1　从激光器说起：CO2 振荡器长什么样

CO2 激光器以 CO2 气体分子为工作物质，混入 N2、He 等辅助气体：放电激励 N2，N2 通过碰撞把能量传递给 CO2 分子，在 9~11μm 一带的振转能级间形成粒子数反转。它的突出优点是电光转换效率高、单脉冲能量大、光束质量好——这正是 PCB 钻孔需要的能力画像：要在几十 μs 内把数十 mJ 的能量精准投进直径 0.1mm 的光斑里。

PCB 钻孔机用的是脉冲型 CO2 激光，工业上以横向激励大气压型（TEA-CO2）为主流：放电方向与光轴垂直，工作气压接近一个大气压，能以紧凑体积输出高能短脉冲。配合 Q 开关/光闸斩波，得到 PCB 钻孔需要的"一发一发"可控节奏。振荡器是整机的心脏，也是维护成本的大头（气体需要定期更换、电极有寿命）——这条会在 02 篇的"稼动率"里再算账。

2　光热烧蚀：孔是怎么被"挖"出来的

UV 激光常被称作"冷加工"（光子直接打断化学键），CO2 则是标准的光热加工（Photothermal Ablation）：材料吸收红外光后升温，温度冲过分解/气化点后，物质以气相和熔滴形式被反冲压力喷出孔外。一个孔的形成可以分几帧来看：

"逐发推进 + 底铜自停止"就是 CO2 盲孔的物理底牌：深度不是靠数微米，而是靠材料吸收率的台阶（树脂→玻纤→铜）。理解了这一点，后面所有参数（波长、shot 数、能量、光斑、焦距）都只是在给这个台阶"修台阶沿"。

3　材料响应：一组决定命运的吸收率差异

对 PCB 来说，中远红外这个波段的材料响应组合"恰到好处"，也"处处埋坑"：

这个组合就是 CO2 钻孔的能力与边界：树脂玻纤吸得动、铜吸不动。所以它能钻穿介质层并在底铜上自动收手，钻出深度可控的盲孔；也所以它很难单靠自身穿透厚铜箔——工业上由此发展出两条成孔路线（第 7 节）。

4　波长选择：10.6μm 还是 9.4μm

PCB 钻孔用 CO2 激光主要有两个波长：标准 10.6μm 与短波长化的 9.4μm（9.3~9.6μm 一带）。两者的差别不是"谁更新"，而是材料吸收谱上的分工：

经验上的分界是：钻 RCC 与纯树脂可以宽容 10.6μm；钻含玻纤的半固化片，尽量用 9.4μm。这也是 02 篇设备对比中"波长"一栏被放在首位的原因——它直接改变了同一家工厂能接什么订单。

5　脉冲与光斑：按份加热的"烧蚀节奏"

PCB 钻孔用 CO2 激光采用脉冲工作方式，典型公开参数区间：

• 单脉冲能量：数十 mJ 量级；脉冲宽度：约 10~30μs（随机型与工作点浮动）；
• 每个孔需要 2~4 发（shot）脉冲依次辐照，一发去一层、逐层推进，而不是"一发放完"；
• 光斑经望远系统与振镜聚焦后落在几十~一百多微米量级，与目标孔径（75~250μm）同数量级；
• 单孔节拍在毫秒级，量产机台公开宣称产能普遍在"万孔/分钟"量级（以原厂实测为准）。

"多发少放"的节奏是刻意设计的：单发能量太高会把热量过多地留在孔壁与孔底，造成碳化加重、锥度变大甚至底铜损伤；多发分摊后，每层只被加热到刚好去除的程度。shot 数、单发能量、光斑（含离焦量）三者的组合就是 CO2 钻孔最主要的参数窗口，工程上常见的调试顺序是：先定波长 → 再定 shot 数（决定"分几层挖"）→ 再调单发能量（决定每层挖多深）→ 最后微调离焦/光斑（修孔径与锥度）。02 篇会展开不同机台在这个窗口上的差异。

光斑与孔径的关系也值得多说一句：孔的顶径主要由光斑直径与能量横向分布决定，而底径 = 顶径 − 锥度 × 深度。想要小孔，先要小而好的光斑；想要小锥度，靠光束质量与焦深，而不是把能量开大硬钻——那只会把孔口烧大、把孔底烧穿。

