1.Uvod
Otkako je prvi laser izašao u 1960, istraživanje lasera i njegova primjena na raznim poljima brzo su se razvili. Njegova visoka koherencija naširoko se koristi u područjima mjerenja visoke preciznosti, analize strukture materijala, pohrane podataka i komunikacije. Visoka usmjerenost i svjetlina lasera mogu se široko koristiti u proizvodnoj industriji. Kontinuiranim inovacijama i optimizacijom laserskih uređaja, novim poticajnim izvorima zračenja i odgovarajućim procesima, posebno u proteklih {{}} godina, tehnologija laserske proizvodnje prodirala je u mnoga visoko tehnološka područja i počela zamijeniti ili transformirati neke tradicionalna prerađivačka industrija.
U 1987 američki su znanstvenici iznijeli razvojni plan mikro-mehaničkog sustava (MEMS), koji označava novu eru ljudskih istraživanja mikro strojeva. Trenutno se proizvodne tehnologije koje se koriste u mikromreživanju uglavnom sastoje od tehnologije za obradu poluvodiča, tehnologiju elektroformiranja u mikroskopiji (Liga), ultra preciznu obradu i posebnu tehnologiju mikromreže. Među njima je posebna metoda mikromakiniranja izravnim učinkom energije obrade, kako bi se postiglo uklanjanje molekula ili atoma jedna po jedna. Posebna obrada provodi se u obliku električne energije, toplinske energije, svjetlosne energije, zvučne energije, kemijske energije itd. Najčešće korištene metode su EDM, ultrazvučna obrada, obrada elektronskim snopovima, obrada ionskim snopovima, elektrokemijska obrada itd. posljednjih godina razvijena je nova metoda mikrokaljenja: fotooblikovanje, uključujući stereolitografiju, fotomasku itd. Lasersko mikromatiranje ima veliki potencijal u primjeni i razvoju.
2.Glavna primjena tehnologije laserskog mikromotiranja
S razvojem elektroničkih proizvoda prema prenosivom i minijaturizaciji, poboljšanje informacije o jedinici volumena (velika gustoća) i brzina obrade jedinice (velika brzina) postavilo je nove zahtjeve za mikroelektroničkom tehnologijom pakiranja. Na primjer, moderni mobilni telefoni i digitalni fotoaparati opremljeni su s oko 1200 međuspoja po kvadratnom centimetru. Ključno za poboljšanje razine pakiranja čipova je zadržavanje postojanja mikro vijasa između linija različitih slojeva, što ne samo da osigurava brzu vezu između površinski postavljenih uređaja i signalne ploče ispod, već i učinkovito smanjuje područje pakiranja ,
S druge strane, s razvojem prijenosnih elektroničkih proizvoda kao što su mobilni telefoni, digitalni fotoaparati i prijenosna računala u svjetlu, tanku, kratku i malu posljednjih godina, tiskane ploče (PCB) postupno pokazuju karakteristike slojevitosti i višenamjenske s tehnologija povezivanja visoke gustoće kao glavno tijelo. Kako bi se učinkovito osigurala električna veza između slojeva i učvršćivanje vanjskih uređaja, via je postala važan dio višeslojnog PCB-a. Trenutno troškovi bušenja obično čine 30% - 40% troškova proizvodnje PCB-a. U dizajnu PCB velike brzine i velike gustoće, dizajneri se uvijek nadaju da je što manje prolaza, to bolje, tako da na ploči nema samo više prostora za ožičenje. I što je manja via, to je prikladnije za krug velike brzine. Minimalna veličina tradicionalnog mehaničkog bušenja je samo 100 μ m, što očito ne može udovoljiti zahtjevima. Umjesto toga, usvojena je nova metoda laserske mikro obrade kroz rupe. Trenutno je moguće dobiti malu rupu promjera 30 - 40 μm ili malu rupu promjera oko 10 μm korištenjem CO 2 lasera u industriji.
Tehnologija laserskog mikroskopiranja može se koristiti za rezanje, bušenje, rezbarenje, piskanje, toplinsko prodiranje, zavarivanje i tako dalje u proizvodnji opreme, automobilskoj, zrakoplovnoj preciznoj proizvodnji i raznim mikroprerađivačkim industrijama, kao što je obrada mlaznog dijela mlaznice ink-jet pisač veličine više od 20 mikrona. Upotrebom tehnologije laserske obrade površina, kao što su mikro prešanje, poliranje i tako dalje, za obradu različitih mikro-optičkih elemenata ili laserskim punjenjem poroznog stakla, amorfizacijom staklokeramike za promjenu strukture, zatim podešavanjem vanjske mehaničke sile , a zatim u fazi omekšavanja mikro-optički elementi se obrađuju mikroplastikom potpomognutom plazmom.
