1.Introducció
Des que va sortir el primer làser a 1960, la investigació sobre làser i la seva aplicació en diversos camps s’han desenvolupat ràpidament. La seva alta coherència s'ha utilitzat àmpliament en els camps de mesurament d'alta precisió, anàlisi de l'estructura de material, emmagatzematge d'informació i comunicació. L’alta directivitat i brillantor del làser es pot utilitzar àmpliament a la indústria manufacturera. Amb la contínua innovació i optimització de dispositius làser, noves fonts de radiació estimulades i processos corresponents, especialment en els últims 20 anys, la tecnologia de fabricació de làser ha penetrat en molts camps i indústries d'alta tecnologia i va començar a substituir o transformar-ne alguns. indústries de transformació tradicionals.
A 1987, els científics nord-americans van presentar el pla de desenvolupament del sistema microelectromecànic (MEMS), que marca una nova era de la investigació humana sobre micromecenatges. En l'actualitat, les tecnologies de fabricació utilitzades en la micromecenatge inclouen principalment tecnologia de processament de semiconductors, tecnologia de microfitografia per electroformatge (Liga), tecnologia de mecanitzat d'alta precisió i tecnologia especial de micromecenatge. Entre ells, el mètode especial de micromecenatge consisteix en l'efecte directe de l'energia de processament, per aconseguir l'eliminació de molècules o àtoms un per un. El mecanitzat especial es realitza en forma d’energia elèctrica, energia calorífica, energia lumínica, energia sonora, energia química, etc. Els mètodes més utilitzats són EDM, mecanitzat per ultrasons, mecanitzat de feixos d’electrons, mecanitzat de feixos iònics, mecanitzat electroquímic, etc. En els últims anys, s'ha desenvolupat un nou mètode de micromecenatge: fotoformatge, incloent estereolitografia, fotomasca, etc. El micromachinat amb làser té un gran potencial d'aplicació i desenvolupament.
2.L’aplicació principal de la tecnologia de micromachining làser
Amb el desenvolupament de productes electrònics cap a la portàtil i la miniaturització, la millora de la informació de volum d’unitat (alta densitat) i velocitat de processament del temps unitari (alta velocitat) ha presentat nous requisits per a la tecnologia d’envasos microelectrònics. Per exemple, els telèfons mòbils moderns i les càmeres digitals estan equipades amb aproximadament 1200 interconnexions per centímetre quadrat. La clau per millorar el nivell d’embalatge de xip és mantenir l’existència de microvies entre les línies de diferents capes, que no només proporciona la connexió d’alta velocitat entre els dispositius muntats en superfície i el panell de senyal de sota, sinó que redueix eficaçment l’àrea d’embalatge. .
D’altra banda, amb el desenvolupament de productes electrònics portàtils com telèfons mòbils, càmeres digitals i ordinadors portàtils per a llum, prim, curt i petit en els darrers anys, les plaques de circuit imprès (PCBs) mostren gradualment les característiques de la capa i multifuncional amb Tecnologia d’interconnexió d’alta densitat com a cos principal. Per tal d’assegurar eficaçment la connexió elèctrica entre capes i la fixació de dispositius externs, via s’ha convertit en una part important del PCB multicapa. Actualment, el cost de la perforació sol representar 30% - 40% del cost de fabricació de PCB. Amb un disseny de PCB d’alta velocitat i alta densitat, els dissenyadors sempre esperen que com més petita sigui la via, millor, de manera que només hi hagi més espai de cablejat a la pissarra. I com més petita sigui la via, més adequat per a un circuit d’alta velocitat. La mida mínima de la perforació mecànica tradicional és només de 100 μ m, que òbviament no poden complir els requisits. En lloc d'això, s'adopta un nou mètode de processament de micro-làser a través del forat. Actualment, és possible obtenir un forat petit amb un diàmetre de 30 - 40 μ m o un forat petit amb un diàmetre aproximat a 10 μ m mitjançant un làser CO 2 a la indústria.
