蔡志祥,曾曉雁

(華中科技大學(xué)光電子科學(xué)與工程學(xué)院武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 (籌)激光部,湖北武漢 430074)

1 引 言

隨著電子產(chǎn)品向微型化、集成化、短時(shí)效、小批量以及多功能化的方向發(fā)展,傳統(tǒng)的制造工藝,如半導(dǎo)體工藝、絲網(wǎng)印刷技術(shù)和低解析度光刻技術(shù),因存在著制造工序多、需制作掩模板、研發(fā)周期長(zhǎng)、柔性化程度低等缺點(diǎn),越來越不能滿足低成本、高精度、小批量快速制造的要求[1,2]。因此,近年來,人們?cè)诓粩嗵剿麟娮又圃煨录夹g(shù)、新工藝和新裝備,以提高制造過程的柔性化程度,加快研發(fā)速度,擴(kuò)大產(chǎn)品品種,降低生產(chǎn)成本。激光直寫就是基于這一需求而逐漸發(fā)展起來的一門新技術(shù)。

激光直寫[3,4]是采用高能激光束完成功能材料或者結(jié)構(gòu)直接制造的工藝過程,它包括減成法和加成法兩種工藝,其主要特點(diǎn)是不需要掩模,利用機(jī)床的 CAD/CAM功能可以完成復(fù)雜圖形或者結(jié)構(gòu)的直接制造,柔性化程度很高。

減成法[5]主要是一些刻蝕技術(shù),如激光直接刻蝕技術(shù)、激光誘導(dǎo)化學(xué)刻蝕技術(shù)等。該方法利用激光能量去除材料上不需要的部分以獲得所需的圖形結(jié)構(gòu),并不改變基體材料的組分。加成法可以根據(jù)需要在基板表面選區(qū)沉積不同成分的物質(zhì),因此制造過程的柔性化程度比減成法更高。常見的加成式激光直寫技術(shù),如激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積技術(shù) (LCVD)[6,7]、激光誘導(dǎo)化學(xué)鍍(LEP)[8,9]、激光薄膜轉(zhuǎn)移法[10]和激光微熔覆 [11～24]。

激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積技術(shù)和激光誘導(dǎo)化學(xué)鍍技術(shù)發(fā)展較早。激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積制備技術(shù)是指在反應(yīng)容器內(nèi)利用激光束的高溫、高能效應(yīng)誘導(dǎo)作為先驅(qū)體的氣體物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),并使反應(yīng)產(chǎn)物在激光輻照區(qū)域沉積而形成薄膜的過程。當(dāng)激光束按一定軌跡在基板上掃描,即可沉積出所需要的導(dǎo)電圖形,完成線路板制備任務(wù)。80年代初期以來,采用 LCVD法在 SiOxNy、TiN、GaAs、多晶硅 /二氧化硅 /單晶硅復(fù)合基板等材料表面沉積了 Au、Al、Ag、Cu等多種金屬線[25～28],德國(guó) Stuke等人甚至利用該技術(shù)在氧化鋁基材上制備微型馬達(dá)和三維結(jié)構(gòu)[29,30]。概括起來,LCVD法的優(yōu)點(diǎn)是所制備的導(dǎo)線純度高、組織致密、線寬窄 (最小可達(dá) 2μm),但其需要高真空系統(tǒng),其成套設(shè)備昂貴、布線速度很低 (典型速度為 100μm/s)和導(dǎo)線厚度偏低 (1μm以下)且難以控制,為達(dá)到所要求的厚度往往要經(jīng)過多次掃描。此外,在 LCVD法中,先驅(qū)體 (氣源)要求較高,對(duì)基板的種類也有一定的限制,還需要比較貴重的真空系統(tǒng),工藝操作也比較困難。因此,LCVD技術(shù)的主要應(yīng)用現(xiàn)在局限于超大規(guī)模集成電路芯片中線路的修復(fù)和微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)的制造等對(duì)質(zhì)量要求比較高的領(lǐng)域。

