1.Pengenalan
Sejak laser pertama muncul di 1960, penyelidikan laser dan aplikasinya dalam pelbagai bidang telah berkembang pesat. Koherensinya yang tinggi telah banyak digunakan dalam bidang pengukuran ketepatan tinggi, analisis struktur bahan, penyimpanan maklumat, dan komunikasi. Arahan dan kecerahan laser yang tinggi dapat digunakan secara meluas dalam industri pembuatan. Dengan inovasi dan pengoptimuman peranti laser yang berterusan, sumber radiasi yang dirangsang baru, dan proses yang sesuai, terutama dalam 20 tahun terakhir, teknologi pembuatan laser telah merambah ke banyak bidang dan industri berteknologi tinggi dan mula mengganti atau mengubah beberapa industri pemprosesan tradisional.
Dalam 1987, saintis Amerika mengemukakan rancangan pengembangan sistem mekanik elektro mikro (MEMS), yang menandakan era baru penyelidikan manusia mengenai mesin mikro. Pada masa ini, teknologi pembuatan yang digunakan dalam micromachining terutama meliputi teknologi pemprosesan semikonduktor, teknologi microfithography electroforming (Liga), teknologi pemesinan ultra-ketepatan, dan teknologi micromachining khas. Antaranya, kaedah micromachining khas adalah melalui kesan langsung pemprosesan tenaga, untuk mencapai penyingkiran molekul atau atom satu persatu. Pemesinan khas dilakukan dalam bentuk tenaga elektrik, tenaga haba, tenaga cahaya, tenaga bunyi, tenaga kimia, dan lain-lain. Kaedah yang biasa digunakan adalah EDM, pemesinan ultrasonik, pemesinan sinar elektron, pemesinan pancaran ion, pemesinan elektrokimia, dan lain-lain. beberapa tahun kebelakangan ini, kaedah baru micromachining telah dikembangkan: Photoforming, termasuk stereolithography, photomask, dll. Laser micromachining mempunyai potensi besar dalam aplikasi dan pengembangan.
2.Aplikasi utama teknologi micromachining laser
Dengan pengembangan produk elektronik ke arah pengoperasian mudah alih dan miniaturisasi, peningkatan maklumat jumlah unit (kepadatan tinggi) dan kelajuan pemprosesan unit masa (kelajuan tinggi) telah mengemukakan keperluan baru untuk teknologi pembungkusan mikroelektronik. Sebagai contoh, telefon bimbit moden dan kamera digital dilengkapi dengan kira-kira 1200 saling per sentimeter persegi. Kunci untuk meningkatkan tahap pembungkusan cip adalah menjaga kewujudan mikro vias antara garis lapisan yang berbeza, yang tidak hanya menyediakan sambungan berkelajuan tinggi antara peranti yang dipasang di permukaan dan panel isyarat di bawah tetapi juga mengurangkan kawasan pembungkusan secara berkesan .
Sebaliknya, dengan pengembangan produk elektronik mudah alih seperti telefon bimbit, kamera digital dan komputer riba menjadi ringan, nipis, pendek dan kecil dalam beberapa tahun kebelakangan ini, papan litar bercetak (PCB) secara beransur-ansur menunjukkan ciri-ciri lapisan dan pelbagai fungsi dengan teknologi interkoneksi berkepadatan tinggi sebagai badan utama. Untuk memastikan sambungan elektrik antara lapisan dan pemasangan alat luaran secara berkesan, melalui telah menjadi bahagian penting dalam PCB pelbagai lapisan. Pada masa ini, kos penggerudian biasanya menyumbang 30% - 40% daripada kos pembuatan PCB. Dalam reka bentuk PCB berkelajuan tinggi dan berkepadatan tinggi, para pereka selalu berharap bahawa semakin kecil, semakin baik, sehingga tidak hanya lebih banyak ruang pendawaian di papan. Dan semakin kecil melalui, lebih sesuai untuk litar berkelajuan tinggi. Ukuran minimum penggerudian mekanikal tradisional hanya 100 μ m, yang jelas tidak dapat memenuhi syarat. Sebaliknya, kaedah pemprosesan lubang mikro laser baru digunakan. Pada masa ini, mungkin untuk memperoleh lubang kecil dengan diameter 30 - 40 μ m atau lubang kecil dengan diameter sekitar 10 μ m dengan menggunakan laser CO 2 dalam industri.
