Obtenção de padronização de folha de cobre com zona afetada pelo calor (ZTA) zero por meio de ablação a laser de femtossegundo

1. Princípios e vantagens da ablação por laser de femtossegundo

Lasers de femtossegundo (largura de pulso de 10⁻¹⁵ s) permitem absorção não linear (por exemplo, ionização multifóton, ionização de avalanche) com HAZ próximo de zero devido a:

• Dominância não térmica: Deposição de energia mais rápida que a difusão de calor (tempo de difusão térmica do Cu≈1 ps);

• Alta precisão: Resolução submicrométrica (largura de linha

• Versatilidade de materiais: Adequado para metais refletivos (Cu), materiais transparentes e compósitos.

2. Parâmetros-chave do processo

(1) Parâmetros do laser

• Comprimento de onda: UV (343/515 nm) para maior absorção de Cu (≈40% vs. IR 5%);

• Energia de pulso e fluência: 0,1–10 μJ/pulso, fluência=1–5 J/cm² (próximo ao limiar de ablação de Cu).

(2) Controle de feixe e varredura

• Óptica de foco: Objetivos de alta NA (NA≥0,5) para tamanho de ponto de 1–5 μm;

• Estratégias de digitalização: Varredura espiral/raster, velocidade = 1–10 m/s, ≤3 passagens para minimizar a entrada de calor.

(3) Controle Ambiental

• Gás inerte (Ar/N₂): Reduz a oxidação (superfície O

• Vácuo (: Suprime a blindagem de plasma.

3. Mecanismos para ZTA Zero

• Desacoplamento de elétrons-rede: Energia confinada aos elétrons, impedindo a difusão térmica;

• Domínio da explosão de fase: A sublimação direta/formação de plasma evita o derretimento;

• Supressão de acumulação de calor: O intervalo de pulso (>10 ns) excede o tempo de resfriamento do elétron (≈1 ps).

4. Validação

• Microscopia: SEM/TEM não mostram fusão ou distorção de rede (largura da ZTA

• Análise química: XPS confirma espessura de óxido

• Testes funcionais:

  • Condutividade: Resistividade≈1,7 μΩ·cm (semelhante a massa);

  • Estabilidade térmica: Não há crescimento de ZTA após recozimento a 300°C.

5. Desafios e Soluções

• Desafio 1: Alta refletividade:

  • Solução: Revestimento antirreflexo (por exemplo, Ti de 10 nm) ou polarização circular.

• Desafio 2: Blindagem de plasma:

  • Solução: Processamento a vácuo ou menor taxa de repetição (

• Desafio 3: Baixo rendimento:

  • Solução: Processamento multifeixe paralelo (DMD/SLM).

6. Aplicações e Economia

• PCBs de alta frequência: Antenas de 28 GHz com perda

• Eletrônica flexível: Padrões de Cu baseados em PI suportam curvaturas >10⁵ (R=1 mm);

• Economia de custos: 90% menos resíduos químicos em comparação à litografia, processamento 5× mais rápido.