Ultra sürətli lazerlər onilliklər ərzində mövcud olsa da, sənaye tətbiqləri son iyirmi ildə sürətlə artmışdır. 2019-cu ildə ultrafastın bazar dəyərilazer materialıemal təxminən 460 milyon ABŞ dolları təşkil edib və mürəkkəb illik artım tempi 13% təşkil edib. Ultrasürətli lazerlərin sənaye materiallarını emal etmək üçün uğurla istifadə edildiyi tətbiq sahələrinə yarımkeçiricilər sənayesində fotomaska istehsalı və təmiri, həmçinin silikon dilimləmə, şüşə kəsmə/yazmaq və mobil telefonlar və planşetlər kimi istehlak elektronikasında (indium qalay oksidi) İTO filminin çıxarılması daxildir. , avtomobil sənayesi üçün porşen teksturası, koronar stent istehsalı və tibb sənayesi üçün mikrofluidik cihaz istehsalı.
01 Yarımkeçirici sənayesində Fotomaska istehsalı və təmiri
Ultrafast lazerlər materialların emalında ən erkən sənaye tətbiqlərindən birində istifadə edilmişdir. IBM 1990-cı illərdə fotomaska istehsalında femtosaniyə lazer ablasyonunun tətbiqi haqqında məlumat verdi. Metal sıçraması və şüşə zədələnməsinə səbəb ola bilən nanosaniyə lazer ablasiyası ilə müqayisədə femtosaniyə lazer maskaları metal sıçraması, şüşə zədələnməsi və s. göstərmir. Üstünlüklər. Bu üsul inteqral sxemlərin (IC) istehsalı üçün istifadə olunur. IC çipinin istehsalı 30-a qədər maska tələb edə bilər və dəyəri >100.000 dollardır. Femtosaniyə lazer emalı 150nm-dən aşağı xətləri və nöqtələri emal edə bilər.
Şəkil 1. Fotomaskanın hazırlanması və təmiri
Şəkil 2. Ekstremal ultrabənövşəyi litoqrafiya üçün müxtəlif maska nümunələrinin optimallaşdırılması nəticələri
02 Yarımkeçirici sənayedə silikon kəsmə
Silikon vafli dilimləmə yarımkeçirici sənayesində standart bir istehsal prosesidir və adətən mexaniki küp istifadə edərək həyata keçirilir. Bu kəsici təkərlərdə tez-tez mikro çatlar əmələ gəlir və nazik (məsələn, qalınlığı < 150 μm) vafliləri kəsmək çətindir. Silikon vaflilərin lazerlə kəsilməsi uzun illər yarımkeçirici sənayedə, xüsusilə nazik vaflilər (100-200μm) üçün istifadə olunur və bir neçə mərhələdə həyata keçirilir: lazer yivləmə, ardınca mexaniki ayırma və ya gizli kəsmə (yəni içəridə infraqırmızı lazer şüası) silikon skriping) sonra mexaniki lent ayrılması. Nanosaniyəlik pulse lazer saatda 15 vafli, pikosaniyə lazeri isə daha yüksək keyfiyyətlə saatda 23 vafli emal edə bilir.
03 İstehlak elektronika sənayesində şüşə kəsmə/cızma
Mobil telefonlar və noutbuklar üçün toxunma ekranları və qoruyucu eynəklər getdikcə nazikləşir və bəzi həndəsi formalar əyilir. Bu, ənənəvi mexaniki kəsimi daha da çətinləşdirir. Tipik lazerlər, xüsusən də bu şüşə displeylər 3-4 qat yığıldıqda və üst 700 μm qalınlığında qoruyucu şüşə bərkidildikdə, adətən zəif kəsmə keyfiyyəti yaradır ki, bu da lokal gərginliklə qırıla bilər. Ultrafast lazerlərin bu eynəkləri daha yaxşı kənar gücü ilə kəsə bildiyi göstərilmişdir. Böyük düz panel kəsimi üçün femtosaniyə lazer şüşə təbəqənin arxa səthinə fokuslana bilər, ön səthə zərər vermədən şüşənin içini cızır. Şüşə daha sonra mexaniki və ya termal vasitələrdən istifadə etməklə sındırıla bilər.