Uobičajena laserska mikrostruka tehnologija
Tehnologija laserskog mikroskopiranja ima brojne prednosti, poput beskontaktne, selektivne obrade, područja s malim djelovanjem topline, visoke preciznosti i brzine ponavljanja, visoke fleksibilnosti obrade veličine i oblika dijelova. U stvari, najveća karakteristika laserske mikrokominirajuće tehnologije je&"izravno pisanje GG", što pojednostavljuje proces i ostvaruje brzo prototipiranje mikromreža. Pored toga, ova metoda nema problema sa zagađenjem okoliša, poput korozije, pa se može nazvati&"zelena proizvodnja GG". Postoje dvije vrste tehnologija laserskog mikroskopiranja koje se koriste u mikrorađivanju:
1) tehnologija mikromatiranja za uklanjanje materijala, poput laserskog izrade mikroračuna, direktno liga, itd .;
2) Tehnologija mikromakiranja za slaganje materijala, poput laserske mikro stereolitografije, laserskog taloženja, laserskog selektivnog sinteriranja i tako dalje.
Ostale tehnologije mikrostrukog metala
Pulzno lasersko jetkanje novo je istraživačko polje laserske tehnologije. Koristi laserski ili pikosekundni, femtosekundni laser s kratkom valnom dužinom u kombinaciji s visoko preciznim CNC alatnim strojevima za jetkanje i obradu raznih materijala. Kvaliteta mikrostrukture koja se formira na površini ovih materijala mnogo je veća kada se materijali utisnu u kratkom pulsu i zatim uklone. U 2001, Heidelbergovi instrumenti u Njemačkoj su koristili trostruku frekvenciju (talasna dužina {{3}}. 7 nm) za dobivanje žarišta sa najmanje 5 mm, a minimalna veličina značajke obradive od 10 mm i točnost 1 mm. Slika 5 prikazuje trodimenzionalni oblik pulsnog lasera utrošenog na WC / Co. Promjer laserske žarišne točke je 5 mm, a smjer ulaza X i Y su {{5 }} mm. {{1 3}}. 3 mm uklanja se za svaki sloj, a prosječna hrapavost površine je 0. 16 mm. Lasersko mikro rezanje u principu je isto što i lasersko jetkanje. Također koristi laser udvostručen frekvencije ili femtosekundni laser kao izvor svjetlosti za precizno fokusiranje snopa i precizno upravljanje unosom energije. Termički učinak je mali i provodi se rezanje mikro uklanjanjem.
3.Najnoviji razvoj ultraspornog pulsnog lasera u tehnologiji mikromreže
CO 2 laser i YAG laser su kontinuirani i dugotrajni laser. Oni su uglavnom usredotočeni na stvaranje visoke energetske gustoće, što može stvoriti visoke temperature u lokalnom području da ablatiraju materijale. U osnovi su u području toplinske obrade, s ograničenom preciznošću obrade. Eksimerni laser oslanja se na svoju kratku valnu duljinu (UV) u interakciju s fotokemijom materijala, a njegova karakteristična skala može doseći red mikrometra. Međutim, plin potreban excimer laserom je korozivan i teško je kontrolirati. Štoviše, UV-laser visoke čvrstoće lako oštećuje optičke elemente sustava za obradu, tako da je njegova primjena ograničena. Daljnjim proučavanjem laserskog polja, vremenska širina laserskog impulsa sažima se sve kraće, od nanosekunde (10-9s) do pikosekunde (10-12s) do femtosekunde (10-l 5 e).
Femtosekundni impulsni laser ima sljedeće dvije karakteristike: (1) trajanje impulsa je kratko. Trajanje femtosekundnog impulsa može biti kratko kao nekoliko femtosekundi, a svjetlost samo propagira 0. {{{{{}}}} μ m u 1 FS, što je kraće od promjera većine ćelija; (2) vršna snaga je vrlo velika. Femtosekundni laser koncentriše pulsnu energiju u nekoliko do stotina femtosekundi, tako da je njegova vršna snaga vrlo velika. Na primjer, ako se energija L μ J koncentrira u nekoliko femtosekundi i pretvori u točku od 1 0 μm, njegova gustoća optičke snage može doseći 1 0 1 8w / cm 2, a njegov intenzitet električnog polja može se pretvoriti u 2 × 1 0 1 2 v / m, što je 4 puta jakosti Kulomovog polja (5 × 1 0 1 {{0} v / M) u atomu vodika moguće je izravno odvojiti elektron od atoma.
