Het bereiken van een koperfoliepatroon met nul hitte-beïnvloede zone (HAZ) via femtoseconde laserablatie

1. Principes en voordelen van femtoseconde laserablatie

Femtosecondelasers (pulsbreedte 10⁻¹⁵ s) maken niet-lineaire absorptie mogelijk (bijvoorbeeld multifotonionisatie, lawine-ionisatie) met een HAZ van bijna nul vanwege:

• Niet-thermische dominantie: Energieafzetting sneller dan warmtediffusie (Cu thermische diffusietijd ≈1 ps);

• Hoge precisie: Submicron resolutie (lijnbreedte

• Materiaalveelzijdigheid: Geschikt voor reflecterende metalen (Cu), transparante materialen en composieten.

2. Belangrijkste procesparameters

(1) Laserparameters

• Golflengte: UV (343/515 nm) voor hogere Cu-absorptie (≈40% vs. IR 5%);

• Pulsenergie en fluence: 0,1–10 μJ/puls, fluence=1–5 J/cm² (dichtbij de Cu-ablatiedrempel).

(2) Straalregeling en scannen

• Focusserende optica: Objectieven met een hoge NA (NA≥0,5) voor een vlekgrootte van 1–5 μm;

• Scanstrategieën: Spiraal-/rasterscan, snelheid=1–10 m/s, ≤3 passes om warmte-inbreng te minimaliseren.

(3) Milieubeheersing

• Inert gas (Ar/N₂): Vermindert oxidatie (oppervlakte O

• Vacuüm (: Onderdrukt plasma-afscherming.

3. Mechanismen voor nul gevaarlijke omgevingen

• Elektronenroosterontkoppeling: Energie beperkt tot elektronen, waardoor thermische diffusie wordt voorkomen;

• Fase-explosie dominantie: Directe sublimatie/plasmavorming voorkomt smelten;

• Onderdrukking van warmteaccumulatie: Het pulsinterval (>10 ns) overschrijdt de elektronenafkoeltijd (≈1 ps).

4. Validatie

• Microscopie: SEM/TEM vertoont geen smelten of roostervervorming (HAZ-breedte

• Chemische analyse: XPS bevestigt oxidedikte

• Functionele tests:

  • Geleidbaarheid: Soortelijke weerstand ≈1,7 μΩ·cm (bulk-achtig);

  • Thermische stabiliteit: Geen HAZ-groei na gloeien bij 300°C.

5. Uitdagingen en oplossingen

• Uitdaging 1: Hoge reflectiviteit:

  • Oplossing: Antireflectiecoating (bijv. 10 nm Ti) of circulaire polarisatie.

• Uitdaging 2: Plasma-afscherming:

  • Oplossing: Vacuümverwerking of lagere herhalingsfrequentie (

• Uitdaging 3: Lage doorvoer:

  • Oplossing: Parallelle multi-beamverwerking (DMD/SLM).

6. Toepassingen en economie

• Hoogfrequente PCB's: 28 GHz-antennes met

• Flexibele elektronica: PI-gebaseerde Cu-patronen zijn bestand tegen >10⁵ bochten (R=1 mm);

• Kostenbesparing: 90% minder chemisch afval vergeleken met lithografie, 5× snellere verwerking.