6　光路与对位：振镜扫描 + CCD

现代 CO2 钻孔机的光路可以概括为一条链：振荡器 → 光闸 → 扩束/整形 → 振镜（Galvanometer）扫描器 → 聚焦场镜 → 板面。几个关键角色：

• 振镜
  ：两片高速摆动的反射镜把光斑逐孔"跳"到坐标点上，跳转在毫秒内完成，这是 CO2 机台高产能的来源；振镜视野（加工幅面）与定位精度互相牵制，是设备设计的第一对矛盾；
• 场镜与焦深
  ：聚焦后的光束只在焦平面附近保持小光斑，板面翘曲或 Z 向误差会直接放大光斑——大板靠多点 Z 向焦点跟随/分区对焦来对冲；
• CCD 对位
  ：板子先经相机识别基准标记（Mark），系统计算整板涨缩并做线性/非线性补偿后才开始加工。Mark 的设计（位置、形状、数量）本身就是一项工艺规范——涨缩补偿做不好，孔会成片地偏出焊盘，这是 03 篇"铜窗对位偏移"难点的上游来源。

7　两条成孔路线：开铜窗法与直接烧蚀法

既然铜对 CO2 光几乎免疫，"怎么处理表面那层铜"就把工艺分成两条路线：

两条路线没有绝对优劣：一阶 HDI 常规产品、追求流程简短的量产线多用直接烧蚀；高层数、层间对位紧张或铜较厚的产品，开铜窗法仍占一席之地。工业上还有两类混合做法值得一提：

• 减薄铜 + 直接烧蚀
  ：先把铜箔蚀刻到很薄再激光烧穿，兼顾流程长度与能量窗口；
• UV 开盖 + CO2 钻介
  ：UV 激光先把铜"开天窗"，CO2 只负责介质——把"穿透铜"这件事外包给更擅长它的 UV，两条激光组合成一条产线（02 篇）。

8　与 UV 激光、机械钻孔的分工

三者不是替代关系而是孔径分工：机械钻 0.2mm 以上通孔，CO2 钻 4~6mil 盲孔，UV 补 4mil 以下与异形/切割。一块高阶 HDI 板上三种孔往往同时存在——分工清晰，成本才最低。

9　小结

• CO2 钻孔的物理底牌是"树脂玻纤强吸收、铜强反射"：前者让它能钻介质层，后者让它能停在底铜上、实现盲孔自停止；
• 烧蚀是逐发推进的"按份加热"：多发（2~4 shot）分摊能量，波长 × shot 数 × 单发能量 × 光斑构成最主要的参数窗口，调试有固定顺序；
• 波长是第一道工艺选择：10.6μm 打 RCC/纯树脂够用，9.4μm 才能把玻纤切干净——钻含玻纤介质应优先短波长；
• 顶径由光斑决定、底径由锥度吃掉：小孔先看光束质量，控锥度靠光束与焦深而不是堆能量；
• 成孔路线只有两条：开铜窗法多一道光刻但稳，直接烧蚀法流程短但依赖薄铜与表面处理，工业上还有"减薄铜"与"UV 开盖 + CO2 钻介"两类混合做法；
• CO2、UV、机械钻是孔径分工而非替代：本文之后，02 篇看设备如何实现这些能力，03/04 篇看窗口在哪里被踩坏、怎么用材料补。

参考资料（公开来源）

• 百度文库转载：《三菱 CO2 激光钻孔设备技术实务手册》——振荡器、光学系统与盲孔加工原理
• 百度百家号：《PCB 激光钻孔：CO2 激光 VS 紫外激光，谁更胜一筹？》（2026-08）
• 搜狐技术分享：《印刷电路板中激光钻孔的现状与发展趋势研究》（2023-09）
• CSDN 专栏：《4~6mil 微盲孔为何选 CO2 激光：PCB 激光钻孔制程与验证》（2026-09）
• 本仓库《PCB 材料与工艺研究报告系列》07/08 篇（半固化片压合窗口、过孔与背钻）

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