挪动设施例如智能手机跟平板电脑正在以迅猛的速率增长。因为挪动设施变得越来越小，速率越来越快，分量越来越轻，价钱越来越廉价，同时也越来越多功用，而且更繁杂，因此零配件的制作也向小型化跟精细化开展。对于于一些要害的零配件，如半导体芯片、微电子封装、触摸显示屏跟印刷电路板（PCBs），它们将继续面对挑衅，例如进步良品率跟出产率，同时还要下降本钱。这推进了镭射在挪动设施制作中的普遍利用。因为设施日益繁杂，因此须要更多跟更繁杂的制作工艺，同时对于镭射光源的研讨停顿也提出了更高要求。
用波长跟脉冲宽度更短以及低的M2（光束品质）的镭射器能发明一家聚焦更集中的光斑，并能坚持最小的热影响区（HAZ），从而完成更精细的微加工。高的能量排汇，尤其是在紫外（UV）波长跟短脉冲范畴，资料将被迅速汽化，从而减少热影响区跟炭化。较小的聚焦光斑能够完成精度较高、尺寸较小的加工。高功率、高脉冲反复频次（PRF）、脉冲整形跟脉冲决裂都能够为进步微加工的出产率做出奉献。连续的较高的脉冲波动机能确保进程的可反复性，辅助完成更高的良品率。
传统的紫外Q开关二极管泵浦固体（DPSS）镭射器能合理地知足精细制作的要求，然而它们在完成更高的加工速率跟较高的微加工品质方面另有所欠缺。进步加工速率的罕用法子是在坚持其余工艺参数不变的同时进步镭射的脉冲反复频次。但是，对于于典范的Q开关DPSS镭射器来说，这是不行能完成的。这些镭射器的均匀功率跟脉冲能量会跟着脉冲反复频次的添加而迅速降低。别的，在脉冲反复频次较高时，镭射脉冲宽度跟脉冲能量稳定往往会大幅添加。
为了克服这些限度，须要研发新的镭射手艺，因而Spectra-Physics公司在2013年推出了一款奇特的高功率跟短脉冲宽度的高反复频次紫外混杂光纤镭射器，功率为40W（250kHz、355nm波长），之后又在2014年扩大到60W（200-300kHz），并在均匀功率跟脉冲能量方面都有进步。同时，它的最小脉冲宽度从5ns降低至2ns，最大的脉冲反复频次从500kHz增至3.5MHz。这些输出特征为工程师们提供了新的物理前提来完成更辽阔的镭射工艺参数空间。
本文将高脉冲反复频次下，高功率跟自力可调的紫外镭射脉冲宽度以及卓越的脉冲调控手艺联合起来，并将其利用于各类微电子资料的微加工中，包含硅（在芯片制作中的利用）、氧化铝（在微电子封装制作中的利用）、玻璃（触摸显示屏制作中的利用）跟铜（印刷电路板跟微电子封装制作中的利用）。
半导体制作中的硅刻划
用镭射刻划硅片能够替换传统的精细锯切割。因为晶片变得越来越薄，同时镭射变得更壮大，因此跟锯切割相比，镭射的上风进一步增强。要想与传统的锯切割竞争，完成更高的划刻速率跟更好的切割品质是至关首要的。
咱们使用Quasar镭射器对于厚度小于100μm的抛光单晶硅片进行热伤害最小的高速刻划。在图1中，曲线显示，跟着划刻速率的添加，划刻深度会下降（200 kHz、25ns单脉冲）。在较高的反复频次下使用较高的功率，同时TimeShift手艺能够用软件配置范畴普遍的脉冲能量跟脉冲宽度，终极咱们能够看到，刻划速率进步了差未几3倍（25ns单脉冲，50μm的刻划深度）。
图1 ： 硅刻划的深度跟速率曲线， 能够看到TimeShift手艺带来的优化。
图2显示了刻划发生的碎片跟热影响区，它是在单脉冲跟能量雷同的情形下使用TimeShift手艺来发明一家脉冲串（500mm/s跟200 kHz）。使用这种手艺的划刻能够完成较高的烧蚀品质，而且在上名义会发生较少的碎片，不外划刻的深度要比使用单脉冲的深度超过25%。
图2：使用单脉冲TimeShift手艺进行刻划的后果，图(a)中的刻划深度为20μm，图(b)中的刻划深度为25μm。
氧化铝陶瓷的刻划
氧化铝（Al2O3）陶瓷存在高的介电机能，再加上高强度、耐侵蚀性、高波动性跟绝对较低的本钱，得以普遍用在微电子封装。在典范的制作进程中，存在多个模块的大尺寸氧化铝基板终极要被别离成单个的模块（切单）。在罕用的刻划手艺中（“划片并断开”），使用镭射器在基板长进行深的刻划，而后经由过程机器加压来使基板断开并别离。高功率紫外镭射器能够完成清洁、准确的高速刻划。
相似于硅刻划，咱们能够看到，当使用Quasar镭射器以较高的速率进行氧化铝刻划时，能够借助较高的功率跟TimeShift手艺来完成最小的热效应。图3显示，使用了双脉冲串的微加工比单脉冲加对象有很分明的上风。将20ns单脉冲能量决裂为两个子脉冲，烧蚀深度能添加78%。同样，图4显示了双脉冲模式下进行同样深度的刻划所使用的能量比单脉要冲少40%，同时上名义的碎片也更少。
