Ablation laser par double impulsion pico-femtosecondes, mono-bi-chromatique, et multi-perforation de la silice fondue PDF Download

Author: Kévin Gaudfrin
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Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet visant à percer du verre par impulsion laser brève. L'objectif consiste à multi-perforer du verre pour les interposers utilisés dans la fabrication des composants électroniques tels que les processeurs ou les unités mémoires, avec des trous de taille caractéristique d'une dizaine de microns. Ce perçage résulte deL'ablation du matériau induite par le dépôt d'énergie laser, lequel est principalement régi par la dynamique électronique. Cette dernière implique divers processus (l'ionisation, le chauffage des électrons libres et la recombinaison électronique), dont la contribution dépend des caractéristiques de l'impulsion en termes de longueur d'onde, forme temporelle, durée, polarisation et fluence. Ce travail de recherche a permis d'explorer différentes voies dans le but d'augmenter l'efficacité d'ablation et de réduire le temps de perçage, tout en conservant la qualité d'usinage propre aux impulsions laser femtosecondes. Il s'articule autour de deux axes de travail. Le premier axe vise à optimiser le dépôt d'énergie par une mise en forme temporelle des impulsions, consistant à diviser l'impulsion laser initiale en deux sous-impulsions. Les travaux expérimentaux ont dans un premier temps été menés avec deux sous-impulsions de même longueur d'onde, en faisant varier divers paramètres tels que le délai, la fluence totale et l'état de polarisation . L'efficacité d'ablation est maximale pour un délai nul. La polarisation a aussi une influence significative sur l'efficacité d'ablation. Dans un second temps, les travaux ont été conduits avec deux sous-impulsions de longueurs d'onde différentes, en faisant varier le délai, la fluence totale, la répartition de l'énergie entre les deux sous-impulsions et la durée de la seconde impulsion. Le délai optimum est alors de 1 ps. L'analyse de ces résultats expérimentaux a été soutenue par le développement d'un modèle de dynamique électronique. Le second axe consiste à réduire le temps de perçage par irradiation simultanée de plusieurs points. Cependant, le perçage laser induit dans le verre une charge thermique significative dont la relaxation peut conduire à l'apparition de contraintes mécaniques résiduelles, voire à la rupture du verre par fissuration. La parallélisation du procédé peut introduire des effets coopératifs entre les sous-faisceaux pouvant amplifier ces phénomènes indésirables. Pour étudier ces phénomènes et déterminer les limites du procédé, les résultats expérimentaux obtenus avec différentes géométries produites par un modulateur de phase ont été comparés à ceux prédits par un modèle thermo-élastique. La probabilité de fissuration augmente fortement à forte fluence (plusieurs dizaines de J/cm2) et pour une distance entre les trous de l'ordre du diamètre de ces trous. En dehors de cette configuration, la parallélisation du procédé n'introduit pas de risque de fissuration. Ces travaux ont permis, d'une part, de clarifier l'intérêt du procédé double impulsion mono et bi-chromatique pour le perçage laser, et d'autre part d'identifier les limites de la parallélisation du procédé de perçage laser.