激光誘導(dǎo)化學(xué)鍍技術(shù)是最常見的激光誘導(dǎo)液相沉積技術(shù)之一,它是指由激光束直接輻照浸在液態(tài)化學(xué)介質(zhì)中的基板,基板受熱后局部溫度升高,產(chǎn)生選擇性反應(yīng)沉積金屬導(dǎo)線的技術(shù)。LEP工藝最早出現(xiàn)于 1979年[31],目前已在原有直接誘導(dǎo)化學(xué)鍍的基礎(chǔ)上,發(fā)展了激光預(yù)置晶種—化學(xué)鍍復(fù)合法和激光直接照射選區(qū)活化基板—化學(xué)鍍復(fù)合法 (也稱為兩步法)兩種工藝,先后在Al2O3、ZrO2、金剛石、SiC、PPQ高分子表面制備出了 Al、Cu、Pt、Pd、Ni-P合金等金屬線 ,最小線寬也可達(dá)到 2μm[32,33]。LEP法的優(yōu)點(diǎn)是不需真空,設(shè)備投資比 LCVD少,布線速度比 LCVD快近一個(gè)數(shù)量級(jí),但是,由于基片必須浸入鍍液中,眾多的影響因素 (如溶液溫度、溶質(zhì)濃度等)使導(dǎo)線的尺寸精度、重復(fù)性及質(zhì)量穩(wěn)定性不盡人意,加上布線速度仍然偏低、化學(xué)鍍液對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染等原因,應(yīng)用前景并不如早期預(yù)期的樂觀。

除了上述激光誘導(dǎo)化學(xué)鍍以外,激光誘導(dǎo)液相沉積技術(shù)還包括利用激光的光分解或者熱分解作用,選區(qū)照射或掃描溶液,使溶液中的金屬化合物或者金屬絡(luò)合物分解成金屬單質(zhì),然后沉積在被掃描區(qū)域的基板上,形成導(dǎo)電圖形的方法或技術(shù)。匈牙利的 K.Kordás等人利用 Ar+激光分別在多孔硅上沉積了鎳導(dǎo)線,在聚酰亞胺基體上沉積出了銅和鈀導(dǎo)線[34,35]。 T Sz?rényi等人也利用該方法沉積出了氧化錫圖案[36],并且把這種方法和LCVD進(jìn)行了對(duì)比。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備簡(jiǎn)單,投資小,但同樣存在著生產(chǎn)效率低 (一般都需要進(jìn)行多次掃描,典型掃描速度為50～100μm/s),以及污染環(huán)境等缺點(diǎn),因而要真正在工程上應(yīng)用還有很大的難度。

L IFT(LaserInduced Forward Transfer)和MAPLE DW(MatrixAssisted Pulsed Laser Evaporation DirectW rite)[37]是最近發(fā)展起來的兩種激光薄膜轉(zhuǎn)移方法。這兩種方法都是先將薄膜預(yù)置于對(duì)激光透明的一個(gè)“絲帶”(Ribbon)上,然后把該“絲帶”涂層面和基體緊密地靠在一起,用激光照射“絲帶”的反面,薄膜就會(huì)因激光的作用而脫落到基體上。這兩種技術(shù)的差別在于:L IFT利用激光濺射或蒸發(fā)致密涂層成原子、離子或小分子,而后沉積到基體上;而MAPLE DW則將涂層濺射成微米尺寸的粉末、納米粒子、化學(xué)先驅(qū)或者各種微小的添加物。該技術(shù)的特點(diǎn)是布線速度快,可以達(dá)到每秒數(shù)十毫米量級(jí),缺點(diǎn)是能夠沉積的材料種類有限,并且一般需要預(yù)先在“絲帶”表面沉積膜層,使得工序增多,成本增大。美國(guó)的 D.B.Chrisey利用這種方法制作電子設(shè)備和元件,其尺寸精度在 10μm量級(jí)[38]。日本的 T.Sano等人也利用L IFT方法轉(zhuǎn)移金屬薄膜來制備金屬導(dǎo)線圖形[39]。這些方法要求激光功率必須大于一定的閾值,沉積的厚度一般在 1μm以下,并且“絲帶”要和基體緊密接觸,一般不適合有機(jī)物和對(duì)激光吸收率比較低的金屬。這些缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用和發(fā)展。

激光微熔覆技術(shù)是作者所在科研團(tuán)隊(duì)在國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家高技術(shù)發(fā)展研究計(jì)劃 (863計(jì)劃)的資助下率先提出的。它是以電子漿料等功能材料作為熔覆材料,采用連續(xù)或者脈沖激光輻照,使熔覆材料內(nèi)部、熔覆層與基材界面發(fā)生物理、化學(xué)作用,形成所需要的導(dǎo)線、功能元器件或機(jī)械零部件的工藝過程。

