文档介绍：分类号学号 2005512300007
学校代码 10487 密级公开
博士学位论文
电子材料紫外激光微加工技术
与机理研究
学位申请人: 张菲
学科专业: 物理电子学
指导教师: 曾晓雁教授
段军教授
答辩日期:
A Dissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for
the Degree of Doctor of Philosophy of Engineering
Study on UV Laser Microprocessing Technology
and Mechanism for Electronic Materials
: Zhang Fei
Major : Physical Electronics
Supervisor : Prof. Zeng Xiaoyan
Prof. Duan Jun
Huazhong University of Science & Technology
Wuhan 430074, P. R. China
May, 2012
独创性声明
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日期: 年月日
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本论文属于
不保密□。
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学位论文作者签名: 指导教师签名:
日期: 年月日日期: 年月日
华中科技大学博士学位论文
摘要
紫外激光因波长短、部分特定材料吸收率高、热影响区小、可聚焦光斑尺寸小等
特点,微加工时容易获得较高的加工精度和质量,已引起电子半导体制造和通讯工程、
生物和医学、精密机械、航空航天、国防等领域工程技术人员的高度重视。特别是近
十年来迅速发展起来的高功率全固态紫外激光器,电光转换效率高、重复频率高、性
能可靠、运行成本低、体积小、光束质量好、功率稳定,在微电子和半导体工业精密
制造和微细加工领域中占有重要地位。因此,研制具有自主知识产权的紫外激光微加
工设备,特别是研究紫外激光微加工技术、机理和建模对提升我和核心竞争力具有十分重要的意义。
首先,针对现有紫外激光微加工装备采用振镜扫描加工作台运动或静态聚焦加工
作台运动的方式,不能同时满足电子行业和半导体行业精密制造和微加工的多功能、
高效率、高精度和大幅面要求的现状,本论文研发了一种多功能紫外激光微加工设备,
兼有振镜快速扫描和静态短聚焦两种加工方式。根据两种加工方式刻蚀单晶硅片得到
的刻缝宽度和深度的标准差对设备稳定性进行了评估,结果表明,多功能紫外激光微
加工设备振镜快速扫描加工系统和静态短聚焦加工系统均能稳定工作,能够胜任工业
应用的要求。
其次,针对传统同心圆扫描或螺旋线扫描钻盲孔加工方法容易产生盲孔底部表面
高度不均匀的问题,首次提出了定点-同心圆扫描结合加工方式,即盲孔中心区域采
用激光定点钻孔方式去除材料,盲孔周边区域采用同心圆扫描方式去除材料。通过对
PI(聚酰亚胺)和铜材料的单脉冲激光刻蚀率和扫描光斑等效脉冲数理论计算,得出
了采用定点-同心圆扫描结合方式加工 FPC(柔性线路板)盲孔时激光脉冲能量密度、
激光频率、扫描速度与同心圆扫描间距之间的关系式。根据该关系式对多层 FPC 钻一
阶盲孔参数进行了优化设置,获得了底部整洁光泽、锥度小、结构理想的盲孔(直径
200μm),测得盲孔底面最大高度差为 ,孔底表面粗糙度 Ra 为 ,符合电
子行业要求。
再次,采用 355nm Nd:YVO4 激光器和 1064nm Nd:YAG L(