激光微熔覆直写技术分析

　　激光微熔覆直写技术主要用于微电子元器件的制造。该工艺以电子浆料等功能材料作为熔覆材料，采用连续或者脉冲激光辐照，使熔覆材料内部、熔覆层与基材界面发生物理、化学作用，形成所需要的导线、功能元器件或MEMS微结构。

　　激光微熔覆直写工艺主要包括三个步骤：浆料预置、激光直写以及后续清洗。

图1 激光微熔覆直写工艺

　　浆料预置采用微细笔或微喷头完成。微细笔的工艺原理借鉴了注射成型的原理，把浆料腔内的浆料挤压出微细笔头，并以注射式涂覆的方式将浆料直接沉积在基板上，得到预先设计的图案。微细笔可以满足高黏度电子浆料的直写，适合所有商用厚膜电子浆料的使用。目前，微细笔直写电子浆料最小线宽不超过60μm。微喷头直写首先利用负高压将浆料雾化成细小颗粒，用气体将其带出腔体，经泄压后排出多余气体，以适当的气流速度，再通过微喷头喷射到基片上成膜。微喷直写适合低黏度电子浆料，直写最小线宽可达30μm。

　　将激光头与微细笔/微喷头集成到同一台机床上，可以控制激光按照微细笔/微喷头直写的轨迹对预置膜层进行有选择性的扫描烧结。激光微熔覆电子浆料的过程实质上就是激光与电子浆料的热耦合过程。电子浆料表面吸收的激光能量在极短的时间内转化为热能，并向材料内部传播。由于激光能量集中，激光光斑中心温度可高达千摄氏度，该温度高于浆料中玻璃黏结相的熔点（400～700℃），黏结相首先熔化，发生粘性和塑性流动的同时，润湿功能相颗粒，使颗粒重新分布，粘结在一起并形成致密结构。激光束与浆料作用的时间极短（一般为0.5～25ms），凝固过程非常快，激光微熔覆电子浆料的过程实质是瞬时液相烧结。

　　激光扫描后用有机溶剂（如乙醇、丙酮等）清洗掉预置层中未处理的区域，而激光处理过的部分因电子浆料内部组织结构的变化则不能被清洗掉，这样留下来的部分就形成了所需要的电路图形。

　　激光微熔覆直写技术作为一种新兴的激光制造工艺，能够方便地实现多种材料和多层材料的快速制造，基本不受熔覆材料与基材的限制，所制备电子元器件精度较高，能够达10μm左右，有望广泛应用于集成电路、微型传感器和加热器、无源电子器件、生物芯片、电子封装以及低损耗条形光波导等微型器件的柔性制造。