[发明专利]由突发超快激光脉冲能量传递在基体上正向沉积的方法和装置

说明书

背景技术

正向沉积的主要现有方法利用了化学方法，其涉及激光打孔、涂覆和成像、镀覆、光刻胶涂层、蚀刻、掩模、离子活化、沉积和镀覆步骤的化学方法。整个现有技术需要复杂，耗时的处理。现有方法最大的缺点是相邻组件路径(迹线)之间的最小可获得的间距容限。

将期望材料从大致透明的目标材料正向沉积到基体上的、允许使相邻元件或迹线更紧密地布置在基体上的更快，更精确的方法将给予电子部件更高程度的微型化和更低的部件故障率。该新的发明提供独特和新颖的结构以克服上述问题。提供比诸如CVD(化学气相沉积)的传统方法更经济的更快的正向沉积。本发明提供一种环境友好的另选方式。

发明内容

本发明涉及在目标基体上沉积期望材料的方法和装置。待沉积的材料涂覆/附着/镀覆在透明材料上并且被称为“油墨(ink)”。要传递至目标基体的材料相对目标基体接近地定置。要传递至目标基体的材料驻留在透明载体材料上并且与目标基体接触或距其小距离内。特别地，待沉积的材料距目标基体2mm内。也就是说，在要传递的材料和目标基体之间存在小于或等于2mm的间隙。通过本发明获得了具有迄今为止不能获得的宽度和不具有任何扩大的足迹的线沉积。这种方法可用于诸如印刷电路板，显示面板或未来玻璃上系统(SOG)的产品的制造或修复。这使用涉及更适用于大量生产的突发超快激光脉冲的材料加工技术。

本发明的总体目的是提供一种将镀覆在透明载体上的期望材料正向沉积在目标基体上的装置和方法，其在随后将详细描述。更广泛的说，本发明涉及使用自会聚突发超快激光脉冲激光的用户选择特性的对已涂覆的基体加工和修改。

通过诸如群速度色散(GVD)、线性衍射、自相位调制(SPM)、自会聚、电子从价带至导带的多光子/隧道离子化(MPI/TI)、等离子体自散焦、和自陡的线性或非线性效应的共同作用，由于激光脉冲的空间和时间曲线的强的重新成形，使超快激光脉冲在透明光学介质中的传播变得更加复杂。参照SL Chin et al.Canadian Journal of Physics，83，863-905(2005)。这些效应的作用的程度依赖于激光参数、材料非线性特性、和在材料中的会聚状况。由于非线性折射率对强度的依赖性，在强激光脉冲传播的过程中，由于导致脉冲自会聚的不同折射率，脉冲的中间部分比脉冲周围部分运动的慢。在自会聚区域中，由于产生了MPI/PI等离子体，等离子体作为负透镜并使脉冲散焦，但是由于高强度，自会聚再次发生。会聚和散焦之间的平衡作用创建长的等离子体隧道，其被称为细丝。使用低的每脉冲能量，在材料中留下折射率改变的迹线。该细丝由泵浦能量以形成细丝的背景能量围绕。该背景能量在现有技术中被称为细丝容器。阻塞或者扰动该容器的部分将具有失去细丝的作用。

下面的说明书描述一种将期望材料(诸如元素材料：铜、铬；和复合材料：SiC、GaN或掺杂氧化物玻璃)从其透明载体(诸如硼硅酸盐玻璃、硅晶片、蓝宝石甚至聚合物或类似物的透明材料)沉积到希望包含关注线路(沉积的材料作为传导路径，与要传导的信号的电磁属性无关)的目标基体上的新颖和独特的方法。

本发明的另一个目的是使得用于制造有机层压基体PCB(印刷电路板)、半导体部件、显示板、玻璃上系统(“SOG”)及类似物的平面薄片基体物理尺寸的减小。该方法通过将传导路径的物理尺寸缩小至甚至小于1μm的值将允许多结构设计和加工中的更大灵活性。由于待沉积的材料可是对激光脉冲串或激光突发包络及激光细丝边界敏感的任何材料，待沉积的材料可为用于电、磁或光传导的“线路”传导材料，唯一的限制由材料涂覆至合适透明基体的能力和材料对使用细丝来高超音速传递的敏感性带来。

该发明的一个目的是使用非线性效应在衍射极限之下会聚光束。

该发明的另一个目的是使用常规透镜，其具有在载体基体上方200μm的会聚点，该光束被会聚以在载体基体下1微米处创建细丝尖端，然后该细丝尖端用于从载体向目标烧蚀金属。

该发明的另一个目的是使用具有短波长的激光束，因为随波长减小，细丝尖端尺寸减小并且能够进行更窄宽度的线沉积。

该发明的另一个目的是使用具有对于载体基体透明的波长的激光束。

该发明的另一个目的是提供一种将材料正向沉积在基体上的系统和方法，其中，沉积材料在非常窄的线(线宽度)内并且这些线彼此设置的非常近。

该发明的另一个目的是修复基体上已有的结构或在基体上创建新的结构。