Femtoseconde laserbewerking voor microboren in zones zonder warmte-beïnvloeding
1. Basisprincipes en voordelen
Femtosecondelasers (pulsbreedte 10-15 s) maken niet-lineaire absorptie mogelijk via:
-
Multi-foton ionisatie (MPI)
-
Lawine-ionisatie (AI)
Belangrijkste voordelen: -
Bijna nul gevaarlijke zone
-
Submicronprecisie (minimale gaten van 1 μm)
-
Geschikt voor reflecterende/transparante materialen
2. Mechanismen voor nul-gevarenzones
2.1 Energieoverdrachtcontrole
-
Elektronenrooster-onevenwicht
-
Fase-explosie dominantie
-
Plasma-afschermingonderdrukking
2.2 Modellen voor materiaalverwijdering
-
Coulomb-explosie
-
Niet-thermische bindingsbreuk
3. Kritische procesparameters
Parameter | Bereik | Mechanisme |
---|---|---|
Golflengte | 343-1030nm | Verbetering van de absorptie |
Pulsenergie | 0,1-50 μJ | Ablatiedrempelcontrole |
Herhalingsfrequentie | 10 kHz-10 MHz | Vermijden van warmteaccumulatie |
Focussen | NA>0,7 | Spotgrootteverkleining |
Scannen | Spiraalvormig pad | Minimalisatie van herschikte lagen |
4. Toepassingsgevallen
-
Hoogfrequente PCB-microvia's:
-
20-50μm diameter
-
Beeldverhouding 10:1
-
Ra
-
Boren van glas TSV:
-
Barst-/versmallingsvrij
-
100 gaten/sec
-
Flexibele circuitverwerking:
-
Carbonisatievrije PI-substraten
-
5 μm minimale lijnbreedte
5. Uitdagingen en oplossingen
Uitdaging 1: Instabiliteit van reflecterend materiaal
Oplossing: instelbare golflengte (343 + 515 nm)
Uitdaging 2: Lage efficiëntie in diepe gaten
Oplossing: Bessel-bundelvorming
Uitdaging 3: Consistentie in massaproductie
Oplossing: Realtime plasmabewaking + adaptieve controle
6. Karakteriseringsmethoden
-
Micro-CT: 3D-morfologie
-
Ramanspectroscopie: Faseanalyse
-
TEM: roosterintegriteit
-
Geleidbaarheidstesten: Wandkwaliteit