【摘要】：飛秒激光的超高峰值功率以及超短脈沖寬度特性,可以對(duì)任何材料進(jìn)行非熱熔性加工,具有加工精度高和加工質(zhì)量良好的優(yōu)點(diǎn),在微細(xì)加工領(lǐng)域表現(xiàn)出無(wú)可比擬的優(yōu)越性。隨著微電子技術(shù)飛速發(fā)展,電路板集成度的不斷提高,產(chǎn)品研發(fā)周期的持續(xù)縮短,對(duì)于微細(xì)導(dǎo)電線路以及快速樣板制作提出更迫切的需求。針對(duì)以上問(wèn)題,本文采用飛秒激光對(duì)覆銅板進(jìn)行直接刻蝕工藝研究,利用飛秒激光冷加工和選擇性刻蝕的特性,實(shí)現(xiàn)FR-4覆銅板微細(xì)線路的高質(zhì)量刻蝕。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)本文從激光的能量吸收機(jī)制以及金屬的相變兩個(gè)方面對(duì)探討了飛秒激光與材料的作用機(jī)理,并對(duì)雙溫方程進(jìn)行約化,得到單脈沖飛秒激光燒蝕材料深度的解析式,結(jié)合描述動(dòng)力學(xué)特性的相圖,可以看出金屬材料的燒蝕機(jī)制包括過(guò)熱液體的蒸發(fā)以及相變爆炸。(2)在雙溫方程基礎(chǔ)上結(jié)合MATLAB仿真軟件對(duì)材料內(nèi)電子晶格溫度變化過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬,主要從電子峰值溫度、電子溫度上升速率、電子晶格耦合達(dá)到平衡的時(shí)間以及兩者達(dá)到熱平衡時(shí)的溫度等角度,分析了電子熱導(dǎo)率、電子晶格耦合系數(shù)、激光能量密度、脈沖寬度和材料不同深度等五個(gè)因素對(duì)電子晶格溫度變化的影響,以及產(chǎn)生變化的原因。(3)用飛秒激光對(duì)FR-4覆銅板進(jìn)行單因素刻蝕研究,得出激光平均功率、掃描速度、掃描次數(shù)、離焦量以及掃描線間距對(duì)刻蝕窗口的深度、底面粗糙度及微觀形貌的影響規(guī)律。再進(jìn)行正交試驗(yàn),得到各工藝參數(shù)對(duì)刻蝕深度和刻蝕粗糙度的影響大小。結(jié)果表明,無(wú)論是以刻蝕深度還是以刻蝕粗糙度為加工質(zhì)量的衡量指標(biāo),都是掃描次數(shù)的影響最大,掃描速度的影響最小。此外,通過(guò)綜合平衡分析法得到了最優(yōu)的加工工藝參數(shù)。(4)采用優(yōu)化工藝參數(shù)進(jìn)行飛秒激光在覆銅板表面刻蝕微細(xì)線路研究,為得到精確線寬,設(shè)計(jì)對(duì)比試驗(yàn)對(duì)影響成形導(dǎo)線尺寸的因素進(jìn)行分析,驗(yàn)證了采用優(yōu)化參數(shù)后的飛秒激光刻蝕覆銅板可以實(shí)現(xiàn)銅層完全去蝕,并且不損傷到基板材料的加工效果,實(shí)現(xiàn)了微細(xì)導(dǎo)線包括單根導(dǎo)線和并排導(dǎo)線的刻蝕加工,制作出線寬為50μm、線間距為20μm的導(dǎo)電線路,將尺寸控制在微米尺度范圍內(nèi)。研究結(jié)果表明,采用優(yōu)化參數(shù)后的飛秒激光直接刻蝕FR-4覆銅板可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的窗口刻蝕以及高精度的微細(xì)導(dǎo)電線路直接成形,與傳統(tǒng)線路成形工藝相比,簡(jiǎn)化工藝流程、提高線路成形效率、減少環(huán)境污染。
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG665;TN41
【圖文】：

激光與材料相互作用研究，使用飛秒激光脈沖進(jìn)行 FR-4 覆銅板刻并進(jìn)行微細(xì)導(dǎo)電線路成形制作。外研究現(xiàn)狀及分析激光加工國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀秒激光加工國(guó)外研究現(xiàn)狀 世紀(jì) 90 年代飛秒激光用于加工材料開(kāi)始，飛秒激光的理論與試驗(yàn)學(xué)者的關(guān)注，2003 年 Nadeem H. Rizvi[10]通過(guò)概述飛秒激光微加工結(jié)出飛秒激光是一種優(yōu)秀的微加工光源。目前飛秒激光和金屬、各種類型材料相互作用的機(jī)理與工藝研究均有文獻(xiàn)報(bào)道。 年，德國(guó) Kamlage G 等人[11]利用 0.9mJ 飛秒激光脈沖聚焦到厚度上，得到一系列高質(zhì)量通孔如圖 1.1 所示，并指出高能量的飛秒脈高質(zhì)量、大深徑比微孔的實(shí)用工具。

圖 1.2 結(jié)合 TPA 和 VBD 技術(shù)加工盲孔 圖 1.3 雙光束干涉法加工光柵隨后，2005-2006 年間，西班牙學(xué)者 J. R. Vázquez deAldana 等人[13-14]通過(guò)實(shí)模擬深入研究飛秒激光對(duì)石英玻璃的燒蝕飽和效應(yīng)。如圖 1.4 所示，驗(yàn)證了數(shù)增多，燒蝕入口會(huì)逐漸增大且燒蝕深度最終會(huì)達(dá)到飽和。圖 1.4 飛秒脈沖在 SiO2 材料微孔加工飽和現(xiàn)象

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2714017