脈沖激光打標(biāo)機(jī)激光打標(biāo)機(jī)模型

除了可以兼容平面光刻法中已有的大面積掩模曝光掩模加工技術(shù)外，還可以采用聚焦光束直接寫(xiě)入加工方式。這種激光打標(biāo)機(jī)的加工方式摒棄了常規(guī)工藝中的掩模，將高度聚焦的激光束按加工軌跡和結(jié)構(gòu)要求在基片上進(jìn)行動(dòng)態(tài)移動(dòng)刻蝕操作，屬于點(diǎn)加工方式。其動(dòng)態(tài)移動(dòng)范圍在全三維空間進(jìn)行，移動(dòng)柔性表現(xiàn)為四個(gè)自由度以上

    1.準(zhǔn)分子激光脈沖功率高
    準(zhǔn)分子激光峰值功率可達(dá)吉瓦量級(jí)，形成較大的打標(biāo)加工速率，實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)的快速加工，是激光打標(biāo)機(jī)高速度的開(kāi)端。
    2.加工方式能充分滿足微結(jié)構(gòu)生成的要求
    除了可以兼容平面光刻法中已有的大面積掩模曝光掩模加工技術(shù)外，還可以采用聚焦光束直接寫(xiě)入加工方式。這種激光打標(biāo)機(jī)的加工方式摒棄了常規(guī)工藝中的掩模，將高度聚焦的激光束按加工軌跡和結(jié)構(gòu)要求在基片上進(jìn)行動(dòng)態(tài)移動(dòng)刻蝕操作，屬于點(diǎn)加工方式。其動(dòng)態(tài)移動(dòng)范圍在全三維空間進(jìn)行，移動(dòng)柔性表現(xiàn)為四個(gè)自由度以上，軌跡和結(jié)構(gòu)參數(shù)由加工程控系統(tǒng)保證，并根據(jù)工藝要求預(yù)先設(shè)定。因此對(duì)微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、微圖案設(shè)計(jì)都具有較大的柔性，可實(shí)現(xiàn)打孔、線槽刻蝕、結(jié)構(gòu)生成（去除式）、成形（添加式）、連接等多種微操作。由于柔性高，靈活性大，因此激光微制造可以較大幅度地節(jié)約時(shí)間簡(jiǎn)化制作步驟，提高生產(chǎn)效率。
    3.激光可以實(shí)現(xiàn)大面積或微區(qū)光誘導(dǎo)化學(xué)合成反應(yīng)
    激光誘導(dǎo)光化學(xué)合成反應(yīng)環(huán)境包括氣相環(huán)境、液相環(huán)境以及固液混合環(huán)境，因而可以在微結(jié)構(gòu)成形加工的同時(shí)進(jìn)行表面的化學(xué)修飾或改性。
    4.其他優(yōu)點(diǎn)
    激光打標(biāo)機(jī)中激光加工作為成形加工新技術(shù)還具有很多其他的優(yōu)勢(shì)。如工藝步驟少，具有順序和批量生產(chǎn)加工能力，不必很高的潔凈室設(shè)備和很多昂貴加工工具的巨大投資要求，適用于很寬的加工范圍如高聚物、陶瓷、玻璃、晶體等。
   從定量分析的角度，Brannon等從光化學(xué)過(guò)程的角度出發(fā)，在光吸收和材料刻蝕的基礎(chǔ)上，運(yùn)用比爾法則得到了激光打標(biāo)率公式：式中，Xf為刻蝕率；a為材料的吸收系數(shù)；F為激光能量；Fo為激光閾值能量。
    但這個(gè)公式是建立在激光打標(biāo)機(jī)正在刻蝕過(guò)程是在所有激光脈沖都通過(guò)基片之后才發(fā)生，而且與激光打標(biāo)機(jī)中的激光輻射到基片的時(shí)間無(wú)關(guān)的假設(shè)上。而且僅在刻蝕閾值能量以上的很小的范圍內(nèi)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合的較好。
 

    在此基礎(chǔ)上，Sutcliffe等將激光打標(biāo)機(jī)的刻蝕過(guò)程與吸收光子流量閾值和時(shí)間等因素綜合考慮，得到了新的理論模型。該激光打標(biāo)機(jī)模型將被刻蝕的基片分成l03～1 04個(gè)連續(xù)層，將徼光脈沖也以20ps為單位進(jìn)行分解，計(jì)算出每一時(shí)間段ti內(nèi)傳遞到基片的脈沖能量并利用比爾法則來(lái)計(jì)算深度zj處每層吸收的光子流量，有效光子濃度。

    當(dāng)每單位時(shí)間單位體積內(nèi)吸收的光子數(shù)即光子流量超過(guò)閾值流量Ⅱt時(shí)．即可發(fā)生聚合物的有效分解。當(dāng)所吸收的有效光子濃度超過(guò)閾值光子濃度陽(yáng)即可發(fā)生刻蝕。對(duì)于給定的材料Ⅱt和pt都是常數(shù)。該理論認(rèn)為當(dāng)激光能量在刻蝕閾值之下，所吸收的能量都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，因此熱作用的影響在閾值之上是保持一定的。在這個(gè)理論模型的基礎(chǔ)上得到的刻蝕率曲線與248nm和193nm的準(zhǔn)分子激光在低能量（<1J/cm2）時(shí)刻蝕PMMA和Polymide的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到了較好的吻合。但通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這一激光打標(biāo)機(jī)模型在于所采用的較高能量處與刻蝕率并不符合。