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Récents progrès expérimentaux et théoriques en micro-perçage des polymères par faisceaux laser ultraviolets

Published online by Cambridge University Press:  21 July 2006

Sylvain Lazare
Affiliation:
Laboratoire de Physico-Chimie Moléculaire, LPCM UMR 5803, Université de Bordeaux 1, 351 cours de la Libération, 33405 Talence, France
Vladimir Tokarev
Affiliation:
Laboratoire de Physico-Chimie Moléculaire, LPCM UMR 5803, Université de Bordeaux 1, 351 cours de la Libération, 33405 Talence, France
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Abstract

L'utilisation du perçage laser s'avère une alternative incontournable lorsque le diamètre de perçage est aux environs de 10 à 50 $\mu $m, domaine où les moyens conventionnels deviennent difficiles à mettre en œuvre et coûteux. De plus il se présente comme une technique de choix pour un certain nombre de matériaux : les composites, les mous et les ultradurs, qui ne sont pas travaillés facilement au niveau microscopique avec les outils de coupe mécaniques. Nous avons apporté la preuve que des conditions d'expérience bien choisies sont capables de produire des micro-trous avec des rapports de forme records (jusqu'à 600) dans des polymères purs comme les PET, PI, PC, PS, PMMA, PEEK,... Par exemple des trous de diamètre typiquement dans les 30 $\mu $m peuvent être aussi longs que 18 mm, profondeur à laquelle la vitesse tombe presque à zéro, et le profil devient stationnaire. D'autres matériaux (métaux, céramiques), qui peuvent être de la même façon micropercés par laser, n'offrent pas les mêmes rapports de forme aussi élevés. Les mécanismes du processus de perçage ont été étudiés en détail et un modèle analytique original a été construit récemment. Les divers résultats expérimentaux, obtenus avec le laser KrF, sont revus en insistant sur les paramètres conduisant à la formation de "bons" trous avec les rapports de forme élevés. Pour les applications il est aussi important de noter que de tels rapports de forme élevés sont obtenus avec la configuration ordinaire du laser KrF ayant une divergence de 3 mrad en standard. Cependant, comme le modèle le montre, il y a encore de l'espace pour une amélioration du rapport de forme en utilisant un faisceau avec une divergence plus faible (la limite théorique est 0,2 mrad). De nouveaux travaux de recherche se poursuivent actuellement.