La tecnologia de micromecenatge amb làser es pot utilitzar per tallar, perforar, tallar, escriure, penetrar calor, soldar, etc. en la fabricació d'equips, la fabricació d'automòbils, precisió de l'aviació i diverses indústries de micro-processament, com ara el processament de la part de raig de tinta de la impressora de raig de tinta amb una mida de més de 20 micres. Utilitzant la tecnologia de tractament de superfícies làser, com ara el premsat, el poliment i així successivament, per processar una gran varietat d’elements micro-òptics, o mitjançant vidre porós d’ompliment de làser, amorfització de vidre-ceràmica per canviar l’estructura, després, ajustant la força mecànica externa. i, a l'etapa de suavització, els elements micro-òptics són processats mitjançant micro-formacions assistides per plasma.
Tecnologia comuna de micromachining làser
La tecnologia de micromecenatge làser té molts avantatges, com ara sense contacte, mecanitzat selectiu, petita zona afectada per la calor, alta precisió i velocitat de repetició, alta flexibilitat de mecanitzat de mida i forma de peça. De fet, la característica més gran de la tecnologia de micromàquina làser és" escriptura directa", que simplifica el procés i realitza el ràpid prototipat de micromachines. A més, aquest mètode no presenta problemes de contaminació ambiental com la corrosió, per la qual cosa es pot anomenar quot GG; fabricació ecològica" ;. Hi ha dos tipus de tecnologies de micromecenatge làser utilitzades en micromecenatge:
1) Tecnologia de micromecenatge per a la eliminació de materials, com ara micromàquina d'escriptura directa amb làser, làser Lliga, etc;
2) Tecnologia d'apilament de micromecenatge de materials, com ara microestereolitografia làser, deposició assistida per làser, sinterització selectiva amb làser, etc.
Altres tecnologies de micromecenatge làser
El gravat de làser per impuls és un nou camp de recerca en tecnologia de làser. Utilitza làser de dobles freqüències de doble longitud d’ona o picosegon, làser femtosegon combinat amb una màquina-eina CNC d’alta precisió per gravar i processar diversos materials. La qualitat de la microestructura formada a la superfície d'aquests materials és molt més alta quan els materials estan gravats amb un pols curt i després es treuen. A 2001, els instruments de Heidelberg a Alemanya utilitzaven la freqüència triple (longitud d'ona {{3}}). 7 nm) per obtenir un punt d'enfocament amb un mínim de 5 mm, a mida mínima de la característica mecanitzable de 10 mm i una precisió de 1 mm. La figura 5 mostra la forma tridimensional d'un làser a impuls gravat a WC / Co. }} mm. {{1 3}}. 3 mm s'elimina per a cada capa i la rugositat mitjana de la superfície és 0. 16 mm. El micro-tall làser és, en principi, el mateix gravat amb làser. També utilitza un làser doblat per freqüència o un femtosegon com a font de llum per enfocar el feix amb precisió i controlar l’entrada d’energia amb precisió. L’efecte tèrmic és petit i es realitza un tall de microeliminació.
3.L'últim desenvolupament de làser polsador d'ultrasort en tecnologia de micromaquinatge
El làser CO 2 i el làser YAG són làser de pols continu i llarg. Estan principalment enfocats a formar una alta densitat d’energia, cosa que pot generar temperatures elevades a l’àrea local per ablar materials. Bàsicament es troben en el camp del processament tèrmic, amb precisió de processament limitada. El làser excimer es basa en la seva curta longitud d’ona (UV) per interactuar amb la fotoquímica del material i la seva característica escala pot arribar a l’ordre d’un micrometre. Tot i això, el gas que necessita el làser d’excimer és corrosiu i difícil de controlar. D'altra banda, el làser UV d'alta resistència és fàcil de danyar els elements òptics del sistema de processament, de manera que la seva aplicació és limitada. Amb l'estudi més profund del camp làser, l'amplada del domini temporal del pols làser es comprimeix cada cop més des de la nanosegona (10-9s) a la picosegona (10-12 s) a la femtosegona (10 l l 5) s).