Teknologi laser micromachining boleh digunakan untuk memotong, menggerudi, mengukir, mencungkil, menembus haba, mengimpal dan sebagainya dalam pembuatan peralatan, kenderaan, pembuatan ketepatan penerbangan dan pelbagai industri pemprosesan mikro, seperti pemprosesan bahagian ink-jet pencetak jet dakwat dengan ukuran lebih daripada 20 mikron. Menggunakan teknologi rawatan permukaan laser, seperti menekan mikro, menggilap dan sebagainya, untuk memproses pelbagai elemen mikro-optik, atau melalui kaca berpori pengisian laser, amorfisasi kaca-seramik untuk mengubah struktur, kemudian, dengan menyesuaikan kekuatan mekanik luaran , dan kemudian pada tahap pelunakan, elemen mikro-optik diproses dengan pembentukan mikro berbantu plasma.
Teknologi micromachining laser biasa
Teknologi pemeliharaan mikro laser mempunyai banyak kelebihan, seperti tidak bersentuhan, pemesinan selektif, kawasan kecil yang terkena panas, ketepatan tinggi dan kadar pengulangan, fleksibiliti pemesinan tinggi dari ukuran dan bentuk bahagian. Sebenarnya, ciri terbesar teknologi micromachining laser adalah&"penulisan langsung GG", yang mempermudah proses dan menyedari prototaip mikrokomin cepat. Di samping itu, kaedah ini tidak mempunyai masalah pencemaran alam sekitar seperti kakisan, sehingga boleh disebut" green pembuatan" ;. Terdapat dua jenis teknologi laser micromachining yang digunakan dalam micromachining:
1) Teknologi penyingkiran mikro penyingkiran bahan, seperti penapisan mikro penulisan langsung laser, Liga Liga, dan lain-lain;
2) Teknologi susun mikro susun bahan, seperti stereolitografi mikro laser, pemendapan berbantukan laser, pensinteran selektif laser, dan sebagainya.
Teknologi pembuatan mikro laser lain
Pulse laser etching adalah bidang penyelidikan baru teknologi laser. Ia menggunakan laser frekuensi dua kali ganda pendek atau laser picosecond, femtosecond digabungkan dengan alat mesin CNC berketepatan tinggi untuk membuat dan memproses pelbagai bahan. Kualiti struktur mikro yang terbentuk di permukaan bahan-bahan ini jauh lebih tinggi apabila bahan-bahan tersebut terukir dengan nadi pendek dan kemudian dikeluarkan. Di 2001, instrumen Heidelberg di Jerman menggunakan frekuensi tiga (panjang gelombang {{3}}. 7 nm) untuk mendapatkan titik fokus dengan minimum 5 mm, a saiz ciri minimum Machinable 10 mm, dan ketepatan 1 mm. Gambar 5 menunjukkan bentuk tiga dimensi laser nadi yang terukir pada WC / Co.. Diameter titik fokus laser ialah 5 mm, dan arah suapan X dan Y adalah {{5 }} mm. {{1 3}}. 3 mm dikeluarkan untuk setiap lapisan, dan rata-rata kekasaran permukaan adalah 0. 16 mm. Pemotongan mikro laser adalah sama dengan kaedah laser etching. Ia juga menggunakan laser frekuensi dua kali ganda atau femtosecond sebagai sumber cahaya untuk memfokuskan sinar tepat dan mengawal input tenaga dengan tepat. Kesan termal adalah kecil dan pemotongan penyingkiran mikro dilakukan.
3.Perkembangan terkini laser denyut ultrashort dalam teknologi micromachining
Laser CO 2 dan laser YAG adalah laser nadi berterusan dan panjang. Mereka terutama difokuskan untuk membentuk ketumpatan tenaga yang tinggi, yang dapat menghasilkan suhu tinggi di kawasan setempat untuk menghilangkan bahan. Mereka pada dasarnya berada dalam bidang pemprosesan termal, dengan ketepatan pemprosesan yang terhad. Laser excimer bergantung pada panjang gelombang pendek (UV) untuk berinteraksi dengan kimia foto bahan, dan skala ciri dapat mencapai urutan mikrometer. Walau bagaimanapun, gas yang diperlukan oleh laser excimer menghakis dan sukar dikawal. Lebih-lebih lagi, laser UV berkekuatan tinggi mudah merosakkan elemen optik sistem pemprosesan, jadi aplikasinya terhad. Dengan kajian lebih lanjut mengenai bidang laser, lebar domain masa denyut laser dimampatkan semakin pendek, dari nanosecond (10-9s) hingga picosecond (10-12s) hingga femtosecond (10-l 5 s).
Laser denyut femtosecond mempunyai dua ciri berikut: (1) jangka masa nadi pendek. Durasi denyut femtosecond boleh sesingkat beberapa femtosecond, dan cahaya hanya menyebarkan 0. {2}} μ m dalam 1 FS, yang lebih pendek daripada diameter kebanyakan sel; (2) daya puncaknya sangat tinggi. Laser Femtosecond memusatkan tenaga nadi dalam beberapa hingga ratusan femtosecond, jadi daya puncaknya sangat tinggi. Sebagai contoh, jika tenaga L μ J tertumpu dalam beberapa femtosecond dan berubah menjadi titik 1 0 μ m, ketumpatan daya optiknya dapat mencapai 1 0 1 8w / cm 2, dan intensiti medan elektriknya dapat diubah menjadi 2 × 1 0 1 2 v / m, iaitu 4 kali kekuatan medan Coulomb (5 × 1 0 1 1 v / M) dalam atom hidrogen, adalah mungkin untuk memisahkan elektron dari atom secara langsung.
