常见的激光微加工技术及其进展

一，引言自台湾激光于1960年问世以来，激光的研究及其在各个领域的应用发展迅速。其高相干性已广泛用于高精度测量，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以在制造业中广泛使用。随着激光设备，新的受激辐射源以及相关工艺的不断创新和优化，尤其是在过去的20年中，激光制造技术已渗透到许多高科技领域和行业，并开始替代或改造一些传统工艺。行业。 。 1987年，美国科学家提议开发微机电系统（MEMS），这标志着微机电研究新时代的开始。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的微加工技术。其中，特殊的微细加工方法通过处理能量的直接作用实现了原子或原子对小分子的去除处理。特殊处理是通过电能，热能，光能，声能，化学能等能量进行的。常用的方法包括：放电加工，超声加工，电子束加工，离子束加工，电解加工，喜欢。近年来，已经开发出一种用于实现微加工的新方法：包括立体光刻，光掩膜等在内的光成形。激光在微加工中的应用显示出巨大的应用潜力和诱人的发展前景。为了适应21世纪的高科技产业化并满足微制造的需求，必须研发高性能的激光源。作为激光加工的一个分支，激光微加工在过去的十年中受到了广泛的关注。原因之一是由于出现了更高效的激光源。例如，非常高的峰值功率和超短脉冲固态激光器，具有高光束质量的两极泵浦Nd：YAG激光器。另一个原因是提供了更高速度的CNC操作平台。但更重要的原因是工业需求的增长。在微电子加工中，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宽范围的X射线。目前，它主要用于微电子学，微机械加工和微光学加工三个领域。随着激光微加工技术的发展和成熟，它将在更广阔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）加工速度的提高提出了微加工技术。电子包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大约安装1200个互连。提高芯片封装水平的关键是保持不同水平线之间的微通孔的存在，从而使微通孔不仅可以在表面贴装器件和底层信号面板之间提供高速连接，而且还可以有效地减少包装区域数。另一方面，随着近年来世界上诸如移动电话，数码相机和笔记本计算机的便携式电子产品的发展，轻，薄，短和小，印刷电路板（PCB）的趋势逐渐出现。高密度互连技术。分层和多功能功能。为了有效地确保各层之间的电连接和外部设备的固定，通孔已成为多层PCB的重要组成部分。目前，钻孔成本通常是PCB板成本的30％-40％。一世在高速，高密度的PCB设计中，设计人员始终希望通孔越小越好，以便使电路板不仅可以留出更多的布线空间。而且，通孔越小，越适合高速电路。传统的机械钻孔最小尺寸只有100微米，米，显然不能满足要求。相反，它是一种新型的激光微孔加工。目前，在工业上可以通过UV激光加工获得通孔直径为30-40μm的小孔或约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以及各种微加工行业（例如20微米以上的喷墨打印机）中的激光切割，钻孔，雕刻，划线，热熔，焊接等。喷墨端口的处理。诸如微压，砂磨等激光表面处理技术用于处理各种微光学组件。还可以通过非晶化（例如激光填充的多孔玻璃，玻璃陶瓷）来改变结构，然后通过调节外部机械力来改变结构。微光学元件在软化阶段通过等离子辅助微成型加工。常见的激光微加工技术激光微加工技术具有非接触，选择性加工，热影响面积小，精度高，重复率高，零件尺寸和形状加工灵活性高等优点。实际上，激光微加工技术的特点是“直接写入加工”，简化了工艺，实现了微机的快速成型。另外，该方法不存在由于诸如腐蚀之类的方法引起的环境污染问题，可以将其描述为“绿色制造”。微机械制造中使用的激光微加工技术有两种：1）材料去除微加工技术，例如激光直写微加工，激光LIGA等； 2）材料堆叠微加工技术，例如激光微立体光刻，激光辅助沉积2.1激光直写技术准分子激光波长短，光斑直径小，功率密度高，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，大部分采用掩模投影加工，或者可以不使用掩模直接使用掩模蚀刻工件，将准分子激光技术与数控技术相结合，并集成激光束扫描和XY工作台集成在一起。沿Z方向的相对运动和微进给可以直接扫描基板材料上的微图案，也可以处理三维微结构。目前，准分子激光直接写入可用于处理线宽为几微米的高纵横比精细结构。此外，利用准分子激光器采用类似的快速原型制造技术，并将层扫描应用于三维微加工研究也取得了良好的效果。 2.2激光LIGA技术它采用准分子激光深蚀刻代替载板光刻，从而避免了高精度射线掩膜制作和雕刻对准以及激光光源的经济和广泛使用等技术问题。它比同步辐射光源好得多，这大大降低了LIGA工艺的制造成本，并使LIGA技术得到广泛应用。尽管激光LIGA技术在处理高直径比的微零件时不如载流子辐射，但对于一般的微零件加工来说，这是完全可以接受的。此外，激光LIGA工艺不需要像载体光刻那样进行化学刻蚀，而是直接写入刻蚀，没有化学腐蚀横向浸入腐蚀的效果，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）技术由于微光刻（SLA）技术的高精度和小型化，它是将先进的快速原型技术微光刻（SLA）技术应用到微制造领域的一种加工技术。它的处理。它称为微立体光刻法或mSL。与其他微机械加工技术相比，微立体光刻技术不受微器件或系统结构的形状的限制，可以处理包括自由曲面在内的任何三维结构，并且可以一次形成不同的微组件。转到微型装配部分，如图2所示。此外，该技术具有处理时间短，成本低和自动处理的优点，这为微型机器的批量生产创造了有利条件。该技术的局限性有两个：低精度，基于快速成型微加工技术的当前水平精度约为1mm，垂直方向约为3mm。显然，该精度不能与基于集成电路的基于硅的微加工相同。相比过程。