Физико-химические основы технологии электронных средств Введение

На сегодняшний день практически ни одна отрасль народного хозяйства не обходится без использования микроэлектроники. Конструкция РЭА как объект производства характеризуется многопредметностью, разделением на основные части, которые входят одна в другую от низшего уровня, к высшему уровню.

Изделия РЭА проходят цикл изготовления, который включает в себя сотни операций, обеспеченных сложнейшим оборудованием и технологическими процессами, основанными на применении различных физико-химических процессов. Повышение качества продукции является важней шей задачей при создании РEА. Дефект представляет собой любое отклонение от требований технических условий заложенных в ТЗ. Явные дефекты, возникающие в процессе производства, определяют выход годных изделий.

Скрытые дефекты, появляющиеся со временем, определяют качество и надежность изделий по трем составляющим : безотказность, долговечность и сохраняемость. Технологу необходимо проследить причинный механизм развития отказов, для него важна физико-химическая природа дефектов. Отказ для технолога есть кинетическое явление, представляющие собой изменение физико-химического состояние системы в следствии химических реакций и фазовых превращений в объеме или на поверхности изделия, причем такое, которое вызывает уход параметров за допустимые пределы. Все технологически получаемые сочетания веществ и тел в принципе являются термодинамически неравновесными системами. Задача технолога РЭА сводится к организации микромасштабных образований в виде максимально устойчивых сочетаний материалов с минимальным присутствием времени введенных им( только на время технологических превращений) веществ. Каждый конкретный дефект имеет свою причину, своего автора. Причинами могут быть прямые нарушения технологических режимов по вине исполнителей, сбоя в работе технологического оборудования, внесение загрязнений из-за низкой культуры производства, применение материалов других марок, что предусмотрено документацией, применением изношенной оснастки и др. Технолог должен во время уметь выявить причинные связи дефектов с вызвавшими их факторами. Решение перечисленных проблем и вопросов требует широкого круга специальных знаний, в котором важное место занимают физико-химические основы производства РЭА.

Для рассмотрения физико-химических технологических процессов их можно систематизировать в 4 класса:

1. Термические и термохимические.

2. Химические и электрохимические.

3. Вакуумные.

4. Покровные и печатные.

Термическими и термохимическими называют процессы, стимулированные нагревом больше 100 °С,протекающие при плавлении или при диффузии в твердой фазе и сопровождающиеся химическими реакциями: процессы сварки и пайки, лазерную обработку, плазмохимическое травление и очистки, выжигания толстых пленок, термохимическое осаждение пленок и т.д.

Химическими называют процессы обработки поверхности подложки, обусловленными химическими реакциями, протекающими при комнатной или близкой к ней температуре (до 100° С): химическая металлизация, химическое травление, химическая очистка. Электрохимическими называют процессы обработки поверхности металлов под действием электролиза: гальваническое осаждение, анодирование, электрохимическое травление и др.

Покровными называют процессы сплошного нанесения составов (жидких, пасто- или-порошкообразных), твердеющих или оплавляемых после нанесения, в макро и микрополости обрабатываемого изделия и на его поверхности с целью защиты от влаги и механических воздействий, повышения электрической изоляции, экранирования, придания товарного вида. К ним относится: лакировка, пропитка, заливка, обволакивание и др.

Печатными называют процессы, основанными на нанесении на подложку рисунка из органической или органосиликатной пленки с заданной точностью и разрешающей способностью: трафаретная печать, накатка и обработка сухой фотополимерной пленки, нанесение и обработка фоторезестивного лака и др.

Вакуумные К ним относятся процессы обработки поверхности подложки в условиях вакуума: осаждение пленок при вакуумном испарении, очистка в плазме, отжиг и тд.

Термически и термохимические технологические процессы

По способу воздействия на объект производства и по применяемому оборудованию технологически процессы данного класса разделяют на изотропные с температурным воздействием на все изделия или поверхность, и локальные, с избирательным воздействием на ограниченной площади (в точке). К изотропным относятся процессы выполняемые в печах, в ваннах для пайки и тд., к локальным точечную сварку и пайку, лазерную обработку. Ввиду повышенных температур термические и термохимические технологические процессы требуют особого внимания к совместимости используемых материалов и режимов обработки - последующие операции не должны вносить изменений в результаты предыдущих, необходимо вносить коррекцию режимов с целью исключения вредных побочных явлений. (Пример толстопленочная технология, диффузия примесей в Si и тд.)