與激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積、激光誘導(dǎo)化學(xué)鍍和激光薄膜轉(zhuǎn)移法相比,激光微熔覆技術(shù)具有一定的優(yōu)點(diǎn),本文對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

2 激光微熔覆工藝過程及設(shè)備

2.1 工藝過程

激光微熔覆電子漿料工藝過程如圖1所示。

圖1 激光微熔覆工藝過程的示意圖Fig.1 Principle of lasermicro cladding

其具體步驟如下:

(1)漿料預(yù)置

在早期,涂層預(yù)置一般采用旋轉(zhuǎn)勻膠法。該方法可以很方便地預(yù)置均勻膜層,但存在如下問題:第一,激光直寫后需去除多余的漿料,清洗后的漿料不能回收利用,貴金屬材料浪費(fèi)嚴(yán)重;第二,該方法無法在同一基板上預(yù)置不同材料;第三,不能在表面不平整的基板或三維基板上預(yù)置漿料。為了克服這些問題,研究人員發(fā)明了微細(xì)筆和微噴裝置用于漿料預(yù)置,該方法不僅提高了材料的利用率,而且用多支微細(xì)筆或微噴裝置可在同一基板上預(yù)置不同材料。以一支微細(xì)筆或微噴為例,具體操作方法是通過微細(xì)筆或微噴直寫將一定黏度的電子漿料按預(yù)設(shè)的圖形軌跡預(yù)置于基板表面,然后將漿料在低溫度下 (150℃左右)烘干,得到均勻的預(yù)置層,如圖1(a)所示;

(2)激光直寫

利用激光按照微細(xì)筆或微噴直寫的軌跡對(duì)預(yù)置膜層進(jìn)行有選擇性的掃描燒結(jié),獲得所需要的圖形,如圖1(b)所示;

(3)后續(xù)清洗

激光掃描后用有機(jī)溶劑 (如乙醇、丙酮等)清洗掉預(yù)置層中未處理的區(qū)域,而激光處理過的部分因電子漿料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的變化則不能被清洗掉,這樣留下來的部分就形成了所需要的電路圖形,如圖1(c)所示。

2.2 設(shè) 備

根據(jù)激光微熔覆直寫的需求,在機(jī)床Z軸上合理設(shè)計(jì)激光光路、微細(xì)筆和微噴裝置的安裝工位,將激光加工與微細(xì)筆 /微噴直寫集成到同一臺(tái)機(jī)床上,實(shí)現(xiàn)多種加工手段的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),構(gòu)建的設(shè)備系統(tǒng)框圖如圖2所示,整個(gè)系統(tǒng)由激光直寫系統(tǒng)、微細(xì)筆和微噴直寫系統(tǒng)、XYZ三維工作臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)、CCD同軸監(jiān)視系統(tǒng)和 CCD旁軸定位系統(tǒng)組成。自主開發(fā)的 LaserCAM軟件可根據(jù)用戶提供的文件 (AutoCAD或 Protel格式),方便、快捷地進(jìn)行元器件的制造,且與微細(xì)筆、微噴裝置結(jié)合起來,實(shí)現(xiàn)多層自動(dòng)定位和不同種類功能涂層的制備。

圖2 激光微熔覆設(shè)備結(jié)構(gòu)原理圖Fig.2 Processing system configuration for laser micro cladding

圖3是最新研制的激光微熔覆直寫設(shè)備實(shí)物照片,X、Y軸采用直寫電機(jī)驅(qū)動(dòng),加工幅面為400 mm×300 mm×100 mm,機(jī)床重復(fù)定位精度達(dá) ±0.001 mm。

圖3 激光微熔覆設(shè)備實(shí)物照片F(xiàn)ig.3 Photo of lasermicro cladding equipment

圖4為微細(xì)筆的結(jié)構(gòu)示意圖。微細(xì)筆的工藝原理借鑒了注射成型的原理,把漿料腔內(nèi)的漿料擠壓出微細(xì)筆頭,并以注射式涂覆的方式在系統(tǒng)控制單元的控制下將漿料直接沉積在基板上,從而得到預(yù)先設(shè)計(jì)的圖案。

圖4 微細(xì)筆的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure ofmicropen

微細(xì)筆可以滿足高黏度電子漿料的直寫,適合所有商用厚膜電子漿料的使用。影響微細(xì)筆直寫線寬的因素有漿料黏度、直寫速度、筆頭內(nèi)徑、驅(qū)動(dòng)氣壓和筆頭端面到基板表面的垂直距離。目前,微細(xì)筆直寫電子漿料最小線寬不超過 60μm。

