Umumiy lazerli mikro ishlov berish texnologiyasi va uning rivojlanishi

Birinchi lazer 1960 yilda namoyish etilganidan beri lazer tadqiqotlari va uning qo'llanilishi deyarli barcha texnik sohalarda tez rivojlandi. Lazer nurlarining yuqori muvofiqligi aniq o'lchash, material{2}}tuzilish tahlili, axborotni saqlash va optik aloqani amalga oshiradi; uning yuqori yo'nalishi va yorqinligi uni asosiy ishlab chiqarish vositasiga aylantiradi. Lazer manbalari va jarayonlari rivojlanishda davom etar ekan, so'nggi yigirma yil ichida lazer ishlab chiqarish yuqori-texnologik sohalarga kirib, asta-sekin ko'plab an'anaviy ishlov berish yo'nalishlarini almashtirdi yoki o'zgartirdi. 1987-yilda AQShning MEMS yoʻl xaritasi tizimli mikro{9}}mashinalarni tadqiq qilishning - boshlanishini belgilab berdi va lazerli mikromashinalash mikro-olam uchun eng istiqbolli ishlab chiqarish texnologiyalaridan biri sifatida paydo boʻldi.

Ushbu qoʻllanma butun maydonning xaritasi sifatida tuzilgan: biz avval lazerli mikromashinani aniqlaymiz va uni anʼanaviy mikro{0}}ishlab chiqarishga qarshi joylashtiramiz, soʻngra asosiy sanoat ilovalari boʻylab oʻtamiz, oʻta tezkor impulslar spektriga - oʻtamiz, bunda nanosekundga{2}}attosekundga{3}}oʻtish aniqlik nimani anglatadi va {{4} energiya-ishlab chiqarish yuklari va amaliyotda eng muhim{6}}platformani tanlash mezonlari. Butun{8}}mavzu davomida har bir kichik mavzu kutubxonamizdagi maxsus texnik manbaga havola qilinadi, shuning uchun siz bitta uzluksiz oʻqish yoʻlida umumiy koʻrinishdan jarayon parametrlariga oʻtishingiz mumkin.

Mikro ishlov berish mikron va sub{0}}mikron miqyosda xususiyatlar, teshiklar, kanallar va tuzilmalarni ishlab chiqarishni anglatadi. Bugungi kunda mavjud ishlab chiqarish yo'llari to'rtta keng oilaga bo'linadi: yarimo'tkazgichlarni qayta ishlash, LIGA (litografiya{2}}elektroformlash-qoliplash), ultra-aniq mexanik ishlov berish va maxsus ishlov berish -, oxirgisi to'g'ridan-to'g'ri energiya o'zaro ta'sirida material molekulasini molekula yoki atom orqali olib tashlaydi. Maxsus ishlov berish elektr, issiqlik, optik, akustik yoki kimyoviy energiya bilan boshqariladi, eng keng tarqalgan qo'llanilishi EDM, ultratovushli ishlov berish, elektron{7}}nurli ishlov berish, ion-nurli ishlov berish va elektrokimyoviy ishlov berishdir.

Lazerli mikromashinalar bu oilaning optik a'zosidir: fokuslangan lazer nuri energiyani to'g'ridan-to'g'ri maqsadli hajmga etkazib beradi, bug'lantiruvchi yoki ajraladigan materialni hech qanday asbob bilan aloqa qilmasdan, asbobning eskirishini va juda kichik issiqlik ta'sir zonasi-siz. Uning o'ziga xos xususiyati "to'g'ridan-to'g'ri yozish" - jarayon asboblar yo'llarini bitta optik yo'lga soddalashtiradi va ko'p hollarda niqobsiz mikro{3}}qurilmalarni tez prototiplash imkonini beradi. Hech qanday korroziy kimyoviy moddalar yoki mexanik qoldiqlarni kiritmaganligi sababli, u ko'pincha yashil ishlab chiqarish jarayoni sifatida tavsiflanadi. Lazerli nozik ishlov berish zamonaviy ishlab chiqarish liniyalariga qanday mos kelishi haqida tizimli ma'lumot olish uchun bizning umumiy ko'rinishimizga qarang.lazerli nozik ishlov berish texnologiyasi.

