脉冲激光诱导向前转移关键技术研究

发布时间：2020-05-27 20:45

【摘要】：随着激光器的问世,激光微加工技术得到越来越多的关注和研究。纳秒、皮秒、飞秒激光因其具有脉宽窄、峰值功率高、相干性好等特点,被广泛应用在MEMS器件的制作,表面改性等微精细加工领域。激光诱导向前转移技术(LIFT)是近年来发展起来的一种激光微加工技术。具有适应性强,加工精度高,成本低廉,绿色环保,适用范围广等诸多优点。本课题结果LIFT技术主要进行了以下方面的研究：1.对单脉冲激光下转移碳化硅进行了一系列的研究,研究了532nm下涂层和悬浊液时的不同结果,并且研究了激光能量的影响。随着激光能量的增大,接收靶材不论是PET还是铝片,上面的碳化硅颗粒分布面积都随着增加；且由于两种靶材的屈服强度的不同使得在PET上面的颗粒分布要大；使用碳化硅涂层作“源”材料时的颗粒分布面积比使用碳化硅悬浊液时的大,一方面是因为固体颗粒涂层吸收的能量比悬浊液多,另一方面悬浊液的阻尼效应比空气大。最终的实验采用效果较好的碳化硅涂层来进行下一步实验。之后发现使用1064nm波长时颗粒分散效果要比532nm波长下的好,进而分别研究了1064nm波长下激光脉冲能量、离焦距离、接收距离对颗粒分布的影响。激光能量的增大使得颗粒分布要堆积状变为“环”状,这是因为激光能量达到足够高时对碳化硅的分解作用越明显；离焦距离的增大使得颗粒分布范围变大之后一直减小这主要是由激光光束的高斯分布特性造成的；接收距离越大,靶材上面颗粒分布的越分散,转移过程中颗粒的运动特性对这起了主要作用。并且根据单因素的实验结果选择了合适的变量进行了正交实验,通过正交实验得出接收距离是对颗粒面积比影响最大的参数,在实验所用参数范围内：接收距离250gm、离焦距离1000μmm、激光能量17.4mJ时颗粒分散最厉害,接收距离1000μm、离焦距离250μm、激光能量5mJ时颗粒分布最集中。2.研究了1064nm激光下单线结构和大面积涂层的制作。当脉冲间距很小时,并不能实现单线的制作,一方面是由于冲击波的作用范围比聚焦光斑范围大很多,另一方面,下一个脉冲有时候会直接不通过涂层作用到靶材上面进而对靶材进行烧蚀作用。实验通过进行工艺优化制作出了比较连续的碳化硅单线结构和比较均匀的碳化硅大面积涂层。3.研究了激光诱导转移铜箔。本章利用激光诱导向前转移技术通过烧蚀铜箔的方法完成了铜在玻璃上的沉积,并且进一步制作出了铜线。沉积点形貌呈现中间颗粒状周围片状,这是由激光与铜箔作用中使得铜箔产生中心部分熔融态周围固态的状态分布引起的。通过正交实验分析出了激光能量对转移面积影响最大,其次是脉冲个数最后是离焦程度。沉积得到的铜线虽然电阻率跟铜的相差很大,但基本满足了导线的要求。
【图文】：

示意图,激光诱导,技术原理,示意图

米甚至纳米级别的图形。ＬＩＦＴ技术的原理示意图如图１－１所示。逡逑透明基片上面有一层作为需要被转移的材料制成的薄膜（作为ＬＩＦＴ技术中“源＂），ＬＩＦＴ技术一般分为三个阶段：激光通过聚焦镜聚焦后作用在透明基片与膜中间，激光与“源”材料作用；激光产生的瞬时高能量使薄膜“源”材料从透明片上面去除，向接收基片上面移动；被转移的材料沉积在接收基片上面。逡逑

沉积点,成像,面积,基片

实验结果揭示了：当“源”薄膜与接收基片的间隔为０时，即互相接触的时候，，沉积逡逑材料的形状最好，边缘完整；而且激光的光斑越小，那么沉积出来的材料的分辨率越逡逑高，效果越好。图１－３所示为Ｎｉ薄膜在不同的激光能量密度下的转移结果；图１－４所逡逑示为ＣＣＤ观测到的激光诱导向前转移过程的现象。通过图ｌ－３ｂ可以看出来，在沉积逡逑的Ｎｉ周围还散落着一些颗粒，而且散落的范围比沉积的Ｎｉ的范围大很多。通过图１－４逡逑的分析就可以解释这一现象。在没有接收基片的情况下（图ｌ－４ａ），激光诱导转移过程逡逑中的气羽比较顺畅，没有阻碍：当有了接收基片的时候（图ｌ－４ｂ），可以明显看出来气逡逑羽被限制在了邋“源”薄膜和接收基片中间，呈“被压迫”分散扩张的状态，这就很好逡逑的解释了，当有接收基片的时候，一部分的颗粒包含在气羽当中，被转移到了接收基逡逑片上面。逡逑３逡逑
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN249

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