Od mehanizma interakcije laserskih i prozirnih materijala, širina impulsa je od kontinuiranog lasera do desetaka pikosekundi, a mehanizam oštećenja je lavonski proces ionizacije, koji ovisi o početnoj gustoći elektrona, dok se početna gustoća elektrona u materijalima uvelike mijenja zbog neravnomjerna raspodjela nečistoća. Stoga se prag oštećenja uvelike mijenja. Prag oštećenja lasera s dugim impulsima definira se kao gustoća protoka energije lasera s vjerojatnošću oštećenja 50%, tj. Prag oštećenja lasera s dugim impulsima je statistička vrijednost. Jačina polja ultraspornog pulsnog lasera je vrlo velika. Vezani elektron može istodobno apsorbirati n fotona i izravno prijeći sa vezane razine na slobodnu razinu. Iako je oštećenje uzrokovano ultrasortnim pulsnim laserom također lavonski proces ionizacije, njegovi elektroni nastaju procesom multifotonske ionizacije i više ne ovise o početnoj gustoći elektrona u materijalu. Stoga je prag oštećenja točna vrijednost. Prag oštećenja pulsnog lasera smanjuje se sa smanjenjem širine impulsa. Na razini pikosekunde brzina smanjenja usporava, a na razini femtosekunde gotovo da je nepromijenjena.
Pored toga, budući da je prag oštećenja ultrasortnog pulsnog lasera vrlo precizan, energija lasera upravlja se točno jednakom ili neznatno višom od praga oštećenja, tada samo dio viši od praga oštećenja stvara ablaciju, a submikronska obrada ispod granica difrakcije može se provesti. Femtosekundni laser može proizvesti ultra visoki intenzitet svjetla, imati precizan i nizak prag oštećenja, imati vrlo mala područja zahvaćena toplinom i može precizno obraditi gotovo sve vrste materijala. Štoviše, preciznost obrade je vrlo visoka i može precizno obraditi veličinu submikrona.
Lasersko mikrostručenje ima prednosti visoke proizvodne učinkovitosti, niskih troškova, stabilne i pouzdane kvalitete obrade, dobre ekonomske i društvene koristi. Femtosekundni laser razbija tradicionalnu metodu laserske obrade svojim jedinstvenim prednostima kratkog trajanja impulsa, velike vršne snage i stvara novo polje ultrafinih materijala, netermičnih oštećenja i 3 D obradu i obradu prostora , Primjena femtosekundne tehnologije za lasersku obradu uključuje mikroelektroniku, fotonske uređaje s kristalima, komunikacijske uređaje s optičkim vlaknima s velikom brzinom prijenosa informacija (1 tbit / s), mikromreživanje, novu trodimenzionalnu optičku memoriju, proizvodnju mikro medicinskih uređaja i bioinženjering ćelija tehnologija i tako dalje. Može se predvidjeti da će tehnologija laserskog mikrostrujenja postati visokotehnološka tehnologija u 2. 1 stoljeću sa svojim nezamjenjivim prednostima.
zaključak nasSion
U doba industrijalizacije, sve zemlje svijeta s ponosom proizvode strojeve velikih razmjera; u doba informacijske tehnologije sve su napredne industrijske zemlje posvećene istraživanju mikro materijala i proizvodnji sve manjih strojeva; dok je u doba nanotehnologije, radi prilagođavanja razvoju nacionalne obrane, zrakoplovne, medicinske i bioinžinjeringa, mikro obrada danas najaktivniji istraživački smjer u prerađivačkoj industriji. Jedno je da je razina mikromehaničke tehnologije postala jedna od standardi za mjerenje sveobuhvatne snage zemlje. Laserska tehnologija mikrokominiranja pokazuje sve više i više jedinstvenih prednosti u tehnologiji mikrosliječenja i ima široke perspektive razvoja. Kina mora razviti tehnologiju laserskog mikroskopiranja s neovisnim pravima intelektualnog vlasništva kako bi zauzela mjesto u budućem području visokih tehnologija.