Lazerlar va anʼanaviy mikro{0}}qayta ishlash oʻrtasida tanlov material, geometriya va oʻtkazuvchanlik talablariga bogʻliq. Quyidagi matritsa amaliy farqlarni umumlashtiradi:

Lazer bilan ishlov berish aniqlik, tezlik va moslashuvchanlik mos keladigan joylarda eng yaxshi taqqoslanadi: u -kontaktsiz, niqobsiz{1}} va faqat parametrlarni oʻzgartirish orqali bir xil nur bilan burgʻulash, kesish, chizish, oʻyib olish, payvandlash va tekstura qilish mumkin. Savol puls-uzunlik tanlashda - mikro{5}}burg'ulashda eng muhim qaror - bo'lsa, uzoq-puls va o'ta tez rejimlar o'rtasidagi farqlar quyida o'rganiladi.femtosekund va nanosekundli lazer mikro{0}}burg'ulash usullarini solishtirish.

Mikro-Vias va yuqori-zichlikdagi qadoqlash

Elektron mahsulotlar portativlik va kichraytirishga qarab harakatlanar ekan, -hajm ma'lumotlarining zichligi va birlik{1}}vaqtni qayta ishlash tezligi mikroelektron qadoqlash texnologiyasini o'z chegaralariga olib keldi. Zamonaviy smartfon yoki raqamli kamera har kvadrat santimetrga taxminan 1200 ta interkonnektni o'z ichiga oladi. Chip{6}}qadoqlash sifatini oshirishning kaliti mikro-teshik orqali - o‘tkazgich{9}}o‘tkazgich qatlamlarini bog‘lovchi, sirtga o‘rnatilgan qurilmalar va quyida joylashgan signal paneli o‘rtasida yuqori-tezlik{11}} aloqani ta'minlovchi va qadoqlash izini samarali ravishda qisqartiruvchi{11}}dir.

Ko'p qatlamli PCB konstruktsiyasida vias yuqori-zichlikdagi o'zaro bog'lanishning asosidir. Burg'ulash qiymati odatda PCB ishlab chiqarish umumiy narxining 30–40% ni tashkil qiladi va dizaynerlar -kichikroq yo'llarni xohlaydilar: kichikroq teshiklar marshrut maydonini bo'shatadi va yuqori{6}}tezlik sxemalarida yaxshi ishlaydi. An'anaviy mexanik burg'ulash 100 µm - ga yaqin chuqurlikdagi zich dizayn talab qiladigan darajadan ancha qisqa. Lazerli burg'ulash bo'shliqni yopadi, CO₂ va UV manbalari muntazam ravishda 30–40 mkm kanal ishlab chiqaradi va ilg'or konfiguratsiyalar ~ 10 µm ga etadi. Burg'ulash spektrini tuzilgan davolash uchun, bilan boshlangsanoat lazerli burg'ulash texnologiyasi, keyin xuddi shu fizikaning qattiq keramika uchun qanday tarqalishini ko'ringyarimo‘tkazgichli keramikani lazerli mikro-burg‘ulash.

PCB va FPC Micro-Mexanik ishlov berish

Vizalardan tashqari, lazer bilan ishlov berish qattiq taxtalar, moslashuvchan sxemalar va HDI tagliklarida burg'ulash, konturni kesish, depanelizatsiya va chuqurlik{1}}boshqariladigan o'yma orqali - to'liq PCB/FPC ish hujayrasini bajaradi. Ushbu ilovaning kengligi qamrab olinganPCB va FPC ishlab chiqarish uchun lazer ilovalari, esaPCB turlari lazerni qayta ishlash tanlovlarini qanday shakllantirishiFR-4, keramika va polimid nima uchun har bir chaqiruvni turli to‘lqin uzunligi va nurlanish strategiyasi uchun egiluvchanligini tushuntiradi. UV manbalari porlayotgan joyda - nozik chiziqlarni olib tashlash, organik-qatlamlarni tanlab qayta ishlash va boshqariladigan-chuqurlik bo'shliqlarini ishlash - jarayon oynalari batafsil tavsiflangan.PCB materiallarini UV lazer bilan qayta ishlash.

