根据所述加工坐标系标定所述清洗激光束与所述开窗激光束之间的偏移量，以使所述清洗激光束光斑对准开窗。
58.一般组合激光焦点希望在垂直于光束传输方向上离散度为零，即两个光斑重合，如果不重合，这需要设置一个光斑相对于另一个光斑的偏移量，这样在振镜的作用下，两个光斑可以对同一个待钻孔位置精确加工。在光束传输方向上，两个激光焦点最好位于同一个加工平面，在本发明中，最大允许偏移量为100微米。这样确保两个加工焦点可以对同一个平面的待加工点进行加工，而不需要调整激光焦点与待加工材料的相对位置。
59.优选的，所述导电材料层的导电材料为铜或银；所述中间绝缘材料层的绝缘材料包含bt材料、陶瓷、铁氟龙、液晶聚合物、石墨烯、玻璃纤维、环氧胶材料中的任一种或多种的组合。
60.待加工的复合叠层材料，可以是含fr4的双面覆铜板或多层板，也可以是含bt材料的双面覆铜板或多层板，也可以是含特氟龙材料的双面覆铜板或多层板，还可以是含lcp（液晶聚合物）材料的双面板或多层板，每一种材料至少一层。
61.在具体实施中，复合叠层材料中的导电材料层（铜箔）有2层或者2层以上，中间绝缘材料层为1层或者2层或者多层，绝缘材料层的上下两侧为导电材料层（铜箔）。采用开窗激光束（这里可以选绿光纳秒激光束）对铜箔（导电材料层）进行开窗加工，采用清洗激光束（这里选择绿光皮秒激光束）对绝缘材料层进行清除加工。
62.有必要对几种材料进行说明。
63.fr4材料：fr4环氧玻纤布基板，是以环氧树脂作粘合剂，以电子级玻璃纤维布作增强材料的一类基板。
64.bt材料：是日本三菱瓦斯公司开发出来的bt树脂，主要以b(bismaleimide)和t(triazine)聚合而成，以bt树脂为原料所构成的基板具有高玻璃化温度tg(255~330℃)、耐热性(160~230℃)、抗湿性、低介电常数(dk)及低散失因素(df)等优点。
65.特氟龙材料：有时称呼铁氟龙，学名聚四氟乙烯，对于高频板聚四氟乙烯(ptfe)而言，为改进功能用大量无机物(如二氧化硅sio2)或玻璃布作增强填充资料，来提升基材刚性及下降其热膨胀性。
66.lcp材料：液晶聚合物材料。
67.实施例二：基于上述一种激光选择性吸收的盲孔钻孔方法，本发明还提供一种激光选择性吸收的盲孔钻孔设备。
68.本发明提供的一种激光选择性吸收的盲孔钻孔设备，应用于上述所述的盲孔钻孔方法，用于对复合叠层材料进行钻盲孔加工；其中，所述开窗激光束和所述清洗激光束均为非二氧化碳激光束；所述复合叠层材料至少包括中间绝缘材料层以及贴合在所述中间绝缘材料层两侧的导电材料层；所述中间绝缘材料层对所述清洗激光束具有选择性高吸收率；所述导电材料层对所述开窗激光束具有选择性高吸收率，却对所述清洗激光束因激光反射和激光等离子体云屏蔽散射而具有选择性低吸收率；具体的，高吸收率是指材料对激光的吸收率足以使激光清除材料，低吸收率是指材料对激光的吸收率不足以使激光损伤或者清除材料；如图9所示，所述盲孔钻孔设备包括激光合束器、振镜扫描与平场聚焦装置、用于输出开窗激光束的开窗激光器以及用于输出清洗激光束的清洗激光器；所述开窗激光器的激光输出端口以及所述清洗激光器的激光输出端口均与所述激光合束器的激光输入端口通过光路连接，所述激光合束器的激光输出端口与所述振镜扫描与平场聚焦装置的输入端口通过光路连接，所述振镜扫描与平场聚焦装置的输出端口对准所述复合叠层材料并用于在所述复合叠层材料待加工一侧的导电材料层外表面形成开窗激光束光斑和清洗激光束光斑，所述开窗激光束光斑和所述清洗激光束光斑位于同一加工平面内，且所述开窗激光束光斑直径和所述清洗激光束光斑直径均小于200微米；所述开窗激光束光斑用于对所述复合叠层材料待加工一侧的所述导电材料层进行开窗蚀刻，露出所述中间绝缘材料层；所述清洗激光束光斑用于对准开窗，并对开窗窗内露出的所述中间绝缘材料层进行冲孔或者旋切扫描，直至露出所述复合叠层材料非加工一侧的所述导电材料层内表面，形成盲孔；其中，所述清洗激光束光斑在开窗窗内露出的所述中间绝缘材料层的冲孔光斑尺寸或者光斑旋切扫描轮廓大于开窗尺寸；所述清