Walaupun laser ultrafast telah wujud selama beberapa dekad, aplikasi perindustrian telah berkembang pesat dalam dua dekad yang lalu. Pada 2019, nilai pasaran ultrafastbahan laserpemprosesan adalah kira-kira AS$460 juta, dengan kadar pertumbuhan tahunan kompaun sebanyak 13%. Kawasan aplikasi di mana laser ultrafast telah berjaya digunakan untuk memproses bahan industri termasuk fabrikasi dan pembaikan photomask dalam industri semikonduktor serta pemotongan silikon, pemotongan/scribing kaca dan (indium tin oksida) penyingkiran filem ITO dalam elektronik pengguna seperti telefon bimbit dan tablet , penteksunan omboh untuk industri automotif, pembuatan stent koronari dan pembuatan peranti mikrofluidik untuk industri perubatan.
01 Pembuatan dan pembaikan Photomask dalam industri semikonduktor
Laser ultrafast telah digunakan dalam salah satu aplikasi industri terawal dalam pemprosesan bahan. IBM melaporkan penggunaan ablasi laser femtosecond dalam pengeluaran photomask pada tahun 1990-an. Berbanding dengan ablasi laser nanosaat, yang boleh menghasilkan percikan logam dan kerosakan kaca, topeng laser femtosaat tidak menunjukkan percikan logam, tiada kerosakan kaca, dll. Kelebihannya. Kaedah ini digunakan untuk menghasilkan litar bersepadu (IC). Menghasilkan cip IC mungkin memerlukan sehingga 30 topeng dan kos >$100,000. Pemprosesan laser femtosaat boleh memproses garisan dan titik di bawah 150nm.
Rajah 1. Fabrikasi dan pembaikan Photomask
Rajah 2. Keputusan pengoptimuman corak topeng yang berbeza untuk litografi ultraungu yang melampau
02 Pemotongan silikon dalam industri semikonduktor
Pemadasan wafer silikon ialah proses pembuatan standard dalam industri semikonduktor dan biasanya dilakukan menggunakan dadu mekanikal. Roda pemotong ini sering mengalami retakan mikro dan sukar untuk dipotong nipis (cth ketebalan < 150 μm) wafer. Pemotongan laser wafer silikon telah digunakan dalam industri semikonduktor selama bertahun-tahun, terutamanya untuk wafer nipis (100-200μm), dan dijalankan dalam pelbagai langkah: alur laser, diikuti dengan pemisahan mekanikal atau pemotongan siluman (iaitu pancaran laser inframerah di dalam. scribing silikon) diikuti dengan pemisahan pita mekanikal. Laser nadi nanosaat boleh memproses 15 wafer sejam, dan laser picosecond boleh memproses 23 wafer sejam, dengan kualiti yang lebih tinggi.
03 Memotong/menconteng kaca dalam industri elektronik boleh guna
Skrin sentuh dan cermin mata pelindung untuk telefon bimbit dan komputer riba semakin nipis dan beberapa bentuk geometri melengkung. Ini menjadikan pemotongan mekanikal tradisional lebih sukar. Laser biasa lazimnya menghasilkan kualiti potongan yang kurang baik, terutamanya apabila paparan kaca ini disusun 3-4 lapisan dan kaca pelindung setebal 700 μm teratas dibaja, yang boleh pecah dengan tekanan setempat. Laser ultrafast telah ditunjukkan mampu memotong cermin mata ini dengan kekuatan tepi yang lebih baik. Untuk pemotongan panel rata yang besar, laser femtosecond boleh difokuskan pada permukaan belakang kepingan kaca, menggaru bahagian dalam kaca tanpa merosakkan permukaan hadapan. Kaca itu kemudiannya boleh dipecahkan menggunakan cara mekanikal atau haba sepanjang corak yang dijaringkan.
