1.Bevezetés
Mivel az első lézer 1960 -ben jelent meg, a lézer kutatása és alkalmazása különböző területeken gyorsan fejlődött. Nagy koherenciáját széles körben használják a nagy pontosságú mérések, az anyagszerkezet elemzése, az információ tárolása és a kommunikáció területén. A lézer nagy irányultsága és fényereje széles körben alkalmazható a feldolgozóiparban. A lézerkészülékek, az új stimulált sugárforrások és a hozzájuk kapcsolódó folyamatok folyamatos innovációja és optimalizálása révén, különösen az elmúlt 20 években, a lézergyártási technológia számos csúcstechnológia területére és iparágra átjutott, és néhányuk helyett vagy átalakításával kezdett hagyományos feldolgozóipar.
Az 1987 -ben az amerikai tudósok előterjesztették a mikroelektromechanikai rendszer (MEMS) fejlesztési tervét, amely a mikrogépekkel kapcsolatos humán kutatások új korszakát jelöli. Jelenleg a mikromagazításban alkalmazott gyártási technológiák elsősorban a félvezető-feldolgozási technológiát, a mikrolitográfiai elektroformázási (Liga) technológiát, az ultra-precíziós megmunkálási technológiát és a speciális mikromagasztási technológiát foglalják magukban. Közülük a speciális mikromagazítási módszer az energiafeldolgozás közvetlen hatása, amelynek célja a molekulák vagy atomok egyenkénti eltávolítása. A speciális megmunkálást elektromos energia, hőenergia, fényenergia, hangenergia, kémiai energia stb. Formájában végzik. Az általánosan alkalmazott módszerek az EDM, az ultrahangos megmunkálás, az elektronnyaláb megmunkálás, az ionnyaláb megmunkálás, az elektrokémiai megmunkálás stb. Az utóbbi években kifejlesztettek egy új mikromagazin-módszert: Photoforming, ideértve a sztereolitográfiát, a fotomaszkot stb. A lézer mikromagasztásnak nagy lehetősége van alkalmazásában és fejlesztésében.
2.A lézer mikromagazin technológia fő alkalmazása
Az elektronikus termékeknek a hordozható és a miniatürizálás irányába történő fejlesztésével az egységnyi térfogatra vonatkozó információk (nagy sűrűség) és az egyidejű feldolgozási sebesség (nagy sebesség) javítása új követelményeket támaszt a mikroelektronikus csomagolási technológiával kapcsolatban. Például a modern mobiltelefonok és digitális kamerák négyzetcentiméterenként körülbelül 1200 összeköttetéssel vannak felszerelve. A chipcsomagolás szintjének javításának kulcsa az, hogy a különféle rétegek vonalai között megmaradjon a mikro-vias létezés, amely nem csak a felületre szerelt eszközök és az alábbi jelzőpanel közötti nagysebességű kapcsolatot biztosítja, hanem hatékonyan csökkenti a csomagolás területét is .
Másrészt, a hordozható elektronikai termékek, például a mobiltelefonok, a digitális fényképezőgépek és a laptopok könnyű, vékony, rövid és kicsi fejlesztésével az utóbbi években, a nyomtatott áramköri lapok (PCB-k) fokozatosan megmutatják az rétegezés és a többfunkciós tulajdonságokat. a fő sűrűségű összekapcsolási technológia. A rétegek közötti elektromos kapcsolat és a külső eszközök rögzítésének hatékony biztosítása érdekében a via a többrétegű NYÁK fontos részévé vált. Jelenleg a fúrás költsége általában a PCB-gyártás költségeinek 30% - 40% -át teszi ki. Nagy sebességű, nagy sűrűségű NYÁK-kivitelben a tervezők mindig azt remélik, hogy minél kisebb az átmenet, annál jobb, így nem csak a huzalozási hely van a táblán. És minél kisebb a via, annál megfelelőbb a nagysebességű áramkörökhöz. A hagyományos mechanikus fúrás minimális mérete csak 100 μm, ami nyilvánvalóan nem felel meg a követelményeknek. Ehelyett egy új lézer mikro-lyuk-feldolgozási módszert alkalmaznak. Jelenleg CO 2 lézerrel lehet 30 - 40 μm átmérőjű kicsi lyukat vagy körülbelül 10 μm átmérőjű kis lyukat előállítani. az iparban.