與微細(xì)筆的漿料擠出式直接沉積工藝原理有所不同,微噴直寫系統(tǒng)首先利用負(fù)高壓霧化裝置(圖5所示)將漿料霧化成細(xì)小顆粒以后,用氣體將其帶出腔體,經(jīng)過泄壓裝置排除多余氣體,以適當(dāng)?shù)臍饬魉俣?再通過微細(xì)噴嘴噴射到基片上成膜。該裝置適合低黏度電子漿料的直寫,直寫最小線寬可達(dá) 30μm。

圖5 微噴結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Structure ofmicrojet

3 激光微熔覆電子漿料的機(jī)理

3.1 電子漿料與激光的熱耦合

激光微熔覆電子漿料的過程實(shí)質(zhì)上就是激光與電子漿料的熱耦合過程,這個(gè)過程主要經(jīng)歷能量的吸收和反射、輻照加熱熱傳遞兩個(gè)階段。

(1)能量的吸收和反射

當(dāng)激光照射在干燥后的電子漿料膜層表面時(shí),除了一部分激光能量被材料吸收外,還有一部分能量在激光作用區(qū)域發(fā)生反射,但在此過程中依然遵守能量守恒法則,即:

式中,E0為入射到材料表面的激光束能量;EReflection為被材料表面反射的能量份額;EAbsorb為被材料表面吸收的能量份額。

上式可以變形為:

式中,F為反射系數(shù),X為吸收系數(shù)。

對(duì)于激光束而言,不同材料或同一材料的不同表面狀態(tài)的反射率和吸收率是不同的。多年的研究結(jié)果表明,材料對(duì)激光的吸收率除取決于材料的特性外,還與激光的波長(zhǎng)、材料的溫度和表面狀態(tài)等有關(guān)。激光波長(zhǎng)越短,材料對(duì)其吸收率越高;材料溫度越高,材料對(duì)激光的吸收率也越大。以 PTC熱敏電阻漿料為例,功能相顆粒為金屬氧化物和其鹽的混合物,它們能吸收 1.06μm的YAG激光,能量傳遞效率也很高,激光穿透深度一般在 10 nm量級(jí)。黏結(jié)相—玻璃顆粒只能吸收一小部分的 YAG激光能量,但由于玻璃導(dǎo)熱性差,因而較易熔化,激光對(duì)其的穿透深度可達(dá)1 cm以上。

(2)熱量的傳遞過程

當(dāng)已直寫的電子漿料層表面吸收激光能量后,通過激光光子與電子漿料內(nèi)部的物質(zhì)發(fā)生作用,能量在極短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱能并向材料內(nèi)部傳播。隨著加熱過程的不斷進(jìn)行,材料溫度不斷升高,其吸收激光能量的比例也不斷升高。

厚膜漿料內(nèi)部的升溫狀態(tài)不僅取決于激光的光束特性、能量和作用時(shí)間,而且取決于材料自身的物理特性,如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱容、熱導(dǎo)率、密度等。一般而言,激光束加熱材料時(shí)存在如下基本規(guī)律:

第一,激光作用時(shí)間相同時(shí),吸收的實(shí)際能量越大,材料的升溫速度越快;

第二,吸收的激光能量相同時(shí),材料的比熱容越小,溫升越高;

第三,在相同的能量密度及作用時(shí)間的條件下,材料的熱導(dǎo)率越小,激光束作用區(qū)與基體材料相鄰部位之間的溫度梯度越大。

激光輻照電子漿料,將使其發(fā)生非常復(fù)雜的熱過程,涉及諸多彼此關(guān)聯(lián)問題,如熱量吸收和傳遞、微觀結(jié)構(gòu)的演變、流體問題、力學(xué)問題、化學(xué)問題等。其中,明確整個(gè)微熔覆工藝中能量的吸收以及傳熱過程引起的溫度的分布和演變對(duì)于深入了解激光微熔覆電子漿料機(jī)理至關(guān)重要。

