Alhoewel ultravinnige lasers al dekades lank bestaan, het industriële toepassings die afgelope twee dekades vinnig gegroei.In 2019, die markwaarde van ultravinniglaser materiaalverwerking was ongeveer VS$460 miljoen, met 'n saamgestelde jaarlikse groeikoers van 13%.Toepassingsgebiede waar ultravinnige lasers suksesvol gebruik is om industriële materiale te verwerk, sluit in fotomaskervervaardiging en -herstel in die halfgeleierindustrie, sowel as silikon-blokkies, glassny/-skryf en (indium-tinoksied) ITO-filmverwydering in verbruikerselektronika soos selfone en tablette , suiertekstuur vir die motorbedryf, koronêre stentvervaardiging en vervaardiging van mikrofluïdiese toestelle vir die mediese industrie.
01 Vervaardiging en herstel van fotomaskers in die halfgeleierbedryf
Ultravinnige lasers is gebruik in een van die vroegste industriële toepassings in materiaalverwerking.IBM het die toepassing van femtosekonde laserablasie in fotomaskerproduksie in die 1990's aangemeld.In vergelyking met nanosekonde laserablasie, wat metaalspatsels en glasskade kan veroorsaak, toon femtosekonde lasermaskers geen metaalspatsels, geen glasskade, ens. Die voordele.Hierdie metode word gebruik om geïntegreerde stroombane (IC's) te vervaardig.Die vervaardiging van 'n IC-skyfie kan tot 30 maskers benodig en kos >$100,000.Femtosekonde laserverwerking kan lyne en punte onder 150nm verwerk.
Figuur 1. Vervaardiging en herstel van fotomaskers
Figuur 2. Optimaliseringsresultate van verskillende maskerpatrone vir uiterste ultravioletlitografie
02 Silikonsny in die halfgeleierbedryf
Silikonwafelblokkies is 'n standaardvervaardigingsproses in die halfgeleierbedryf en word tipies uitgevoer met behulp van meganiese blokkies.Hierdie snywiele ontwikkel dikwels mikrokrake en is moeilik om dun (bv. dikte < 150 μm) skyfies te sny.Lasersny van silikonskyfies word al vir baie jare in die halfgeleierbedryf gebruik, veral vir dun skyfies (100-200μm), en word in veelvuldige stappe uitgevoer: lasergroef, gevolg deur meganiese skeiding of stealth-sny (dws infrarooi laserstraal binne-in die silikonskrif) gevolg deur meganiese bandskeiding.Die nanosekonde-pulslaser kan 15 wafers per uur verwerk, en die pikosekonde-laser kan 23 wafers per uur verwerk, met hoër gehalte.
03 Glassny/-skryf in die verbruikbare elektroniese industrie
Raakskerms en beskermende brille vir selfone en skootrekenaars word al dunner en sommige geometriese vorms is geboë.Dit maak tradisionele meganiese sny moeiliker.Tipiese lasers produseer tipies swak snygehalte, veral wanneer hierdie glasskerms 3-4 lae gestapel is en die boonste 700 μm dik beskermende glas is gehard, wat met gelokaliseerde spanning kan breek.Daar is getoon dat ultravinnige lasers hierdie glase met beter randsterkte kan sny.Vir groot plat paneel sny, kan die femtosekonde laser op die agterste oppervlak van die glasplaat gefokus word, wat die binnekant van die glas krap sonder om die vooroppervlak te beskadig.Die glas kan dan gebreek word deur meganiese of termiese middels langs die kerfpatroon te gebruik.
Figuur 3. Picosecond ultravinnige laserglas spesiale-vormige sny
04 Suierteksture in die motorbedryf
Liggewig motorenjins is gemaak van aluminium allooie, wat nie so slytvast soos gietyster is nie.Studies het bevind dat femtosekonde laserverwerking van motorsuierteksture wrywing met tot 25% kan verminder omdat puin en olie doeltreffend geberg kan word.
Figuur 4. Femtosekonde laserverwerking van motorenjinsuiers om enjinwerkverrigting te verbeter
05 Koronêre stentvervaardiging in die mediese industrie
Miljoene koronêre stents word in die liggaam se kransslagare ingeplant om 'n kanaal oop te maak vir bloed om in andersins gestolde vate te vloei, wat elke jaar miljoene lewens red.Koronêre stents word tipies gemaak van metaaldraad (bv. vlekvrye staal, nikkel-titanium-geheue-legering, of meer onlangs kobalt-chroom-legering) gaas met 'n stutwydte van ongeveer 100 μm.In vergelyking met langpulslasersny, is die voordele van die gebruik van ultravinnige lasers om hakies te sny hoë snygehalte, beter oppervlakafwerking en minder puin, wat naverwerkingskoste verminder.
06 Vervaardiging van mikrovloeistowwe vir die mediese industrie
Mikrofluïdiese toestelle word algemeen in die mediese industrie gebruik vir siektetoetsing en diagnose.Dit word tipies vervaardig deur mikro-spuitgietwerk van individuele dele en dan binding met behulp van gom of sweis.Ultravinnige laservervaardiging van mikrofluïdiese toestelle het die voordeel om 3D-mikrokanale binne deursigtige materiale soos glas te produseer sonder dat verbindings nodig is.Een metode is ultravinnige laservervaardiging binne 'n grootmaatglas gevolg deur nat chemiese ets, en 'n ander is femtosekonde laserablasie binne glas of plastiek in gedistilleerde water om puin te verwyder.Nog 'n benadering is om kanale in die glasoppervlak te masjineer en dit te verseël met 'n glasbedekking via femtosekonde lasersweis.
