常见的激光微加工技术及其进展

一，引言自1960年第一台激光器问世以来，激光研究及其在各个领域的应用迅速发展。其高相干性已广泛应用于高精度测量，材料结构分析，信息存储和通信。激光的高方向性和高亮度可广泛用于制造业。随着激光设备，新刺激辐射源及相关工艺的不断创新和优化，特别是近20年来，激光制造技术已经渗透到许多高科技领域和行业，并开始取代或改造一些传统加工行业。 。 1987年，美国科学家提出了微机电系统（MEMS）的发展，标志着微机械研究新时代的开始。目前，应用于微机械的制造技术主要包括半导体加工技术，微光刻电铸（LIGA）技术，超精密加工技术和特殊微加工技术。其中，特殊的微加工方法通过加工能量的直接作用实现了原子或原子对小分子的去除处理。特殊处理由电能，热能，光能，声能，化学能等能量处理。常用的方法包括：放电加工，超声波加工，电子束加工，离子束加工，电解加工，以及喜欢。近年来，已经开发出一种实现微机械加工的新方法：光成形，包括立体光刻，光掩模等。激光用于微加工显示出巨大的应用潜力和有吸引力的发展前景。为了适应21世纪高科技产业化，满足微制造的需要，研究和开发高性能激光源势在必行。作为激光加工的一个分支，激光微加工在过去十年中受到了广泛的关注。其中一个原因是由于出现了更有效的激光源。例如，非常高的峰值功率和超短脉冲固态激光器，具有高光束质量的双极泵浦Nd：YAG激光器。另一个原因是更精确和高速的CNC操作平台。但更重要的原因是工业需求不断增长。在微电子处理中，激光微加工技术用于半导体层的穿孔，寄存器的剪切和电路修复。激光微机械加工通常是指尺寸范围从几微米到几百微米的工艺。激光脉冲的宽度在飞秒（fs）和纳秒（ns）之间。激光波长范围从远红外到大范围的X射线。目前，它主要应用于微电子，微机械加工和微光加工三个领域。随着激光微加工技术的发展和成熟，它将在更广泛的领域得到推广和应用。二，激光微加工技术的主要应用随着电子产品向便携式和小型化的发展，单位体积信息（高密度）的提高和单位时间（高速）处理速度的提高提出了微观技术电子封装技术增长的新需求。例如，现代移动电话和数码相机每平方厘米安装大约1200个互连。提高芯片封装水平的关键是保持不同级别线路之间存在微通孔，使微通孔不仅可以提供表面贴装器件与底层信号面板之间的高速连接，还可以有效降低包装区域的数量。另一方面，近年来随着手机，数码相机和笔记本电脑等便携式电子产品的发展，轻薄薄短的印刷电路板（PCB）的发展趋势逐渐显现。高密度互连技术。分层和多功能功能。为了有效地确保层之间的电连接和外部器件的固定，通孔已成为多层PCB的重要部分。目前，钻孔成本通常是PCB板成本的30％-40％。在高h-speed，高密度PCB设计，设计人员总是希望通孔越小越好，这样板子不仅可以留下更多的布线空间。而且，通孔越小，越适合高速电路。传统的机械钻孔最小尺寸仅为100亩，显然不能满足要求。相反，它是一种新型的激光微通道处理。目前，工业上可以通过UV激光加工获得通孔直径为30-40μm，m或小孔约10μm的小孔。激光微加工技术可用于设备制造，汽车和航空航天精密制造中的激光切割，钻孔，雕刻，划线，热穿透，焊接等，以及各种微加工行业，例如超过20微米的喷墨打印机。喷墨口的处理。激光表面处理技术如微压，砂磨等用于加工各种微光学元件。该结构也可以通过非晶化改变，例如激光填充的多孔玻璃，玻璃 - 陶瓷，然后通过调节外部机械力。通过等离子体辅助微成形在软化阶段处理微光学元件。常用激光微加工技术激光微加工技术具有非接触，选择性加工，热影响区小，精度高，重复率高，零件尺寸和形状加工灵活性高等优点。事实上，激光微加工技术的最大特点是“直接写入处理”，简化了工艺，实现了微机械的快速原型设计。另外，这种方法不会产生腐蚀等方法造成的环境污染问题，可以称之为“绿色制造”。微机械制造中使用两种类型的激光微加工技术：1）材料去除微加工技术，如激光直写微机械加工，激光LIGA等，2）材料堆叠微加工技术，如激光微立体光刻，激光辅助沉积2.1激光直接写入技术准分子激光具有短波长，小光斑直径和高功率密度，非常适合微加工和半导体材料加工。在准分子激光微加工系统中，使用大部分掩模投影处理，或者可以直接使用掩模来蚀刻工件而不使用掩模，并且准分子激光技术和数控技术相结合，并且集成激光束扫描和XY表集成。 Z方向上的相对运动和微供给可以直接扫描基板材料上的微图案或处理三维微结构。目前，准分子激光直写可用于加工线宽为几微米的高纵横比精细结构。此外，使用准分子激光器采用类似的快速成型（RP）制造技术，并采用逐层扫描进行三维微机械加工研究也取得了良好的效果。 2.2激光LIGA技术采用准分子激光深度刻蚀代替载体光刻技术，避免了高精度射线掩模制作和雕刻对准的技术问题，以及激光光源的经济和广泛使用。它比同步辐射携带光源好得多，大大降低了LIGA工艺的制造成本，并使LIGA技术得到广泛应用。尽管激光LIGA技术在处理微组件的高直径比方面不如载体辐射，但是对于一般的微组件加工是完全可接受的。另外，激光LIGA工艺不需要像载体光刻那样的化学蚀刻开发，而是“直接写入蚀刻，没有化学腐蚀侧向浸没腐蚀效应，因此加工边缘陡峭，精度高，光刻性能优于同步载体光刻。 2.3激光微立体光刻（mSL）技术由于其高精度和小型化，它是一种处理技术，源于微光刻（SLA）技术，一种先进的快速成型技术，应用于微制造领域。 processing。它被称为Microstere-olithography或mSL。与其他微加工技术相比，微立体光刻技术的最大特点是它不受微器件或系统结构形状的限制。它可以处理任何三维结构，包括自由曲面，并且可以一次形成不同的微观组件。消除了微装配过程，如图2所示。此外，该技术具有加工时间短，成本低，自动加工的优点，为微机械的大规模生产创造了有利条件。该技术的局限性有两个方面：低精度，基于快速成型微加工技术的当前最高精度约为1mm，垂直方向约为3mm。显然，这种精度不能与基于集成电路的硅相同。与加工技术相比。