Dari mekanisme interaksi laser dan bahan lutsinar, lebar nadi adalah dari laser berterusan hingga puluhan picosecond, dan mekanisme kerosakan adalah proses pengionan longsoran, yang bergantung pada kepadatan elektron awal, sementara ketumpatan elektron awal dalam bahan berubah sangat disebabkan pengagihan kekotoran yang tidak sekata. Oleh itu, ambang kerosakan berubah dengan banyak. Ambang kerosakan laser denyut panjang ditakrifkan sebagai ketumpatan aliran tenaga laser dengan kebarangkalian kerosakan 50%, iaitu ambang kerosakan laser denyut panjang adalah nilai statistik. Kekuatan medan laser denyut ultrashort sangat tinggi. Elektron terikat dapat menyerap n foton pada masa yang sama dan secara langsung beralih dari tahap terikat ke tahap bebas. Walaupun kerosakan yang disebabkan oleh laser denyut ultrashort juga merupakan proses pengionan longsoran, elektronnya dihasilkan oleh proses pengionan multipoton dan tidak lagi bergantung pada kepadatan elektron awal dalam bahan. Oleh itu, ambang kerosakan adalah nilai yang tepat. Ambang kerosakan laser nadi menurun dengan penurunan lebar nadi. Pada tahap picosecond, kadar penurunan menjadi perlahan, dan pada tahap femtosecond, hampir tidak berubah.
Di samping itu, kerana ambang kerosakan laser denyut ultrashort sangat tepat, tenaga laser dikawal sama dengan atau sedikit lebih tinggi daripada ambang kerosakan, maka hanya bahagian yang lebih tinggi daripada ambang kerosakan yang menghasilkan ablasi, dan pemprosesan submikron di bawah had difraksi dapat dijalankan. Laser femtosecond dapat menghasilkan intensiti cahaya yang sangat tinggi, mempunyai ambang kerosakan yang tepat dan rendah, mempunyai kawasan yang terkena panas yang sangat kecil, dan dapat memproses hampir semua jenis bahan dengan tepat. Lebih-lebih lagi, ketepatan pemprosesan sangat tinggi dan dapat memproses ukuran submikron dengan tepat.
Laser micromachining mempunyai kelebihan kecekapan pengeluaran yang tinggi, kos rendah, kualiti pemprosesan yang stabil dan boleh dipercayai, faedah ekonomi dan sosial yang baik. Laser femtosecond memecahkan kaedah pemprosesan laser tradisional dengan kelebihan uniknya iaitu jangka pendek nadi pendek, daya puncak tinggi, dan mencipta bidang baru bahan ultra halus, kerosakan bukan terma, dan 3 pemprosesan dan pemprosesan ruang D . Penerapan teknologi pemprosesan laser femtosecond merangkumi mikroelektronika, peranti kristal fotonik, peranti komunikasi gentian optik dengan kelajuan penghantaran maklumat yang tinggi (1 tbit / s), micromachining, memori optik tiga dimensi baru, pembuatan peranti perubatan mikro dan bioengineering sel teknologi dan sebagainya. Ini dapat diramalkan bahawa teknologi laser micromachining akan menjadi teknologi tinggi pada abad ke-2 1 dengan kelebihannya yang tidak dapat diganti.
Kesimpulannyasion
Pada era perindustrian, semua negara di dunia dengan bangga menghasilkan mesin berskala besar; dalam era teknologi maklumat, semua negara industri maju komited untuk penyelidikan bahan mikro dan pembuatan mesin yang semakin kecil; sementara di era nanoteknologi, untuk menyesuaikan diri dengan pengembangan pertahanan nasional, aeroangkasa, perubatan dan Bioengineering, pemprosesan mikro adalah arah penyelidikan yang paling aktif dalam industri pembuatan hari ini Salah satunya adalah bahawa tahap pengembangan teknologi mikomekanik telah menjadi salah satu piawaian untuk mengukur kekuatan komprehensif sesebuah negara. Teknologi laser micromachining menunjukkan lebih banyak kelebihan unik dalam teknologi micromachining dan mempunyai prospek pengembangan yang luas. China mesti mengembangkan teknologi micromachining laser dengan hak harta intelek bebas, untuk menduduki tempat dalam bidang teknologi tinggi masa depan.