激光微细熔覆电子浆料柔性布线技术与设备

论文题目: 激光微细熔覆电子浆料柔性布线技术与设备

论文类型: 博士论文

论文专业: 物理电子学

作者: 李祥友

导师: 曾晓雁

关键词: 激光微细熔覆,电子浆料,柔性布线,导线制备,控制软件,工艺参数,开放式数控系统

文献来源: 华中科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 随着电子产品不断向着短、小、轻、薄、高性能化方向的发展,残酷的市场竞争迫切要求生产厂家能够在很短周期内制备出价廉质优的线路板,并要求所制备导线的线宽更窄,线间距更小,电子元器件的集成度更高。在国家自然科学基金及国家“863”高技术发展研究计划项目的资助下,本文在国内外率先提出了激光微细熔覆电子浆料柔性布线技术,实现了在陶瓷基板、玻璃基板和有机环氧板等绝缘基材表面制备导线及线路板,并系统研究了导线制备过程中的关键科学问题,在此基础上集成制造了激光微细熔覆设备。本文体现了该项目的部分研究成果。主要研究结果总结如下: 在国内外率先提出了采用激光微细熔覆电子浆料直写导线的工艺,即通过匀胶——烘干——激光处理,形成导电图形——有机溶剂清洗未辐照浆料区域——烧结固化的工序,可以在各种基板表面制备导线。根据上述新工艺,利用光纤激光器聚焦后辐照均匀预置的导电浆料层,分别在陶瓷基板、玻璃基板和有机环氧树脂基板上制备出了最小线宽为20 μm、50 μm和80 μm的银导线,大幅度地突破了现有丝网印刷或者模板印刷厚膜工艺所能制备的极限线宽; 并且与同类的激光柔性布线技术相比,其导线制备效率提高了2～3 个数量级。通过对所制备的导线进行表面形貌分析与性能测试,结果表明,所制备的导线表面光滑,与基板的结合强度均可达MPa 数量级; 树脂基板和玻璃基板的电阻率可达10-5 Ω.cm,陶瓷基板的电阻率可达10-6 Ω.cm,这和纯块状银在同一数量级,导电性能优良。上述结果表明, 采用激光微细熔覆电子浆料技术在绝缘基板表面制备导线的导电率以及导电层与基板的结合力都能够满足工业应用的要求。系统研究了激光工艺参数对所制备导线厚度及宽度这两个最重要物理量的影响规律。研究结果表明,激光功率密度和扫描速度对导线的厚度影响不大,但是对导线的宽度影响十分明显。特别是激光光斑直径的大小对导线的宽度存在重要的影响,光斑直径越小,导线越细。一般来说,降低功率密度、提高扫描速度可以减小导线的宽度。但功率密度和扫描速度都存在着极限范围,只有使用处于此范围内的参数才能得到质量较好的导线。根据热力学原理,定性分析了该现象出现的原因。通过对电子浆料及所制备导线进行差热分析、热重分析、SEM形貌观察以及EDS能谱分析等,系统研究并初步掌握了激光微细熔覆电子浆料技术中导线成型、与基板

论文目录:

摘要

ABSTRACT

1 概论

1.1 引言

1.2 现有的布线方法与工艺简介

1.3 激光柔性布线技术的国内外发展概况

1.4 本课题的来源、方法、理论依据以及应用前景

1.5 本文的研究目标、技术路线、技术关键及创新

1.6 本章小结

2 激光微细熔覆电子浆料制备导体原理及质量控制基础

2.1 前言

2.2 激光微细熔覆柔性布线技术的原理及可行性分析

2.3 激光微细熔覆柔性布线预置层控制研究

2.4 本章小结

3 激光微细熔覆电子浆料制备导线的质量控制规律研究

3.1 前言

3.2 实验材料及设备

3.3 布线工艺对导体厚度的影响

3.4 布线工艺对导体宽度的影响

3.5 导电浆料粘度对导线致密性的影响

3.6 激光微细熔覆柔性布线温度场构建及其数值解

3.7 本章小结

4 激光微细熔覆电子浆料制备导线机理研究

4.1 前言

4.2 导电浆料的热分析

4.3 预置层和导线的SEM 微观形貌

4.4 EDS 能谱分析

4.5 导体成型机理和附着机理探讨

4.6 激光微细熔覆柔性布线的唯象模型

4.7 本章小结

5 导体性能研究与测试

5.1 前言

5.2 导体轮廓及表面状况

5.3 与基板的结合强度

5.4 电阻率

5.5 可焊性(或润湿性)

5.6 本章小结

6 激光微细熔覆柔性布线设备及控制系统硬件设计

6.1 前言

6.2 设备的设计与制造

6.3 设备的性能指标

6.4 激光微细熔覆柔性布线控制系统组成及设计

6.5 本章小结

7 激光微细熔覆柔性布线控制软件实现及其应用

7.1 前言

7.2 开放式运动控制系统及其开发方法

7.3 激光微细熔覆柔性布线系统软件设计与实现

7.4 激光微细熔覆控制系统中关键模块及算法

7.5 系统功能简介

7.6 激光微细熔覆柔性布线技术的应用

7.7 本章小结

8 总结与展望

8.1 主要结论

8.2 问题和展望

致谢

攻读博士学位期间所发表的论文和成果

发布时间: 2006-04-05

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