一 引言
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  自1960年第一臺激光器問世以來，激光的研究及其在各個領域的應用得到了迅速的發(fā)展。其高相干性在高精密測量、物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、信息存儲及通信等領域得到了廣泛應用。激光的高方向性和高亮度可廣泛應用于加工制造業(yè)。隨著激光器件、新型受激輻射光源，以及相應工藝的不斷革新與優(yōu)化，尤其是近20年來，激光制造技術(shù)已滲入到諸多高新技術(shù)領域和產(chǎn)業(yè)，并開始取代或改造某些傳統(tǒng)的加工業(yè)。 2(#7[mgPI  
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  1987 年美國科學家提出了微機電系統(tǒng)(mems)發(fā)展計劃，這標志著人類對微機械的研究進入到一個新的時代。目前，應用于微機械的制造技術(shù)主要有半導體加工技術(shù)、微光刻電鑄模造(liga)工藝、超精密機械加工技術(shù)以及特種微加工技術(shù)等。其中，特種微加工方法是通過加工能量的直接作用，實現(xiàn)小至逐個分子或原子的去除加工。特種加工是利用電能、熱能、光能、聲能、化學能等能量形式進行加工的，常用的方法有：電火花加工、超聲波加工、電子束加工、離子束加工、電解加工等等。近年來發(fā)展起來一種可實現(xiàn)微小加工的新方法：光成型法，包括立體光刻工藝、光掩膜層工藝等。其中利用激光進行微加工顯示出巨大的應用潛力和誘人的發(fā)展前景。 -@0GcUE:r  
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  為適應21世紀高新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化、滿足微觀制造的需要，研究和開發(fā)高性能激光源勢在必行。作為激光加工的一個分支，激光微加工在過去十年被廣泛關(guān)注。其中原因之一是由于更加有效的激光源不斷涌現(xiàn)。比如具有非常高峰值功率和超短脈沖固體激光，有很高光束質(zhì)量的二極泵浦的nd:yag激光器等。另外一個原因是有了更為精確、高速的數(shù)控操作平臺。但一個更為重要的原因是不斷涌現(xiàn)的工業(yè)需求。在微電子加工中，半導體層的穿孔、寄存器的剪切和電路修復都用到激光微加工技術(shù)。激光微加工一般所指加工尺寸在幾個到幾百微米的工藝過程。激光脈沖的寬度在飛秒（fs）到納秒（ns）之間。激光波長從遠紅外到x射線的很寬波段范圍。目前主要應用于微電子、微機械和微光學加工三大領域。隨著激光微加工技術(shù)的發(fā)展和成熟，將在更廣的領域得到推廣和應用。 _N{RVeO  
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二、激光微加工技術(shù)的主要應用 w tiny,6  
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  隨著電子產(chǎn)品朝著便攜式、小型化的方向發(fā)展，單位體積信息的提高（高密度）和單位時間處理速度的提高（高速化）對微電子封裝技術(shù)提出不斷增長的新需求。例如現(xiàn)代手機和數(shù)碼相機每平方厘米安裝大約為1200條互連線。提高芯片封裝水平的關(guān)鍵之處就是在不同層面的線路之間保留微型過孔的存在，這樣通過微型過孔不僅提供了表面安裝器件與下面信號面板之間的高速連接，而且有效地減小了封裝面積。 =*r])Vg^  
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  另一方面，隨著近年來全球手機、數(shù)碼相機和筆記本電腦等便攜式電子產(chǎn)品向輕、薄、短、小的趨勢發(fā)展，印制線路板（pcb）逐步呈現(xiàn)出以高密度互連技術(shù)為主體的積層化、多功能化特征。為了有效地保證各層間的電氣連接以及外部器件的固定，過孔（via）已成為多層pcb的重要組成部分之一。目前鉆孔的費用通常占pcb制板費用的30%-40%。在高速、高密度的pcb設計時，設計者總是希望過孔越小越好，這樣板上不僅可以留有更多的布線空間。而且過孔越小，越適合用于高速電路。傳統(tǒng)的機械鉆孔最小的尺寸僅為100μm，這顯然已不能滿足要求，代而取之的是一種新型的激光微型過孔加工方式。目前用co2激光器加工在工業(yè)上可獲得過孔直徑達到在30-40μm的小孔或用uv激光加工10μm 左右的小孔。 O vk_\On  