El làser pols femtosegon té les dues característiques següents: (1) la durada del pols és curta. La durada del pols femtosegon pot ser tan breu com uns quants femtosegonds i la llum només propaga 0. {{2}} μ m en 1 FS, que és més curt que el diàmetre de la majoria de cèl·lules; (2) la potència màxima és molt alta. El làser de Femtosegonda concentra l’energia del pols en uns pocs a centenars de femtosegons, de manera que la seva potència màxima és molt alta. Per exemple, si l’energia de L μ J es concentra en pocs femtosegons i es convergeix en un punt de 1 0 μ m, la seva densitat de potència òptica pot arribar a 1 0 1 8w / cm 2 i la seva intensitat de camp elèctric es pot convertir en 2 × 1 0 1 2 v / m, que és 4 vegades de la força del camp de Coulomb (5 × 1 0 1 1 v / M) a l’àtom d’hidrogen, és possible separar l’electró de l’àtom directament.
Des del mecanisme d’interacció de làser i materials transparents, l’amplada de pols és des d’un làser continu fins a desenes de picosegons, i el mecanisme de dany és un procés d’ionització d’allaus, que depèn de la densitat d’electrons inicial, mentre que la densitat d’electrons inicial en els materials canvia molt per la distribució desigual de les impureses. Per tant, el llindar de dany canvia molt. El llindar de dany del làser de pols llarg es defineix com la densitat de flux d'energia del làser amb una probabilitat de dany del 50%, és a dir, el llindar de dany del làser de pols llarg és un valor estadístic. La força de camp del làser d’impulsió d’ultrasort és molt alta. L’electró enllaçat pot absorbir n fotons alhora i passar directament del nivell enllaçat al nivell lliure. Tot i que el dany causat pel làser polsador d’ultrasort és també un procés d’ionització d’allaus, els seus electrons són produïts mitjançant un procés d’ionització multipotó i ja no depenen de la densitat d’electrons inicial del material. Per tant, el llindar de dany és un valor precís. El llindar de dany del làser de pols disminueix amb la disminució de l’amplada del pols. A nivell picosegon, la velocitat de disminució es redueix i, a nivell femtosegon, gairebé no canvia.
A més, com que el llindar de dany del làser de pols d’ultrasort és molt precís, l’energia del làser es controla exactament igual o lleugerament superior al llindar de dany, només la part superior al llindar de dany produeix ablació i el processament de submicrons a continuació. es pot dur a terme el límit de difracció. El làser femtosegon pot produir una intensitat de llum ultra-alta, tenir un llindar de dany precís i baix, tenir una zona afectada de calor molt petita i pot processar amb precisió gairebé tot tipus de materials. A més, la precisió de processament és molt elevada i pot processar precisament la mida del submicró.
El micromachinat amb làser té els avantatges d’una alta eficiència de producció, de baix cost, de qualitat de processament estable i fiable, de bons beneficis econòmics i socials. El làser femtosegonós està trencant el mètode tradicional de processament amb làser amb els seus avantatges exclusius de curta durada de pols, gran potència màxima i crea un nou camp de materials ultrafins, danys no tèrmics i processament i processament d'espai 3 D. . L’aplicació de la tecnologia de processament amb làser femtosecund inclou microelectrònica, dispositius de cristall fotònic, dispositius de comunicació de fibra òptica amb alta velocitat de transmissió d’informació (1 tbit / s), micromàquina, nova memòria òptica tridimensional, fabricació de dispositius mèdics i bioenginyeria cel·lular. tecnologia i així successivament. Es pot preveure que la tecnologia de micromecenatge amb làser es convertirà en una alta tecnologia al segle 2 1 amb els seus avantatges insubstituïbles.
Conclusió
En l'era de la industrialització, tots els països del món estan orgullosos de produir màquines a gran escala; en l’era de la tecnologia de la informació, tots els països industrials avançats aposten per la investigació de micro materials i la fabricació de màquines cada vegada més petites; mentre que a l’era de la nanotecnologia, per adaptar-se al desenvolupament de la defensa nacional, l’aeroespacial, la medicina i la bioenginyeria, la microelaboració és la direcció d’investigació més activa de la indústria manufacturera actualment, és que el nivell de desenvolupament de la tecnologia micromecànica s’ha convertit en un dels els estàndards per mesurar la força integral d’un país. La tecnologia de micromecenatge amb làser mostra avantatges cada vegada més singulars en la tecnologia de micromecenatge i té àmplies perspectives de desenvolupament. La Xina ha de desenvolupar una tecnologia de micromàquina làser amb drets de propietat intel·lectual independent per tal d’ocupar un lloc en el futur camp d’alta tecnologia.