A lézer mikromagasztási technológia felhasználható vágáshoz, fúráshoz, faragáshoz, íráshoz, hő behatolásához, hegesztéshez és így tovább a berendezésgyártásban, az autóiparban, a repülés precíziós gyártásában és különféle mikro-feldolgozó iparokban, például a több mint 20 mikron méretű tintasugaras nyomtató. Lézeres felületkezelési technológiával, például mikropréseléssel, polírozással és így tovább, különféle mikrooptikai elemek feldolgozására, vagy porózus üveg lézeres töltésével, üveg-kerámia amorfizációval a szerkezet megváltoztatására, majd a külső mechanikai erő beállításával , majd a lágyulás szakaszában a mikrooptikai elemeket plazma-segédeszközű mikro-formázással dolgozzák fel.
Általános lézeres mikromagazin-technológia
A lézer mikromagasztási technológiának számos előnye van, mint például érintés nélküli, szelektív megmunkálás, kis hő által érintett terület, nagy pontosság és ismétlődési sebesség, az alkatrész méretének és alakjának nagy megmunkálási rugalmassága. Valójában a lézer mikromagazin technológia legnagyobb jellemzője a" a közvetlen írás" ;, amely egyszerűsíti a folyamatot és megvalósítja a mikromagazinok gyors prototípusát. Ezenkívül ezen módszernek nincs olyan környezetszennyezés problémája, mint például a korrózió, ezért nevezhetjük" zöld gyártás" ;. Kétféle lézeres mikromagazin-technológia létezik:
1) Anyag eltávolító mikromagazinoló technológia, például közvetlen lézeres író mikromagazin, lézer Liga stb .;
2) Anyagmozgató mikromagazítástechnika, például lézeres mikroltereolitográfia, lézeres segédlerakódás, lézeres szelektív szinterelés stb.
Egyéb lézer mikromagazin technológiák
Az impulzus lézer maratás a lézertechnika új kutatási területe. Rövid hullámhosszúságú, kétszeresen lézeres lézerrel vagy pikoszekundumos, femtoszekundumos lézerrel, nagy pontosságú CNC-szerszámgéppel kombinálva, különböző anyagok maratására és feldolgozására. Ezen anyagok felületén kialakult mikroszerkezet minősége sokkal jobb, ha az anyagokat rövid impulzussal maratják, majd eltávolítják. A 2001 németországi Heidelberg műszerekben háromszoros frekvenciát (hullámhossz {{3}}. 7 nm) használtunk, hogy legalább 5 mm fókuszpontot kapjunk, a a minimális megmunkálható elem mérete 10 mm, a pontosság pedig 1 mm. A 5 ábra a WC / Co-n maratott impulzus lézer háromdimenziós alakját mutatja. A lézer fókuszpontjának átmérője 5 mm, a betáplálás X és Y irányában {{5 }} mm. {{1 3}}. A 3 mm-t minden rétegnél eltávolítják, és az átlagos felületi érdesség 0. 16 mm. A lézer mikrotörlés elvben megegyezik a lézer maratással. A frekvencia duplájára vagy egy femtoszekundumos lézert is használ fényforrásként a fénysugár pontos fókuszálására és az energiabevitel pontos vezérlésére. A hőhatás kicsi, és mikrotávolító vágást végeznek.
3.Az ultrarövid impulzus lézer legújabb fejlesztése a mikromagazin technológiában
A CO 2 és YAG lézer folyamatos és hosszú impulzusú lézer. Elsősorban arra koncentrálnak, hogy nagy energia sűrűséget alakítsanak ki, amely magas hőmérsékletet eredményezhet a helyi környezetben az anyagok eltávolítása érdekében. Alapvetően a hőmegmunkálás területén működnek, korlátozott feldolgozási pontossággal. Az excimer lézer rövid hullámhosszán (UV) alapul, hogy kölcsönhatásba lépjen az anyag fotokémiájával, jellegzetes skála elérheti a mikrométer nagyságrendjét. Az excimer lézerhez szükséges gáz azonban maró hatású és nehéz ellenőrizni. Ezenkívül a nagy szilárdságú UV-lézer könnyen károsítja a feldolgozó rendszer optikai elemeit, ezért alkalmazása korlátozott. A lézermező további tanulmányozásával a lézerimpulzus időtartományának szélessége egyre rövidebbre tömörül, a nanosekundumtól (10-9s) a pikoszekundumig (10-12s) a femtosecond (10-l 5 s).
A femtosekundás impulzus lézer a következő két jellemzővel rendelkezik: (1) az impulzus időtartama rövid. A femtoszekundumos impulzus időtartama néhány femtoszekundum lehet, és a fény csak 0. {{2}} μm-t terjeszt {F0-ban, ami rövidebb, mint a legtöbb sejt átmérője; (2) a csúcsteljesítmény nagyon magas. A Femtosecond lézer néhány-száz femtosekundumban koncentrálja az impulzus energiáját, így csúcsteljesítménye nagyon magas. Például, ha az L μ J energiája néhány femtosekundumban koncentrálódik és 1 0 μm-es ponttá konvergál, akkor az optikai teljesítménysűrűsége elérheti a 1 0 1 8w / cm 2, és annak elektromos térerőssége 2 × 1 0 1 2 v / m-re konvertálható, ami 4 idő Coulomb térerősségének (5 × 1 0 1 1 v / M) a hidrogénatomban, az elektron közvetlenül az atomtól elválasztható.
