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激光刻蚀聚酰亚胺基底金属薄膜的温度场研究

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 金属薄膜/聚酰亚胺组合体系

1.3 脉冲激光技术的发展状况

1.4 脉冲激光刻蚀的研究现状

1.5 激光刻蚀模型的研究状况

1.6数值模拟方法

1.7论文简介

1.8本章小结

第2章 激光与材料的相互作用基础理论

2.1激光的吸收

2.2激光的表面效应

2.3激光对材料的加热

2.4热分析材料重要属性

2.5相变问题

2.6有限元方法和COMSOL Multiphysics软件简介

2.7本章小结

第3章 激光刻蚀模型的建立及温度场分析

3.1引言

3.2激光刻蚀模型的建立

3.3温度场数值分析

3.4本章小结

第4章 激光刻蚀数值分析

4.1引言

4.2单脉冲激光刻蚀模拟分析

4.3多脉冲激光刻蚀模拟分析

4.4激光刻蚀金属薄膜/聚酰亚胺机理探究

4.5激光刻蚀多层金属薄膜的温度场分布

4.6本章小结

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

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摘要

为了提高卫星的通讯能力和满足轻质化的需求,目前常在卫星上装有一类轻质天线反射器,这类天线反射器是在聚合物基底上镀制金属薄膜(或者按照一定规律排布、具备特定表面功能的高精度金属薄膜图案)。为了实现对这类材料组合进行金属薄膜的高精度加工,并且还能够使得聚合物基底不受到损伤的目的,常采用镀膜结合激光刻蚀技术的方法进行制备。但由于聚合物和金属材料在热物理性能方面存在很大的差异,因此在实际的激光刻蚀过程中,还需要对很多技术问题开展仔细的研究。
  本文以广泛应用于天线反射器的金属薄膜/聚酰亚胺组合为研究对象,从热传导理论出发,利用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics构建了高斯分布的脉冲激光辐照复合材料的二维非稳态物理模型,通过求解热传导方程计算了激光辐照金属薄膜/聚酰亚胺组合的温度场分布,并讨论了激光参数对刻蚀过程的影响,主要取得了以下成果:
  (1)在激光刻蚀过程中铜薄膜比铝薄膜更难刻蚀,且激光功率密度为刻蚀深度的主要影响因素。随着金属薄膜厚度的增加,激光的刻蚀深度先减小,后保持不变;
  (2)在多脉冲刻蚀过程中,激光刻蚀深度随脉冲个数(小于等于10)的增加呈线性增加,刻蚀半径增加幅度不大,刻蚀形貌逐渐成喇叭形。由于刻蚀过程中聚酰亚胺有热的累积,因此为了保护基底,在刻蚀过程中应采用较大功率密度的激光参数;
  (3)对于多层金属薄膜,由于金属夹层的热导率比聚酰亚胺的热导率要大,因此会使得上层金属薄膜的刻蚀深度增加,同时刻蚀半径减小。我们通过运用计算机模拟的方法,得到的计算结果能够为激光刻蚀金属薄膜/聚酰亚胺组合的实际过程提供一定的指导作用。

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