1.esittely
Sen jälkeen kun ensimmäinen laser ilmestyi 1960, laserin tutkimus ja sen käyttö eri aloilla on kehittynyt nopeasti. Sen korkeaa johdonmukaisuutta on käytetty laajasti tarkkuuden mittaamisen, materiaalien rakenneanalyysin, tiedon varastoinnin ja viestinnän aloilla. Laserin korkeaa ohjausta ja kirkkautta voidaan käyttää laajasti teollisuudessa. Laserilaitteiden, uusien stimuloitujen säteilylähteiden ja vastaavien prosessien jatkuvan innovoinnin ja optimoinnin avulla, etenkin viimeisen 20 vuoden aikana, laserin valmistustekniikka on tunkeutunut monille korkean teknologian aloille ja teollisuudenaloille ja alkanut korvata tai muuttaa joitain perinteinen jalostusteollisuus.
Amerikkalaiset tutkijat esittelivät 1987 mikroelektromekaanisen järjestelmän (MEMS) kehityssuunnitelman, joka merkitsee uutta aikakautta ihmisen mikrotekniikan tutkimukselle. Tällä hetkellä mikromuovituksessa käytettyihin valmistustekniikoihin sisältyy pääasiassa puolijohteiden käsittelyteknologia, mikrolitografinen sähkömuovaus (Liga) -teknologia, erittäin tarkkuustyöstötekniikka ja erityinen mikroteknologia. Heidän joukossaan erityinen mikromateriaalimenetelmä on prosessointienergian suora vaikutus, jolloin molekyylit tai atomit poistetaan yksitellen. Erityinen työstö suoritetaan sähköenergian, lämpöenergian, valoenergian, äänenergian, kemiallisen energian jne. Muodossa. Yleisesti käytettyjä menetelmiä ovat EDM, ultraäänikäsittely, elektronisäteen työstö, ionisäteen työstö, sähkökemiallinen työstö jne. Viime vuosina on kehitetty uusi mikromikroinnin menetelmä: Valokuvanmuodostus, mukaan lukien stereolitografia, valokuvasäte jne. Lasermikrokaranituksella on suuri potentiaali sovelluksessa ja kehityksessä.
2.Laser mikromateriaalitekniikan pääsovellus
Kehittäessäsi elektronisia tuotteita kohti kannettavaa ja pienikokoistamista, yksikkötilavuuden (korkea tiheys) ja yksikköajan käsittelynopeuden (nopea) parantaminen on asettanut uusia vaatimuksia mikroelektroniselle pakkaustekniikalle. Esimerkiksi nykyaikaiset matkapuhelimet ja digitaalikamerat on varustettu noin 1200 liitännällä neliö senttimetriä kohti. Tärkeintä sirupakkauksen tason parantamisessa on pitää mikrolevyt olemassa eri kerrosten linjojen välillä, mikä tarjoaa paitsi nopean yhteyden pinta-asennettavien laitteiden ja alla olevan signaalipaneelin välille, mutta vähentää tehokkaasti myös pakkausaluetta .
Toisaalta, kun viime vuosina on kehitetty kannettavia elektroniikkatuotteita, kuten matkapuhelimia, digitaalikameroita ja kannettavia tietokoneita vaaleiksi, ohutiksi, lyhyiksi ja pieniksi, painetut piirilevyt (PCB) osoittavat vähitellen kerrostuksen ominaisuuksia ja monikäyttöisiä korkea tiheys yhdysteknologia pääkappaleena. Kerrosten välisen sähköisen yhteyden ja ulkoisten laitteiden kiinnityksen varmistamiseksi tehokkaasti kautta on tullut tärkeä osa monikerroksista piirilevyä. Porauskustannukset ovat tällä hetkellä yleensä 30% - 40% piirilevyjen valmistuskustannuksista. Suurnopeuden ja tiheän piirilevyn suunnittelussa suunnittelijat toivovat aina, että mitä pienempi läpivienti, sitä parempi, niin että levyllä ei ole vain enemmän kytkentätilaa. Ja mitä pienempi kauttakulku, sitä sopivampi nopeaan piiriin. Perinteisen mekaanisen porauksen vähimmäiskoko on vain 100 μm, mikä ei selvästikään pysty täyttämään vaatimuksia. Sen sijaan hyväksytään uusi laser-mikro-reikäprosessointimenetelmä. Tällä hetkellä on mahdollista saada pieni reikä, jonka halkaisija on 30 - 40 μm, tai pieni reikä, jonka halkaisija on noin 10 μm, käyttämällä CO 2 -laseria teollisuudessa.
Laser mikromuovitekniikkaa voidaan käyttää leikkaamaan, poraamaan, veistämään, kirjoittamaan, lämpöä tunkeutumaan, hitsaamaan ja niin edelleen laitteiden valmistuksessa, autojen, ilmailun tarkkuudenvalmistuksessa ja erilaisissa mikroteknologian teollisuuksissa, kuten esimerkiksi mustesuihkun osan käsittelyssä. mustesuihkutulostin, jonka koko on yli 20 mikronia. Käyttämällä laserpintakäsittelytekniikkaa, kuten mikropuristusta, kiillotusta ja niin edelleen, useiden mikrooptisten elementtien käsittelemiseksi, tai huokoista lasia täyttämällä laserilla, keraamisella amorfisoinnilla rakenteen muuttamiseksi, säätämällä sitten ulkoista mekaanista voimaa , ja sitten pehmenemisvaiheessa mikro-optiset elementit prosessoidaan plasma-avusteisella mikromuodostelmalla.
