Селективная лазерная микрообработка

СЕН132021

Производственные процессы постоянно развиваются, а сложность производимых устройств продолжает расти. В микроэлектронике, медицине и фотонике большинство устройств состоит из нескольких слоев из разных материалов. Каждый слой необходимо обрабатывать индивидуально, чтобы обеспечить хорошую работу устройства. Именно здесь вступает в игру селективная (избирательная) лазерная обработка в среднем ИК-диапазоне!

Селективная лазерная обработка позволяет обрабатывать только один слой материала, не затрагивая нижележащий слой из другого материала.

Лазерная зачистка оптоволокна

Зачем нужна зачистка волокна?

Зачистка оптоволокна, с одной стороны, простой процесс, который, однако, может занять много времени и по-прежнему вызывает серьезные проблемы у крупнейших мировых производителей оптоволокна. Производства подвергаются все более возрастающим допускам в большинстве отраслей, которые они обслуживают. В телекоммуникации компоненты волокна используются в суровых условиях и должны иметь отличные механические свойства. В производстве мощных волоконных лазеров эти волоконно-оптические компоненты должны выдерживать очень высокую оптическую мощность и температуру. Например, волоконными компонентами, которые требуют высококачественной зачистки, являются объединители волоконных источников накачки, ленточные волоконно-оптические кабели и волоконно-оптические решетки Брэгга (FBG).

Проблемы с существующими методами зачистки

Оптическое волокно обычно состоит из сердцевины и оболочки из стеклянного материала (в основном кремния), защищенного полимерными покрытиями (см. рис. 2). Одним из наиболее важных моментов при производстве компонентов на основе волокна является удаление (снятие) полимерных покрытий. Современные методы зачистки (механический пинцет или химические растворители) повреждают волокно или влияют на качество зачищаемой кромки. Эти проблемы могут вызвать нежелательное возгорание или поломку волоконных компонентов позже на производственной линии или непосредственно в условиях эксплуатации после установки устройства.

С другой стороны, лазерная зачистка оптических волокон – отличная, бесконтактная и не требующая расходных материалов альтернатива. Однако современные лазерные стрипперы основаны на CO₂ или УФ лазерах, излучение которых сильно поглощается полимерами и стеклом в целом. Такие лазеры, таким образом, могут легко удалить полимерное покрытие, но они также воздействуют на стекло под ним или расслаивают полимерное покрытие, что приводит к снижению механической прочности и переносимой мощности излучения в оптическом волокне.

Рис. 2. Схема зачистки оптоволокна.

Улучшение процесса лазерной зачистки оптоволокна с помощью волоконных лазеров среднего ИК диапазона

Волоконные лазеры среднего ИК диапазона могут излучать короткие наносекундные импульсы на длине волны вблизи 2.8 мкм – длина волны, при которой кварцевое стекло пропускает, но полимерное покрытие (например, акрилат) сильно поглощает лазерное излучение. Таким образом, селективность лазера является главным преимуществом в этом спектральном диапазоне. Волоконные лазеры среднего ИК диапазона могут избирательно удалять полимер с высокой точностью, не затрагивая находящееся под ним стекло. Видео ниже наглядно иллюстрирует этот новый процесс лазерной зачистки (в замедленной съемке). Процесс зачистки не влияет на механические свойства волокна и сохраняет очень чистые края без расслоения.

Процесс снятия изоляции с оптоволокна в замедленном режиме с помощью волоконного лазера среднего ИК диапазона от компании Femtum.

Зачистку оптоволокна с помощью лазера Femtum можно адаптировать к различным геометриям волокон и полимерных покрытий. С помощью этой технологии можно удалять различные типы полимеров, в том числе волокна с полиимидным покрытием, которое трудно удалить стандартными методами.

Текстурирование тонких пленок на полимерах, стекле и кремнии

Прозрачные проводящие пленки (TCF) широко используются в современных электронных устройствах. Эти тонкие проводящие пленки могут переносить электричество при нанесении на стеклянную, кремниевую или полимерную подложку. TCF используются в качестве электродов для OLED и солнечных элементов или просто как проводящие слои на сенсорном экране вашего любимого телефона.