Реакции при термических и термохимических технологических процессах протекают в твердой и жидкой фазах. Реакция в твердой фазе развивается на границе касания твердых тел друг с другом. Течение твердофазных реакций определяется двумя механизмами диффузией и процессами на границе фаз. Диффузия в твердых телах есть процесс проникновения атомов одного вещества в кристаллическую решетку другого черезграницу контакта тел в результате теплового движения атомов. Она подчиняется закону Фика.

D=D_oexp( ) где

D-коэффициент диффузии, пропорциональный скорости проникновения атомов одного вещества в другое см/с

D_o-предэксиотенциальный множитель см²/с

R-газовая постоянная =8,3 кДж/

Т- абсолютная температура, К

Параметры взаимной диффузии

Основной металл растворитель	Металл диффузант	Температура °C	Предэкспоенциальный множитель D0 см2 /c	Энергия активации Еа кДж/моль
А1	Ag	450-620	2,0	140
	Au	70-150	0,5	100
	Zn	450-620	0,04	100
	Ni	350-620	10-6	80
Сu	Ni	870-1170	4х10-4	190
Ni	Al	800-970	1,0	250
	Fe	950-1130	0,01	210
	c2	700-1100	0,001	150
Сu	Fe	700-1070	1,4	220
	Ni	70-1070	2,7	240
	Zn	600-1070	0,3	190
	Pd	800-1070	1,7	230
	Ag	700-900	0,02	160
	Cd	700-970	1,0	190
	Sn	700-900	1,0	190
	Au	700-900	0,1	190
	Sb	600-1000	0,3	180
Ag	Ni	750-950	20	230
	Fe	750-950	50	320
	Cn	760-900	10-4	100
	Pd	810-1050	10	240
Sn	Zn	40-130	1	330
Au	Fe	700-1000	0,1	170
	Ni	700-1000	0,1	170
	Pt	800-1050	8	260

Коэффициент D является мерой скорости, с которой система способна при заданных условиях снять градиенты концентрации и химических потенциалов. Движущей силой диффузии является разность термодинамических потенциалов. Путем перераспределения вещества система стремится к выравниванию локальных разностей потенциалов, т.е. к термодинамическому равновесию. Диффузия относится к процессам переноса, подобно теплу и электропроводимости, в данном случае переноса массы. Для протекания процесса диффузии необходимыми условиями являются : градиенты концентраций, температура, внутренние механические напряжения или протекающий электрический ток.

Если ионный радиус диффузирующих атомов значительно меньше атомов металла растворителя, то диффузия идет преимущественно по междоузлиям кристаллической решетки.

А поскольку в твердых телах основным видом теплового движения являются колебание атомов около положения равновесия, то механизм диффузии представляет собой обмен вакансиями. При этом энергия активации растрачивается на образование вакансии и работу, необходимую для преодоления потенциального барьера между диффузирующими атомами и вакансиями.

В контактирующих областях двух материалов протекает встречная диффузия. Вероятность перехода диффузирующих атомов в соседнее положение равновесия для разных металлов различна, т.к. их парциальные коэффициенты диффузии не равны. При низких температурах, т.е. при малой энергии активации диффузия протекает преимущественно по первом закону, т.е. по границам зерен. Диффузионный процесс ускоряется с увеличением температуры и при наложении электрического поля в результате развития электрофореза и электролиза (так называемого явления миграции). Этот дефект обусловленный диффузией атомов вещества приводит к закорачиванию двух близко расположенных проводников в РЭА.

При взаимодействии металлов в расплавленном состоянии (пайка, сварка) образуются твердые растворы (сплавы) или химические соединения (интерметаллиды).

Диаграммы Фазового состояния сплавов

В настоящее время для сплавов составлены диаграммы фазовых состояний, которые позволяют определить температурный интервал кристаллизации при определенном составе сплава и данной температуры. Это дает возможность избежать при техническом процессе образования, например, интерметаллидов, т.к. в своей структуре они все в основном представляют хрупкую структуру, что может привести к отказу РЭА.