Yleinen lasermikromateriaalitekniikka
Lasermikrokäsittelytekniikalla on monia etuja, kuten kosketuksettomat, selektiiviset koneistukset, pieni lämpövaikutteinen alue, korkea tarkkuus ja toistotaajuus, osan koon ja muodon suuri työstöjoustavuus. Itse asiassa laseromikrotekniikkatekniikan suurin ominaisuus on" suoran kirjoittamisen" ;, joka yksinkertaistaa prosessia ja toteuttaa mikrotietokoneiden nopean prototyypin. Lisäksi tällä menetelmällä ei ole ympäristösaasteongelmia, kuten korroosiota, joten sitä voidaan kutsua" vihreä valmistus" ;. Mikrolaukussa on kahta tyyppiä käytettäviä mikromikrojärjestelmiä:
1) Materiaalien poisto mikroteknologiatekniikka, kuten suora kirjoitus mikromuovaus, laser Liga jne .;
2) Materiaalipinoistavan mikroteknologian tekniikka, kuten lasermikroferolitografia, laser-avusteinen kerrostuminen, laserselektiivinen sintraus ja niin edelleen.
Muut lasermikromateriaalitekniikat
Pulsslaser-etsaus on uusi lasertekniikan tutkimusalue. Se käyttää lyhyen aallonpituuden taajuudella kaksinkertaistettua laseria tai pikosekunnin, femtosekunnin laseria yhdistettynä tarkkaan CNC-työstökoneeseen syövyttämään ja käsittelemään erilaisia materiaaleja. Näiden materiaalien pinnalle muodostetun mikrorakenteen laatu on paljon parempi, kun materiaalit syövytetään lyhyellä pulssilla ja poistetaan sitten. Saksassa 2001 Heidelbergin instrumentit käyttivät kolminkertaistaajuutta (aallonpituus {{3}}. 7 nm) tarkennuspisteen saamiseksi vähintään 5 mm, a Koneistettavissa olevan ominaisuuden vähimmäiskoko on 10 mm ja tarkkuus 1 mm. Kuvio 5 näyttää WC / Co: lle syövytyn pulssilaserin kolmiulotteisen muodon. Laserin fokuspisteen halkaisija on 5 mm ja syöttö X- ja Y-suunnassa ovat {{5 }} mm. {{1 3}}. 3 mm poistetaan jokaiselta kerrokselta ja keskimääräinen pinnan karheus on 0. 16 mm. Lasermikroleikkaus on periaatteessa sama kuin lasersyövy. Se käyttää myös kaksinkertaistettua taajuutta tai femtosekunnin laseeria valonlähteenä kohdistaaksesi säteen tarkasti ja säätämään energian syöttöä tarkasti. Lämpövaikutus on pieni ja suoritetaan mikropoistoleikkaus.
3.Uusin ultrakevyiden pulssilazerien kehitys mikroteknologiassa
CO 2 laser ja YAG laser ovat jatkuva ja pitkä pulssilaseri. Ne on keskittynyt pääasiassa muodostamaan suuri energiatiheys, joka voi tuottaa korkeita lämpötiloja paikallisella alueella materiaalien poistamiseksi. Ne ovat pohjimmiltaan lämpökäsittelyn alalla, rajoitetulla käsittelyn tarkkuudella. Excimer-laser vetoaa lyhyen aallonpituutensa (UV) kanssa vuorovaikutukseen materiaalin valokemian kanssa, ja sen ominaisalue voi olla mikrometrin luokkaa. Eksimeerilaserin tarvitsema kaasu on kuitenkin syövyttävää ja vaikeasti hallittavissa. Lisäksi erittäin luja UV-laser on helppo vahingoittaa prosessointijärjestelmän optisia elementtejä, joten sen käyttö on rajoitettua. Laserkentän lisätutkimuksella laserpulssin aika-alueen leveys pakkautuu yhä lyhyemmäksi nanosekunnista (10–9 sekuntia) pikosekunniksi (10–12 sekuntia) femtosekunniksi (10 litraa 5) s).
Femtosekunnin pulssilaserilla on seuraavat kaksi ominaisuutta: (1) pulssin kesto on lyhyt. Femtosekunnin pulssin kesto voi olla niin pieni kuin muutama femtosekuntia, ja valo etenee vain 0. {{2}} μm 1 FS: ssä, mikä on lyhyempi kuin useimpien solujen halkaisija; (2) huipputeho on erittäin korkea. Femtosecond-laser keskittää pulssienergian muutamasta sataan femtosekunnissa, joten sen huipputeho on erittäin korkea. Esimerkiksi, jos L μ J: n energia on keskittynyt muutamassa femtosekunnissa ja muuttuu pisteeksi 1 0 μm, sen optinen tehotiheys voi olla 1 0 1 8w / cm 2, ja sen sähkökentän voimakkuus voidaan muuntaa 2 × 1 0 1 2 v / m, joka on 4 kertaa Coulomb-kentän voimakkuudesta (5 × 1 0 1 1 v / M) vetyatomissa, on mahdollista erottaa elektroni atomista suoraan.