В семействе TCF пленок оксид индия и олова (ITO) является отраслевым стандартом благодаря своей превосходной прозрачности и электрическим свойствам. Современные материалы, такие как оксид графена (GO) или PEDOT, демонстрируют большие перспективы для гибкой электроники, поскольку они более склонны к изгибу, чем ITO.

Рис. 3. Прозрачные проводящие пленки (TCF) являются основой всех технологий сенсорных экранов.

Текстурирование прозрачных проводящих пленок

Формирование рисунка на проводящих слоях является очень важным производственным процессом, который позволяет удалить некоторые части слоя, чтобы улучшить электрические свойства поверхности и создать электрические цепи на слое в зависимости от области применения. Лазерное нанесение рисунка является многообещающим подходом по сравнению с фотолитографией, поскольку оно дает гибкость для создания рисунка с очень высокой производительностью, исключая использование расходных материалов и этапов предварительной обработки.

Одна из самых больших проблем, когда дело доходит до лазерного текстурирования TCF, - это возможность выборочно удалять тонкую пленку, не затрагивая нижележащую подложку (стекло, полимер, кремний и т.п.). В зависимости от процесса осаждения или применения также может быть предпочтительным удаление слоя TCF над подложкой (передняя обработка) или через подложку (задняя обработка), как показано на рисунке 4.

Рис. 4. Два метода лазерного текстурирования TCF: передняя и задняя обработка.

Селективное лазерное текстурирование тонких пленок в среднем ИК

Чтобы преодолеть описанные выше проблемы, компания Femtum разработала новый импульсный волоконный лазер среднего ИК диапазона с длиной волны вблизи 2.8 мкм для селективного удаления прозрачных проводящих пленок с различных подложек.

Импульсные лазеры среднего ИК диапазона идеально подходят для формирования рисунка на тонких пленках, поскольку большинство проводящих тонких пленок основаны на оксидных материалах, которые сильно поглощают на длине волны около 3 мкм. По сравнению с нанесением рисунка лазером в УФ или ближнем ИК диапазоне, эти тонкие слои легче выборочно удалить, не затрагивая подложку, которая имеет гораздо более высокий порог абляции на длинах волн среднего ИК диапазона.

На рис. 5 показан пример текстурирования ITO на PET с помощью волоконного нс лазера Femtum Nano 2800 с использованием методов обработки как передней, так и задней стороны.

Рис. 5. Обработка ITO на PET с помощью волоконного лазера Femtum Nano 2800. Методы обработки передней и задней сторон без повреждений PET-подложки.

Благодаря превосходному качеству пучка Femtum Nano 2800, также может быть достигнуто точное формирование рисунка с небольшими размерами элементов (около 10 мкм), как показано на рисунке 6.

Рис. 6. Точное нанесение рисунка ITO на PET с размером элемента 12 мкм.

Возможность обработки TCF на различных подложках, таких как гибкие полимеры (PET, PMMA, полиимид и т. д.) или других прозрачных подложках в среднем ИК диапазоне (кремний, германий) с помощью этого универсального промышленного волоконного лазера открывает широкий спектр применений от гибких дисплеев до носимых датчиков.

Обработка полупроводников

Электронная промышленность требует, чтобы полупроводниковые материалы, такие как кремний или германий, были точно разрезаны или размечены. Однако излучение стандартных лазеров в УФ или ближнем ИК диапазонах спектра поглощается непосредственно поверхностью. Полупроводниковые материалы прозрачны для излучения лазеров Femtum, которые, однако, позволяют удалять эти материалы с высокой точностью за счет многофотонного поглощения, что дает возможность обрабатывать полупроводники в больших объемах.

Рис. 7. Сверление отверстий в германии.

Текстурирование поверхности полимеров

Функционализация поверхности полимеров позволяет изменять их механические, термические, оптические и адгезионные свойства, а также их смачиваемость (гидрофильную или гидрофобную) или биосовместимость. С помощью лазеров Femtum можно получить гладкую модификацию поверхности на очень высоких скоростях.

Рис. 8. Текстурирование поверхности поликарбоната и изготовление микролинз в акрилате.

Подробные характеристики Волоконного наносекундного лазера среднего ИК Femtum Nano 2800