A lézer és az átlátszó anyagok kölcsönhatásának mechanizmusa alapján az impulzusszélesség a folyamatos lézertől tíz pikosekundumig terjed, és a károsodás mechanizmusa lavinaionizációs folyamat, amely a kezdeti elektronsűrűségtől függ, míg a kezdeti elektronsűrűség az anyagokban nagymértékben megváltozik a szennyeződések egyenetlen eloszlása. Ezért a kárküszöb nagymértékben megváltozik. A hosszú impulzusú lézer károsodási küszöbét úgy határozzuk meg, mint a lézer energiaáramának sűrűsége 50% valószínűséggel, azaz a hosszú impulzusos lézer károsodási küszöbértéke statisztikai érték. Az ultrahang impulzus lézer térerőssége nagyon magas. A kötött elektron egyszerre képes elnyelni n fotont, és közvetlenül átjuthat a kötött szintről a szabad szintre. Noha az ultrahang rövid impulzus lézer által okozott kár szintén lavinaionizációs folyamat, elektronjait többfoton ionizációs folyamat során állítják elő, és már nem függ az anyag kezdeti elektronsűrűségétől. Ezért a kárküszöb pontos érték. Az impulzus lézer kárértéke csökken az impulzus szélességének csökkenésével. Pikózis másodpercenként a csökkenési sebesség lelassul, és a femtosekundum szintjén szinte változatlan.
Ezenkívül, mivel az ultrahangos impulzus lézer károsodási küszöbértéke nagyon pontos, a lézer energiáját úgy szabályozzuk, hogy pontosan megegyezzen vagy kissé meghaladja a károsodási küszöböt, akkor csak a kár küszöbnél nagyobb rész okoz ablációt, és az alatta lévő submikronos feldolgozás a diffrakciós határ elvégezhető. A femtosekundás lézer ultra nagy fényintenzitást képes előállítani, pontos és alacsony károsodási küszöbértékkel rendelkezik, nagyon kicsi a hő által érintett terület, és szinte mindenféle anyagot pontosan képes feldolgozni. Sőt, a feldolgozási pontosság nagyon magas, és pontosan képes feldolgozni a mikroméret méretét.
A lézer mikromagazin előnyei a magas termelési hatékonyság, az alacsony költség, a stabil és megbízható feldolgozási minőség, valamint a jó gazdasági és társadalmi előnyök. A femtosekundás lézer megsérti a hagyományos lézerfeldolgozási módszert, egyedülálló előnyeivel: rövid impulzusidővel, nagy csúcsteljesítménnyel, és új mezőt hoz létre az ultrafinom anyagok, a nem hőkárosodás, valamint a 3 D helymegmunkálás és -feldolgozás területén. . A femtosekundás lézerfeldolgozó technológia alkalmazása magában foglalja a mikroelektronikát, a fotonikus kristály eszközöket, a nagy információátviteli sebességgel (1 tbit / s) optikai szálas kommunikációs eszközöket, mikrotáplálást, új háromdimenziós optikai memóriát, mikroorvosi készülékek gyártását és a sejtek biofejlesztését. technológia és így tovább. Megjósolható, hogy a lézer mikromagazin-technológia pótolhatatlan előnyeivel a 2. században csúcstechnológiává válik.
ConcluSion
Az iparosodás korszakában a világ minden országa büszke arra, hogy nagyméretű gépeket gyárt; az információs technológia korszakában minden fejlett ipari ország elkötelezett amellett, hogy kutatja a mikroanyagokat és egyre kisebb gépek gyártását; míg a nanotechnológia korszakában a nemzetvédelem, a repülés, az űrkutatás és az orvostudomány és a biogazdálkodás fejlődéséhez való alkalmazkodás érdekében a feldolgozóiparban a mikrofeldolgozás a legaktívabb kutatási irány. Az egyik az, hogy a mikromechanikai technológia fejlettségi szintje az egyik az ország átfogó erejének mérésére szolgáló szabványok. A lézeres mikromagazítástechnika egyre több egyedi előnyt mutat a mikromagazítástechnika területén, és széles fejlesztési kilátásokkal rendelkezik. Kínának fejlesztenie kell a lézer mikromagazin technológiát független szellemi tulajdonjogokkal, hogy helyet foglaljon el a jövőbeni csúcstechnológia területén.