1. Кривая ликвидус

2. Кривая солидус

3. Эвтектическая точка

4. Область твердых кристаллов свинца в рассплаве

5. Область твердых кристаллов олова в расплаве 6.7.8. Твердая фаза

Наиболее приемлемым для пайки припоем является ПОС-61, эвтектического состава, который переходит из твердого состояния в жидкое при одной температуре 183 °С, в то время как припои ПОС-30 и ПОС-90 характеризуются вертикальными прямыми пересекающими нижнюю линию солидус и верхнюю ликвидус, что определяет температуру их начала плавления и температуру полного расплавления , т.е. имеют интервал кристаллизации. В этом интервале растекания припой прекращается, а паяемые детали должны жестко фиксироваться , чтобы не возникли трещины при смещении.

Комбинации элементов, образующих химические соединения, имеют более сложные фазовые диаграммы состояний.

Атомный процент золота.

Все химические соединения образуемые из соответствующих % состояний Аl и Аu при определенных температурах называются интерметаллическими. Интерметаллические соединения характеризуются высокой температурой плавления, сложной кристаллической структурой и кроме того отличаются твердостью и хрупкостью. Поэтому стремятся вести технологический процесс таким образом, чтобы не допустить образование сплошной прослойки интерметаллидов.

Для производства микросхем также важны свойства системы Au-Si, поскольку эвтектическая температура этой системы крайне мала по сравнению с температурами плавления чистого Аu и чистого Si.

Из-за низкой температуры эвтектики 370°С оказывается выгодно устанавливать кристаллы микросхем на золотые подложки, держатели или платы с золотыми контактными площадками, пользуясь эвтектической реакцией Au-Si в качестве основного механизма сварки или пайки.

Пайка

При пайке процесс развития сцепления протекает по схеме: адсорбция-адгезия-смачивание- физическое растворение и поверхностные химические реакции- сцепление-образование паяного шва.

Адсорбция

Адсорбция- это концентрирование жидкости на поверхности раздела фаз под действием молекулярных сил. Различают 2 вида адсорбции: физическую и химическую (хемосорбцию).

Физическая вызывается вандерваальсовскими силами, протекает быстро и не требует энергии активации.

Хемосорбция протекает со значительным тепловым эффектом и требует заметной энергии активации. В отличии от обычной химической реакции она протекает в тонком мономолекулярном слое на поверхности раздела двух фаз. Адгезия и адсорбция развиваются только на поверхности без образования промежуточных слоев. Для улучшения адгезии паяные поверхности тщательно моют, покрывают свежеосажденным тонким подслоем и подогревают.

Смачивание

Смачивание твердого тела жидкостью проявляется как растекание капель жидкости на твердом теле или как отекание, когда слой жидкости собирается в капли. Для жидкостей мерой смачивания является краевой угол Θ (тета). Чем меньше краевой угол, тем лучше смачивание.

В результате смачивания создаются условия для развития вторичных процессов физического растворения и поверхностью химических реакций, при протекании которых происходит образование переходной зоны на границе раздела двух фаз. Механические напряжения в зоне слоя малы, потому что не четкой границы раздела. Однако при проведении разработки конструкции того или иного паяного узла необходимо учитывать КТЛР паяемых материалов и их совместимость. Выбор материалов с резко различными КТЛР приведет в процессе испытаний и эксплуатации к критическому отказу. Например корпус из D-16 с КТЛР 23,3х10^-6 и паяемая на него подложка ГИС из металла 5,5х10^-6. Для получения надежного паяного соединения и сглаживания большой разницы КТЛР в припой вводят медную сетку с ячейками 0,4x0,4 мм с КТЛР 17,7x10^-6. Поверхностные химические реакции возможны в том случае, когда соприкасающиеся фазы различны. При этом реальные твердые растворы можно рассматривать как химические соединения переменного состава.

Вступившие в поверхностную реакцию атомы и ионы твердого тела не порывают связей с атомами и ионами кристаллической решетки, т.к. энергия активации недостаточна для разрушения. Важно обеспечить плавное изменение свойств в прослойке твердого раствора от подложки к слою, что позволяет снизить механические напряжения в переходном слое. Таким образом, характерным признаком полного сцепления служит образование промежуточного слоя в результате взаимодействия расплава с твердым телом. Это взаимодействие всегда требует определенного времени, потому что связано с протеканием химических реакций, растворения и диффузии. Задачей пайки при монтаже РЭА является механическое и электрическое соединение выводов ЭРЭ с контактными площадками на печатных платах, проводов с разъемами и т.д. Основным условием сцепления при горячем лужении и пайке является физико-химическое взаимодействие жидкого припоя с чистой поверхностью металла. В расплавленное состояние припои должны быть хорошо смачивающимися жидкостями. Степень смачивания и растекания припоев не является физической константой, а зависит от вида контактирующих металлов, состояние их поверхности (наличие окислов, загрязнений, шероховатость), а также условий лужения (температура, газовая среда, время). Флюсы применяемые при лужении и пайке не только растворяют окислы па поверхности твердого металла, а являясь поверхностно-активными веществами они уменьшают поверхностное натяжение припоев, способствуют улучшению смачивания и растекания, передачи тепла на всю зону покрытия. При смачивании припоем возникает взаимодействие, приводящее при затвердевании к образованию связи между кристаллитами.