Rajah 3. Pemotongan berbentuk khas kaca laser ultrafast picosecond
04 Tekstur omboh dalam industri automotif
Enjin kereta ringan diperbuat daripada aloi aluminium, yang tidak tahan haus seperti besi tuang. Kajian mendapati bahawa pemprosesan laser femtosaat bagi tekstur omboh kereta boleh mengurangkan geseran sehingga 25% kerana serpihan dan minyak boleh disimpan dengan berkesan.
Rajah 4. Pemprosesan laser femtosaat bagi omboh enjin kereta untuk meningkatkan prestasi enjin
05 Pembuatan stent koronari dalam industri perubatan
Berjuta-juta stent koronari ditanamkan ke dalam arteri koronari badan untuk membuka saluran bagi darah mengalir ke dalam salur darah beku, menyelamatkan berjuta-juta nyawa setiap tahun. Stent koronari biasanya dibuat daripada logam (cth, keluli tahan karat, aloi memori bentuk nikel-titanium, atau lebih baru aloi kobalt-kromium) dawai dengan lebar tupang kira-kira 100 μm. Berbanding dengan pemotongan laser nadi panjang, kelebihan menggunakan laser ultrafast untuk memotong kurungan ialah kualiti potongan tinggi, kemasan permukaan yang lebih baik dan kurang serpihan, yang mengurangkan kos pasca pemprosesan.
06 Pembuatan peranti mikrofluid untuk industri perubatan
Peranti mikrobendalir biasanya digunakan dalam industri perubatan untuk ujian dan diagnosis penyakit. Ini biasanya dihasilkan oleh pengacuan suntikan mikro bahagian individu dan kemudian ikatan menggunakan gam atau kimpalan. Fabrikasi laser ultrafast peranti mikrobendalir mempunyai kelebihan menghasilkan saluran mikro 3D dalam bahan lutsinar seperti kaca tanpa memerlukan sambungan. Satu kaedah ialah fabrikasi laser ultrafast di dalam kaca pukal diikuti dengan goresan kimia basah, dan satu lagi ialah ablasi laser femtosaat di dalam kaca atau plastik dalam air suling untuk membuang serpihan. Pendekatan lain adalah dengan mesin saluran ke dalam permukaan kaca dan mengelaknya dengan penutup kaca melalui kimpalan laser femtosaat.
Rajah 6. Goresan terpilih akibat laser femtosaat untuk menyediakan saluran mikrofluid di dalam bahan kaca
07 Penggerudian mikro muncung penyuntik
Pemesinan lubang mikro laser Femtosecond telah menggantikan mikro-EDM di banyak syarikat dalam pasaran penyuntik tekanan tinggi kerana fleksibiliti yang lebih besar dalam menukar profil lubang aliran dan masa pemesinan yang lebih singkat. Keupayaan untuk mengawal kedudukan fokus dan kecondongan rasuk secara automatik melalui kepala imbasan terdahulu telah membawa kepada reka bentuk profil apertur (cth, tong, suar, penumpuan, perbezaan) yang boleh menggalakkan pengatoman atau penembusan dalam kebuk pembakaran. Masa penggerudian bergantung pada isipadu ablasi, dengan ketebalan gerudi 0.2 – 0.5 mm dan diameter lubang 0.12 – 0.25 mm, menjadikan teknik ini sepuluh kali lebih cepat daripada mikro-EDM. Penggerudian mikro dilakukan dalam tiga peringkat, termasuk pengasaran dan penamat lubang melalui juruterbang. Argon digunakan sebagai gas tambahan untuk melindungi lubang gerudi daripada pengoksidaan dan untuk melindungi plasma akhir semasa peringkat awal.
