由突發超快激光脈沖能量傳遞在基體上正向沉積的方法和裝置的制造方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]正向沉積的主要現有方法利用了化學方法，其涉及激光打孔、涂覆和成像、鍍覆、光刻膠涂層、蝕刻、掩模、離子活化、沉積和鍍覆步驟的化學方法。整個現有技術需要復雜，耗時的處理。現有方法最大的缺點是相鄰組件路徑(跡線)之間的最小可獲得的間距容限。
[0002]將期望材料從大致透明的目標材料正向沉積到基體上的、允許使相鄰元件或跡線更緊密地布置在基體上的更快，更精確的方法將給予電子部件更高程度的微型化和更低的部件故障率。該新的發明提供獨特和新穎的結構以克服上述問題。提供比諸如CVD(化學氣相沉積)的傳統方法更經濟的更快的正向沉積。本發明提供一種環境友好的另選方式。
【發明內容】
[0003]本發明涉及在目標基體上沉積期望材料的方法和裝置。待沉積的材料涂覆/附著/鍍覆在透明材料上并且被稱為“油墨(ink)”。要傳遞至目標基體的材料相對目標基體接近地定置。要傳遞至目標基體的材料駐留在透明載體材料上并且與目標基體接觸或距其小距離內。特別地，待沉積的材料距目標基體2mm內。也就是說，在要傳遞的材料和目標基體之間存在小于或等于2_的間隙。通過本發明獲得了具有迄今為止不能獲得的寬度和不具有任何擴大的足跡的線沉積。這種方法可用于諸如印刷電路板，顯示面板或未來玻璃上系統(SOG)的產品的制造或修復。這使用涉及更適用于大量生產的突發超快激光脈沖的材料加工技術。
[0004]本發明的總體目的是提供一種將鍍覆在透明載體上的期望材料正向沉積在目標基體上的裝置和方法，其在隨后將詳細描述。更廣泛的說，本發明涉及使用自會聚突發超快激光脈沖激光的用戶選擇特性的對已涂覆的基體加工和修改。
[0005]通過諸如群速度色散(GVD)、線性衍射、自相位調制(SPM)、自會聚、電子從價帶至導帶的多光子/隧道離子化(MPI/TI)、等離子體自散焦、和自陡的線性或非線性效應的共同作用，由于激光脈沖的空間和時間曲線的強的重新成形，使超快激光脈沖在透明光學介質中的傳播變得更加復雜。參照SL Chin et al.Canadian Journal of Physics,83,863-905 (2005) o這些效應的作用的程度依賴于激光參數、材料非線性特性、和在材料中的會聚狀況。由于非線性折射率對強度的依賴性，在強激光脈沖傳播的過程中，由于導致脈沖自會聚的不同折射率，脈沖的中間部分比脈沖周圍部分運動的慢。在自會聚區域中，由于產生了 ΜΡΙ/ΡΙ等離子體，等離子體作為負透鏡并使脈沖散焦，但是由于高強度，自會聚再次發生。會聚和散焦之間的平衡作用創建長的等離子體隧道，其被稱為細絲。使用低的每脈沖能量，在材料中留下折射率改變的跡線。該細絲由泵浦能量以形成細絲的背景能量圍繞。該背景能量在現有技術中被稱為細絲容器。阻塞或者擾動該容器的部分將具有失去細絲的作用。
[0006]下面的說明書描述一種將期望材料(諸如元素材料:銅、鉻；和復合材料:SiC、GaN或摻雜氧化物玻璃)從其透明載體(諸如硼硅酸鹽玻璃、硅晶片、藍寶石甚至聚合物或類似物的透明材料)沉積到希望包含關注線路(沉積的材料作為傳導路徑，與要傳導的信號的電磁屬性無關)的目標基體上的新穎和獨特的方法。
[0007]本發明的另一個目的是使得用于制造有機層壓基體PCB (印刷電路板)、半導體部件、顯示板、玻璃上系統(“SOG”)及類似物的平面薄片基體物理尺寸的減小。該方法通過將傳導路徑的物理尺寸縮小至甚至小于I ym的值將允許多結構設計和加工中的更大靈活性。由于待沉積的材料可是對激光脈沖串或激光突發包絡及激光細絲邊界敏感的任何材料，待沉積的材料可為用于電、磁或光傳導的“線路”傳導材料，唯一的限制由材料涂覆至合適透明基體的能力和材料對使用細絲來高超音速傳遞的敏感性帶來。
