Manapság az ultragyors lézer (femtoszekundum és pikoszekundum impulzusszélesség) az ipari gyártási folyamat fontos része. Kiváló minőségű nem termikus anyagfeldolgozási képessége, valamint a lézertechnológia, a folyamatfejlesztés, a sugárvezérlés és az átvitel fejlődése révén tovább bővíti az ultragyors lézer alkalmazási körét az ipari piacon. A bemeneti és a kimeneti egyensúly fenntartása érdekében azonban a következő feltételeknek egyidejűleg teljesülniük kell: először be kell bizonyítani műszaki megvalósíthatóságát az ipari feldolgozási folyamatban; mivel az ultragyors lézer és az anyag közötti kölcsönhatás egyedülálló, ennek a folyamatnak tudományos ismeretekkel kell rendelkeznie; Másodszor, az ipari termelés termelékenységének biztosítania kell, hogy a végfelhasználót a bevételhez igazodó beruházással érjék el, amely a potenciális feldolgozási sebesség teljes kihasználása érdekében elősegíti a sugárvezérlés és az átvitel terén elért haladást.
A fogyasztói elektronika egyértelműen biztosítja a legtöbb bizonyítékot. A mobiltelefonok, a mikroprocesszorok, a kijelzők és a memória chipek rendkívül összetett alkotóelemek, amelyek nagyszámú különféle anyagból, nagyon kicsi méretből és nagyon rétegvastagságból állnak többrétegű anyagokból. Tehát fejlett, nagy pontosságú feldolgozási kapacitásra és gazdaságilag megvalósítható tömegtermelési kapacitásra van szükségünk. A&{39 példája annak, hogy miért kell egyszerre fejlesztenünk a feldolgozást, a lézertechnikát és az új sugárátviteli technológiát, hogy megfeleljünk a jelenlegi és a jövőbeli kihívásoknak.
A síkképernyős kijelzők készítése mobiltelefonok, táblagépek vagy televíziók számára manapság az egyik legbonyolultabb technológia, hasonló vagy nagyobb nehézségekkel, mint a 1960 Apollo-program. A különböző gyártási lépések nagyszámú anyagot igényelnek, amelyek mikronszintjének oldalsó felbontása és több tíz nanométer vastagsága van. A teljes folyamat nehézsége miatt nem meglepő, hogy az ipari termelékenységet (a szigorú minőségvizsgálaton áteső termékek arányát) titoknak és kihívásnak tekintik. Fontos korlátozás az, hogy a panelen rossz foltok vannak, amelyek akadályozzák a képernyő kereskedelmét. Az elmúlt években számos különféle javítási technológiát fejlesztettek ki, általában több hullámhosszú nanosekundumos lézerekkel. Például egy fényes pixelt javíthatunk egy lézerkarbonizálással vagy a pixelt irányító vékonyréteg-tranzisztor elektródjainak vágásával ( 1 ábra).
1 ábra: Vékonyrétegű tranzisztor elektródavágás, vágási szélesség: 1. 9 μm.
A jelenlegi technológia elérte korlátait. A nagy felbontású képernyő felbontásában elért haladás miatt a pixelek mérete egyre kisebb lesz, és a nanoszekundumos lézerfeldolgozás hőhatása korlátozza a javítás minőségét. Ezen felül az új megjelenítési technológiák, beleértve a szerves fénykibocsátó diódokat (OLED) és az aktív mátrix fénykibocsátó diódokat (AMOLED), széles körben használtak szerves és polimer anyagokat, amelyek nagyon érzékenyek a melegítésre, és így összeegyeztethetetlenek a hőkezeléssel. Mivel az impulzus időtartama nagyon rövid, az ultragyors lézer nagyon alkalmas nem termikus mikromagazításra, és nem fog hőt termelni. Széles körben használják a fejlett képernyőjavító feldolgozás területén, amely elősegíti a kompakt nagysebességű többhullámú ultragyors lézerek új generációjának kifejlesztését.
Néhány ipari folyamat elkezdte a nagy pontosságú, ultragyors lézerfeldolgozást. Ez magában foglalja a szelektív ablációt, amely általában 30 nm / impulzus pontosságú, és a nagy pontosságú vékonyréteg-tranzisztor elektródavágást, amelynek vágási szélessége kisebb, mint 2 μM. Ezeknek a folyamatoknak fejlett és rugalmas sugárformázási technológia a lapos felső fény eléréséhez és annak egyenletes átvitelének biztosításához, valamint a 2 × 2 μm méretű mintának a kialakításához.