Если взаимодействие жидкого припоя с основным металлом ограничено во времени и протекает при температуре смачивания, т.е. без перегрева, то диффузией можно пренебречь. Процесс соединения определяется хемосорбцией и образованием химических связей. Такой процесс предпочтителен при сборочно- монтажных работах, в производстве РЭА, т.к. не изменяет физико-химических свойств основного металла и протекает в тонком практически двумерном слое.

Очень важным фактором при пайке является возможность образования интерметаллидов. Интерметаллиды могут образовываться в паяном шве на поверхности основного металла и их кристаллическая структура резко отличается от кристаллической структуры паяемого металла и припоя. Например олово с медью дают два интерметаллида Cu₃Su и Cu₆Su₅. Эти интерметаллиды являются твердыми и хрупкими. Поэтому стоит задача не допустить их образование в паяном шве. Для этого применяют барьерные покрытия паяемых металлов. Эти покрытия должны образовывать плотную и прочно связанную с основным металлом пленку, хорошо смачиваемую расплавом припоя и не растворяющуюся в процессе пайки. Значительную опасность растворения основного металла в припое представляет пака к тонким пленкам, нанесенным на керамику или ситалл. Малый объем пленки почти весь вовлекается в зону паяного шва и интенсивное растворение может привести к отрыву пленки от подложки. Общим средством снижения растворимости основного металла в припое является предварительное легирование припоя этим же металлом (до 2%). Важным требованием для достижения высокого качества пайки является соблюдение оптимальных размеров зазоров в зоне паяного шва между соединяемыми деталями (0.1-0,3 мм). Одним из важнейших вопросов является выбор припоя. Должны быть учтены также факторы, как температурный интервал кристаллизации припоя, стоимость и дефицитность компонентов, интенсивность их испарения и растворения в основном металле, смачивание основного металла,___прочность, свойства интерметаллидов , образующихся в переходной зоне от металла к припою.

Наилучшими для пайки являются эвтектические сплавы припоев: ПОС-61 (183°С),

ПСрЗИ(140°С),ПОИН-50(117°С).

Сплавом отличным от эвтектики свойственно явление: Ликвация

Ликвацией называют химическую и структурную неоднородность затвердевшего сплава, возникающую при затвердевании из-за неполноты диффузии во время кристаллизации, идущей не в полном соответствии с диаграммой фазового равновесия.

В припоях ПОС, далеко отстающих от эвтектики наблюдается зональная ликвация,

протекающая во всем объеме паяного шва.

Пайка возможна только в том случае, если происходит смачивание основного металла расплавленным припоем. Смачиванию и последующему сцеплению препятствует загрязнение и окислы. Для этого паяемые детали предварительно тщательно очищают от грязи, жира, окислов механической очисткой и декапированием-востановлением окислов в химических растворах. При пайке широко используют паяльные флюсы. Они должны обладать определенной химической активностью для химического взаимодействия с окислами, но эта активность должна проявляться только при температуре пайки. При низких температурах флюс должен иметь минимальную химическую активность, чтобы не вызвать коррозионных явлений и разрушений. Этими свойствами обладают смолосодержащие флюсы без активирующих добавок ФКСП,ФКЭТ,ФКДТ,ФКТС.

Они при пайке выделяют абентиновую кислоту, которая растворяет окислы.