Şəkil 3. Pikosaniyəlik ultrasürətli lazer şüşəsi xüsusi formalı kəsmə
04 Avtomobil sənayesində piston teksturaları
Yüngül avtomobil mühərrikləri çuqun kimi aşınmaya davamlı olmayan alüminium ərintilərindən hazırlanır. Tədqiqatlar nəticəsində məlum olub ki, avtomobil porşenlərinin teksturalarının femtosaniyəlik lazerlə işlənməsi sürtünməni 25%-ə qədər azalda bilər, çünki zibil və yağ effektiv şəkildə saxlanıla bilər.
Şəkil 4. Mühərrikin işini yaxşılaşdırmaq üçün avtomobil mühərriki pistonlarının femtosaniyə lazerlə işlənməsi
05 Tibb sənayesində koronar stent istehsalı
Qanın başqa cür laxtalanmış damarlara axması üçün bir kanal açmaq üçün bədənin koronar arteriyalarına milyonlarla koronar stent implantasiya edilir və hər il milyonlarla insan həyatını xilas edir. Koronar stentlər adətən metaldan (məsələn, paslanmayan polad, nikel-titan formalı yaddaş ərintisi və ya daha yaxınlarda kobalt-xrom ərintisi) dayaq eni təxminən 100 μm olan məftildən hazırlanır. Uzun impulslu lazer kəsmə ilə müqayisədə, mötərizələri kəsmək üçün ultrasürətli lazerlərdən istifadənin üstünlükləri yüksək kəsmə keyfiyyəti, daha yaxşı səth işi və daha az zibildir ki, bu da emaldan sonrakı xərcləri azaldır.
06 Tibb sənayesi üçün mikrofluidik cihazların istehsalı
Mikrofluidik cihazlar adətən tibb sənayesində xəstəliklərin sınağı və diaqnozu üçün istifadə olunur. Bunlar adətən ayrı-ayrı hissələrin mikro inyeksiya ilə qəliblənməsi və sonra yapışqan və ya qaynaqla bağlanması ilə hazırlanır. Mikrofluidik cihazların ultrasürətli lazer istehsalının üstünlüyü birləşmələrə ehtiyac olmadan şüşə kimi şəffaf materiallarda 3D mikrokanallar yaratmaqdır. Bir üsul toplu şüşə içərisində ultrasürətli lazer istehsalı və ardınca nəm kimyəvi aşındırma, digəri isə zibilləri çıxarmaq üçün şüşə və ya plastik içərisində distillə edilmiş suda femtosaniyə lazer ablasiyasıdır. Başqa bir yanaşma, kanalları şüşə səthinə maşınla vurmaq və femtosaniyə lazer qaynağı ilə şüşə örtüklə bağlamaqdır.
Şəkil 6. Şüşə materialların içərisində mikrofluidik kanalların hazırlanması üçün femtosaniyəli lazerlə selektiv aşındırma
07 Enjektor başlığının mikro qazılması
Femtosaniyə lazer mikrodeşik emalı yüksək təzyiqli injektorlar bazarında bir çox şirkətdə axın deşik profillərinin dəyişdirilməsində daha çox çeviklik və daha qısa emal müddətləri səbəbindən mikro-EDM-i əvəz etdi. Öncəki skan başlığı vasitəsilə şüanın fokus mövqeyini və əyilməsini avtomatik idarə etmək imkanı, yanma kamerasında atomlaşma və ya nüfuz etməyə kömək edə bilən diyafram profillərinin (məsələn, lülə, alov, konvergensiya, divergensiya) dizaynına gətirib çıxardı. Qazma vaxtı ablasyon həcmindən asılıdır, qazma qalınlığı 0,2 – 0,5 mm və çuxur diametri 0,12 – 0,25 mm olmaqla bu texnikanı mikro-EDM-dən on dəfə daha sürətli edir. Mikroqazma üç mərhələdə həyata keçirilir, o cümlədən pilot deşiklərin kobud işlənməsi və tamamlanması. Arqon qazı ilkin mərhələdə oksidləşmədən qorumaq və son plazmanı qorumaq üçün köməkçi qaz kimi istifadə olunur.