在整個(gè)激光微熔覆過程中一直伴隨著熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射 3種傳熱方式。具體體現(xiàn)在激光對(duì)電子漿料膜層表面的熱輻射、相互接觸的顆粒之間的熱傳導(dǎo)、孔隙中的氣相和固相顆粒之間的熱傳導(dǎo)、電子漿料膜層表面和外部氣體之間的熱輻射以及對(duì)流等,其中熱傳導(dǎo)占主要地位。激光輻射被轉(zhuǎn)換為熱量后,靠熱傳導(dǎo)迅速地傳給整個(gè)膜層。注入能量的大小取決于激光的功率密度和掃描速度,也決定了激光微熔覆中的兩個(gè)重要參數(shù)—膜層表面最高溫度和穿透深度。假設(shè)激光光斑內(nèi)能量呈均勻分布,把所作用的材料認(rèn)為是半無限大固體,激光光斑遠(yuǎn)小于所作用材料的厚度,在物體內(nèi)部發(fā)生一維瞬態(tài)熱傳導(dǎo),表面最高溫度和穿透深度可分別用式 (3)、(4)表示:

式中,β為激光功率密度,X為吸收系數(shù),k為導(dǎo)熱系數(shù),α為熱擴(kuò)散系數(shù),d為激光光斑直徑,v為激光掃描速度,Tv為氣化溫度,Tm為熔化溫度。由式(3)、(4)可知,激光功率密度越高或者掃描速度越低,膜層表面溫度就越高,穿透深度也越深。

3.2 激光微熔覆-瞬時(shí)燒結(jié)過程

激光微熔覆電子漿料過程如圖6所示。激光功率達(dá)到一定值后,由于激光能量集中,激光光斑中心溫度可高達(dá)千攝氏度,該溫度高于漿料中玻璃黏結(jié)相的熔點(diǎn)(400～700℃),因此該相首先熔化,發(fā)生粘性和塑性流動(dòng)的同時(shí),潤(rùn)濕功能相顆粒,使顆粒重新分布,粘結(jié)在一起并形成致密結(jié)構(gòu)。由于激光強(qiáng)度分布的不均勻性 (高斯光束)以及向周圍熱擴(kuò)散的不均勻性,光斑區(qū)的溫度分布一般總是中心高,邊緣低,光斑下的漿料膜層表面溫度分布也是如此。由于流體的表面張力系數(shù)、粘性系數(shù)、體膨脹系數(shù)等都同溫度有關(guān),膜層表面的徑向拉力分布是中心弱,邊緣強(qiáng),使玻璃溶液形成徑向朝外的流動(dòng),從而帶動(dòng)了膜層內(nèi)部的對(duì)流運(yùn)動(dòng),膜層的表面往往是波狀起伏的,邊界高于中心熔體,出現(xiàn)了熔體的“落差”。由于激光是快速加熱快速冷卻,光斑邊界的熔體還來不及在重力的驅(qū)動(dòng)下從邊界底部向中心流動(dòng),凝固后就形成了“碗”狀形貌,如圖7所示。

圖6 激光微熔覆過程示意圖Fig.6 Process of lasermicro-cladding

圖7 激光微熔覆制備的電熱電阻截面輪廓圖Fig.7 Cross-section profile of heating resistor fabricated by lasermicro cladding

在激光微熔覆電子漿料的過程中有液相的出現(xiàn),又由于激光束與漿料作用的時(shí)間極短 (一般為 0.5～25 ms),液相存在的時(shí)間就更短,它的生成與凝固過程非?？?傳統(tǒng)液相燒結(jié)中的某些階段不能充分進(jìn)行,也很難同步觀察。因此,初步可認(rèn)定激光微熔覆電子漿料的過程實(shí)質(zhì)是瞬時(shí)液相燒結(jié)。

4 激光微熔覆技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

作為一種新興的激光直寫制造技術(shù),激光微熔覆主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下:

(1)能制備的元器件種類廣泛:固態(tài)或半固態(tài)熔覆材料體系的選擇范圍幾乎不受限制,不但可用來制備電子元器件,亦可用于制備各種波導(dǎo)、光柵等光電子器件;

(2)可適合的基材范圍廣泛:與其它激光直寫技術(shù)對(duì)基材的成分、特性要求很嚴(yán)不同,有機(jī)基板、陶瓷、玻璃、單晶硅片都適合作激光微熔覆的基板;

(3)可非常方便地實(shí)現(xiàn)多種材料和多層材料的快速制造:激光加熱與微細(xì)筆或微噴裝置相結(jié)合,可在同一基板上實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線、電阻、電容等不同器件的制備,或?qū)崿F(xiàn)多層布線和元器件的制備;