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  激光微加工技術(shù)在設備制造業(yè)、汽車以及航空精密制造業(yè)和各種微細加工業(yè)中可用激光進行切割、鉆孔、雕刻、劃線、熱滲透、焊接等，如20多微米大小的噴墨打印機的噴墨口的加工。利用諸如微壓型、打磨拋光等激光表面處理技術(shù)來加工多種微型光學元件，也可通過諸如激光填充多孔玻璃，玻璃陶瓷的非晶化來改變組織結(jié)構(gòu)，然后，通過調(diào)和外部機械力，再在軟化階段依靠等離子體輔助進行微成形來加工微光學元件。 @T'i/}nl  
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2 常用激光微加工技術(shù) d~JKH&x<  
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激光微加工技術(shù)具有非接觸、有選擇性加工、熱影響區(qū)域小、高精度與高重復率、高的零件尺寸與形狀的加工柔性等優(yōu)點[1]。實際上，激光微加工技術(shù)最大的特點是“直寫”加工，簡化了工藝，實現(xiàn)了微型機械的快速成型制造。此外，該方法沒有諸如腐蝕等方法帶來的環(huán)境污染問題，可謂“綠色制造”。在微機械制造中采用的激光微加工技術(shù)有兩類： XYZ4TeW\1  
1)材料去除微加工技術(shù)，如激光直寫微加工、激光liga 等； /Sc l#4bW  
2)材料堆積微加工技術(shù)，如激光微細立體光刻、激光輔助沉積、激光選區(qū)燒結(jié)等。 d\jPdA.a=  
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2.1 激光直寫技術(shù) p IU&^yX>  
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準分子激光波長短、聚焦光斑直徑小、功率密度高，非常適合于微加工和半導體材料加工。在準分子激光微加工系統(tǒng)中，大多采用掩膜投影加工，也可以不用掩膜，直接利用聚焦光斑刻蝕工件，將準分子激光技術(shù)與數(shù)控技術(shù)相結(jié)合，綜合激光光束掃描與x-y 工作臺的相對運動以及z 方向的微進給，可以直接在基體材料上掃描刻寫出微細圖形，或加工出三維微細結(jié)構(gòu)[2]。圖1 為準分子激光加工出來的微型齒輪，最小齒輪直徑為50mm。目前采用準分子激光直寫方式可加工出線寬為數(shù)微米的高深寬比微細結(jié)構(gòu)。另外，利用準分子激光采取類似快速成型(rp)制造技術(shù)，采用逐層掃描的方式進行三維微加工的研究也已取得較好結(jié)果[3]。 H?)w!QX  
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2.2 激光liga 技術(shù) 5*,f Fib  
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它采用準分子激光深層刻蝕代替載射線光刻，從而避開了高精密的載射線掩膜制作、套刻對準等技術(shù)難題，同時激光光源的經(jīng)濟性和使用的廣泛性大大優(yōu)于同步輻射載光源，從而大大降低 liga 工藝的制造成本，使liga技術(shù)得以廣泛應用。盡管激光liga 技術(shù)在加工微構(gòu)件高徑比方面比載射線差，但對于一般的微構(gòu)件加工完全可以接受。此外，激光liga 工藝不像載射線光刻需要化學腐蝕顯影，而是“直寫”刻蝕，不存在化學腐蝕的橫向浸
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潤腐蝕影響，因而加工邊緣陡直，精度高，光刻性能優(yōu)于同步載射線光刻[4]。 V;:j