一、引言

　　自1960年臺激光器問世以來，激光的研究及其在各個領域的應用得到了迅速的發展。其高相干性在高精密測量、物質結構分析、信息存儲及通信等領域得到了廣泛應用。激光的高方向性和高亮度可廣泛應用于加工制造業。隨著激光器件、新型受激輻射光源，以及相應工藝的不斷革新與優化，尤其是近20年來，激光制造技術已滲入到諸多高新技術領域和產業，并開始取代或改造某些傳統的加工業。

　　1987 年美國科學家提出了微機電系統(MEMS)發展計劃，這標志著人類對微機械的研究進入到一個新的時代。目前，應用于微機械的制造技術主要有半導體加工技術、微光刻電鑄模造(LIGA)工藝、超精密機械加工技術以及特種微加工技術等。其中，特種微加工方法是通過加工能量的直接作用，實現小至逐個分子或原子的去除加工。特種加工是利用電能、熱能、光能、聲能、化學能等能量形式進行加工的，常用的方法有：電火花加工、超聲波加工、電子束加工、離子束加工、電解加工等等。近年來發展起來一種可實現微小加工的新方法：光成型法，包括立體光刻工藝、光掩膜層工藝等。其中利用激光進行微加工顯示出巨大的應用潛力和誘人的發展前景。

　　為適應21世紀高新技術的產業化、滿足微觀制造的需要，研究和開發高性能激光源勢在必行。作為激光加工的一個分支，激光微加工在過去十年被廣泛關注。其中原因之一是由于更加有效的激光源不斷涌現。比如具有非常高峰值功率和超短脈沖固體激光，有很高光束質量的二極泵浦的Nd:YAG激光器等。另外一個原因是有了更為、高速的數控操作平臺。但一個更為重要的原因是不斷涌現的工業需求。在微電子加工中，半導體層的穿孔、寄存器的剪切和電路修復都用到激光微加工技術。激光微加工一般所指加工尺寸在幾個到幾百微米的工藝過程。激光脈沖的寬度在飛秒（fs）到納秒（ns）之間。激光波長從遠紅外到X射線的很寬波段范圍。目前主要應用于微電子、微機械和微光學加工三大領域。隨著激光微加工技術的發展和成熟，將在更廣的領域得到推廣和應用。

　　二、激光微加工技術的主要應用

　　隨著電子產品朝著便攜式、小型化的方向發展，單位體積信息的提高（高密度）和單位時間處理速度的提高（高速化）對微電子封裝技術提出不斷增長的新需求。例如現代手機和數碼相機每平方厘米安裝大約為1200條互連線。提高芯片封裝水平的關鍵之處就是在不同層面的線路之間保留微型過孔的存在，這樣通過微型過孔不僅提供了表面安裝器件與下面信號面板之間的高速連接，而且有效地減小了封裝面積。

　　另一方面，隨著近年來全球手機、數碼相機和筆記本電腦等便攜式電子產品向輕、薄、短、小的趨勢發展，印制線路板（PCB）逐步呈現出以高密度互連技術為主體的積層化、多功能化特征。為了有效地保證各層間的電氣連接以及外部器件的固定，過孔（via）已成為多層PCB的重要組成部分之一。目前鉆孔的費用通常占PCB制板費用的30%-40%。在高速、高密度的PCB設計時，設計者總是希望過孔越小越好，這樣板上不僅可以留有更多的布線空間。而且過孔越小，越適合用于高速電路。傳統的機械鉆孔最小的尺寸僅為100μm，這顯然已不能滿足要求，代而取之的是一種新型的激光微型過孔加工方式。目前用CO2激光器加工在工業上可獲得過孔直徑達到在30-40μm的小孔或用UV激光加工10μm 左右的小孔。

　　激光微加工技術在設備制造業、汽車以及航空精密制造業和各種微細加工業中可用激光進行切割、鉆孔、雕刻、劃線、熱滲透、焊接等，如20多微米大小的噴墨打印機的噴墨口的加工。利用諸如微壓型、打磨拋光等激光表面處理技術來加工多種微型光學元件，也可通過諸如激光填充多孔玻璃，玻璃陶瓷的非晶化來改變組織結構，然后，通過調和外部機械力，再在軟化階段依靠等離子體輔助進行微成形來加工微光學元件。

　　常用激光微加工技術

　　激光微加工技術具有非接觸、有選擇性加工、熱影響區域小、高精度與高重復率、高的零件尺寸與形狀的加工柔性等優點。實際上，激光微加工技術的特點是“直寫”加工，簡化了工藝，實現了微型機械的快速成型制造。此外，該方法沒有諸如腐蝕等方法帶來的環境污染問題，可謂“綠色制造”。在微機械制造中采用的激光微加工技術有兩類：

　　1) 材料去除微加工技術，如激光直寫微加工、激光LIGA 等；

　　2) 材料堆積微加工技術，如激光微細立體光刻、激光輔助沉積、激光選區燒結等。

　　2.1 激光直寫技術

　　準分子激光波長短、聚焦光斑直徑小、功率密度高，非常適合于微加工和半導體材料加工。在準分子激光微加工系統中，大多采用掩膜投影加工，也可以不用掩膜，直接利用聚焦光斑刻蝕工件，將準分子激光技術與數控技術相結合，綜合激光光束掃描與X-Y 工作臺的相對運動以及Z 方向的微進給，可以直接在基體材料上掃描刻寫出微細圖形，或加工出三維微細結構。目前采用準分子激光直寫方式可加工出線寬為數微米的高深寬比微細結構。另外，利用準分子激光采取類似快速成型(RP)制造技術，采用逐層掃描的方式進行三維微加工的研究也已取得較好結果。

　　2.2 激光LIGA 技術

　　它采用準分子激光深層刻蝕代替載射線光刻，從而避開了高精密的載射線掩膜制作、套刻對準等技術難題，同時激光光源的經濟性和使用的廣泛性大大優于同步輻射載光源，從而大大降低 LIGA 工藝的制造成本，使LIGA技術得以廣泛應用。盡管激光LIGA 技術在加工微構件高徑比方面比載射線差，但對于一般的微構件加工完全可以接受。此外，激光LIGA 工藝不像載射線光刻需要化學腐蝕顯影，而是“直寫”刻蝕，不存在化學腐蝕的橫向浸潤腐蝕影響，因而加工邊緣陡直，精度高，光刻性能優于同步載射線光刻。

　　2.3 激光微立體光刻(mSL)技術

　　它是立體光刻(SLA)工藝這一先進的快速成型技術應用到微制造領域中衍生出來的一種加工技術，因其加工的高精度與微型化，故稱為微立體光刻(Microstere-olithography 或mSL)。同其他微加工技術相比，微立體光刻技術的特點是不受微型器件或系統結構形狀的限制，可以加工包含自由曲面在內的任意三維結構，并且可以將不同的微部件一次成型，省去微裝配環節，如圖2所示。此外，該技術還有加工時間短、成本低、加工過程自動化等優點，為微機械批量化生產創造了有利條件。該技術的局限性在于兩方面：

　　 精度較低，目前基于快速成型的微加工技術的水平方向的精度在1mm 左右，而垂直方向大約為3mm，顯然這一精度無法同基于集成電路的硅微加工工藝相比。