Kesish, chizish va chizish

Xuddi shu nurlar turkumi platalardan ancha uzoqqa cho'zilgan: lazerli mikro ishlov berish, kesish, burg'ulash, o'ymakorlik, skript va payvandlash uskunalari, avtomobilsozlik, aviatsiya nozik qismlari va mikro{0}}qayta ishlash sanoatida. 20 mkm dan yuqori funksiyalarga ega boʻlgan siyoh{2}}reaktiv printer nozul plitalari, yoqilgʻi quyish teshiklari-, soat va tibbiy komponentlarning barchasi bir xil asosiy jarayonlar orqali ishlab chiqariladi. Optikada sirtni lazer bilan ishlov berish - mikro-presslash, sayqallash va plazma-mikro{9}}yumshatilgan shisha va shisha keramika-keramika- hosil qilishda yordam berdi, ularni mexanik ravishda maydalash imkonsiz bo‘lgan mikro-optik elementlarni shakllantiradi. Lazerli mikro{14}}kesish qirqish bilan bir xil tamoyilga amal qiladi: chastota-ikki marta yoki femtosekund manbasiga aniq fokuslanadi, energiya kirishi qattiq nazorat qilinadi va material minimal termal effekt bilan va mexanik burmalarsiz olib tashlanadi. Xuddi shu nur funksiyani faqat parametrlar boʻyicha oʻzgartirgani uchun, bitta stansiya koʻpincha bir nechta anʼanaviy mashinalar oʻrnini bosadi -, buning asosiy sababi lazerli mikro-ishlov berish yuqori-aralash, yuqori-aniqlikdagi ishlab chiqarish uchun standart yoʻnalishga aylandi.

CO₂ va YAG lazerlari uzluksiz-to'lqinli yoki uzun{1}}puls manbalaridir: ular issiqlik rejimida cheklangan aniqlik bilan ishlaydigan materialni yo'qotadigan yuqori mahalliy haroratlarni yaratish uchun energiyani jamlaydi. Eksimer lazerlar mikron miqyosda fotokimyoviy o'zaro ta'sir qilish uchun qisqa ultrabinafsha to'lqin uzunliklaridan foydalanadi, ammo ularning korroziv gazlarini nazorat qilish qiyin va yuqori{3}}intensivlik UV nurlanish optik komponentlarni yomonlashtiradi - qabul qilishni cheklaydi.

Hal qiluvchi muvaffaqiyat lazer zarbasini o'z vaqtida siqish orqali bo'ldi: nanosoniyalardan (10⁻⁹ s) dan pikosoniyalarga (10⁻¹² s) femtosekundlarga (10⁻¹⁵ s) va endi attosekund domeniga. Impuls kengligi mikro{4}}ishlov berish sifatining asosiy parametridir - u termal shikastlanish va sovuq ablasyon o'rtasidagi chegarani belgilaydi. Yupqa plyonkali qatlamlar va mo'rt substratlar qoldiq issiqlikka-toqat qilmaydigan 3C elektronika sanoatida,3C elektronikasi uchun pikosoniyali lazerli ishlov berishishlab chiqarish standartiga aylandi; spektrning eng oxirida,attosekundli impulsli lazerlar tushuntirildipuls{0}}fizika tadqiqoti keyingi qayerga ketayotganini tasvirlaydi.

Femtosekund puls lazeri ikkita aniqlovchi xususiyatga ega. Birinchidan, impuls juda qisqa - bir necha femtosekundga teng bo'lib, bu vaqt davomida yorug'lik atigi 0,3 mkm tarqaladi, bu ko'pchilik hujayralarning diametridan - qisqaroq, shuning uchun issiqlik tarqalishi boshlanishidan oldin energiya to'planadi. Ikkinchidan, eng yuqori quvvat juda yuqori: 10 mkm nuqtada bir mikrojoul energiyani bir necha femtosekundlarga jamlash 10¹⁸ Vt/sm² quvvat zichligini beradi, elektr maydon kuchlari toʻgʻridan-toʻgʻri atomlardan elektronlarni ajratish uchun yetarli darajada kuchli.

