摘?要：本文介紹了AlN基板激光加工的原理，通過對不同工藝條件如：夾具、占空比、掃描速度進(jìn)行研究，最終確定了AlN基板光纖激光加工的最優(yōu)參數(shù)，成功制備出滿足要求的AlN薄膜電路基板。

關(guān)鍵詞：AlN基板，激光加工，占空比，掃描速度

在AlN陶瓷金屬化孔制程中，普通機(jī)械方式加工過程存在較大應(yīng)力，極易造成碎裂，激光作為一種柔性加工工藝，能大大提高AlN陶瓷加工的可行性及良率。本次試驗(yàn)采用高精密光纖激光機(jī)，通過調(diào)整優(yōu)化光纖激光占空比、掃描速度等關(guān)鍵工藝參數(shù)，最終確定AlN基板激光加工工藝。

分析表明，當(dāng)?shù)入x子云出現(xiàn)時(shí)，它首先是一個(gè)推動(dòng)力，然后發(fā)生變化能量耗散，這時(shí)加工能力下降。材料吸收能量、等離子體云的狀態(tài)和過程中空穴的作用，對光束的能量接收有決定作用。

1.. 占空比對加工質(zhì)量的研究

激光加工通用工藝條件為：頻率200Hz，掃描速度100mm/min，功率大約30W，氮?dú)獯祾邭鈮簽?.45MPa，通過改變光纖激光器占空比從5%到35%，步長為 5%，此時(shí)光纖激光對于AlN基板的打孔狀態(tài)有一定變化：

當(dāng)光纖激光器占空比小于等于5%時(shí)，加工效果不佳沒有形成通孔，這是由于當(dāng)激光器功率較小時(shí)，激光器傳遞到材料表面的能量密度不夠，無法改變AlN基板表面狀態(tài)（由固態(tài)轉(zhuǎn)向氣態(tài)），來破壞材料閾值，因此打不穿AlN基板。當(dāng)光纖激光器占空比大于等于10%時(shí)，激光器傳播的能量逐步增大，才能將AlN基板表面狀態(tài)轉(zhuǎn)變，最終加工成質(zhì)量較好的通孔。

光纖激光器占空比的不斷增加，直接導(dǎo)致激光器功率的增加，能量會(huì)導(dǎo)致更多的AlN材料熔化、蒸發(fā)。同時(shí)氮?dú)鈮毫σ舶l(fā)生作用，液體物質(zhì)對孔壁的侵蝕，導(dǎo)致AlN基板下表面直徑的不斷增大。當(dāng)激光能量聚集到臨界點(diǎn)時(shí)，液相材料再次增大，導(dǎo)致孔內(nèi)液相材料增多，槽內(nèi)渣增多，這會(huì)促使大量殘?jiān)荒芗皶r(shí)從出口取出。當(dāng)光纖激光能量飽和時(shí)，將形成一個(gè)離子云洞，便于更好吸收上分的激光能量。在實(shí)際應(yīng)用中，在一定的掃描速度和頻率下，激光器的輸出功率增加，材料與光纖激光器反應(yīng)時(shí)能吸收更多的能量，加工時(shí)間越長，材料熔融增加。

2. 掃描速度對加工質(zhì)量的研究

掃描速度通常表示激光加工速度，加工時(shí)主要需注意2方面內(nèi)容：首先是宏觀方面，觀察激光切割道熔融狀態(tài)、形狀，表面是否平整;其次是微觀方面，觀察產(chǎn)品加工后的邊緣質(zhì)量，是否有變色，異物，燒焦等，以及產(chǎn)品性能參數(shù)。

激光加工工藝為：頻率200Hz，功率大約30W，氮?dú)獯祾邭鈮簽?.45MPa，激光器占空比10%，激光掃描速度范圍設(shè)定在50mm/min到400mm/min之間，掃描速度的步進(jìn)增長值為50mm/min，隨著光纖激光掃描速度的增大，AlN基板上表面加工孔徑卻逐步減小，但是AlN基板下表面加工孔徑卻先減小后增大[2]。

掃描速度和加工效果成正比。光纖激光器在單位時(shí)間內(nèi)作用于AlN基板表面的熱能是恒定的，即AlN基板表面單位面積度內(nèi)作用的光纖激光能量減少，AlN基板在光纖激光作用下的熔融因此變少，降溫時(shí)間縮短。物質(zhì)狀態(tài)對比減小，打孔殘?jiān)芗皶r(shí)清除，損耗能量越來越少，有效激光能量越來越大;因?yàn)闊醾鲗?dǎo)引起的熔化和汽化物質(zhì)，AlN基板上表面越平滑，上表面孔徑越小。速度當(dāng)增加到一定程度時(shí)，沒有足夠的時(shí)間將渣完全清除，造成孔洞不平整。

光纖激光器掃描速度低于200mm /min時(shí)，因光纖激光作用能量較大，所以熔融材料此時(shí)槽內(nèi)的大量渣從AlN基板下表面被清除，但AlN基板下表面溫度相對上表面較低，來不及清除的殘?jiān)矔?huì)在基板下表面凝固。因此光纖激光器掃描速度的增加，會(huì)導(dǎo)致AlN基板下表面直徑先增大后減少，孔口出渣也越來越多也不光滑。但當(dāng)掃描速度大于200mm /min后，在氮?dú)獯祾叩淖饔孟?，可以將少量的液體物料從出口中去除。

按上述方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，見表所示：

5. 總結(jié)

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，AlN基板激光加工的最優(yōu)工藝條件為：頻率200Hz，掃描速度200mm/min，功率大約30W，氮?dú)獯祾邭鈮簽?.45MPa，激光器占空比從10%到15%，該工藝條件下，AlN基板激光打孔后，孔壁及表面光滑，殘?jiān)^少易處理，孔徑及錐度公差范圍下，滿足AlN基板激光打孔工序工藝質(zhì)量要求。

參考文獻(xiàn)

[1]張銀江，方鳴崗.陶瓷激光精密打孔工藝研究[J].激光與紅外，2001， 31（3）： 161-162

作者簡介：聶源，男，1986.8.6，2009年本科畢業(yè)于成都理工大學(xué)，2020年碩士畢業(yè)于電子科技大學(xué)，集成電路工程，微細(xì)加工與MEMS技術(shù)方向。目前就職于成都亞光電子研究六所，擔(dān)任工藝設(shè)備工程師。

成都亞光電子股份有限公司，四川成都?610051