Micromecanizado de materiales cerámicos mediante láser de femtosegundo

Abstract

En este trabajo presentamos la aplicación de pulsos láser ultracortos (110 fs @ 1 kHz; hasta 1.1 mJ/pulso) al micromecanizado de materiales cerámicos, en concreto Rubalit TM 708S, un material compuesto principalmente de alúmina y empleado en la industria microelectrónica. El mecanismo de eliminación de material es la ablación directa, que difiere de la ablación térmica empleada por los láseres convencionales en la prácticamente total ausencia de efectos térmicos, lo que redunda en un aumento significativo de la precisión y calidad del mecanizado. Mediante técnicas basadas en la difracción óptica determinamos el umbral de energía necesario para que tenga lugar el proceso de ablación directa. Con ese dato y regulando la energía por pulso y el número de pulsos somos capaces de producir mecanizados del diámetro y profundidad deseados. Además, el procesado se realiza en aire. Demostramos que es posible ejecutar micromecanizado de calidad mediante este procedimiento en cualquier material cerámico, independientemente de sus propiedades mecánicas, variando ligeramente los parámetros del proceso. En este caso, además de la alúmina hemos procesado SiN sinterizado, un material de uso extendido en la industria. Palabras Clave: Ablación. Láser de femtosegundo. Alúmina. Femtosecond laser micromachining of ceramics In this work, we present the application of ultrashort and intense laser pulses (110 fs @ 1 kHz; up to 1.1 mJ/pulse) to the micromachining of ceramics, specifically Rubalit TM 708S, a material based on alumina and widely used as a substrate in microelectronics. The mechanism for removing material is the so called direct ablation. It differs from thermal ablation of conventional lasers in the practically total absence of thermal effects which produces a remarkable increase of quality and precision of the machining. By means of an optical diffraction-based technique we find out the energy density threshold to work in the direct ablation regime. Adjusting the energy per pulse as well as the number of pulses, we are able to drill holes of the desired diameter and depth. In addition, processing is developed in air. We also demonstrate that high quality fs-laser micromachining is suitable for every ceramic, whatever the mechanical properties, with similar working parameters. In order to show this point, we have also processed sintered SiN, a material of wide-ranging interest in industry.