В холодной канифоли кислота нейтрализована веществом

ФКСп 50% канифоль + 50% этанол

ФКЭт 50% канифоль + 50% этилацетат

ФКТ 1% тетрабромстеариновая кислота 30% канифоль остальное этанол

Интервал флюсования 160-300 °С

Коррозия под действием флюса опасна не только прямым разрушением материала, но и образованием продуктов коррозии. Продукты коррозии из-за пористости гигроскопичны и сильно снижают поверхностное электрическое сопротивление изоляции. При флюсовании опасность представляют вторичные реакции. Не должны образовываться газы, разрушающие соседние детали и их изоляцию. Например, выделение паров НСl приводит к их конденсации на изоляции и меди проводов, на плате. Послежущее увлажнение при эксплуатации РЭЛ приводит к развитию механизма разрушения под действием сильного и концентрированного химического агента, хотя и действующего в микромасштабе. Поэтому недопустимо применение неорганических кислотных и смолосодержащих активных флюсов, которые при нагревании выделяют НСl

МеО+НС1=МеС1₂+Н₂0

Интенсивность коррозии от активаторов, вводимых во флюс, контролируют с помощью стального индикатора по степени изменения цвета. За сутки при влажности 98% на поверхности стального индикатора содержащего остатки активированного флюса, образуется ярко коричневая ржавчина. Наличие остатков флюса, на практике, на печатной плате устанавливают визуальным осмотром с помощью лампы люминесцентного освещения. При наличии остатков флюса на плате мы наблюдаем голубое или желтое свечение для канифоли. Канифольные флюсы, не удаленные с поверхности платы сразу после пайки, через несколько часов отверждаются и их очень трудно удалить. Смывание канифольных флюсо производят специальными капроновыми щетками в трех последовательных ваннах, по 60 сек. в каждой. В качестве моющих средств используют например спирто-дреновую смесь (1:19). Остатки флюсов не содержащих канифоли отмывают в горячей проточной воде.

Помимо флюса на изоляционное основание опасное воздействие оказывает декапирование- состав и концентрация декапированного раствора, время обработки. Например , при декапировании используют 5-10 % раствор НСl. Процесс идет при 18-25°С в течении 2-8 сек. При этом кислота глубоко проникает в диэлектрик и плохо удаляется с поверхности. А остатки кислоты концентрацией 10^-4 -10^-2 % снижают сопротивление изоляции при эксплуатации на 2-4 порядка.

Очень важное значение для получения качественного паянного соединения играет предварительное горячее лужение. Лужение позволяет снизить температуру и продолжительность пайки, применить флюсы с пониженной активностью, чтобы снизить их коррозионную активность. Оно дает возможность внести необходимое кол-во припоя при пайке внахлест. При пайке полуда расплавляется без нарушения смачивания основного металла, что является главным условием получения качественного паяного шва.

Так например при пайке микросхем и высокоточных разъемов с золочеными выводами тонкая пленка Аu заранее удалена путем растворения в массе припоя при лужении. В противном случае Аu будет растворено в припое при пайке с образованием хрупких интерметаллидов в паяном шве, что значительно ослабит его.

Особо необходимо рассмотреть вопрос о применении гальванических покрытий. По данным рентгеноструктурного анализа гальванический слой является смесью высокодисперсных частиц входящих в припой металлов, нанесенных на поверхность основного металла с молекулярной гомогенностью, но не образовавших общую кристаллическую решетку. В результате в структуре гальванически осажденного слоя припоя имеется много пустот и дефектов, окисных включений. Слой не является металлургически монолитным. Поэтому после покрытия основного металла гальваническим слоем его необходимо сразу оплавить и делается это, как правило, в инфракрасных печах с контролируемой атмосферой и флюсом. Для защиты луженой поверхности на время от момента горячего лужения до пайки применяют консервацию смолосодержащим флюсом без активирующих добавок. При наличии консервации и упаковке в кальку допустимо хранение до 3-х месяцев при одном слое консервирующего флюса и до 5 месяцев при 2-х слоях.

Если поверхность контактных площадок и выводов ЭРЭ и МС не были законсервированы или срок консервации истек, необходимо удалить старую полуду и нанести новую, непосредственно перед пайкой.

При пайке узлов РЭА на печатных платах со штырьковыми выводами, устанавливаемым в отверстие П/П широко применяется пайка волной припоя. Навесные элементы удалены от расплавленного припоя плоскостью печатной платы. Процесс пайки в потоке припоя основан на погружении в жидкий припой одновременно всех соединений, расположенных в плоскости печатной платы. Длинна волны припоя больше или равна ширине платы. Благодаря приподнятости гребня волны над поверхностью расплавленного припоя, окислы и шлаки, плавающие на поверхности припоя, скатываются с гребня и его вершина оказывается свободной от загрязнений. Температура в ванне поддерживается на 50°С выше ликвидуса припоя. Масса припоя в ванне должна быть в 20 раз больше массы паяемой платы. Это позволяет пренебречь отводом тепла платой. Наиболее встречающийся дефект при пайке волной - неприпай.

