CN109759728B - 一种利用增加保护层改善微孔形貌的方法 - Google Patents
一种利用增加保护层改善微孔形貌的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109759728B CN109759728B CN201910062438.5A CN201910062438A CN109759728B CN 109759728 B CN109759728 B CN 109759728B CN 201910062438 A CN201910062438 A CN 201910062438A CN 109759728 B CN109759728 B CN 109759728B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- protective layer
- laser
- sample
- micropore
- objective table
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Abstract
一种利用增加保护层改善微孔形貌的方法，先将保护层材料均匀涂覆或粘贴到样品表面；然后搭建光路，利用电脑调节飞秒激光器输出激光，将带保护层的样片固定在移动载物台加工工位上，调节移动载物台位置，使激光束聚焦于样品保护层上表面，通过调节激光功率、脉冲数、保护层厚度获得表面无损伤的微孔；激光加工完成后，撕掉样品表层保护层，将样品超声清洗；本发明通过增加保护层基本消除了激光束边缘低能量区和烧蚀喷溅物对样品表面的损伤，同时减小了微孔入口处锥度，改善了微孔入口形貌，提高了微孔深径比。
Description
技术领域
本发明属于飞秒激光微加工技术领域，特别涉及一种利用增加保护层改善微孔形貌的方法。
背景技术
随着电子产品向着轻、薄、短、小且多功能化、智能化方向发展，印制电路板也朝着高密度互联的方向发展，而印制电路板线路层之间的互联和集成封装需要通过高质量微孔来实现。目前，存在多种微孔加工方式，电火花和电化学制孔一般只能加工导电材料，电子束、离子束加工使用条件苛刻，效率低，这些缺点限制了其在微孔加工领域的发展。而飞秒激光加工，由于超高的空间分辨率、“冷加工”、几乎可加工任何材料的特性，广泛应用于精细加工技术领域。
利用飞秒激光加工微孔时，激光束边缘低能量区会对材料表面造成损伤；同时，微孔制备过程中烧蚀喷溅物回落到样品表面，也会对表层材料造成损伤；此外，如图1(a)所示，由于激光钻孔的固有特点，微孔入口处的锥度较材料内部微孔的锥度大。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用增加保护层改善微孔形貌的方法，改善了微孔入口形貌，同时减小了微孔入口处锥度，提高了微孔深径比。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种利用增加保护层改善微孔形貌的方法，包括以下步骤：
1)将保护层材料均匀涂覆或粘贴到样品表面；
2)搭建光路，光路包括飞秒激光器1，飞秒激光器1输出光经过第一反射镜2使光路转90°，反射光依次经过半波片3、分光棱镜4、λ/4波片5、快门6、第二反射镜7、小孔光阑8、聚焦透镜9垂直照射在移动载物台10的加工工位上，飞秒激光器1、快门6、移动载物台10和电脑11连接，利用半波片3和分光棱镜4调节激光功率，利用λ/4波片5改变激光偏振态，同时电脑11通过快门6控制光路的通断，聚焦透镜9用于飞秒激光器1输出激光束的聚焦；
3)利用电脑11调节飞秒激光器1输出激光，并调整激光参数，激光器1波长为800nm，重频为1kHz，脉宽为120fs，脉冲数为5000-40000，激光单脉冲能量为50μJ-110μJ，通过更换聚焦透镜9改变焦距；
或更换不同类型的激光器1及相应光学元器件，激光器1波长515nm，重频1kHz-100kHz，脉宽240fs,脉冲数为2000-80000，激光功率为36μJ-62μJ，通过更换聚焦透镜9改变焦距；
4)将步骤1)制备的带保护层的样片固定在移动载物台10加工工位上，调节移动载物台10位置，使激光束聚焦于样品上表面，通过调节激光功率、脉冲数、频率、保护层厚度获得表面无损伤的微孔；
5)微孔加工完成后，撕掉样品表层保护层，将样品用HF酸和HNO3酸的混合溶液超声清洗60min。
所述的步骤1)中的保护层材料既能保护微孔周围表层材料不受损伤，同时加工后保护层材料要去除方便。
所述的步骤1)中的保护层材料的厚度为小于等于110μm。
所述的步骤1)中的保护层材料为铜胶带。
本发明的有益效果：保护层材料被少数几个脉冲打通后，起到小孔光阑的作用，后续脉冲到来后，只允许激光束中心高能量区通过小孔，作用于样品，从而将激光束边缘低能量区对样品表层材料的损伤转移到保护层，烧蚀喷溅物也回落到保护层表面，达到保护样品表层材料不受损伤的目的；同时，可以突破激光钻孔时微孔入口锥度显著大于材料内部微孔锥度的瓶颈。本发明有效消除了飞秒激光微孔加工中对微孔周围表层材料的损伤，改善了微孔形貌，同时显著减小了入口附近微孔锥度，提高了微孔深径比。
附图说明
图1(a)为未加保护层微孔截面示意图；图1(b)为本发明样品增加保护层的示意图。
图2为本发明光路的示意图。
图3为实施例1增加保护层和对比例加工的微孔结果图。
图4为实施例2增加保护层和对比例加工的微孔结果图。
图5为实施例3增加保护层和对比例加工的微孔入口结果图。
