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紫外“冷”光源助力精细加工

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紫外波段范围开始于可见光400-760nm的短波较小值,而与长波X射线的波长相重迭。

其中,10-200nm为真空紫外(VUN),200-280nm为深紫外(UVC),280-315nm为中紫外(UVB),315-400nm为近紫外(UVA)。

紫外光具有两个很好的优点:

一是波长短,光子能量大;二是光束汇聚尺寸好(聚焦点可小到亚微米数量级即纳米级,即使在不高的脉冲能量水平下也能得到较高的能量密度)。

这两个特性也是体现紫外激光加工工艺的不同之处所在。

至于纠其具体以上特性的原因,则可以通过以下一段话来进行描述:

以纳秒级的全固态紫外激光器为例,其激发态的激光光束的单光子能量为3.5EV,而某些物质的化学键的能量小于此数值,当此波段光束作用于此材料上时,就可以直接将此材料的微观组成物质的化学键打断,以我们的肉眼看来。则是切缝和雕刻边缘的形成。


目前紫外光源以355nm的近紫外和266nm的深紫外为典型应用光源,其发挥了以上两个特性在微加工和冷加工领域表现较为抢眼。


高功率+高脉冲重复频率+高脉冲能量、多频可调脉宽是紫外微加工的理想,目前应用较多的紫外全固态固体激光器在精度和速度上还有待提升。但是在短波长、窄脉宽、小的光束质量因子(高光束质量)、小的热影响区+小的光点直径(物质直接汽化)等方面的表现是相同的,基本能符合一般意义上的“冷”加工。

目前在微电子材料的精细加工领域(主要应用行业:电子消费类移动电子设备),如硅(芯片制造)、氧化铝(陶瓷,微电子封装)、玻璃(触摸显示屏制造)、铜(印刷电路板加工)方面,随着新型材料的不断涌入,薄脆(10-20μm)异型特点对传统激光加工方式提出了较多的要求。在这些方面,紫外激光微加工助益良多。在提升成品率和产量、减少成本方面表现优异。

一般而言,在高速精密激光加工工艺中,波长、脉宽、平均功率、光束质量(M2)、脉冲重复频率(PRF)和脉冲与脉冲间能量稳定性以及新型的脉冲整形和脉冲分裂都是对激光加工效果的重要影响因素。


以下列举部分典型工艺应用案例:

钻孔:贯孔、微孔和盲埋孔-孔径可达10μm,在多层钻孔时表现惊人

表面刻蚀/电路生产:用紫外光刻蚀出来的电路迹线很细小需要用显微镜才能看出。举例来说,在烧结陶瓷基片+钨/镍/铜/表面组成且尺寸为0.75in*0.5in多层结构上,激光器能够产生2mils的电路迹线,间距为1 mil,从而使得整个间距为3 mils。

柔性切割:此工艺不仅仅应用于 一般的微电子制造过程中,多种形状尺寸材质的材料的表层剥除中均可应用。如焊点材料的焊前剥除,汽配油管的表层物质剥除等,

深度雕刻:利用激光器系统的软件控制,激光光束设定进行受控消融,即能够按照所需深度尺寸要求在某一材料上进行切割,在转向另外一种深度尺寸和开始另外一个任务之前可以停止、继续和完成所需的加工。各种深度尺寸应用包括:嵌入芯片时用到的小型生产以及将有机材料从金属表面移除的表面研磨。