[發明專利]利用飛秒激光在碳基聚合物表面加工微電路的系統和方法

在審

• 申請號: 202011527336.5
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112518131A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 姜瀾;閆劍鋒;郭恒;黃辰瀟
• 申請（專利權）人: 清華大學;北京理工大學
• 主分類號: B23K26/36
• 分類號: B23K26/36;B23K26/402;B23K26/70
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

1.一種利用飛秒激光在碳基聚合物表面加工微電路的系統，其特征在于該系統包括飛秒激光器、第一反射鏡、第一光闌、第一衰減片、第一擋光板、第二反射鏡、第二光闌、第二衰減片、第二擋光板、第一半透半反鏡、第三擋光板、電控快門、二向色鏡、加工物鏡、聚合物樣品、六維平移臺、第二半透半反鏡、電荷耦合元件、照明燈和計算機；所述的飛秒激光器有振蕩級和放大級兩個出光口，分別輸出兩種模式的飛秒激光，其中，振蕩級輸出的飛秒激光依次經第一反射鏡反射后，通過第一光闌調節光斑直徑，再由第一衰減片調節激光功率，由第一擋光板控制光路通斷；所述的放大級輸出的飛秒激光依次經第二反射鏡反射，再通過第二光闌調節光斑直徑，經第二衰減片調節激光功率，第二擋光板控制光路通斷；所述的振蕩級飛秒激光和所述的放大級飛秒激光分別經第一半透半反鏡透射和反射后，通過電控快門，第三擋光板用于吸收漏光；通過電控快門的飛秒激光，經過二向色鏡反射，進入加工物鏡，經過加工物鏡聚焦，到達聚合物樣品表面，聚合物樣品放在六維平移臺上，隨著平移臺移動；第二半透半反鏡、電荷耦合元件和照明燈組成成像觀測系統，實現對加工過程的實時觀測；飛秒激光器、電控快門、六維平移臺電荷耦合元件照明燈通過信號線與計算機連接，由計算機控制。

2.一種利用飛秒激光在碳基聚合物表面加工微電路的方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

(1)搭建一個如權利要求1所述的利用飛秒激光在碳基聚合物表面加工微電路的系統，系統包括飛秒激光器、第一反射鏡、第一光闌、第一衰減片、第一擋光板、第二反射鏡、第二光闌、第二衰減片、第二擋光板、第一半透半反鏡、第三擋光板、電控快門、二向色鏡、加工物鏡、聚合物樣品、六維平移臺、第二半透半反鏡、電荷耦合元件、照明燈和計算機；所述的飛秒激光器有振蕩級和放大級兩個出光口，分別輸出兩種模式的飛秒激光，其中，振蕩級輸出的飛秒激光依次經第一反射鏡反射后，通過第一光闌調節光斑直徑，再由第一衰減片調節激光功率，由第一擋光板控制光路通斷；所述的放大級輸出的飛秒激光依次經第二反射鏡反射，再通過第二光闌調節光斑直徑，經第二衰減片調節激光功率，第二擋光板控制光路通斷；所述的振蕩級飛秒激光和所述的放大級飛秒激光分別經第一半透半反鏡透射和反射后，通過電控快門，第三擋光板用于吸收漏光；通過電控快門的飛秒激光，經過二向色鏡反射，進入加工物鏡，經過加工物鏡聚焦，到達聚合物樣品表面，聚合物樣品放在六維平移臺上，隨著平移臺移動；第二半透半反鏡、電荷耦合元件和照明燈組成成像觀測系統，實現對加工過程的實時觀測；飛秒激光器、電控快門、六維平移臺電荷耦合元件照明燈通過信號線與計算機20連接，由計算機控制；

(2)對飛秒激光加工系統進行調試：開啟飛秒激光器，使用擋光板阻斷振蕩級激光光路，輸出放大級激光，調節激光聚焦前的光斑直徑為5mm，調節飛秒激光的功率，以實現在碳基聚合物樣表面產生加工效果；調節六維平移臺的高度，使固定功率下飛秒激光在碳基聚合物樣品表面掃線產生的線寬最小，此時飛秒激光通過加工物鏡聚焦到碳基聚合物樣品表面；

(3)使用第二擋光板將放大級激光光路阻斷，控制電控快門輸出振蕩級激光，并通過加工物鏡聚焦，根據待加工微電路的整體外輪廓，調整六維平移臺的平移路徑，并控制激光功率，使振蕩級激光在碳基聚合物樣品表面產生碳化加工效果，形成包含微電路區域的碳化區；

(4)使用第一擋光板將振蕩級激光光路阻斷，控制電控快門輸出放大級激光，并通過加工物鏡聚焦，根據待加工微電路的形狀，調整六維平移臺的平移路徑，并控制激光通量，使得放大級激光焦點依次掃描微電路元件之間或電極之間的間隙區域，去除微電路元件之間或電極之間的間隙區域上的碳化層，完成在碳基聚合物表面微電路的加工。