图6为实施例4增加保护层和对比例加工的微孔入口结果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1，一种利用增加保护层改善微孔形貌的方法，包括以下步骤：
1)选取厚度460μm的4H-SI型SiC晶体作为样品，在样品上表面均匀的粘贴厚度100μm的铜胶带作为保护层，参照图1(b)；
2)搭建光路，如图2所示，光路包括飞秒激光器1，飞秒激光器1输出光经过第一反射镜2使光路转90°，反射光依次经过半波片3、分光棱镜4、λ/4波片5、快门6、第二反射镜7、小孔光阑8、聚焦透镜9垂直照射在移动载物台10的加工工位上，飞秒激光器1、快门6、移动载物台10和电脑11连接，利用半波片3和分光棱镜4调节激光功率，利用λ/4波片5将线偏振光转换成圆偏振光，同时电脑11通过快门6控制光路的通断，采用聚焦透镜9将飞秒激光器1输出激光束聚焦；
3)利用电脑11控制飞秒激光器1输出激光，激光波长为800nm，重频为1kHz，脉宽为120fs，脉冲数为10000，达到样品表面的激光功率为110μJ，聚焦透镜9选择焦距f＝30mm的平凸透镜，小孔光阑8的孔径为7mm；
4)将步骤1)制备的带铜胶带保护层的样品固定在移动载物台10加工工位上，调节移动载物台10位置，使激光束聚焦于样品上表面，通过调节激光功率、脉冲数、保护层厚度获得表面无损伤的高质量微孔；
5)微孔加工完成后，撕掉样品表层铜胶带保护层，将样品用HF酸和HNO3酸的混合溶液超声清洗60min,之后用扫描电子显微镜观察微孔形貌。
本实施例的效果：参照图3(a)，本实施例可得到入口孔径50μm、锥度3.98°、深径比9.20的微孔，微孔表面基本无损伤。
对比例：步骤1中样品没有铜胶带保护层，其它实验步骤及参数完全相同，其效果参照图3(b)，得到入口孔径83μm、锥度6.84°、深径比5.35的微孔，微孔表面损伤严重。
通过对比可以发现，增加保护层，可以消除激光钻孔过程中对微孔入口周围表层材料的损伤；可以显著减小微孔入口孔径，减小微孔锥度，提高微孔深径比，改善微孔形貌。
实施例2，步骤1)中的保护材料为铜胶带，厚度为110μm，样品厚度为500μm，步骤3)中激光波长为515nm，脉宽为240fs，聚焦透镜9选择焦距f＝100mm的空气隙消色差组合透镜，小孔光阑8的孔径为7mm，通过电脑11调整达到样品保护层表面的激光功率为62μJ，重频为100kHz，脉冲数为40000，其它步骤和实施例1相同，其加工的微孔入口如图4中(a)所示，加厚度110μm铜保护层的微孔入口为19μm，表面基本无损伤。
对比例：步骤1中的保护层厚度分别为85μm、50μm、0μm(无保护层)，其他实验步骤及参数完全相同，加工结果参照图4中(b)、(c)、(d)，可以看出增加保护层后，样品表面微孔入口周围材料的损伤减弱，入口孔径减小，且保护层越厚，损伤越小直至完全消除，入口孔径越小，锥度越小，深径比越大。
实施例3：步骤3)中激光功率为36μJ，重频为50kHz，脉冲数为80000，其它步骤和实施例2相同，其加工的微孔入口如图5中(b)、(c)、(d)所示，能量太低，未打通材料，只显示入口，其效果和实施例2相近。
实施例4：步骤3)中激光功率为62μJ，重频为20kHz，脉冲数为2000，其它步骤和实施例2相同，其加工的微孔入口如图6中(b)、(c)、(d)所示，脉冲数太少，未打通材料，只显示入口，其效果和实施例2相近。
Claims (3)
1.一种利用增加保护层改善微孔形貌的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将保护层材料粘贴到样品表面；
2)搭建光路，光路包括飞秒激光器(1)，飞秒激光器(1)输出光经过第一反射镜(2)使光路转90°，反射光依次经过半波片(3)、分光棱镜(4)、λ/4波片(5)、快门(6)、第二反射镜(7)、小孔光阑(8)、聚焦透镜(9)垂直照射在移动载物台(10)的加工工位上，飞秒激光器(1)、快门(6)、移动载物台(10)和电脑(11)连接，利用半波片(3)和分光棱镜(4)调节激光功率，利用λ/4波片(5)改变激光偏振态，同时电脑(11)通过快门(6)控制光路的通断，聚焦透镜(9)用于飞秒激光器(1)输出激光束的聚焦；
3)利用电脑(11)调节飞秒激光器(1)输出激光，并调整激光参数，激光器(1)波长为800nm，重频为1kHz，脉宽为120fs，脉冲数为5000-40000，激光单脉冲能量为50μJ-110μJ，通过更换聚焦透镜(9)改变焦距；
或调整激光参数，使激光器(1)波长515nm，重频1kHz-100kHz，脉宽240fs,脉冲数为2000-80000，激光功率为36μJ-62μJ，通过更换聚焦透镜(9)改变焦距；
4)将步骤1)制备的带保护层的样片固定在移动载物台(10)加工工位上，调节移动载物台(10)位置，使激光束聚焦于样品上表面，通过调节激光功率、脉冲数、频率、保护层厚度获得表面无损伤的微孔；
5)微孔加工完成后，撕掉样品表层保护层，将样品用HF酸和HNO3酸的混合溶液超声清洗60min；
所述的步骤1)中的保护层材料为铜胶带；
所述的步骤1)中的保护层材料的厚度为小于等于110μm。
2.根据权利要求1所述的一种利用增加保护层改善微孔形貌的方法，其特征在于：所述的步骤1)中的保护层材料既能保护微孔周围表层材料不受损伤，同时加工后保护层材料要去除方便。
