项目概览
实验将一个小尺寸蛇形 CAD 图案转移为实际铜薄膜，包含阴影掩模设计、激光加工、蒸发沉积和尺寸评价。目标是形成连续、轮廓清楚的导电图形，并理解加工误差和掩模与基底的几何关系如何影响图形转移。实验的价值在于把设计尺寸与实际制造结果逐项比较。
任务与设计要求
| 项目 | 条件或依据 | 类型 / 状态 |
|---|---|---|
| 图案范围 | 在 1×1 cm 区域内设计连续蛇形图案，采用封闭和可加工轮廓。 | 实验要求 |
| 最小特征 | 设计最小特征 0.2 mm，兼顾图形分辨率与掩模完整性。 | 设计要求 |
| 加工与沉积 | 激光加工掩模，并通过物理气相蒸发形成铜图案。 | 工艺任务 |
| 质量评价 | 比较 CAD、掩模及沉积尺寸，观察边缘、间隙和图形质量。 | 评价任务 |
我的职责
- 我完成图案设计与实验报告中的加工、沉积和尺寸分析，比较三种状态的实际几何，并解释切缝、热变形与掩模间隙等误差来源。几何观察不直接等同于电气连续性或长期器件性能验证。
完成工作与方法
01 / 让图形适合掩模制造
蛇形结构在有限区域内增加路径长度，同时保持上下电极间的几何连接。CAD 轮廓需要封闭、连续，避免孤立小岛和容易脱落的特征。0.2 mm 的最小尺度并不是越小越好，过薄结构会增加熔化、变形或破损风险。
设计因此同时考虑图形分辨率与掩模机械完整性。CAD 图案是目标几何，后续必须用实物观察确认加工是否忠实转移。
02 / 从 DXF 到激光切割掩模
报告使用 DPSS 脉冲激光加工 0.3 mm 黄色塑料片，将 DXF 导入后确认 10×10 mm 图案和最小特征。加工参数为约 60 kHz 重复频率、60 mm/s 扫描速度，并采用单次扫描控制热积累。
两次脉冲沿路径的名义间距约 1 μm，相对于 0.2 mm 特征具有明显重叠。但连续切割仍受到焦平面、片材平整度、固定状态和热影响控制，不能只由脉冲间距判断边缘质量。加工后检查开口、细特征和残留物，作为沉积前的质量观察。
03 / 控制掩模与基底的相对关系
使用 NanoDep PVD 系统进行电阻加热蒸发，铜蒸气经掩模开口在基底凝结。实验需要对齐图形、固定掩模、保持平整接触，并避免胶带遮挡需要沉积的位置。掩模与基底存在间隙时，蒸气可能进入边缘下方，使图形展宽或边缘模糊。
沉积过程以约 5×10⁻⁵ mbar 以下为目标真空，报告也讨论约 10⁻⁴ mbar 的可接受工况。挡板、源加热、旋转和沉积速率监测共同组织蒸发过程；我将真空条件、掩模贴合及尺寸测量联系起来，评价图形转移质量。
04 / 用尺寸比较定位误差
示例特征 CAD 宽度 1.400 mm，掩模宽度 1.474 mm，相对偏差约 +5.29%；铜图案宽度 1.582 mm，约 +13.0%。设计、掩模和沉积逐级比较，使加工与沉积阶段的尺寸变化可以分开观察。
这些结果表明图形发生扩展，分析重点是激光切缝、热变形和掩模间隙，而不是把得到铜图案直接描述为高精度成功。要验证完整器件功能，还需要电阻、连续性、膜厚或附着等与目标相关的测量。
结果与要求验证
| 要求 | 采用方法 | 证据或结果 | 验证程度 |
|---|---|---|---|
| 范围与连续轮廓 | 蛇形 CAD 与封闭图形设计 | 图案限定在 1×1 cm，最小特征 0.2 mm。 | 方案响应 |
| 实际图形转移 | 激光加工后进行蒸发沉积 | 获得掩模及铜图案实物，图像记录转移结果。 | 方案响应 |
| 尺寸忠实度 | 比较三种状态的同类特征 | 1.400 / 1.474 / 1.582 mm，识别逐级扩展。 | 计算支持 |
收获与改进
沿中间工序定位展宽，才能决定补偿放在哪里
同一示例特征从 CAD 的 1.400 mm，变成掩模的 1.474 mm，再到铜图案的 1.582 mm。保留中间状态，使我能够把尺寸变化分别联系到激光切缝与沉积几何，从而找到更具体的改进位置。后续我会在不同线宽、方向和位置重复测量三种状态，先建立切割阶段的尺寸偏差，再固定掩模贴合条件研究沉积展宽。根据变化规律选择尺寸补偿或工艺调整，并用独立图案检查效果；这样也能逐步确定补偿方法对 0.2 mm 细特征和较宽线条各自的适用范围。
掩模刚度与沉积间隙是相互牵制的设计变量
激光加工使用 0.3 mm 塑料片，细蛇形结构既要保留开口，又要在固定和沉积中保持平整。更薄的掩模可以减轻几何遮挡，也会改变刚度；掩模与基底的间隙则影响铜蒸气进入边缘下方的路径，关系到展宽和边缘清晰度。这使我把材料厚度、支承和固定方式作为一组相互关联的设计变量。下一轮会在相同图形与沉积条件下比较局部固定及贴合状态，对照尺寸分布和细特征完整性，寻找兼顾平整接触与机械稳定的组合，再据此调整掩模结构。
从图形质量延伸到目标器件的功能
显微观察和尺寸测量记录了蛇形铜图案的转移结果，也为后续器件评价确定了关注位置。线宽、间距与局部膜厚共同影响电流路径，窄颈和转角处的几何变化尤其值得与电阻联系起来。若继续开发，我会先明确图案作为电极、传感元件还是加热路径的用途，再据此选择质量指标。后续将多个位置的宽度、膜厚与电阻测量对应，并比较重复样品的分布，可以检验尺寸补偿对功能一致性的作用，让工艺优化从形貌改进进一步服务于具体应用。
项目来源
MMAN4250_Lab_report.pdf，蛇形图案、掩模加工、铜沉积及尺寸比较。
UNSW 官方课程介绍 ↗