[0008]該發明的一個目的是使用非線性效應在衍射極限之下會聚光束。
[0009]該發明的另一個目的是使用常規透鏡，其具有在載體基體上方200 μπι的會聚點，該光束被會聚以在載體基體下I微米處創建細絲尖端，然后該細絲尖端用于從載體向目標燒蝕金屬。
[0010]該發明的另一個目的是使用具有短波長的激光束，因為隨波長減小，細絲尖端尺寸減小并且能夠進行更窄寬度的線沉積。
[0011]該發明的另一個目的是使用具有對于載體基體透明的波長的激光束。
[0012]該發明的另一個目的是提供一種將材料正向沉積在基體上的系統和方法，其中，沉積材料在非常窄的線(線寬度)內并且這些線彼此設置的非常近。
[0013]該發明的另一個目的是修復基體上已有的結構或在基體上創建新的結構。
[0014]本發明的主題詳細的指出并清楚地宣稱在本說明書的結尾部分。但是，操作裝置和方法，連同進一步的優點和其目標可通過參考下面的描述連同附圖最好的理解，其中相同的附圖標記指的是相同的元件。本發明的其它目標，特征和方面在以下更詳細的討論。
【附圖說明】
[0015]圖1是具有兩個跡線的現有技術部件基體的不意圖；
[0016]圖2是具有通過應用突發超快激光脈沖而熔融在其上的三個跡線的部件基體的示意圖；
[0017]圖3-圖5是快速激光沉積裝置的具有代表截面圖，其中細絲出現在透明基體的頂表面下方并具有不同的光斑尺寸；
[0018]圖4Α是正向激光沉積的例示圖；
[0019]圖6-圖8是超快激光脈沖的不同突發的能量分布圖的典型視圖；
[0020]圖9是激光加工系統的示意圖；
[0021]圖10和圖11例示了使用非遠心鏡頭和遠心鏡頭的X-Y掃描儀；
[0022]圖12Α是在用于印刷或修復IXD上的跡線的正向沉積處理中使用的示例激光系統的示意頂視圖；以及
[0023]圖12Β是在用于印刷或修復IXD上的跡線的正向沉積處理中使用的示例激光系統的示意側視圖。
【具體實施方式】
[0024]隨著更高加工速度的出現和由于電子部件幾何加速的放緩，包括透明基體，諸如用于SOG的硼硅酸鹽玻璃的層壓基體的制造被推向提供能夠投送超過現有材料的性能的性能值的部件及生產技術，同時微型化部件的尺寸。由于迅速新興的技術，半導體封裝和PCB技術之間的界限變得模糊；在為了最優化基體設計的首要方案中這些都必須被同時考慮。在半導體領域中，由于影響操作頻率、功率、可靠性、和成本，所以組裝和封裝是半導體產品的關鍵競爭因素。
[0025]將來用于部件制造的基體基底將需要擁有更好的電學性能，舉幾個例子，諸如:較低的介電常數值Er(Dk)、較低的損耗角正切(Df)、高的導電傳導冶金以最小化電阻電壓降及有效地向芯片提供電力、低電感連接以降低同時切換噪聲、低介電常數絕緣體材料以更好地配合板阻抗并減小不期望的寄生電容、以及先進的熱界面材料以管理芯片上的高功率密度并且提高在更高溫度環境下工作的能力。
[0026]最重要的是這些將來的基體基底將需要其自身適用于制造技術，其允許比10 μπι小的多的線寬度(跡線)和線間隔(跡線間隔)的特征尺寸。解決這些問題和實現電子部件的進一步的微型化的關鍵在于在具有高的剝除強度并且得到小于5 μπι及甚至小于I μπι的更精細的跡線和跡線間距的、電介質基體基底上實現極薄、窄和被非常好的控制但是仍然具有彈性的傳導層(金屬、電介質或混合物)。
[0027]盡管目前的方法提出從透明傳遞材料(諸如玻璃)將多種材料(諸如銅)沉積至部件基體(諸如另一個玻璃)，但是此處的說明書將繼續討論材料對傳統線路板的這種正向沉積。本技術對于電、光和磁線路與多種合適的絕緣目標基體的結合同樣有效和有利。該技術其核心是通過使用自會聚突發脈沖串及獲得的細絲以產生用于書寫極小的特征的精細尖端的“鉛筆”來實