3.根据权利要求1所述的一种利用增加保护层改善微孔形貌的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)选取厚度460μm的4H-SI型SiC晶体作为样品，在样品上表面均匀的粘贴厚度100μm的铜胶带作为保护层；
2)搭建光路，光路包括飞秒激光器(1)，飞秒激光器(1)输出光经过第一反射镜(2)使光路转90°，反射光依次经过半波片(3)、分光棱镜(4)、λ/4波片(5)、快门(6)、第二反射镜(7)、小孔光阑(8)、聚焦透镜(9)垂直照射在移动载物台(10)的加工工位上，飞秒激光器(1)、快门(6)、移动载物台(10)和电脑(11)连接，利用半波片(3)和分光棱镜(4)调节激光功率，利用λ/4波片(5)将线偏振光转换成圆偏振光，同时电脑(11)通过快门(6)控制光路的通断，采用聚焦透镜(9)将飞秒激光器(1)输出激光束聚焦；
3)利用电脑(11)控制飞秒激光器(1)输出激光，激光波长为800nm，重频为1kHz，脉宽为120fs，脉冲数为10000，达到样品表面的激光功率为110μJ，聚焦透镜(9)选择焦距f＝30mm的平凸透镜，小孔光阑(8)的孔径为7mm；
4)将步骤1)制备的带铜胶带保护层的样品固定在移动载物台(10)加工工位上，调节移动载物台(10)位置，使激光束聚焦于样品上表面；
5)微孔加工完成后，撕掉样品表层铜胶带保护层，将样品用HF酸和HNO3酸的混合溶液超声清洗60min,之后用扫描电子显微镜观察微孔形貌。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910062438.5A CN109759728B (zh) | 2019-01-23 | 2019-01-23 | 一种利用增加保护层改善微孔形貌的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910062438.5A CN109759728B (zh) | 2019-01-23 | 2019-01-23 | 一种利用增加保护层改善微孔形貌的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109759728A CN109759728A (zh) | 2019-05-17 |
| CN109759728B true CN109759728B (zh) | 2020-08-14 |
Family
ID=66455103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910062438.5A Active CN109759728B (zh) | 2019-01-23 | 2019-01-23 | 一种利用增加保护层改善微孔形貌的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109759728B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110549016B (zh) * | 2019-09-23 | 2022-02-08 | 北京工业大学 | 碳化硅的飞秒激光切割方法 |
| CN111477545B (zh) * | 2020-04-09 | 2021-06-22 | 浙江大学 | GaN器件SiC衬底刻蚀方法 |
| CN114178688B (zh) * | 2021-12-22 | 2023-01-24 | 北京理工大学 | 基于热防护层辅助飞秒激光高质量加工cfrp的方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6797404B2 (en) * | 2001-09-07 | 2004-09-28 | Siemens Vdo Automotive Corporation | Anti-spatter coating for laser machining |
| CN1579697A (zh) * | 2003-08-07 | 2005-02-16 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 一种激光加工方法 |
| CN100513049C (zh) * | 2005-06-27 | 2009-07-15 | 三菱电机株式会社 | 激光加工方法和激光加工头 |
| JP6245568B2 (ja) * | 2012-06-01 | 2017-12-13 | 株式会社レーザーシステム | レーザー加工方法 |
| CN204735849U (zh) * | 2015-03-09 | 2015-11-04 | 深圳市奥华激光科技有限公司 | 一种pc产品激光钻孔结构 |
| CN107695528B (zh) * | 2017-11-13 | 2019-03-12 | 西安交通大学 | 一种利用飞秒激光调控制备大面积不同微纳米结构的方法 |
-
2019
- 2019-01-23 CN CN201910062438.5A patent/CN109759728B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109759728A (zh) | 2019-05-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109759728B (zh) | 一种利用增加保护层改善微孔形貌的方法 | |
