后摩尔时代激光技术在集成电路制造中的应用

随着摩尔定律逼近物理极限,集成电路制造领域正寻求突破传统技术的创新方法,先进制程和先进封装是未来集成电路制造的两大重点发展方向。激光技术作为一种无机械接触的高精度加工手段,其微尺度精准物理调控能力具有突出优势。重点讨论激光技术在集成电路制造中的多样化应用,如极紫外线光刻机(extreme ultraviolet,EUV)在先进制程中的应用,激光技术在硅通孔(through silicon via,TSV)、键合/解键合、激光划片、隐切和激光退火等先进封装技术中的关键作用。这些技术不仅提升了集成电路的性能和能效比,还为实现更低成本、更小尺寸的集成电路提供了可能。本文总结了激光技术在集成电路制造中的发展前景和面临的挑战,指出了技术创新和工艺改进的必要性,并展望了激光技术将如何助力集成电路产业实现新的突破和发展。

专利视角下激光冲击强化技术发展现状研究

激光冲击强化是一种利用激光束对金属材料表面改性的表面强化技术,具有非接触、可控性强、强化效果突出等特点,在金属表面强化领域得到广泛应用。为更好地了解激光冲击强化技术发展现状和趋势,推动我国在该技术领域的科技研究和创新应用发展,基于Incopat专利数据库,对全球激光冲击强化专利的申请趋势、区域布局、创新主体、研究主题等进行多维度分析。研究发现:激光冲击强化技术正处于发展上升周期,美国、日本是该领域重要的创新主体;中国虽起步较晚,但发展迅速,尤其近几年专利数量逐渐占据主导地位,显示了强大的创新活力,但也存在研究主体集中在高校、科研院所,海外布局薄弱等问题。对此,提出了我国激光冲击强化技术的发展建议。

激光选区熔化316L不锈钢激光冲击强化后处理工艺研究

为研究激光冲击强化对激光选区熔化增材316L不锈钢材料表面性能和机械性能影响,对激光增材316L不锈钢样件进行激光冲击强化2次和4次处理,使用数码显微镜对样件表面状态和粗糙度进行分析,利用维氏硬度计对激光冲击强化前后316L不锈钢样件的表面硬度进行显微硬度测试,利用拉伸性能测试机和疲劳寿命测试设备对样件的抗拉强度和疲劳寿命进行测试,最后使用摩擦设备对样件表面耐磨性进行测试分析。结果显示:激光冲击强化可以提升激光增材316L不锈钢的表面硬度,强化4次之后硬度提升19%。激光冲击强化对样件疲劳寿命提升明显,强化2次之后疲劳寿命提升130%。但是,激光冲击强化对316L不锈钢样件的抗拉强度和耐磨性提升效果不明显,只是小幅度优化。

紫外超短脉冲激光硅表面微槽刻蚀研究

硅基微流控板已经被广泛应用于微流控领域,超短脉冲激光技术提供了一种灵活、精确的硅表面微槽制造方法。为降低激光作用过程中对硅材料的热影响,使用脉冲宽度为12 ps的紫外超短脉冲激光进行刻蚀,分析不同激光功率和激光扫描次数等激光刻蚀参数对微槽的影响。在激光共聚焦显微镜的帮助下,研究不同激光参数对微槽深度变化以及微槽底部粗糙度的影响,结果显示增加激光功率和激光扫描次数能有效提升微槽深度,并且也会增加微槽底部的粗糙度。

车用激光照明研究进展及关键技术分析

激光具有能量密度高、方向性好等特点,采用激光光源的汽车前照灯具有高亮度、照射距离远等优点,已成为固态照明领域的研究热点之一。尤其是在宝马和奥迪公司相继推出汽车激光前照灯后,各国科学家围绕车用激光照明展开了新一轮的角逐。对车用激光照明的工作原理、基本结构进行了介绍,总结了车用激光照明的研究现状、发展趋势,还对车用激光照明的关键技术进行了分析。

钛合金及其激光加工技术在航空制造中的应用

钛合金作为一种具有战略意义的新型金属结构材料,广泛应用于航空制造领域。本文对航空用钛合金及其激光加工技术的研究应用情况进行综述。重点介绍钛合金在飞机机身、航空发动机、航空紧固件等方面的应用发展情况;结合航空工业钛合金应用的实际情况,介绍了几种典型的钛合金激光加工制造技术的应用现状;并讨论航空用钛合金未来发展趋势。

激光熔覆技术在高速转子轴修复中的应用研究

本文以激光熔覆后机加工的方式修复空压机高速转子轴。熔覆过程中采取了一系列抑制基材升温的措施。控制扫描速度、送粉速度和保护气流量不变,在不同激光功率和熔覆搭接率的条件下,开展了多组单道和多道搭接熔覆实验并进行检测。结果显示激光功率600 W,搭接率27.5%时熔覆效果最优,熔覆层硬度HRC53-56,与基体实现冶金结合;熔覆过程基材温度始终维持100℃以下;修复后经着色渗透探伤,熔覆层无开裂、气孔等缺陷,经动平衡检测及调整,达到装机运行要求。