Şəkil 7. Dizel mühərrik injektoru üçün ters çevrilmiş konik çuxurun femtosaniyə lazer yüksək dəqiqliklə işlənməsi
08 Ultra sürətli lazer tekstura
Son illərdə emal dəqiqliyini artırmaq, maddi ziyanı azaltmaq və emal səmərəliliyini artırmaq üçün mikro emal sahəsi tədricən tədqiqatçıların diqqət mərkəzində olmuşdur. Ultrafast lazer, emal texnologiyasının inkişafının təşviqi mərkəzinə çevrilmiş aşağı zərər və yüksək dəqiqlik kimi müxtəlif emal üstünlüklərinə malikdir. Eyni zamanda, ultrasürətli lazerlər müxtəlif materiallara təsir göstərə bilər və materialın zədələnməsinin lazerlə işlənməsi də əsas tədqiqat istiqamətidir. Ultrafast lazer materialları kəsmək üçün istifadə olunur. Lazerin enerji sıxlığı materialın ablasiya həddindən yüksək olduqda, ablasiya edilmiş materialın səthi müəyyən xüsusiyyətlərə malik mikro-nano struktur göstərəcək. Tədqiqatlar göstərir ki, bu xüsusi səth Strukturu materialların lazerlə işlənməsi zamanı baş verən ümumi bir hadisədir. Səth mikro-nano strukturlarının hazırlanması materialın özünün xassələrini yaxşılaşdıra və yeni materialların hazırlanmasına imkan verə bilər. Bu, ultrafast lazerlə səth mikro-nano strukturlarının hazırlanmasını mühüm inkişaf əhəmiyyəti olan texniki üsula çevirir. Hal-hazırda, metal materiallar üçün, ultrasürətli lazer səthinin teksturasiyası üzrə tədqiqatlar metal səthin islatma xüsusiyyətlərini yaxşılaşdıra, səth sürtünmə və aşınma xüsusiyyətlərini yaxşılaşdıra, örtük yapışmasını və hüceyrələrin istiqamətli yayılması və yapışmasını artıra bilər.
Şəkil 8. Lazerlə hazırlanmış silisium səthinin superhidrofobik xüsusiyyətləri
Qabaqcıl emal texnologiyası olaraq, ultrasürətli lazer emalı kiçik istilikdən təsirlənən zona, materiallarla qeyri-xətti qarşılıqlı əlaqə prosesi və difraksiya həddini aşan yüksək dəqiqlikli emal xüsusiyyətlərinə malikdir. O, müxtəlif materialların yüksək keyfiyyətli və yüksək dəqiqliklə mikro-nano emalını həyata keçirə bilir. və üçölçülü mikro-nano strukturun istehsalı. Xüsusi materialların, mürəkkəb strukturların və xüsusi cihazların lazer istehsalına nail olmaq mikro-nano istehsal üçün yeni imkanlar açır. Hazırda femtosaniyə lazeri bir çox qabaqcıl elmi sahələrdə geniş istifadə olunur: femtosaniyə lazeri müxtəlif optik cihazların hazırlanmasında istifadə oluna bilər, məsələn, mikrolens massivləri, bionik mürəkkəb gözlər, optik dalğa ötürücüləri və metasəthlər; yüksək dəqiqliyi, yüksək ayırdetmə qabiliyyətini istifadə edərək və üçölçülü emal imkanları ilə femtosaniyə lazer mikroqızdırıcı komponentləri və üçölçülü mikrofluidik kanallar kimi mikrofluidik və optofluidik çipləri hazırlaya və ya birləşdirə bilər; əlavə olaraq, femtosaniyə lazer əks əks etdirmə, əks etdirmə, super hidrofobik, buzlanma əleyhinə və digər funksiyalara nail olmaq üçün müxtəlif növ səth mikro-nanostrukturları hazırlaya bilər; femtosaniyə lazer bioloji mikro stentlər, hüceyrə mədəniyyəti substratları və bioloji mikroskopik görüntüləmə kimi sahələrdə əla performans göstərən biotibb sahəsində də tətbiq edilmişdir. Geniş tətbiq perspektivləri. Hazırda femtosaniyə lazer emalının tətbiq sahələri ildən-ilə genişlənir. Yuxarıda qeyd olunan mikro-optika, mikrofluidika, çoxfunksiyalı mikro-nanostrukturlar və biotibbi mühəndislik tətbiqləri ilə yanaşı, metasəthin hazırlanması kimi bəzi inkişaf etməkdə olan sahələrdə də böyük rol oynayır. , mikro-nano istehsalı və çoxölçülü optik məlumatların saxlanması və s.
Göndərmə vaxtı: 17 aprel 2024-cü il