| CN110385521B (zh) | 一种用于碳化硅快速深刻蚀的飞秒激光加工装置及方法 | |
| CN104022080B (zh) | 晶片的加工方法 | |
| US7804043B2 (en) | Method and apparatus for dicing of thin and ultra thin semiconductor wafer using ultrafast pulse laser | |
| US8382943B2 (en) | Method and apparatus for the selective separation of two layers of material using an ultrashort pulse source of electromagnetic radiation | |
| Mottay et al. | Industrial applications of ultrafast laser processing | |
| CN105705468B (zh) | 激光加工方法以及激光加工装置 | |
| US20050042805A1 (en) | Method of forming a scribe line on a passive electronic component substrate | |
| JP2002540950A (ja) | 担体材料上の薄層の剥離のための装置及び方法 | |
| US9312177B2 (en) | Screen print mask for laser scribe and plasma etch wafer dicing process | |
| KR20130016406A (ko) | 레이저 가공 방법 및 반도체 칩 | |
| KR20070005707A (ko) | 레이저 가공 방법 및 가공 대상물 | |
| US8247731B2 (en) | Laser scribing and machining of materials | |
| CN112453730B (zh) | 一种高深径比微孔的激光加工系统及加工方法 | |
| CN204771160U (zh) | 一种高深径比微孔的制备装置 | |
| CN115666003B (zh) | 一种线路板盲槽制作方法及系统 | |
| CN104889576A (zh) | 一种高深径比微孔的制备方法及制备装置 | |
| JP2003133690A (ja) | 超短パルスレーザを用いた回路形成方法 | |
| CN114523196B (zh) | 一种激光选择性吸收的盲孔钻孔方法、设备、装置及系统 | |
| Sikora et al. | Picosecond laser micromachining prior to FIB milling for electronic microscopy sample preparation | |
| CN116160121A (zh) | 一种基于倍频贝塞尔激光选择性刻蚀的石英振梁加工方法 | |
| CN111822879A (zh) | 一种铁氧体材料的超快激光加工装置及加工方法 | |
| JP2002043605A (ja) | レーザーエッチング方法 | |
| WO2004080642A1 (ja) | レーザ加工方法 | |
| CN111014960A (zh) | 铁氧体直孔的加工系统及加工方法、铁氧体和电路基板 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210428 Address after: No.085, 1st building, jiaodayi village, Beilin District, Xi'an City, Shaanxi Province, 710000 Patentee after: Mei Xuesong Address before: Beilin District Xianning West Road 710049, Shaanxi city of Xi'an province No. 28 Patentee before: XI'AN JIAOTONG University |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210607 Address after: Room 1807, building 3, 311 Yanxin Road, Huishan Economic Development Zone, Wuxi City, Jiangsu Province, 214000 Patentee after: Wuxi Chaotong Intelligent Manufacturing Technology Research Institute Co.,Ltd. Address before: No.085, 1st building, jiaodayi village, Beilin District, Xi'an City, Shaanxi Province, 710000 Patentee before: Mei Xuesong |
|
| TR01 | Transfer of patent right |