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紫外激光器在精密加工中應用

2020/7/9

用波長和脈衝寬度更短以及低的M2(光束質量)的能創造一個聚焦更集中的光斑,並能保持小的熱影響區(HAZ),從而實現更精密的微加工。高的能量吸收,尤其是在紫外(UV)波長和短脈衝範圍,材料將被迅速汽化,從而減少熱影響區和炭化。較小的聚焦光斑可以實現精度較高、尺寸較小的加工。高功率、高脈衝重複頻率(PRF)、脈衝整形和脈衝分裂都可以為提高微加工的生產率做出貢獻。持續的較高的脈衝穩定性能確保過程的可重複性,幫助實現更高的良品率。

  傳統的紫外二極管泵浦固體(DPSS)激光器能合理地滿足精密製造的要求,但是它們在實現更高的加工速度和較高的微加工質量方麵還有所欠缺。提高加工速度的常用方法是在保持其他工藝參數不變的同時提高激光的脈衝重複頻率。然而,對於典型的Q開關DPSS激光器來說,這是不可能實現的。這些激光器的平均功率和脈衝能量會隨著脈衝重複頻率的增加而迅速下降。此外,在脈衝重複頻率較高時,寬度和脈衝能量波動往往會大幅增加。

  本文將高脈衝重複頻率下,高功率和獨立可調的紫外激光脈衝寬度以及先進的脈衝調控技術結合起來,並將其應用於各種微電子材料的微加工中,包括矽(在芯片製造中的應用)、氧化鋁(在微電子封裝製造中的應用)、玻璃(觸摸顯示屏製造中的應用)和銅(印刷電路板和微電子封裝製造中的應用)。

  半導體製造中的矽刻劃

  用激光刻劃矽片可以替代傳統的精密鋸切割。由於晶片變得越來越薄,同時激光變得更強大,因而和鋸切割相比,激光的優勢進一步加強。要想與傳統的鋸切割競爭,實現更高的劃刻速度和更好的切割質量是至關重要的。

  我們使用Quasar激光器對厚度小於100μm的拋光單晶矽片進行熱損傷小的高速刻劃。在圖1中,曲線顯示,隨著劃刻速度的增加,劃刻深度會降低(200 kHz、25ns單脈衝)。在較高的重複頻率下使用較高的功率,同時TimeShift技術可以用軟件設置範圍廣泛的脈衝能量和脈衝寬度,然後我們可以看到,刻劃速度提高了差不多3倍(25ns單脈衝,50μm的刻劃深度)。