Type
Research Article
Copyright
© AFM, EDP Sciences, 2006

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References

Braren, B., Srinivasan, R., Optical and photochemical factors which influence etching of polymers by ablative photodecomposition, J. Vac. Sci. B 3 (1985) 913917 CrossRef
Olson, R.W., Swope, W.C., Laser drilling with focused Gaussian beams, J. Appl. Phys. 72 (1992) 36863696 CrossRef
M. Olfert, W.W. Duley, Holographic interferometry of isotherms during laser drilling of fused quartz, J. Phys. D: Appl. Phys. 29 (1996) 1140–1145
Clarke, J.A., Givens, T.S., Williamson, J.T., Laser drilling of diesel fuel injector nozzles, Lambda Highlights 62 (2003) 45
Dausinger, F., Hügel, H., Konov, V., Micro-machining with ultrashort laser pulses: from basic understanding to technical applications, Proc. SPIE 5147 (2003) 106 CrossRef
Körner, C., Mayerhofer, R., Hartmann, M., Bergmann, H.W., Physical and material aspects in using visible laser pulses of nanosecond duration for ablation, Appl. Phys. A 63 (1996) 123 CrossRef
Paterson, C., Holmes, A.S., Smith, R.W., Excimer laser ablation of microstructures: A numerical model, J. Appl. Phys. 86 (1999) 6538 CrossRef
Luft, A., Franz, U., Emsermann, A., Kaspar, J., A study of thermal and mechanical effects on materials induced by pulsed laser drilling, Appl. Phys. A 63 (1996) 93 CrossRef
Chen, Y., Zheng, H.Y., Wong, K.S., Tam, S.C., Excimer laser drilling of polymers, Proc. SPIE 3184 (1997) 202 CrossRef
N. Rykalin, A. Uglov, A. Kokora, Laser Machining and Welding (MIR, Moscou 1978)
Lehane, C., Kwok, H.S., Enhanced drilling using a dual-pulse Nd:YAG laser, Appl. Phys. A 73 (2001) 45 CrossRef
Otani, T., Herbst, L., Heglin, M., Govorkov, S.V., Wiessner, A.O., Microdrilling and micromachining with diode-pumped solid-state lasers, Appl. Phys. A 79 (2004) 1335 CrossRef
Lazare, S., Lopez, J., Weisbuch, F., High-aspect-ratio microdrilling in polymeric materials with intense KrF laser radiation, Appl. Phys. A 69 (1999) S1 CrossRef
Lopez, J., Lazare, S., Microperçage des polymères par laser à excimère, J. Phys. IV France 9 (1999) 153 CrossRef
Lopez, J., Lazare, S., Weisbuch, F., High aspect ratio microdrilling in polymeric materials with intense KrF laser radiation, Proc. SPIE 3822 (1999) 77 CrossRef
Tokarev, V.N., Lopez, J., Lazare, S., Modelling high aspect ratio microdrilling of polymers with UV laser ablation, Appl. Surf. Sci. 168 (2000) 75 CrossRef
Tokarev, V.N., Lopez, J., Lazare, S., Weisbuch, F., High aspect ratio microdrilling of polymers with UV laser ablation: experiment with analytical model, Appl. Phys. A 76 (2003) 385 CrossRef
A.E. Siegman, Lasers, 6th ed., University Science Book, 1986
Lazare, S., Tokarev, V., Recent experimental and theoretical advances in microdrilling of polymers with ultraviolet laser beams, conférence invitée présentée au “Fifth International Symposium on Laser Precision Microfabrication, LPM04” (Nara, Japon, mai 2004), et publié en anglais dans I. Miyamoto, H. Helvajian, K. Itoh, K.F. Kobayashi, A. Ostendorf, K. Sugioka, (ed.), Proceedings of SPIE 5662 (2004) 221231 CrossRef
Weisbuch, F., Lazare, S., Goodall, F.N., Débarre, D., Submicron resolution ablation with a KrF excimer laser beam patterned with a projection lens, Appl. Phys. A 69 (1999) 413 CrossRef
Lazare, S., Benet, P., Surface amorphization of Mylar films with the excimer laser radiation above and below ablation threshold: ellipsometric measurements, J. Appl. Phys. 74 (1993) 4953 CrossRef
Weisbuch, F., Tokarev, V.N., Lazare, S., Débarre, D., Ablation with a single micropatterned KrF laser pulse: quantitative evidence of transient liquid microflow driven by the plume pressure gradient at the surface of polyesters, Appl. Phys. A 76 (2003) 613 CrossRef
Weisbuch, F., Tokarev, V.N., Lazare, S., Belin, C., Bruneel, J.L., Millimeter long nanofibers of PMMA spun at super high speed by ablation with one pulse of the KrF excimer laser, Appl. Phys. A 75 (2002) 677 CrossRef
Weisbuch, F., Tokarev, V.N., Lazare, S., Belin, C., Bruneel, J.L., Millimeter long PMMA nanofibers – A new form of material removal in laser ablation, Thin Solid Films 453–454 (2004) 394 CrossRef
J. Lopez, Ablation profonde et microperçage de matériaux polymères par laser à excimères, Thèse de doctorat de l'Université de Bordeaux 1, 1997
Gamaly, E.G., Rode, A.V., Luther-Davis, B., Ultrafast ablation with high-pulse-rate lasers. Part I: Theoretical considerations, J. Appl. Phys. 85 (1999) 4213 CrossRef
Knowles, M.R.H., Micro-ablation with high power pulsed copper vapor laser, Opt. Expr. 7 (2000) 50 CrossRef
Kamlage, G., Bauer, T., Ostendorf, A., Chichkov, B.N., Deep drilling of metals by femtosecond laser pulses, Appl. Phys. A 77 (2003) 307
Juodkazis, S., Okuno, H., Kujime, N., Matsuo, S., Misawa, H., Hole drilling in stainless steel and silicon by femtosecond pulses at low pressure, Appl. Phys. A 79 (2004) 1555 CrossRef
Shah, L., Tawney, J., Richardson, M., Richardson, K., Femtosecond laser deep hole drilling of silicate glasses in air, Appl. Surf. Sci. 183 (2001) 151 CrossRef
Varel, H., Ashkenasi, D., Rosenfeld, A., Wähmer, M., Campbell, E.E.B., Micromachining of quartz with ultrashort laser pulses, Appl. Phys. A 65 (1997) 367 CrossRef
Zhang, Y., Lowe, R.M., Harvey, E., Hannaford, P., Endo, A., High aspect ratio micromachining of polymers with ultrafast laser, Appl. Surf. Sci. 186 (2002) 345 CrossRef