Bu zarar mexanizmining o'zini o'zgartiradi. Uzluksiz-to'lqin-pikosoniyagacha{3}}o'nlab impulslar uchun zarar ko'chki ionlanishi bilan boshqariladi, bu boshlang'ich bo'sh{4}}elektron zichligiga - bog'liq va iflosliklarning taqsimlanishi turlicha bo'lgani uchun zarar chegarasi 50% ehtimollik bilan statistik qiymat hisoblanadi. Ultraqisqa impulslar mexanizmni multifotonli ionlanishga o'tkazadi: bog'langan elektronlar bir vaqtning o'zida bir nechta fotonlarni o'zlashtiradi va to'g'ridan-to'g'ri erkin darajaga o'tadi, shuning uchun zarar eshigi endi moddiy tarixga bog'liq emas - u aniq, takrorlanadigan raqamga aylanadi, impuls kengligi qisqargan sari kamayadi, femtosoniya darajasida tekislanadi.

Eshik chegarasi juda aniq bo'lgani uchun lazer energiyasini aniq - ga yoki - dan biroz yuqoriroqqa o'rnatish, zarar eshigi faqat mo'ljallangan hajmni pasaytiradi, bu esa diffraktsiya chegarasidan pastroq mikronlarni qayta ishlashga imkon beradi. Natijada ultra-yuqori yorugʻlik intensivligi, aniq past chegara, arzimaydigan issiqlik taʼsir-boʻlagi va deyarli har qanday materialni sub-mikron aniqligi bilan qayta ishlash imkoniyati mavjud. Texnologiya allaqachon keng qo'llaniladigan diapazonda ishlab chiqarilmoqda:

• Mikroelektronika va yarimo'tkazgichli qadoqlash- burg'ulash, yupqa{1}}plyonka chizish va mo'rt qoliplarni maydalash orqali.
• Fotonik{0}}kristal va optik qurilmalar- 3D mikro{1}}ko‘zoynak va polimerlarning tuzilishi, jumladan, yuqori{2}}axborot-transfer (terabit-sinf) optik-tolali aloqa komponentlari.
• Ma'lumotlarni saqlashShaffof muhitda nuqtama-nuqta yozilgan - yangi uch oʻlchovli optik xotira arxitekturasi.
• Tibbiy asboblar va bioinjeneriya- mikro-stentlar, igna teshiklari,{2}}chip kanallarida-laboratoriya-va biomuhandislik tadqiqotlari uchun hujayra{5}}darajasida ishlov berish.

Mikro-Qattiq va mo'rt materiallarni burg'ulash

O'tga chidamli va mo'rt materiallar - molibden, keramika va klapan qotishmalari - an'anaviy burg'ulashni engadi: asbobning aşınması haddan tashqari, qirralarning parchalanishi tez-tez uchraydi va tomonlar nisbati to'xtab qoladi. Femtosekundli burg'ulash materialni mexanik stressni o'tkazmasdan to'g'ridan-to'g'ri ablasyon yo'li bilan olib tashlaydi va hatto eng qattiq tagliklarda ham toza, konus{3}}boshqariladigan teshiklarni hosil qiladi. Amaliy tadqiqotlar o'z ichiga oladifemtosekundlik mikro{0}}molibdenni burg'ulashvagaz va suyuqlik klapanlari uchun femtosekundli mikro-teshiklarni qayta ishlash, bu erda mikron miqyosdagi teshiklar-millionlab ish sikllarida burmasiz qolishi kerak.