Figuur 6. Femtosekonde laser-geïnduseerde selektiewe ets om mikrofluïdiese kanale binne glasmateriaal voor te berei
07 Mikro-boor van inspuitmondstuk
Femtosekonde laser-mikrogatbewerking het mikro-EDM by baie maatskappye in die hoëdruk-inspuitingsmark vervang as gevolg van groter buigsaamheid in die verandering van vloeigatprofiele en korter bewerkingstye.Die vermoë om outomaties die fokusposisie en kanteling van die straal te beheer deur 'n voorafgaande skandeerkop het gelei tot die ontwerp van openingsprofiele (bv. loop, flare, konvergensie, divergensie) wat atomisering of penetrasie in die verbrandingskamer kan bevorder.Boortyd hang af van die ablasievolume, met boordikte van 0,2 – 0,5 mm en gatdeursnee van 0,12 – 0,25 mm, wat hierdie tegniek tien keer vinniger maak as mikro-EDM.Mikroboorwerk word in drie fases uitgevoer, insluitend rowing en afwerking van deur-loodsgate.Argon word as 'n hulpgas gebruik om die boorgat teen oksidasie te beskerm en om die finale plasma tydens die aanvanklike stadiums te beskerm.
Figuur 7. Femtosekonde laser hoë-presisie verwerking van omgekeerde taps gat vir dieselenjin inspuiter
08 Ultravinnige laserteksturering
In onlangse jare, ten einde bewerking akkuraatheid te verbeter, materiële skade te verminder en verwerkingsdoeltreffendheid te verhoog, het die veld van mikrobewerking geleidelik 'n fokus van navorsers geword.Ultravinnige laser het verskeie verwerkingsvoordele soos lae skade en hoë presisie, wat die fokus geword het om die ontwikkeling van verwerkingstegnologie te bevorder.Terselfdertyd kan ultravinnige lasers op 'n verskeidenheid materiale inwerk, en laserverwerking van materiaalskade is ook 'n belangrike navorsingsrigting.Ultravinnige laser word gebruik om materiaal te verwyder.Wanneer die energiedigtheid van die laser hoër is as die ablasiedrempel van die materiaal, sal die oppervlak van die geablateerde materiaal 'n mikro-nanostruktuur met sekere eienskappe toon.Navorsing toon dat hierdie spesiale oppervlakstruktuur 'n algemene verskynsel is wat voorkom wanneer materiaal met laser verwerk word.Die voorbereiding van oppervlak mikro-nano strukture kan die eienskappe van die materiaal self verbeter en ook die ontwikkeling van nuwe materiale moontlik maak.Dit maak die voorbereiding van oppervlak mikro-nano strukture deur ultravinnige laser 'n tegniese metode met belangrike ontwikkeling betekenis.Tans, vir metaalmateriale, kan navorsing oor ultravinnige laseroppervlakteksturering metaaloppervlakbenattingseienskappe verbeter, oppervlakwrywing en slytasie-eienskappe verbeter, bekledingsadhesie en rigtingverspreiding en adhesie van selle verbeter.
Figuur 8. Superhidrofobiese eienskappe van laser-voorbereide silikonoppervlak
As 'n voorpunt-verwerkingstegnologie, het ultravinnige laserverwerking die kenmerke van 'n klein hitte-geaffekteerde sone, nie-lineêre proses van interaksie met materiale, en hoë-resolusie verwerking buite die diffraksielimiet.Dit kan hoë-gehalte en hoë-presisie mikro-nano verwerking van verskeie materiale realiseer.en driedimensionele vervaardiging van mikro-nano-struktuur.Die bereiking van laservervaardiging van spesiale materiale, komplekse strukture en spesiale toestelle open nuwe weë vir mikro-nano-vervaardiging.Op die oomblik is femtosekonde laser wyd gebruik in baie voorpunt wetenskaplike velde: femtosekonde laser kan gebruik word om verskeie optiese toestelle voor te berei, soos mikrolens skikkings, bioniese saamgestelde oë, optiese golfleiers en metaoppervlaktes;met behulp van sy hoë presisie, hoë resolusie en Met drie-dimensionele verwerking vermoëns, kan femtosekonde laser voorberei of integreer mikrofluïdiese en optofluïdiese skyfies soos mikroverwarmer komponente en driedimensionele mikrofluïdiese kanale;Daarbenewens kan femtosekonde laser ook verskillende tipes mikro-nanostrukture op die oppervlak voorberei om anti-refleksie, anti-refleksie, super-hidrofobiese, anti-versiersel en ander funksies te bereik;nie net dit nie, femtosekonde laser is ook toegepas in die veld van biomedisyne, wat uitstekende prestasie toon in velde soos biologiese mikro-stents, selkultuursubstrate en biologiese mikroskopiese beelding.Breë toepassingsvooruitsigte.Tans brei die toepassingsvelde van femtosekonde laserverwerking jaar na jaar uit.Benewens die bogenoemde mikro-optika, mikrofluïdika, multifunksionele mikro-nanostrukture en biomediese ingenieurstoepassings, speel dit ook 'n groot rol in sommige opkomende velde, soos meta-oppervlak voorbereiding., mikro-nano-vervaardiging en multidimensionele optiese inligtingberging, ens.
Postyd: 17-Apr-2024