洗激光束与开窗窗口外区域的所述复合叠层材料待加工一侧的导电材料层相互作用形成环状激光等离子体屏蔽云；在露出所述复合叠层材料非加工一侧的导电材料层内表面时，所述清洗激光束与露出的所述复合叠层材料非加工一侧的导电材料层相互作用形成盲孔孔底激光等离子体屏蔽云；具体的，所述环状激光等离子体屏蔽云或/和所述盲孔孔底激光等离子体屏蔽云用于对照射在所述环状激光等离子体屏蔽云或/和所述盲孔孔底激光等离子体屏蔽云上的所述清洗激光束进行全部或部分屏蔽散射；当所述环状激光等离子体屏蔽云或/和所述盲孔孔底激光等离子体屏蔽云用于对照射在所述环状激光等离子体屏蔽云或/和所述盲孔孔底激光等离子体屏蔽云上的所述清洗激光束进行部分屏蔽散射时，穿过所述环状激光等离子体屏蔽云或/和所述盲孔孔底激光等离子体屏蔽云的另一部分所述清洗激光束被所述导
电材料层反射。
69.在本实施例中，还具有如下优选方案：优选的，所述清洗激光器为皮秒激光器或者飞秒激光器，所述开窗激光器为纳秒激光器。
70.选择超快激光器为清洗激光器，是为了获得强烈的环形激光等离子体云；选择纳秒激光器为开窗激光器，是为了既能实现导电材料层开窗，又能一定程度减少激光等离子体效应。
71.优选的，所述清洗激光器采用工作在脉冲串模式或高脉冲重复频率的激光器；其中，所述高脉冲重复频率是指大于50千赫兹的脉冲重复频率。
72.实施例三：基于上述一种激光选择性吸收的盲孔钻孔方法，本发明还提供一种激光选择性吸收的盲孔钻孔装置。
73.本发明提供的一种激光选择性吸收的盲孔钻孔装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且可运行在所述处理器上的计算机程序，所述计算机程序在所述处理器中运行时实现如上述所述的盲孔钻孔方法。
74.实施例四：基于上述一种激光选择性吸收的盲孔钻孔设备及装置，本发明还提供一种激光选择性吸收的线路板盲孔钻孔系统。
75.本发明提供的一种激光选择性吸收的盲孔钻孔系统，包括机台，还包括上述所述的盲孔钻孔设备以及上述所述的盲孔钻孔装置，所述盲孔钻孔装置与所述盲孔钻孔设备电连接；所述机台，其用于放置待加工的复合叠层材料；所述盲孔钻孔设备，其用于输出开窗激光束和清洗激光束；所述盲孔钻孔装置，其用于控制所述盲孔钻孔设备输出的开窗激光束和清洗激光束执行上述所述的盲孔钻孔方法，完成对所述机台上放置的复合叠层材料的盲孔钻孔加工。
76.在本发明一种激光选择性吸收的盲孔钻孔方法、设备、装置及系统中，巧妙地利用激光与导电材料层相互作用产生的激光等离子体云屏蔽对激光加工的影响，设计了一种激光选择性吸收的盲孔钻孔技术方案，对于需要保护的导电材料层表面，本发明技术方案采用了能够增强等离子体云的办法，让激光等离子体云对入射激光进行吸收、散射、屏蔽，从而保护要求不损伤的导电材料层不被激光损伤或少损伤；对于导电材料层需要高效快速加工的地方，本发明技术方案采用了减轻激光等离子体云的办法。增强或者减轻等离子体的办法，主要包括激光波长、及挂钩脉宽、激光脉冲重复频率、激光脉冲能量、激光聚焦光斑、激光加工光斑与待加工复合叠层材料的相对运动速度等方面进行方案设计。本技术方案中，开窗激光束可以轻松实现复合叠层材料待加工一侧的导电材料层开窗，在激光等离子体屏蔽云屏蔽下，清洗激光束可以不伤或者少伤导电材料层，却能高效清除窗内绝缘材料，巧妙高效实现盲孔钻孔。
77.hdi线路板涉及到几乎所有行业所有装备与消费电子，国外公司的二氧化碳激光钻孔是全球唯一解决方案，是属于卡脖子工业设备，本发明绕开现有技术方案，独辟蹊径，
巧妙实现hdi硬板盲孔钻孔，本发明技术方案已经超越国外公司的二氧化碳激光钻孔技术方案。
78.读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
79.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
80.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。