Egy másik példában a félvezető áramkörök egyre összetettebbé válnak, és több funkciót igényelnek a kisebb méretekbe történő integrálásához. Ezért a jelenlegi ostya sokrétegű különféle anyagból áll, például alacsony dielektromos állandó anyagból, amely alkalmas a gyors működésre. A félvezető-gyártó iparág egyik fontos folyamata a ostyavágás és az elválasztás, azaz a ostya különálló forgácsokra vágása ( 2 ábra). Hagyományosan a gyémánt fűrészt használják, de a jelenlegi technológia elérte a korlátot. Az alacsony dielektromos állandóval rendelkező anyagok törékenysége, vastagsága és rétegeinek száma miatt növekszik a negatív hatások, például a repedés és a lamináció valószínűsége.
2 ábra: félvezető ostya vágása és kockázása.
Noha elősegítik az ultrahangos nanoszekundumos lézerkezelés alkalmazását, a nanoszekundumos lézerkezelés hőhatása továbbra is jelentősen korlátozza a feldolgozási eredmények minőségét. Másrészről, az ultragyors lézerek megmutatják a szilícium és a jó minőségű többrétegű anyagok feldolgozásának képességét. A közelmúltig az ultragyors lézer átlagos energiakorlátozása továbbra is komoly probléma, amely súlyosan korlátozza a teljes termelési hatékonyságot. Manapság a nagy megbízhatóságú ipari femtoszekundumos lézer teljesítménye 50-100w között van, ami gyártási kapacitása megfelel az ipari követelményeknek.
Az ultragyors lézer a fejlett mikromagazdálkodási folyamat fontos része, amely fontos szerepet játszik a minőség-ellenőrzésben és a mérésben. A Rudolph technológiák nemrégiben új eszközt jelentettek be a félvezető ipar számára az átlátszatlan fóliák vastagságának mérésére. A rendszer akusztikus mérésen alapszik, nagyon rövid lézergenerációs ultrahang impulzussal. Az ultrahangos impulzus reflexiós idejét az egyes rétegek felületén nagy pontosságú szivattyúdetektor technológiával mérjük.
A nagy teljesítményű és megbízható lézerrendszer megjelenése jelentősen javította a lézerfeldolgozást és a minőség-ellenőrzést. Pontosabban, a 50 - 200 W átlagos teljesítményű ultragyors lézerek javíthatják a termelés hatékonyságát és a termelékenységet, ezáltal kibővíthetik alkalmazásukat új területeken. Egy ilyen nagy teljesítményű lézer sugárvezérlése és továbbítása azonban nem könnyű. A profit megszerzéséhez 100 M / s feldolgozási sebességet kell elérni, miközben meg kell őrizni a mikron szintjének helymeghatározási pontosságát. A galvanométer-leolvasók jelenlegi generációja elérte a korlátot, és új módszerekre van szükség.
Az ESI cég elindított egy hibrid feldolgozási rendszert, amely kombinálja a galvanométert és az Acoustooptic technológiát. Nagyobb feldolgozási sebességnél történő működésnél a letapogató galvanométer tehetetlensége a végrehajtás késését jelenti, például egy éles fordulatot, tehát a feldolgozott szerkezet nem azonos a tervezett alakkal. Az akusztikus optikai modulátorok azonban nagyon érzékeny választ mutatnak, de nagyon kis tartományban. A galvanométer mozgásának és az akusztikus elhajlásnak a kombinációja pontos szinkronizálást eredményezhet, és kiküszöbölheti ezt a korlátozást. Ez a technológia különösen hasznos az összekapcsolt digitális áramkörök grafikai gyártásában, mivel azok egyre integráltabbak és ezért nagyobb huzalozási sűrűséget igényelnek.
Japán kutatók,'DISCOA vállalat ugyanazt a lézert használja mind a mikromagazítás, mind a folyamatvezérlés elvégzéséhez, így kombinálva a kettőt.
