Лазерные технологии в производстве радиоэлектронной аппаратуры
Лазер — это генератор когерентного света.
Идеально когерентная (упорядоченная) волна имеет строго определенные длину и частоту, плоский фронт и является идеально поляризованной.
Когерентное излучение обладает такими свойствами:
***монохроматичность
*** малая расходимость луча
***высокая яркость.
Это позволяет фокусировать лазерное излучение на поверхность обрабатываемого материала с помощью простой оптической системы.
Лазеры — это устройства, испускающие поляризованные световые волны, имеющие определенную длину и частоту.
Слово лазер состоит из начальных букв английского словосочетания
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,
что в переводе на русский язык означает: усиление света вынужденным испусканием.
Рис.
…Схема оптического резонатора
1 – полностью отражающее зеркало; 2 – активный элемент; 3 – выходное зеркало
Рис. … Функциональная схема лазера
1 – активный элемент; 2 – зеркало резонатора; 3 – элемент резонатора; 4 – система накачки.
Рис. . Оптический лазер
Рис. .. Структурная схема лазерной технологической установки: 1 - программное устройство;2 - лазер,3 - датчик параметров излучения,4 -лазерное излучение, 5 - оптическая система,6 - источник вспомогательной энергии, 7 — обрабатываемая деталь,8 — устройство для закрепления и перемещения обрабатываемой детали,9 -датчик параметров тех.процесса,10 - устройство подачи технологической среды
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ
Большинство технологических операций производства приборов микроэлектроники, осуществляемых с помощью лазеров, основано на поглощениилазерного излучения веществом, т.е. на тепловом действии света на непрозрачные среды.
Проникновение излучения Е(х) в материалы описывается уравнением
E(x)=E0(1-R)e-ax,
где Е0 — энергия, падающая на поверхность,R — коэффициент отражения поверхности,а — коэффициент поглощения. Количество энергии, поглощаемой в слое толщинойΔх:,
ΔЕ(х) =Е0 (1 -R)ae-ax Δx.
Процесс взаимодействия лазерного излучения с веществом можно условно разделить на несколько этапов
поглощение лучистой энергии и переход ее в теплоту
нагревание материала до температуры плавления
плавление материала и испарение продуктов разрушения
остывание материала
Сверление отверстий лазером
Преимущества сверления лазером:
способность фокусировки излучения в пятно малых размеров (диаметр отверстий от 0,005 мм)
обработка деталей без механического воздействия инструмента
управляемость процессом сверления по глубине отверстия
небольшая зона прогрева
сокращение времени сверления в сверхтвердых материалах с 20-30 мин до нескольких секунд
возможность сверления практически любых материалов (например, полупроводниковые, дерево, бумагу, керамику, пластмассу и др.)
Технологические особенности:
прямолинейность и контур поверхности, конусность отверстия и отсутствие микротрещин зависят от интенсивности лазерного излучения и времени облучения
единичным лазерным импульсом можно получить отверстие, максимальная глубина которого составит 5-6 его диаметров
при использовании периодических импульсов увеличивается глубина отверстия до десяти диаметров, но удлиняется время обработки
Лазерным лучом можно сверлить: металл, пластмассы, дерево, алмазы, керамику, стекла, бумагу, полупроводники – все!
Для лазерного сверления в промышленности применяют установки "Квант-9" и "Квант-9М", в которых используют импульсные лазеры на стекле с неодимом. Процесс обработки в двух взаимно перпендикулярных проекциях при увеличении х62 контролируют оптической системой.
Характеристика установки "Квант-9" "Квант-9М"
Диаметр высверливаемых отвестий, мм 0,005-0,8 0,005-2,0
Глубина высверливаемых отверстий, мм до 0,3 до 3
Точность изготовления, класс 3-4 3-4
Максимальная энергия излучения, Дж ... 8 8
Длительность импульса, мс 0,5-0,7 0,5
Частота
следования импульсов в автомати
ческом
режиме, имп/мин 6—60 6-18 
Микроотверстие, D = 75 мкм Микроотверстие, D = 100 мкм
Рис. … Сверление микроотверстий диаметром меньше 50 мкм с помощью УФ-лазерного излучения
Достоинства технологии:
отсутствие отслоения проводящего рисунка, уменьшение эффекта «красного кольца»
автоматическая коррекция позиционирования и искажений материала путем
регистрации приводочных меток, а также оперативного масштабирования
высокая прецизионность исполнения и точное расположение отверстий
идеальная геометрия отверстия
Тонкие полимерные материалы и соединения такие, например, как медь с полимером, можно превосходно резать и сверлить с помощью УФ-лазера. Результатом обработки являются точные, почти безрадиусные контуры. Кромки реза получаются гладкими и прямоугольными.
Рис. … Сверление в полимерной фольге
Рис. … Сверление отверстия D=0,1мм в пластине из феррита толщиной 0,5 мм