激光冲击强化技术研究与应用现状

激光冲击强化是一种利用激光束对金属材料表面改性的表面强化技术,能够改善材料表层微观组织,产生加工硬化和一定深度的残余压应力,有效提高材料疲劳性能、延长材料服役寿命。介绍了激光冲击强化的技术原理,综述了激光冲击强化技术的工艺参数、数值模拟和主要应用研究,并就该技术后续研究与发展进行了展望。

碳纤维复合材料激光加工热损伤问题的研究现状

碳纤维复合材料(CFRP)是由碳纤维和基体组成的二相或多相结构,具有非均质和各向异性,且碳纤维的硬度很高,采用传统的机械加工方式易出现如刀具磨损、复合材料分层、纤维破碎及加工后性能变差等问题。使用激光加工可以克服其技术方面所面临的各种困难,但由于CFRP中碳纤维增强体在热膨胀系数、气化温度等热力学性能方面与基体存在相当大差异,激光加工过程中易出现热影响区、纤维拔出、复合材料分层、纤维末端膨胀等热损伤缺陷,严重影响CFRP的静态强度,导致激光加工CFRP面临巨大挑战。综述了国内外降低激光加工碳纤维复合材料的研究现状,通过采用短脉冲、短波长、重复频率高的激光光源,以及提高加工速度、改进加工路径、一定压力的吹气等多种方法降低激光与材料的作用时间,从而减少热效应。

碳纤维复合材料皮秒激光加工工艺研究

采用不同波长皮秒激光器在碳纤维复合材料板材上进行制孔加工,研究了不同波长(532,355 nm)、扫描速度(3 000、3 500、4 000、4 500、5 000 mm/s)、加工缝宽(0.4、0.5、0.6 mm)对加工孔表面热影响区、孔锥度、加工时长等加工质量的影响。结果表明:激光波长越短,加工孔的表面质量越好,热影响区越小。在5 mm厚的碳纤维板材上加工直径为3 mm的孔,当激光波长为532 nm时,加工孔边缘热影响区大小为200μm;当激光波长为355 nm时,加工孔边缘热影响区大小为70μm。在不影响加工效率的前提下,一定范围内,加工速度越大越好,缝宽越小越好。当扫描速度为5 000 mm/s、加工缝宽为0.4 mm时,表面孔边缘热影响区大小仅为33.8μm,其孔径上下表面差为184.1μm,均为以上所有参数条件下最好效果。

金属表面激光清洗技术及其应用

金属表面清洗工艺是现代工业生产中涂装、连接、维护和修理的重要环节。目前传统清洗方法在高精度要求和环境保护限制下其应用受到很大的制约。激光清洗技术作为近年来迅速发展的一种高效、绿色清洗技术,与机械打磨清洗、高压水射流清洗、化学清洗、喷砂清洗等传统清洗工艺相比,具有精准度高、低损伤、零排放和无污染的优点,极具应用前景。对激光清洗技术的原理、特点及分类进行了简述,重点介绍了金属表面激光清洗技术的研究及应用,最后对激光清洗技术的研究和发展进行了展望。

激光焊接过程质量评价研究综述

现代激光焊接加工工艺具有焊接速度快、焊缝强度高等优点,但伴随而来的各种缺陷也成为限制激光焊接进一步提高的"瓶颈"。通过综述焊缝缺陷的形成机理介绍了焊接过程中物理现象、采集信号与焊接质量之间的关系,随后综述了不同传感技术的研究现状及发展趋势,分析了其各自的特点。最后,明晰了激光焊接过程质量评价方面需要进一步研究的内容。

不同切割气体氛围下激光切割钛合金性能研究

本文以民用大飞机蒙皮用TC4钛合金材料为实验对象,进行了不同切割气体和切割参数下,1.6 mm厚度TC4板材的激光切割实验,并对切割的表面质量和相变区进行了检测。研究发现,Ar切割表面呈现白亮的金属色泽,N2切割表面呈现黑灰色;切割缝附近的相变区由重熔区和热影响区组成,相同参数条件下,N2切割表面粗糙度小于Ar切割表面粗糙度,但Ar切割相变区深度小于N2切割相变区,激光热输入是影响相变区深度的主要因素;同种切割气体气氛下,板材下表面附近的相变区深度大于上表面附近的相变区深度。

TC4钛合金激光切割热影响区及性能研究

为了研究TC4钛合金民用大飞机蒙皮材料的激光切割工艺,分别对0.8mm和1.6mm的TC4钛合金板材进行激光切割工艺试验,研究了切割后板材热影响区的组织、深度,试件的拉伸性能及断口形貌。结果表明:切割速度是影响切割质量的主要因素;热影响区分为熔化区和非熔化区,组织与基体完全不同;热影响区深度受切割工艺的影响较大,板材下表面的热影响区深度均大于上表面;热影响区的存在影响板材的拉伸性能,且热影响区深度越深,材料的拉伸性能越差;有无热影响区的试样断口形貌均属于塑性断裂。