Nozik komponentlar va mikrofluidika

Geometriya mahsulot boʻlgan joyda - cheklovchi teshiklar, mikrosuyuqlik kanallari va yuqori-qiymatli aniqlikdagi komponentlar - femtosekundlik ishlov berish ishlab chiqarish miqyosida ham aniqlik, ham takrorlanuvchanlikni taʼminlaydi. Masalan, havo-podshipniklarini cheklovchi teshiklari minglab qismlar bo'ylab aniq diametrlarni va toza kirishlarni talab qiladi;havo rulmanlarini cheklovchi teshiklari uchun femtosekundli burg'ulashprototipdan ommaviy ishlab chiqarishgacha bo'lgan jarayon qanday ko'lamini ko'rsatadi. Hayot fanlari-va diagnostika segmentida,mikrofluidik chiplarni femtosekund lazer bilan qayta ishlashshaffof materiallar ichida 3D kanal ishlab chiqarishni namoyish etadi - hech qanday mexanik yoki termal jarayon mos kelmaydigan qobiliyat.

Eng tez sur'atlarda o'sib borayotgan mikro{1}}ikkita ish yuki toza energiya-sektoridan keladi. Yupqa{4}}fotovoltaik plyonkalarda, lazer yordamida perovskit yutgichni ketma-ket-bog'langan hujayralarga - P1/P2/P3 chiziq chiziqlari toza, tor va-katta shisha panellar ustida aniq bo'lishi kerak; qarangperovskit quyosh xujayrasi lazer yozishuskunalar va jarayon talablari uchun. Batareya ishlab chiqarishda hujayra korpuslarining boshqariladigan sirt teksturasi UV{1}}qoplamalar uchun yopishqoqlikni yaxshilaydi va termal-boshqaruv aloqasini yaxshilaydi; ish jarayoni tasvirlanganbatareya xujayrasi korpuslari uchun lazerli sirt teksturasi. Maqsad tuzilishdan ko'ra tozalash bo'lsa - qoplama yoki yopishtirishdan oldin oksidlar va qoldiqlarni olib tashlash - ikkita operatsiya o'rtasidagi chegarada aniqlik kiritiladi.sirt teksturaga nisbatan lazer bilan tozalash.

To'g'ri platforma to'rtta parametr bilan aniqlanadi: impuls kengligi (nanosekund, pikosoniya, femtosoniya), to'lqin uzunligi (IR, yashil, UV), impuls energiyasi va nur{0}}etkazib berish arxitekturasi. Nanosoniya manbalari ko'pchilik markalash va muntazam kesish bilan shug'ullanadi; pikosoniyali tizimlar iste'molchi{2}}elektronika ishlab chiqarishida yupqa{2}}plyonkalarni himoya qiladi; sub-mikron aniqligi, nol HAZ yoki mo'rt-material sifatini muhokama qilib bo'lmaydigan-femtosoniya tizimlari talab qilinadi; va UV toʻlqin uzunliklari platalar va displeylarda organik{7}}qatlamlarni qayta ishlash uchun fotokimyoviy selektivlikni qoʻshadi. Tanlovlar o'zaro ta'sir qilganligi sababli, nur manbai va harakat tizimini bir birlik sifatida baholang - skanerlash maydoni, sahna aniqligi va ishlov berish dasturi lazerning o'zi kabi erishish mumkin bo'lgan natijani hal qiladi. Bizningnozik mikro{0}}nano lazerli ishlov berish tizimlarisahifada har bir rejim uchun mavjud{0}}mashina darajasidagi konfiguratsiyalar mavjud.

Lazerli mikromashinalar laboratoriya texnikasidan mikro{0}}elektronika, tibbiy asboblar, aniq optika va toza{1}}energiya komponentlarini ishlab chiqarish asosiga aylandi. Texnologiya impuls rejimini materialga, to‘lqin uzunligini yutilish profiliga va platformani ishlab chiqarish hajmiga - CO₂ orqali va UV platalarini qayta ishlashdan pikosoniya iste’molchi{4}}elektronik ishiga va femtosekundlik sovuq ablasyonga moslagan muhandislarni mukofotlaydi. Istalgan kichik mavzuni chuqurroq oʻrganish uchun yuqoridagi bogʻlangan manbalardan foydalaning-yoki maʼlum bir ilovani muhokama qilish uchun muhandislar guruhimizga murojaat qiling.