(4)激光微熔覆設(shè)備性能可靠,性價(jià)比高:激光微熔覆所能制備的電子元器件精度較高,可達(dá)10μm左右,而設(shè)備造價(jià)比皮秒、飛秒激光加工系統(tǒng)便宜得多,且性能可靠,更加容易為用戶接受。

經(jīng)過多年的研究,不僅利用該技術(shù)制備出了導(dǎo)線、電阻、電容、電感等微電子器件,而且進(jìn)入了光波導(dǎo)等光電子領(lǐng)域以及溫度、氣敏等傳感器制造領(lǐng)域,并開發(fā)出了相應(yīng)的設(shè)備。

5 激光微熔覆技術(shù)的典型應(yīng)用

5.1 制備互連導(dǎo)線

目前,利用激光微熔覆技術(shù)已經(jīng)成功地在樹脂板、玻璃、陶瓷、硅以及柔性聚酰亞胺基板上制備出了金、銀等導(dǎo)線,如圖8所示。利用該技術(shù)可以方便地實(shí)現(xiàn)互連導(dǎo)線制備以及缺陷電路板的快速修復(fù)。

圖8 激光微熔覆技術(shù)在各種基板上制備導(dǎo)線Fig.8 Conductive lines on different substrates by lasermicro cladding

5.2 制備無源電子元器件

圖9為利用激光微熔覆技術(shù)制備的電阻、電容和電感等電子元件。通過相關(guān)測(cè)試,證明其性能和現(xiàn)有厚膜印刷技術(shù)相當(dāng),其精確度甚至優(yōu)于絲網(wǎng)印刷工藝。

圖9 激光微熔覆技術(shù)制備電子元器件Fig.9 Electronic components fabricated by laser micro cladding

5.3 制備光電子器件

圖10給出了利用激光微熔覆技術(shù)制備的光波導(dǎo)器件實(shí)物圖。其中圖10(a)為溶膠-凝膠法和激光微熔覆技術(shù)復(fù)合制備的“Y”型分支 (線寬為 20μm,夾角為 4°),其最小損耗值達(dá)到1.77 dB/cm。圖10(b)為所制備的 PI聚合物光波導(dǎo),最小損耗可達(dá) 0.11 dB/cm。

圖10 激光微熔覆技術(shù)制備光波導(dǎo)器件Fig.10 Waveguide fabricated by lasermicro cladding

5.4 制備傳感器

利用激光微熔覆技術(shù)還可以制備厚膜傳感器件,如微加熱器、微溫度傳感器和氣敏傳感器等。圖11是封裝后的氣敏傳感器,基板選用 5 mm×5 mm×0.6 mm的 96%氧化鋁陶瓷基板,正面是氣敏膜及叉指電極,背面是微加熱器和溫度傳感器。激光微熔覆制得的氣敏傳感器性能與傳統(tǒng)燒結(jié)工藝制得的傳感器相當(dāng)。

圖11 封裝后的氣敏傳感器Fig.11 Gas sensor after package

5.5 制備生物芯片

圖12是利用激光微熔覆技術(shù)集成制造的多電極陣列 (MEA),可用于細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)選區(qū)刺激細(xì)胞生長(zhǎng)。

圖12 激光微熔覆技術(shù)制備多電極陣列Fig.12 MEA prepared by lasermicro cladding

5.6 制備微機(jī)電系統(tǒng)(M EM S)微結(jié)構(gòu)

圖13是以聚酰亞胺為犧牲層,商業(yè)金導(dǎo)體漿料為結(jié)構(gòu)層制造的懸空微橋結(jié)構(gòu),橋長(zhǎng)約200μm,橋高 5～10μm。

圖13 微橋陣列Fig.13 Micro-bridge array

6 結(jié)束語

作為一項(xiàng)新興的激光直寫制造技術(shù),激光微熔覆技術(shù)有望在混合集成電路基板制造、微型傳感器和加熱器的集成制造、平面無源電子器件(電感、電容、電阻)和分立無源電子器件的制造、生物芯片、電子封裝、低損耗條形光波導(dǎo)的高精度、高質(zhì)量制造等領(lǐng)域中發(fā)揮不可替代的作用,并成為小批量厚膜制造中的主流技術(shù)之一。該技術(shù)將帶動(dòng)我國(guó)電子制造業(yè)裝備水平的提高,并產(chǎn)生巨大的直接經(jīng)濟(jì)效益。

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