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紫外激光器助力精密微加工

紫外激光器助力精密微加工

发布时间:
2021/06/08
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紫外激光器助力精密微加工

移动设备例如智能手机和平板电脑正在以迅猛的速度增长。由于移动设备变得越来越小,速度越来越快,重量越来越轻,价格越来越便宜,同时也越来越多功能,并且更复杂,因而零部件的制造也向小型化和精密化发展。对于一些关键的零部件,如半导体芯片、微电子封装、触摸显示屏和印刷电路板(PCBs),它们将继续面临挑战,例如提高良品率和生产率,同时还要降低成本。这推动了激光在移动设备制造中的广泛应用。由于设备日益复杂,因而需要更多和更复杂的制造工艺,同时对激光光源的研究进展也提出了更高要求。
 
用波长和脉冲宽度更短以及低的M2(光束质量)的激光器能创造一个聚焦更集中的光斑,并能保持最小的热影响区(HAZ),从而实现更精密的微加工。高的能量吸收,尤其是在紫外(UV)波长和短脉冲范围,材料将被迅速汽化,从而减少热影响区和炭化。较小的聚焦光斑可以实现精度较高、尺寸较小的加工。高功率、高脉冲重复频率(PRF)、脉冲整形和脉冲分裂都可以为提高微加工的生产率做出贡献。持续的较高的脉冲稳定性能确保过程的可重复性,帮助实现更高的良品率。
 
传统的紫外Q开关二极管泵浦固体(DPSS)激光器能合理地满足精密制造的要求,但是它们在实现更高的加工速度和较高的微加工质量方面还有所欠缺。提高加工速度的常用方法是在保持其他工艺参数不变的同时提高激光的脉冲重复频率。然而,对于典型的Q开关DPSS激光器来说,这是不可能实现的。这些激光器的平均功率和脉冲能量会随着脉冲重复频率的增加而迅速下降。此外,在脉冲重复频率较高时,激光脉冲宽度和脉冲能量波动往往会大幅增加。
 
为了克服这些限制,需要研发新的激光技术,因此瑞丰恒公司推出了一款独特的高功率和短脉冲宽度的高重复频率紫外混合光纤激光器,功率为40W(250kHz、355nm波长),之后扩展到60W(200-300kHz),并在平均功率和脉冲能量方面都有提高。同时,它的最小脉冲宽度从5ns下降至2ns,最大的脉冲重复频率从500kHz增至3.5MHz。这些输出特性为工程师们提供了新的物理条件来实现更广阔的激光工艺参数空间。
 
本文将高脉冲重复频率下,高功率和独立可调的紫外激光脉冲宽度以及先进的脉冲调控技术结合起来,并将其应用于各种微电子材料的微加工中,包括硅(在芯片制造中的应用)、氧化铝(在微电子封装制造中的应用)、玻璃(触摸显示屏制造中的应用)和铜(印刷电路板和微电子封装制造中的应用)。
 
半导体制造中的硅刻划
 
用激光刻划硅片可以替代传统的精密锯切割。由于晶片变得越来越薄,同时激光变得更强大,因而和锯切割相比,激光的优势进一步加强。要想与传统的锯切割竞争,实现更高的划刻速度和更好的切割质量是至关重要的。