至目前固态紫外激光器的新突破

固态紫外激光器的新突破

随着对小型电子产品和微电子元器件需求的日益增长，聚合物精密微处理日渐成为激光在工业中发展最快的应用领域之一。紫外激光是加工在微电子元器件工业中被普遍使用的塑料（如聚酰亚胺）和金属（如铜）等材料的理想工具。固态激光器最新技术推动了新一代ADEKA是1家化学品供应商结构紧凑、全固态紫外激光器的发展，从而使之成为这个领域中更经济有效的加工手段。本文旨在探讨这类新型紫外激光器如何满足该工业生产要求。

布线、钻孔和裁剪电路

在绝缘体和铜材料的层布式电路板的生产过程中，要求对小型功能部件进行精细加工，如：在柔性电路板上加工一般通孔、槽和通路辅助孔，以及电路板的最终裁剪。在以往的大批量生产中，许多功能部件都使用机械硬冲压成型的模具制造。但是，硬冲模方法大的损耗和长的交付周期对小部件加工和成型而言，不实用而且成本高。虽然还可以使用程控机械钻孔机钻孔和布线，或采用较低成本的钢尺或乔木模冲孔处理方法，但它们也各有局限性。矩形、三角形或D形孔以及复杂曲线都很难用这些方法进行精确加工，而且磨损、粘胶渗出和钻孔破碎都限制了部件尺寸、精度和合格率。

用于互连多层的微通道技术对今天的高密度互连电路（HDI）越来越重要，但是，大多生产者都不能轻易满足它们对小尺寸的要求。一般来说，通道直径范围为1到10密尔（微米），但是，机械钻孔和冲孔不适合用于大量生产直径在密尔（微米）以下的通孔，这主要是因为精细钻头和模具价格非常昂贵，而这样的钻头寿命却非常短暂。此外，使用这些方法几乎不可能进行盲通道孔的生产和切开电路板需要配置1些特殊的小型的装置露出埋置垫片的工作。

激光微处理加减轻劳常常在广告语中特地标出“新车的味道”动强度工<前几年/p>

激光独一无二的特性使得它成为微处理的理想工具。它是一种非接触性零磨损工具，能够通过聚焦将非常大的能量传递到精确的加工位置进行钻孔、切割和焊接。待处理材料的特征和激光的波长和能量决定了它们之间相互作用的类型。

脉冲式CO2激光器（波长=10.6微米）和红外YAG激光器（波长=1.06微米）是两种在材料处理方面最为广泛使用的红外激光源，但是，许多塑料和大量用作柔性电路板基体材料的一些特殊聚合物（如聚酰亚胺），都铝是最早成为钢材替换品的汽车制造材料不能通过红外处理或“热”处理进行精细加工。因为“热”使塑料变形，在切割或钻孔的边缘上产生炭化形式的损伤，可能导致结构性的削弱和寄生传导性通路，而不得不增加一些后续处理工序以改善加工质量。因此，红外激光器不适用于某些柔性电路的处理。除此之外，即使在高能量密度下，CO其性能比常温发泡有很大改观：泡沫的紧缩强度较常温发泡提高1倍左右2激光器的波长也不能被铜吸收，这更加苛刻地限制了它的使用范围。

紫外激光器的输出波长在0.4微米以下，这是处理聚合物材料的主要优点。和红外加工不同，紫外微处理从本质上来说不是热处理，而且大多数材料吸收紫外光比吸收红外光更容易。高能量的紫外光子直接破坏许多非金属材料表面的分子键，这种“冷”光蚀处理加工出来的部件具有光滑的边缘和最低限度的炭化。（见图1）

紫外短波长本身的特性对金属和聚合物的机械微处理具有优越性。它可以被聚焦到亚微米数量级的点，因此可以进行细微部件的加工，即使在不高的脉冲能量水平下，也能得到很高的能量密度，有效地进行材料加工。

固态激光器的优点：

直到最近，准分子激光器仍在紫外“冷加工”微处理应用领域占有主导地位，但是，准分子技术本身具有一些缺点。所有的准分子激光器都要使用有毒气体，特殊气体的更换、处理和调整过程很麻烦。而且，它们体积庞大，价格昂贵，操作和维修费用高。不仅如此，最大的问题在于准分子激光器输出光束大而方，空间质量较差，这严重限制了聚焦性，使得在微处理过程中一定要使用掩模板。准分子激光对钻出相同形状的孔和重复性工作效果不错（如加工喷墨打印机磁鼓喷嘴上的孔），但是效率不高，只有1%的脉冲能量作用于加工表面，而其它约99%的有用脉冲能量损失于掩模板。而且使用掩模板对加工灵活性有一定的限制，如果图形变化需要更换掩模板时，整个加工过程必须中止。

以前，固态激光器还不能在紫外波段提供足够的脉冲能量和平均功率来有效地完成微处理。但是，随着激光器生产商已经发展了可靠的半导体激光器泵浦技术以及更为有效可靠的三倍频机理，情况已经有所改变。新的三倍频半导体泵浦固体激光器（DPSS）成为准分子激光器适用领域中强有力的竞争者。在能量密度水平相当的前提下，DPSS的脉冲重复频率更高，光束质量更好。

Coherent公司生产的AVIA DPSS激光器是目前最适合微处理应用的紫外固体激光器，它在355nm波长、15kHz重复频率下输出1.5W平均功率。不象一般准分子激光器的矩形输出光，它的光束质量很好，可以在长工作距离上聚焦成很小的点，使加工不再需要掩模板，而且可以通过计算机控制的扫描振镜系统，将光导到工作面上的任何位置（见图2），通过CAD/CAM软件，在一次“直接刻