Ebben az esetben egy ultragyors lézert használnak egy vak lyuk fúrására egy kétrétegű hordozóra. A felső réteg 80 μm vastag átlátszó anyag, az alsó 20 μm vastag fémréteg. A lézerimpulzusok pontos ellenőrzése érdekében, hogy az ablációs tartomány az átlátszó szubsztrátumra korlátozódjon, spektrum analizátort kell használni a plazmakibocsátás megfigyeléséhez, vagyis lézer-indukált bomlás-spektroszkópia (LIBS) technológiával .
3 ábra: a kagome szál mag alakja.
Mivel a plazmakibocsátásnak egyedülálló emisszióspektruma van az eltávolított atomok típusa szerint, az időben és pontosan képes felismerni, amikor az átlátszó réteg teljesen eltávozik. Egy másik módszer az, hogy a sokszög-szkenner 100 m / s-nál nagyobb szkennelési sebességet érhet el. Ez a fajta egyes tükör nagy sebességgel foroghat, és teljesen helyettesítheti az alacsony tehetetlenségű tükört, amely csak a fényt képes X és Y irányban tükrözni. Ha az impulzus lézer és a többrétegű tükör forgása pontosan szinkronizálható, akkor minden felületen csak egy pont befolyásolhatja a minta feldolgozását. Ebben az esetben a mikromagasítási folyamat inkább egy digitális folyamathoz hasonlít, vagyis a lézer vezérlését be- és kikapcsolni kell a szükséges grafika előállításához. Az ideális eredmények elérése érdekében nagyon pontos szinkronizációt kell elérni a lézer és a szkenner között, a többrétegű tükör gyártási pontossága pedig nagyon magas, és a feldolgozást gondosan kell megtervezni. Az amplitúdóst è MES és a belga Nextscan társaságot együttműködve a svájci Berni Alkalmazott Tudományos Egyetem neuenschwander professzora legyőzte a 500 kHz-es ultragyors lézer alkalmazásával nagysebességű felület mikromodellezést mikron pozicionálási pontossággal.
A sugárterjedés terén még több újítás van a munkálatokban. A száloptikai átviteli rendszer új megjelenést kölcsönöz a lézerfeldolgozó iparnak, és az ipari osztályú ultragyors lézer a közelmúltban még mindig nem élvezheti ennek előnyeit. A kis rostmag sugárzásának korlátozása és az ultragyors impulzus nagyon magas csúcsintenzitása miatt komoly nemlineáris hatás jön létre, amely végül a rost lebomlásához vezet. Annak érdekében, hogy megszabaduljon ettől a korlátozástól, üreges mikroszerkezetű rostot fejlesztettek ki, de a mag átmérője néhány mikronra korlátozódik, ami túl kicsi a gyakorlati alkalmazáshoz. Egy üreges, nagy üzemmódú, kagome mikroszerkezetű szál kifejlesztése előkészíti az utat a nagy energiájú és nagy teljesítményű femtoszekundumos lézernyaláb továbbítására. Ez a kör alakú belső fonókerék alakú speciális üreges szálmag korlátozza a lézer üzemmódot, hogy megakadályozza a kölcsönhatást a szál mikroszerkezetével, és ötvözi az alacsony nemlinearitást, a nagy üzemmódú mezőt és a rugalmas, decentralizált vezérlést. A franciaországi Glo fotonikával együttműködve a Syst è MES amplitúdója képes volt milliJoule szintű impulzusokat továbbítani néhány méter távolságra, miközben az impulzus időtartama kevesebb, mint 500 fs. Egy másik fotonikai eszközökkel végzett kísérletben egy 100 W átlagos teljesítményű impulzus lézer továbbítható, és 100 fs-nél kisebb impulzuskompresszió valósítható meg. Más csapatok és lézergyártók szintén gyorsan használják a kagome rostot rugalmas átviteli rendszerek kifejlesztésére (amint az a 4 ábrán látható). Az ultragyors lézerfeldolgozási technológia alaposabb változásaira számíthatunk az elkövetkező néhány évben.
A rövid impulzusú lézer és az anyag közötti kölcsönhatás elvének továbbfejlesztésével, valamint a sugárvezérlő és átviteli rendszer technológiájának fejlesztésével az ultragyors lézer belépett a mindennapi életünkbe. A legfejlettebb ipari feldolgozási folyamat révén megváltoztatja a dolgok áttekintésének, a kommunikációnak és a munkának a módját. Ez a kulcsa a bonyolultabb fogyasztói elektronikai berendezések sikeres gyártásának a jövőben.