Rajah 7. Pemprosesan ketepatan tinggi laser femtosaat bagi lubang tirus terbalik untuk penyuntik enjin diesel
08 Tekstur laser ultra-pantas
Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, untuk meningkatkan ketepatan pemesinan, mengurangkan kerosakan bahan, dan meningkatkan kecekapan pemprosesan, bidang pemesinan mikro secara beransur-ansur menjadi tumpuan penyelidik. Laser ultrafast mempunyai pelbagai kelebihan pemprosesan seperti kerosakan rendah dan ketepatan tinggi, yang telah menjadi tumpuan mempromosikan pembangunan teknologi pemprosesan. Pada masa yang sama, laser ultrafast boleh bertindak pada pelbagai bahan, dan kerosakan bahan pemprosesan laser juga merupakan hala tuju penyelidikan utama. Laser ultrafast digunakan untuk menghilangkan bahan. Apabila ketumpatan tenaga laser lebih tinggi daripada ambang ablasi bahan, permukaan bahan ablasi akan menunjukkan struktur mikro-nano dengan ciri-ciri tertentu. Penyelidikan menunjukkan bahawa Struktur permukaan khas ini adalah fenomena biasa yang berlaku apabila bahan pemprosesan laser. Penyediaan struktur mikro-nano permukaan boleh meningkatkan sifat bahan itu sendiri dan juga membolehkan pembangunan bahan baru. Ini menjadikan penyediaan struktur mikro-nano permukaan oleh laser ultrafast sebagai kaedah teknikal dengan kepentingan pembangunan yang penting. Pada masa ini, untuk bahan logam, penyelidikan mengenai penteksunan permukaan laser ultrafast boleh meningkatkan sifat pembasahan permukaan logam, meningkatkan sifat geseran dan haus permukaan, meningkatkan lekatan salutan, dan percambahan arah dan lekatan sel.
Rajah 8. Sifat superhidrofobik permukaan silikon yang disediakan laser
Sebagai teknologi pemprosesan termaju, pemprosesan laser ultrafast mempunyai ciri-ciri zon kecil yang terjejas haba, proses interaksi bukan linear dengan bahan, dan pemprosesan resolusi tinggi melebihi had pembelauan. Ia boleh merealisasikan pemprosesan mikro-nano berkualiti tinggi dan berketepatan tinggi pelbagai bahan. dan fabrikasi struktur mikro-nano tiga dimensi. Mencapai pembuatan laser bahan khas, struktur kompleks dan peranti khas membuka jalan baharu untuk pembuatan mikro-nano. Pada masa ini, laser femtosaat telah digunakan secara meluas dalam banyak bidang saintifik canggih: laser femtosaat boleh digunakan untuk menyediakan pelbagai peranti optik, seperti tatasusunan kanta mikro, mata kompaun bionik, pandu gelombang optik dan permukaan meta; menggunakan ketepatan tinggi, resolusi tinggi dan Dengan keupayaan pemprosesan tiga dimensi, laser femtosaat boleh menyediakan atau menyepadukan cip mikrobendalir dan optofluidik seperti komponen pemanas mikro dan saluran mikrofluidik tiga dimensi; Di samping itu, laser femtosecond juga boleh menyediakan pelbagai jenis struktur mikro permukaan untuk mencapai fungsi anti-pantulan, anti-pantulan, super-hidrofobik, anti-aising dan lain-lain; bukan itu sahaja, laser femtosecond juga telah digunakan dalam bidang bioperubatan, menunjukkan prestasi cemerlang dalam bidang seperti stent mikro biologi, substrat kultur sel dan pengimejan mikroskopik biologi. Prospek permohonan yang luas. Pada masa ini, bidang aplikasi pemprosesan laser femtosecond berkembang dari tahun ke tahun. Sebagai tambahan kepada mikro-optik, mikrobendalir, mikro-nano berbilang fungsi dan aplikasi kejuruteraan bioperubatan yang disebutkan di atas, ia juga memainkan peranan besar dalam beberapa bidang baru muncul, seperti penyediaan metasurface. , pembuatan mikro-nano dan penyimpanan maklumat optik pelbagai dimensi, dsb.
Masa siaran: Apr-17-2024
