基于飞秒激光的FR-4覆铜板微细线路成形技术研究

发布时间：2020-06-15 06:13

【摘要】：飞秒激光的超高峰值功率以及超短脉冲宽度特性,可以对任何材料进行非热熔性加工,具有加工精度高和加工质量良好的优点,在微细加工领域表现出无可比拟的优越性。随着微电子技术飞速发展,电路板集成度的不断提高,产品研发周期的持续缩短,对于微细导电线路以及快速样板制作提出更迫切的需求。针对以上问题,本文采用飞秒激光对覆铜板进行直接刻蚀工艺研究,利用飞秒激光冷加工和选择性刻蚀的特性,实现FR-4覆铜板微细线路的高质量刻蚀。主要研究内容如下:(1)本文从激光的能量吸收机制以及金属的相变两个方面对探讨了飞秒激光与材料的作用机理,并对双温方程进行约化,得到单脉冲飞秒激光烧蚀材料深度的解析式,结合描述动力学特性的相图,可以看出金属材料的烧蚀机制包括过热液体的蒸发以及相变爆炸。(2)在双温方程基础上结合MATLAB仿真软件对材料内电子晶格温度变化过程进行数值模拟,主要从电子峰值温度、电子温度上升速率、电子晶格耦合达到平衡的时间以及两者达到热平衡时的温度等角度,分析了电子热导率、电子晶格耦合系数、激光能量密度、脉冲宽度和材料不同深度等五个因素对电子晶格温度变化的影响,以及产生变化的原因。(3)用飞秒激光对FR-4覆铜板进行单因素刻蚀研究,得出激光平均功率、扫描速度、扫描次数、离焦量以及扫描线间距对刻蚀窗口的深度、底面粗糙度及微观形貌的影响规律。再进行正交试验,得到各工艺参数对刻蚀深度和刻蚀粗糙度的影响大小。结果表明,无论是以刻蚀深度还是以刻蚀粗糙度为加工质量的衡量指标,都是扫描次数的影响最大,扫描速度的影响最小。此外,通过综合平衡分析法得到了最优的加工工艺参数。(4)采用优化工艺参数进行飞秒激光在覆铜板表面刻蚀微细线路研究,为得到精确线宽,设计对比试验对影响成形导线尺寸的因素进行分析,验证了采用优化参数后的飞秒激光刻蚀覆铜板可以实现铜层完全去蚀,并且不损伤到基板材料的加工效果,实现了微细导线包括单根导线和并排导线的刻蚀加工,制作出线宽为50μm、线间距为20μm的导电线路,将尺寸控制在微米尺度范围内。研究结果表明,采用优化参数后的飞秒激光直接刻蚀FR-4覆铜板可以实现高质量的窗口刻蚀以及高精度的微细导电线路直接成形,与传统线路成形工艺相比,简化工艺流程、提高线路成形效率、减少环境污染。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG665;TN41
【图文】：

飞秒脉冲,微孔,飞秒激光,飞秒激光脉冲

激光与材料相互作用研究，使用飞秒激光脉冲进行 FR-4 覆铜板刻并进行微细导电线路成形制作。外研究现状及分析激光加工国内外研究现状秒激光加工国外研究现状世纪 90 年代飞秒激光用于加工材料开始，飞秒激光的理论与试验学者的关注，2003 年 Nadeem H. Rizvi[10]通过概述飞秒激光微加工结出飞秒激光是一种优秀的微加工光源。目前飞秒激光和金属、各种类型材料相互作用的机理与工艺研究均有文献报道。年，德国 Kamlage G 等人[11]利用 0.9mJ 飞秒激光脉冲聚焦到厚度上，得到一系列高质量通孔如图 1.1 所示，并指出高能量的飞秒脉高质量、大深径比微孔的实用工具。

盲孔,烧蚀,双光束干涉法,微孔加工

图 1.2 结合 TPA 和 VBD 技术加工盲孔图 1.3 双光束干涉法加工光栅随后，2005-2006 年间，西班牙学者 J. R. Vázquez deAldana 等人[13-14]通过实模拟深入研究飞秒激光对石英玻璃的烧蚀饱和效应。如图 1.4 所示，验证了数增多，烧蚀入口会逐渐增大且烧蚀深度最终会达到饱和。图 1.4 飞秒脉冲在 SiO2 材料微孔加工饱和现象

【参考文献】