Неприпай-это полное или частичное незаполнение паяльного зазора припоем, когда на плате размещены ЭРЭ различной теплоемкости. В этом случае вывода массивных ЭРЭ не достигают температуры пайки. Для снижения числа непропаев следует использовать эвтектические или близкие к эвтектике припои. Это позволяет исключать пастообразное состояние паяного шва, приводящее к браку. Продолжительность пайки ЭРЭ регулируется скоростью движения транспортера в пределах 1 - 5 см/сек. При подходе к волне припоя плата должна иметь наклон в несколько градусов (8-10°), чтобы излишки припоя стекали с поверхности паяных соединений.

При пайке волной припоя могут иметь место три основных дефекта:

-Прилипание припоя к поверхности диэлектрической основы печатной платы.

Причина- недополимиризованная смола

Средство борьбы- применение защитной краски в виде лака нанесенного на пов-ти не

подлежащие пайки.

-Отслаивание фольги- следствие использования недоброкачественного материала, в

котором не произошла полная полимеризация эпоксидной смолы, приклеивающей фольгу

к диэлектрической основе, При 170°С и выше незаполимеризовавшаяся эпоксидная смола

разлагается с выделением водорода (реакция дегидрогенизации). Водород

взаимодействует с окисью меди.

CuO+H₂->Cu+H₂0

Вода превращается в пар, вызывающий отслоение фольги. Поэтому заготовка из фольгированного диэлектрика должна подвергаться термообработке до полной полимеризации не менее 99,93 %. Третий недостаток пайки в струе припоя состит в окислении припоя и растворении меди. Оба процесса приводят к нарушению состава припоя в ванне, к изменению температуры ликвидуса,отказу от эвтектики. В результате длительного нагрева расплав интенсивно окисляется. Скорость окисления перемешиваемого припоя в 18 раз выше, чем в состоянии покоя. Олово обладает более высоким средством к кислороду чем свинец

2Рb+O₂=2РbО

2Sn+O₂=2SnO

PbO+SnO=Pb+Sn0₂

Обеднение припоя оловом смещает рабочую ординату на диаграмме состояния влево от эвтектики, что сильно изменяет состав сплава.

Поэтому периодически проверяется состав сплава и проводится его корректировка с целью улучшения паяемости.

Для ослабления вредного действия O₂ воздуха применяют различные флюсующие защитные жидкости: глицерин, стеариновая и олеиновая кислоты, термостойкие кремнийорганические жидкости с антипенной присадкой и др.

Лазерная термическая обработка

Это процессы происходящие в материалах под воздействием тепловой энергии, локализуемой в области падения лазерного луча. Лазерное излучение широко применяется при получении сквозных отверстий в металлокерамических и керамических подложках РЭА, сварки различных материалов, подгонки резисторов и конденсаторов в ГИС и т.д.

Световая энергия лазерного излучения переходит в тепловую в момент падения на поверхность и выделяется в приповерхностном слое. Дальнейшие распространения тепловой энергии в глубинные слои вещества обусловлены теплопроводимостью, имеющей электронный (для металлов) или фононный (для неметаллов) механизм. Под термическим воздействием лазерного луча в веществе происходит ряд изменений: фазовые превращения (плавление, испарение, химическое взаимодействие с атмосферой, структурные изменения и т.д.)

Особенностью нагрева лазерным лучом являются высокие скорости подъема температуры (до 10⁸ °С/сек) и охлаждения (до 10^4оС/сек), большие градиенты температур (до 10^4о/мм). Это приводит к возникновению термических напряжений и к сохранению после охлаждения высокотемпературных структурных модификаций. Кратковременность процесса (~10 мс включая остывание), ограничивает окислительные процессы в зоне обработки лазерным лучом.

Режим лазерной обработки задается энергией импульса измерения, длительностью импульса и диаметром луча на поверхности обрабатываемой детали. Для устранения выплесков вещества в момент обработки, обработку производят за фокальной плоскостью объектива, т.е. в области расходящихся лучей.

В результате поглощения поверхностью световой энергии и превращении её в тепловую энергию начинается интенсивное испарение вещества, причем настолько интенсивно, что вначале процесс испарения носит сублимационный характер, т.е. переход в пар происходит из твёрдой фазы, минуя жидкую, образуя кратер.