图3：氧化铝的刻划深度vs能量注量曲线，显示了TimeShift手艺对于出产率的影响。
图4：对于使用TimeShift手艺进行氧化铝划刻的品质进行比拟。
图(a)是使用了单脉冲模式（170μJ/脉冲）的上名义视图，图(b)是使用了双脉冲模式（170μJ/脉冲）的上名义视图。这两种情形中的划刻深度都是4μm。
平板显示器中的玻璃切割
在显示器制作进程中，触摸屏跟LCD的玻璃块的剥离须要直线切割，而创立角、孔跟槽则须要曲线切割。消费类电子产物中使用的玻璃基板经由过程各类化学或许热处置而变得越来越薄，强度也越来越高，因此用镭射加工玻璃在完成高品质的切割跟高的出产率方面显示出宏大的后劲，同时还能减少传统的机器划刻跟剥离工艺所带来的产量损掉。
咱们开发的TimeShift手艺是一种应用了镭射与物资间互相作用的效应来进行玻璃加工的手艺。该手艺正在申请专利中。在该手艺中，对于单个镭射脉冲进行改动，能够减少热负荷跟造成的资料碎块或碎片。这在化学强化玻璃的切割中能够完成较好的切割品质以及高出1.5m/s的线切割速率，例如康宁大猩猩玻璃（Corning Gorilla）、旭硝子龙尾系列玻璃（Asahi Dragontail）跟肖特（Schott）Xensation玻璃。在钠钙玻璃跟卓越的柔性玻璃（例如康宁Willow玻璃）的加工中能失去相似的成果，而对于于蓝宝石加工的工艺开发也正在进行中。图5显示了在0.7mm厚的康宁大猩猩玻璃中的加工成果，该玻璃存在40μm厚的化学强化层（DOL）。从图中能够看出，切割的边沿十分清洁，而且存在很少的碎片，也冒有可见的微细裂纹。
图5：使用Quasar镭射器的TimeShift手艺在0.7mm厚的康宁大猩猩玻璃（存在40μm厚的化学强化层）长进行直线、曲线跟孔的切割。
卓越封装跟互连中的铜切割
对于聚合物基板上的薄的（10-20μm)铜层进行清洁而疾速的切割，这是一家典范的柔性电路分板切割的利用。别的，PCB构造中的钻孔包含了对于相似厚度的铜层进行烧蚀。咱们研讨了TimeShift手艺在这些利用中的潜在效用，次要是经由过程使用子脉冲（脉冲串）来进行铜的刻划，以进步刻槽的深度。
图6a显示了同样能量下，相比单脉冲（0纳秒的脉冲距离），用10ns脉冲距离能创立更深的沟槽。但是，将脉冲距离添加到25ns时，会招致资料去除率比单脉冲更低。这些影响能够借助TimeShift手艺的机动性来等闲打消。从而能为研发工程师斟酌镭射资料互相作用的机制带来灵感，因此能够取得更疾速跟更片面的工艺优化以完成更高的速率跟更好的品质。
图6b显示了在5ns子脉冲连续光阴下，将脉冲总能量分红更多的子脉冲，会带来更高的资料去除率。相似图1中的硅跟图3中的氧化铝，多个子脉冲将会带来更清洁的切割边沿跟较少的碎片。
图6：TimeShift手艺给铜划刻带来的影响。图(a)是转变子脉冲的光阴距离带来的不同资料去除率，
图(b)是转变子脉冲的数目带来的不同资料去除率。每一串子脉冲的总能量固定为20或45μJ。
小结
在消费类挪动电子设施的制作工艺中，经常使用镭射来进行各类资料的微加工。咱们发觉，将存在较高的脉冲反复频次的高功率紫外镭射与TimeShift可编程脉冲整形手艺（Quasar镭射器）联合起来，能够大大晋升微加工的加工后果。
将紫外镭射用在多种罕见的微电子资料（包含硅、陶瓷、玻璃、铜）的大量量加工，能够带来良多益处。经由过程扩展工艺参数空间（在较高的脉冲反复频次下进步功率），再加上卓越的脉冲决裂跟整形手艺，咱们能够在进步加工速率的同时取得微加工品质的晋升。经由过程恰当的参数优化，使用这种新的紫外纳秒脉冲镭射源能够取得更好的品质跟更高的出产率，从而晋升现在镭射微加工的才能，以面临将来对于于消费类电子产物制作提出的更高挑衅。
阐明
Quasar是Spectra-Physics公司的注册牌号。RAJESH PATEL(raj.patel@spectra-physics.com）是Spectra-Physics公司（总部位于加利福尼亚州圣克拉拉）的策略营销与利用总监，JAMES BOVATSEK是该公司的利用试验室司理，ASHWINI TAMHANKAR是高档利用工程师。
作者：Spectra-Physics公司
