鉆孔
制造HDI電路板的另一個重要步驟是鉆微孔,這實現了電路板中的各不同層之間的電連接。與其他競爭技術相比,激光鉆孔提供了相當大的實用性和成本優勢,因此激光鉆孔已經成為微孔生產的首選方法。例如,隨著孔直徑越來越小,直至250 m以下,機械鉆孔變得越來越昂貴,而對于150 m以下的孔則幾乎無法勝任。
大多數用于智能手機電路板的微孔鉆孔是利用在100 W至500 W的功率范圍內的CO2激光器來完成。其中的一個典范是Coherent公司DIAMOND K - 225i,該激光器產生9.4 m的波長和高達225 W的功率。由于包括FR4、樹脂涂層鋁箔(RCC),聚酰亞胺、聚四氟乙烯以及芳綸在內的電介質材料在該波長處呈現了顯著高于常見的10.6 m的CO2輸出波長的吸收,使得9.4 m波長具有更高的價值。另外,Coherent公司DIAMOND K - 225i也證明了高光束質量對于在加工表面達到足夠小的聚焦光斑是必須的。
未來趨勢:半導體泵浦固體紫外激光器也用于鉆微孔。這些激光器的短波長和高光束質量可提供更小的聚焦尺度。相對于CO2激光器(能產生100 m大小范圍內的大多數微孔),小的焦點以及紫外固體激光器較低的平均功率(與CO2相比)使得紫外固體激光器處于不利地位。然而,隨著設備小型化的趨勢仍在繼續,以及對于較小的微孔的需求增加,這些激光器的應用將會擴大。表1提供了CO2激光器與紫外固體激光器在該應用方面的全面對比。
低溫多晶硅淬火
用于諸如iPhone等高端智能手機的顯示屏是基于多晶硅,而非大多數平板顯示器所采用的非晶硅。多晶硅具有明顯高于非晶硅的電子遷移率。因此,基于多晶硅技術的液晶顯示器(LCD)可以提供更高的分辨率和亮度、更寬的視角以及更高的像素刷新率。多晶硅的使用也令在面板上集成顯示器驅動電路成為可能,從而促進正在進行中的小型化工藝。
基于準分子激光器的低溫多晶硅(LTPS)淬火是目前顯示器制造過程中加工多晶硅層的首選方法。這是因為它可以在溫度低至200℃時執行,而無需使用昂貴的石英或熱玻璃襯底。目前,使用最廣泛的LTPS技術被稱為準分子激光淬火(ELA)。
在ELA中,308 nm準分子激光器的矩形光束被光學勻化,并整形為一條細長的能量分布高度均勻的直線(典型的大約為465 mm×0.4 mm)。這條直線光斑被導引到硅涂層襯底上,然后進行掃描。
硅可以有效地吸收308 nm的波長,實現對每一個脈沖幾乎完全的利用。由于晶體在垂直方向上的生長,導致了在融合硅與剩余的未融合硅的界面處開始的高效結晶化過程。
ELA需要準分子激光器具有高脈沖能量(1J)、達到幾百赫茲的高重復頻率以及高能量穩定性。高脈沖能量使每個脈沖能作用在更大的面積上。而高重復頻率是實現預期產能所必需的。傳統的準分子激光器或提供高脈沖能量或提供高重復頻率,但兩者無法同時實現。Coherent公司為滿足ELA需求而提供了在重復頻率為300 Hz下提供1J脈沖能量的LAMBDA SX。
觸摸屏ITO刻蝕
在過去幾年中,觸摸屏的成本一直在穩步下降,智能手機的觸摸屏正變得越來越常見。例如,全球觸摸屏銷售額在2007年約為12億美元,預期在2012年將達到50億美元以上。目前,制造觸摸屏主要有三種技術:電阻、電容和表面聲波技術。電阻和電容技術通常用于中小型屏幕智能手機中。雖然電阻技術在市場居于主導地位,但是iPhone使用的電容技術允許多點觸摸同時檢測,這項技術受歡迎的程度可望在未來幾年中得以提升。
典型的觸摸屏面板包括頂部保護層、粘合層、被刻蝕的透明導電氧化物(一般是ITO)層以及玻璃襯底組成。一些制造商使用半導體泵浦固體紫外激光器,通過TCO層來刻劃一系列寬度約為25 m至50 m的線。在某些情況下,紫外DPSS激光器還用于去除TCO,以產生穿過裝置正面的更線性的響應。
與諸如光刻的傳統ITO刻蝕技術相比,紫外激光加工具有若干優勢。特別是,基于激光的加工提供了更高的產能,更高的加工靈活性以及達到較小尺度的能力避免了濕化學物質及其帶來的安全性和環境污染問題。
通常用于觸摸屏刻蝕的激光器是半導體泵浦紫外激光器,例如Coherent公司AVIA355-20在355 nm時輸出超過20 W。這種激光器不僅可以輕松地提供觸摸屏刻蝕所需的加工尺度,而且更重要的是,短波長不會深入襯底,這意味著在脆弱的薄玻璃或塑料襯底上的熱負荷會非常小。
結論
多種紫外激光器已經成為各類微電子生產應用中的重要工具,這是由于他們可以支持電路尺寸更小的趨勢,而且可以實現比其它技術(尤其是濕化學方法)更環保和更經濟的工藝。隨著個人電子設備的小型化和多功能趨勢的延續,我們預期更多需要激光的新應
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