Why microelectronics processing applications benefit from UV lasers

Why microelectronics processing applications benefit from UV lasers

UV lasers power a wide range of industrial tasks, particularly in microelectronics and display fabrication. That’s because UV light has unique properties that enables micromachining and other structuring tasks with higher precision and less heat damage to the part.

There are three big reasons why UV lasers can do this. First, just about everything –plastics, organic materials, metals, and semiconductors –strongly absorbs UV light. So, the laser energy effectively processes the material, rather than just passing right through it. This also makes UV lasers particularly adept at working the composites and multilayer materials used increasingly in microelectronics and other industries.

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Zweitens bedeutet eine hohe Absorption auch, dass das UV-Laserlicht nicht weit in ein Material eindringt, wodurch die Größe der sogenannten „Wärmeeinflusszone“ effektiv minimiert wird. Die HAZ ist der Bereich, der das lasererzeugte Merkmal (Schnitt, Loch usw.) umgibt, das durch das Laserlicht beschädigt oder in seinen Eigenschaften verändert werden könnte.

Drittens kann UV-Licht besser nach unten fokussiert werden als längerwelliges sichtbares oder infrarotes (IR) Licht. Das bedeutet, dass ein UV-Laser kleinere Löcher oder schmalere Schnitte erzeugen kann.

Nanosekundenlaser treffen den „Sweet Spot“

Nanosekundenpulsbreite, diodengepumpte Festkörperlaser sind die beliebteste industrielle UV-Quelle, da sie für die meisten Hersteller den „Sweet Spot“ darstellen. Sie sind wirtschaftlich attraktiv (in US-Dollar pro Watt), arbeiten typischerweise mit relativ hohen Impulswiederholungsraten und sind auch mit ziemlich hohen Ausgangsleistungen erhältlich. Dies ermöglicht eine kostengünstige Produktion mit hohem Durchsatz.

Hersteller sind jedoch stets bestrebt, ihre Prozesse weiter zu verbessern und Kosten zu senken. Bezogen auf die Laserquelle bedeutet dies häufig eine höhere Ausgangsleistung, da diese meist einen erhöhten Prozessdurchsatz ermöglicht.

Es gibt nur ein kleines Problem dabei, dies mit Festkörper-UV-Lasern zu tun. (Eigentlich gibt es eine Menge, aber wir werden hier nur über einen von ihnen sprechen!) Dies liegt daran, dass Festkörperlaser Infrarotlicht (IR) emittieren. Daher wird im Laser ein THG-Kristall (Third Harmonic Generation) verwendet, um das IR-Licht in UV umzuwandeln.

Aber erinnern Sie sich, warum UV-Licht in den meisten Materialien so gut absorbiert wird? Das bedeutet, dass es wirklich schwierig ist, zumindest eine gewisse Absorption der Laserenergie im THG-Kristall zu vermeiden. Und da sich der THG-Kristall im Inneren des Lasers befindet, ist er viel UV-Licht ausgesetzt.

Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, einen Mechanismus direkt in den Laser einzubauen, der den THG-Kristall periodisch physikalisch bewegt. Die Idee ist, den Fokus des Laserstrahls im Kristall ständig zu ändern, bevor er an einer bestimmten Stelle katastrophal versagt.

Dieser Ansatz funktioniert gut und wird seit Jahren für unsere Produkte verwendet. Offensichtlich erhöht es jedoch die Kosten und die Komplexität des Lasers. Außerdem gibt es jedes Mal, wenn der Kristall an eine neue Position verschoben wird, geringfügige Änderungen der Ausgangsleistung und anderer Strahlparameter, die den Prozess und damit die Teilequalität beeinflussen können.

Ein anderer Ansatz besteht darin, das Problem einfach vollständig zu ignorieren und den THG-Kristall an einer einzigen Stelle zu belassen, bis der Laser stirbt. Dies macht den Laserkopf viel kostengünstiger und ist eine großartige Idee, solange Sie nichts gegen eine geringe Laserzuverlässigkeit, eine schlechte Ausgabekonsistenz oder eine kurze Lebensdauer (<3000 Stunden) haben.