3D-Pikosekunden-Laserablationsanlage
Final Report Abstract
Die am Fachgebiet Elektroniktechnologie im Zentrum für Mikro- und Nanotechnologie der TU Ilmenau befindliche 3D-Pikosekunden-Laserablationsanlage wurde für die Strukturierung von Dick- und Dünnschichten für die Nutzung im Bereich der Mikroelektronik angeschafft. Insbesondere wurden mit dieser Anlage siebgedruckte Dickschichten auf niedrig sinternden keramischen Mehrlagensubstraten (Low Temperature Cofired Ceramics - LTCC) strukturiert. Die 3D-Pikosekunden-Laserablationsanlage eignet sich für diesen Anwendungsfalls besonders, da durch eine Pulsdauer von <10 ps und hohen Pulsenergien eine sogenannte "kalte Ablation" beim Abtrag stattfindet, wodurch eine thermische Beeinflussung des Substratmaterials minimiert wird. Mit dieser Technologie ist es möglich Schichten auf der Substratoberfläche zu strukturieren. Weiterhin kann eine Strukturierung von ungesinterten, ausschließlich getrockneten Siebdruckschichten auf einzelnen Tapelagen durchgeführt werden. Dadurch werden im keramischen Mehrlagensubstrat vergrabene, hochpräzise Strukturen ermöglicht. Die Strukturbreiten für siebgedruckte Dickschichten konnten auf <25 μm Linienbreite und -abstand verringert werden. Weiterhin wurden die bei kleineren Leiterbahnen notwendigen kleinen Durchkontaktierungen zu anderen Ebenen in der Mehrlagenkeramik entwickelt. Deren Durchmesser bis <35 μm ermöglicht eine erhebliche Steigerung der Kontaktierungsdichte. Im Vergleich zu alternativen Verfahren für die Mikrostrukturierung von Dickschichten auf LTCC (z.B. Resinat-Technologie, Fine-Line-Siebdruck) konnte die minimale Strukturbreite von Leiterbahnen nochmals verringert werden. Gleichzeitig können die Laserstrukturierungsprozesse einfach in die Standardprozesskette bei der LTCC-Fertigung integriert werden. Der Aufwand kann im Vergleich zu Alternativverfahren als äußerst gering angesehen werden. Die schonende und gleichzeitig sehr präzise Strukturierung von siebgedruckten Schichten im Bereich <25 μm auf ungesinterten LTCC-Grünfolien kann momentan als Alleinstellungsmerkmal der Pikosekunden-Laserablation angesehen werden. Andere vielversprechende Verfahren für sehr hochaufgelöste Strukturierungen siebgedruckter Schichten auf LTCC sind momentan erst in Erprobungsphasen sowie stark Abhängig von speziell angepassten Substratmaterialien und Siebdruckpasten. Die Laserstrukturierung mittels Pikosekundenlaser hingegen ist weitgehend unabhängig von den verwendeten Materialien, wodurch eine weite Verbreitung für Mikrostrukturierungsprozesse erwartet werden kann. Zur Überführung in industrielle Prozesse werden die and der 3D-Pikosekunden-Laserablationsanlage gewonnen Erkenntnisse einen entscheidenden Beitrag leisten. Zusätzlich flossen die Erkenntnisse und die daraus entwickelten Technologien in diverse Forschungsarbeiten mit ein.
Publications
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