WC-Co硬质合金涂层的激光熔覆工艺研究

通过混合不同粒径、不同比例WC颗粒的纯Co粉末,在不同工艺装备和参数下进行激光熔覆试验及结果检测,证明大芯径、大光斑的半导体激光更适用于金属基硬质合金熔覆。通过降低光斑能量集中度,降低输入功率,减小热输入,增大WC颗粒粒径,降低WC颗粒的热敏感度,能有效抑制WC熔解和分解,减小熔覆层气孔数量和尺寸。采用基材预热或全Ar气保护可降低熔覆层的开裂倾向。全Ar气保护条件下,采用输入功率800 W、扫描速度4 mm/s、送粉率11 Hz参数组,或基材预热400~450℃条件下,采用输入功率800 W、扫描速度7 mm/s、送粉率11 Hz参数组,均获得了WC质量分数60%、无开裂、低气孔率的大面积WC-Co激光熔覆硬质合金涂层。

动力电池用铝合金准连续脉冲激光焊接特性研究

激光焊接因其能量集中、热影响区小和易于自动化等优势在各行业中得到了广泛应用,特别是在动力电池焊接领域铝合金的激光焊接技术得到了极高关注。利用准连续脉冲激光器实验研究铝合金焊接问题,探讨不同激光工艺参数对铝合金焊接性能的影响,改变激光功率和焊接速度来研究其对焊缝力学性能和形貌的影响。实验研究发现,激光工艺参数对铝合金焊缝抗拉强度和熔池形貌有较大影响,选择合适的激光工艺参数有利于提高焊缝的抗拉强度,减少焊缝缺陷。

硬质合金皮秒激光加工工艺研究

在WC粒径0.7~0.8μm、质量分数91.5%~92.0%的Co-WC二元硬质合金上进行了恒定单脉冲能量下,不同填充间距和加工次数的皮秒脉冲激光加工工艺试验研究,发现在小于光斑宽度的填充间隔尺寸范围内,填充间隔增大,加工面呈现表面粗糙度降低的光整加工效果;填充间距减小,激光对材料的蚀除效果增加;加工次数越多,材料去除深度越大;加工次数持续增加,材料表面钝化失活,激光的蚀除作用减弱;通过对激光加工区域的残余应力检测,发现皮秒激光加工对硬质合金表面残余应力影响不明显;对硬质合金钻头副切削刃口进行脉冲激光刃口修磨,去除了砂轮修磨残留的微观缺口,获得了更好的刃口质量和前刀面表面质量。

纳秒激光清洗5083铝合金阳极氧化膜试验研究

5083铝合金表面极易形成微米级阳极氧化膜,显著影响其焊接质量。实验采用波长1 064 nm的纳秒光纤激光器对5083铝合金表面的阳极氧化膜进行激光清洗试验研究。采用不同激光清洗工艺参数,研究激光功率、扫描速度和脉宽对激光清洗效果的影响,总结了优化的激光参数组合,并验证此参数组合对应的清洗效果。研究表明,激光清洗5083铝合金表面阳极氧化膜优化的激光清洗参数组合为功率P=42 W,扫描速度V=4 725 mm/s,频率f=250 kHz,脉宽T=100 ns。扫描电镜结果显示,阳极氧化膜可得到完全剥离,清洗效果好。

复合材料表面镀铝膜层的超快激光刻蚀特性研究

表面镀金属薄膜的复合材料具有耐热、抗辐射和低膨胀率等特点,是一种应用于航空航天、信息传导等领域中电磁波传输控制的高效透波材料。以复合材料基底不损伤为前提,实现对特定金属覆膜结构的精准、低损剥离刻蚀是其发挥功能的必要条件。本文针对铝覆膜石英纤维复材结构的剥离刻蚀需求,探索研究了超快飞秒激光扫描次数、光斑搭接、能量密度等关键参数对刻蚀结果的影响与表现。研究发现采用脉冲频率100 kHz、波长1 030 nm、脉宽480 fs的超快激光刻蚀时,参数组合为:能量密度3.80 J/cm^(2),光斑搭接率60%,光束扫描次数为3次情况下,可以实现基材纤维基本无损伤的铝膜刻蚀与剥离。上述研究结果可用于铝覆膜石英纤维复材结构件的低损激光刻蚀,也可为其他类似结构的透波材料高质量超快激光加工提供研究思路和方法。

皮秒激光制备表面微结构对摩擦性能的影响

采用皮秒激光在不锈钢表面加工形成了6种不同规则形态的微结构,这些微结构微观形貌呈现微米级类波纹状突起,突起表面分布有一个个纳米级的小微坑。加工区域元素的组成成分基本和基底一样,含量也接近,只有C元素含量有所增加,Fe元素含量有所降低。织构区域的摩擦系数普遍都比无织构区域小,无织构的不锈钢薄板摩擦系数在0.8～0.9之间,而织构过的表面摩擦系数明显降低,在0.1～0.2之间。摩擦系数均呈现出先爬升后稳定的变化,但织构表面相对未织构表面摩擦系数达到稳定状态的时间较短。织构表面摩擦系数在4 000～7 500s时显著升高,表面微结构的减磨作用贡献结束。织构表面磨斑均比原始表面的磨斑宽,当摩擦方向垂直于织构表面,具有更好的减磨作用。