Femtosecond laser micromachining of LTCC ceramics. Fabrication of microhotplates for a carbon monoxide sensor

Abstract

El presente trabajo pretende mostrar la procesabilidad de ceramicas de baja temperatura de sinterizado, LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) mediante ablacion laser con pulsos ultracortos (femtosegundos). Este tipo de material, de indudable interes tecnologico en el desarrollo de microsensores, presenta una alta fragilidad en el estado sinterizado, por lo que la utilizacion de metodos de contacto (fresado, torneado, etc.) para su mecanizado conduce a la fractura o la aparicion de microgrietas y desconchamientos. El trabajo ha sido dividido en dos partes bien diferenciadas. Primeramente, se ha realizado un estudio del proceso, obteniendose los parametros fundamentales (el umbral de ablacion y el coeficiente de incubacion) y se ha procedido a una parametrizacion de la anchura y altura de microcanales en funcion de la densidad de energia y el avance relativo en el movimiento muestra-laser. Posteriormente, estos resultados han permitido el micromecanizado de estructuras sencillas, como cajeras, orificios y estructuras en ?V?. Finalmente, se presenta una aplicacion practica que muestra el interes tecnologico del proceso. Asi, se han realizado microcalentadores en LTCC como etapa inicial en el desarrollo de un sensor de monoxido de carbono quimico-resistivo. Estos permiten el calentamiento de un area de 1mm x 1mm hasta una temperatura de 490oC sin apenas disipacion de calor al area circundante.