一氧化碳（CO）激光器與廣泛使用的二氧化碳（CO₂）激光器類(lèi)似，都是以氣體作為工作介質(zhì)產(chǎn)生激光輸出。CO激光器主要應用于科研和醫療方面，直到最近才在工業(yè)應用上嶄露頭角。本文重點(diǎn)關(guān)注CO激光器在微電子制造業(yè)發(fā)揮重要作用的潛力，尤其是針對40μm以下的PCB微孔鉆孔和正在發(fā)展的激光硅片剝離領(lǐng)域。

CO激光背景

與遠紅外激光（10.6μm）相比，光譜范圍在5－6μm之間的CO激光在某些應用中具有兩大重要優(yōu)勢。許多金屬、薄膜、聚合物、PCB介質(zhì)、陶瓷和復合材料在較短的波長(cháng)上有較高的吸收，因此可用較低的激光功率來(lái)處理材料，這將有效降低熱影響區（HAZ）面積；此外，當材料在較短波長(cháng)的透射率較高時(shí)，光可以穿透到材料的更深處，這對加工也是有利的。

波長(cháng)較短的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于衍射減弱，激光可以聚焦到更小的光斑上，而衍射是隨波長(cháng)線(xiàn)性擴展的。例如，在同一標準配置下，在工業(yè)應用中CO2激光器實(shí)現最小光斑的波長(cháng)在70－80μm之間，而CO激光器則能在30－40μm間實(shí)現最小光斑。這意味著(zhù)功率給定時(shí)，CO激光焦點(diǎn)處的功率密度（通量）比CO2激光高4倍。再結合在某些材料對5μm激光有更強的吸收，使得這些材料能夠在低功率的CO激光下進(jìn)行加工。

不可否認的是，盡管CO激光具備這樣的優(yōu)點(diǎn)，但兩個(gè)關(guān)鍵操作阻礙其走向大規模商業(yè)化。首先，CO激光以前只能在低溫下保持高效率運行；其次，CO激光器的密封裝置遭受了快速的功率退化。所幸Coherent的工程師解決了這些問(wèn)題。2015年，Coherent推出了一系列工業(yè)密封CO激光器，它們能在室溫下高效運轉，其運行壽命可與CO₂激光器媲美。

目前，CO激光器已經(jīng)在陶瓷劃片、切割和鉆孔方面取得了成功。此外，還有其他潛力巨大的應用方向。

PCB通孔鉆孔

通孔鉆孔是一種重要的激光應用，CO激光器在這方面具有獨特的優(yōu)勢。通孔是在電子印刷電路板（pcb）上鉆的小洞，其作用是使電子連接可以在層之間進(jìn)行。與集成電路的發(fā)展一樣，市場(chǎng)需要不斷提高PCB板的電路密度，這反過(guò)來(lái)也產(chǎn)生了通孔孔徑更小的需求。

傳統的通孔是用機械鉆取的，這種方法仍然廣泛用于電路密度較低的PCB。而在1990年代中期，CO2激光通孔鉆孔系統實(shí)現了100微米以下的PCB通孔的批量生產(chǎn)，這是與機械鉆孔系統難以實(shí)現的。目前，CO₂激光通孔鉆孔系統常用于生產(chǎn)孔徑在50到100μm間的通孔。

現在，隨著(zhù)更高封裝密度需求的推動(dòng)，通孔直徑也逐步趨向20至40μm。前文提到，CO激光器具備將光束聚焦到更小點(diǎn)的能力，加上相對較高的輸出功率，使該技術(shù)成為更小通孔鉆孔應用的良好候選方案。

硅片剝離

除了傳統的PCB外，提高電路密度還會(huì )采用“高級封裝”技術(shù)，即將多個(gè)集成電路封裝在單個(gè)單元中，形成一個(gè)包含邏輯、內存及傳感器的功能單元。半導體器件的集成通常需要處理厚度小于100μm的組件，為提高稀釋、處理、轉移這些組件的效率，通常將其臨時(shí)鍵合在較厚的襯底上。

玻璃和硅都可作為這種臨時(shí)鍵合處理的襯底。雖然玻璃處理技術(shù)成熟并可達到高度的工業(yè)應用標準，但隨著(zhù)對封裝工藝和材料的要求越來(lái)越嚴格，加上硅的物理特性（更高的導熱性、更匹配的熱膨脹、翹曲更少、與現有的半導體設備廣泛兼容）為其提供了諸多工藝技術(shù)優(yōu)勢，人們更希望用硅來(lái)作為臨時(shí)鍵合的襯底。

在臨時(shí)鍵合后的剝離上，由于熱應力和機械應力的限制，熱滑動(dòng)和機械剝離方法不如光學(xué)剝離方法有吸引力。但當前缺乏實(shí)用和低成本的光學(xué)剝離技術(shù)，這是廣泛推廣以硅作為臨時(shí)襯底的關(guān)鍵障礙。

目前用于玻璃襯底的剝離設備采用紫外激光，但不幸的是，紫外波段對硅而言是不透明的，工業(yè)中非金屬材料加工的主力——CO₂激光器所發(fā)的遠紅外波段也在硅的透明窗口之外。目前還沒(méi)有可用于硅的激光剝離技術(shù)。然而，室溫下的激光硅片剝離技術(shù)是一個(gè)有吸引力的概念，它將成為硅作臨時(shí)襯底的重要推動(dòng)力量。

實(shí)驗表明，典型的襯底厚度下，硅在CO輸出波長(cháng)處是透明的。此外，CO激光器有多種配置和功率范圍，可實(shí)現從納秒脈沖到連續波的輸出，功率級別達400W。這使得CO激光器很適合處理各種釋放層和粘合劑，并與紡絲涂層和氣相沉積材料兼容。從工具集成的角度來(lái)看，CO激光器與更成熟的CO₂激光接近，二者具有大量的接口共通性，從而為生產(chǎn)有價(jià)值的剝離系統提供了一條相對低風(fēng)險的開(kāi)發(fā)路徑。

結論

CO激光器的中紅外輸出提供了一種過(guò)去極難獲得的光譜范圍內，這項技術(shù)的潛在應用正在探索和開(kāi)發(fā)中。除了各種玻璃和陶瓷加工外，通孔鉆孔和硅片剝離是另外兩個(gè)顯示出巨大潛力的應用。