Laserin ja läpinäkyvien materiaalien vuorovaikutusmekanismista lähtien pulssin leveys on jatkuvasta laserista kymmeniin pikosekuntia, ja vauriomekanismi on lumivyöryn ionisaatioprosessi, joka riippuu alkuperäisestä elektronitiheydestä, kun taas alkuaineiden elektronitiheys materiaaleissa muuttuu suuresti johtuen epäpuhtauksien epätasainen jakautuminen. Siksi vahinkoraja muuttuu suuresti. Pitkän pulssin laserin vauriokynnys määritellään laserenergian virtaustiheydeksi, jonka vaurio todennäköisyys on 50%, toisin sanoen pitkäkestoisen pulssin laserin vauriokynnys on tilastollinen arvo. Ultra Lyhyt pulssilaserin kenttävoimakkuus on erittäin korkea. Sitoutunut elektroni voi absorboida n fotonia samanaikaisesti ja siirtyä suoraan sitoutuneelta tasolta vapaalle tasolle. Vaikka ultra-lyhyt pulsslaserin aiheuttamat vahingot ovat myös lumivyöryn ionisaatioprosessia, sen elektronit tuotetaan monifotonionisaatioprosessilla, eivätkä ne enää riipu materiaalin alkuperäisestä elektronitiheydestä. Siksi vauriokynnys on tarkka arvo. Pulssilaserin vauriokynnys pienenee pulssin leveyden pienentyessä. Pikosekunnin tasolla laskunopeus hidastuu ja femtosekunnin tasolla se on melkein muuttumaton.
Lisäksi, koska ultra lyhyt pulsslaserin vauriokynnys on erittäin tarkka, laserenergiaa säädetään olevan tarkalleen yhtä suuri tai pienempi kuin vauriokynnys, niin vain vauriokynnystä korkeampi osa tuottaa ablaation, ja alamikron prosessointi alapuolella diffraktioraja voidaan suorittaa. Femtosekunnin laser voi tuottaa erittäin korkeaa valovoimaa, sillä on tarkka ja pieni vauriokynnys, sillä on hyvin pieni lämpövaikutteinen alue ja se pystyy käsittelemään melkein kaikenlaisia materiaaleja tarkasti. Lisäksi käsittelyn tarkkuus on erittäin korkea ja se voi prosessoida alamikron koon tarkasti.
Lasermikrokäsittelyn etuna on korkea tuotantotehokkuus, alhaiset kustannukset, vakaa ja luotettava käsittelylaatu, hyvät taloudelliset ja sosiaaliset edut. Femtosekunnin laser katkaisee perinteisen laserprosessomenetelmän ainutlaatuisilla eduillaan, kuten lyhyellä pulssin kestolla, korkealla huipputeholla, ja luo uuden kentän erittäin hienoja materiaaleja, ei-lämpövaurioita ja 3 D-tilankäsittelyä ja -käsittelyä . Femtosekunnin laserkäsittelytekniikan käyttö sisältää mikroelektroniikan, fotoniikkalaitteet, optisen kuidun viestintälaitteet, joilla on suuri tiedonsiirtonopeus (1 tbit / s), mikrotekniikka, uusi kolmiulotteinen optinen muisti, mikrolääketieteellisten laitteiden valmistus ja solujen biotekniikka tekniikka ja niin edelleen. Voidaan ennustaa, että lasermikromateriaalitekniikasta tulee huipputeknologiaa 2 1 vuosisadalla korvaamattomine eduineen.
ConcluSion
Teollistumisen aikakaudella kaikki maailman maat ovat ylpeitä tuottamaan suuria koneita; tietotekniikan aikakaudella kaikki edistyneet teollisuusmaat ovat sitoutuneet mikromateriaalien tutkimukseen ja yhä pienempien koneiden valmistukseen; Vaikka nanoteknologian aikakaudella, jotta voidaan sopeutua maanpuolustuksen, ilmailu-, lääketieteen ja biotekniikan kehitykseen, mikrotekniikka on nykyään teollisuuden aktiivisin tutkimussuunta. Yksi on se, että mikromekaanisen tekniikan kehitystasosta on tullut yksi standardit maan kokonaisvahvuuden mittaamiseksi. Laser mikromateriaalitekniikka osoittaa yhä enemmän ainutlaatuisia etuja mikrotekniikan tekniikassa ja sillä on laajat kehitysnäkymät. Kiinan on kehitettävä lasermikromateriaalitekniikka riippumattomilla immateriaalioikeuksilla, jotta se voi ottaa paikan tulevaisuuden korkean teknologian alalla.