አልትራፋስት ሌዘር ማይክሮ-ናኖ ማምረቻ-የኢንዱስትሪ መተግበሪያዎች

ምንም እንኳን የ ultrafast lasers ለብዙ አሥርተ ዓመታት ቢኖሩም, የኢንዱስትሪ አፕሊኬሽኖች ባለፉት ሁለት አስርት ዓመታት ውስጥ በፍጥነት አድጓል. በ2019 የ ultrafast የገበያ ዋጋሌዘር ቁሳቁስየማቀነባበሪያው ሂደት በግምት 460 ሚሊዮን የአሜሪካን ዶላር ነበር፣ አጠቃላይ አመታዊ የዕድገት መጠን 13 በመቶ ነው። የኢንደስትሪ ቁሳቁሶችን ለማስኬድ ultrafast lasers በተሳካ ሁኔታ ጥቅም ላይ የዋለባቸው የመተግበሪያ ቦታዎች የፎቶማስክ ማምረቻ እና ጥገና በሴሚኮንዳክተር ኢንዱስትሪ ውስጥ እንዲሁም የሲሊኮን ዳይስ ፣ የመስታወት መቆራረጥ/ማሳያ እና (ኢንዲየም ቲን ኦክሳይድ) በተጠቃሚ ኤሌክትሮኒክስ ውስጥ እንደ ሞባይል ስልኮች እና ታብሌቶች ያሉ የአይቶ ፊልም መወገድን ያካትታሉ። ፣ የፒስተን ጽሑፍ ለአውቶሞቲቭ ኢንዱስትሪ ፣ ለሕክምናው ኢንዱስትሪ የሚሆን የኮሮናሪ ስቴንት ማምረቻ እና የማይክሮ ፍሎይዲክ መሣሪያ ማምረት።

01 በሴሚኮንዳክተር ኢንዱስትሪ ውስጥ የፎቶ ጭምብል ማምረት እና ጥገና

አልትራፋስት ሌዘር በቁሳቁስ ሂደት ውስጥ ከመጀመሪያዎቹ የኢንዱስትሪ መተግበሪያዎች ውስጥ በአንዱ ጥቅም ላይ ውሏል። IBM በ 1990 ዎቹ ውስጥ femtosecond laser ablation በፎቶማስክ ምርት ላይ መተግበሩን ዘግቧል። ከናኖሴኮንድ ሌዘር ጠለፋ ጋር ሲነፃፀር የብረት ስፓርተርን እና የመስታወት መጎዳትን ሊያመጣ ይችላል, femtosecond laser masks ምንም የብረት ብናኝ, ምንም የመስታወት ብልሽት, ወዘተ. ጥቅሞቹ. ይህ ዘዴ የተቀናጁ ወረዳዎችን (ICs) ለማምረት ያገለግላል. አይሲ ቺፕ ለማምረት እስከ 30 የሚደርሱ ጭምብሎች እና ወጪ > 100,000 ዶላር ሊወስድ ይችላል። Femtosecond laser processing ከ 150nm በታች የሆኑ መስመሮችን እና ነጥቦችን ማካሄድ ይችላል.

ምስል 1. የፎቶ ጭምብል ማምረት እና ጥገና

ምስል 2. ለጽንፈኛ አልትራቫዮሌት ሊቶግራፊ የተለያዩ ጭንብል ቅጦች ማመቻቸት ውጤቶች

02 በሴሚኮንዳክተር ኢንዱስትሪ ውስጥ የሲሊኮን መቁረጥ

የሲሊኮን ዋፈር ዳይስ በሴሚኮንዳክተር ኢንዱስትሪ ውስጥ መደበኛ የማምረቻ ሂደት ሲሆን በተለምዶ ሜካኒካል ዲዲንግ በመጠቀም ይከናወናል። እነዚህ የመቁረጫ መንኮራኩሮች ብዙ ጊዜ ማይክሮክራኮችን ያዘጋጃሉ እና ቀጭን (ለምሳሌ ውፍረት <150 μm) ዊልስ ለመቁረጥ አስቸጋሪ ናቸው. የሲሊኮን ዋፌር ሌዘር መቁረጥ በሴሚኮንዳክተር ኢንዱስትሪ ውስጥ ለብዙ ዓመታት ጥቅም ላይ ውሏል ፣ በተለይም ቀጭን ዋፈርስ (100-200μm) ፣ እና በበርካታ ደረጃዎች ይከናወናል-የሌዘር ጎድጎድ ፣ በሜካኒካል መለያየት ወይም በድብቅ መቁረጥ (ማለትም ከውስጥ የኢንፍራሬድ ሌዘር ጨረር)። የሲሊኮን ስክሪፕት) በመቀጠል በሜካኒካል ቴፕ መለያየት. የ nanosecond pulse laser በሰዓት 15 ዋፈርዎችን ማሰራት ይችላል፣ እና ፒኮሴኮንድ ሌዘር በሰዓት 23 ዋፈርዎችን በከፍተኛ ጥራት ማሰራት ይችላል።

03 በፍጆታ ኤሌክትሮኒክስ ኢንዱስትሪ ውስጥ የመስታወት መቆራረጥ / መፃፍ

ለሞባይል ስልኮች እና ላፕቶፖች የንክኪ ስክሪን እና መከላከያ መነጽሮች እየቀነሱ እና አንዳንድ የጂኦሜትሪክ ቅርጾች ጠመዝማዛ ናቸው። ይህ ባህላዊ ሜካኒካል መቁረጥን የበለጠ አስቸጋሪ ያደርገዋል. ዓይነተኛ ሌዘር በተለምዶ ደካማ የተቆረጠ ጥራት ያመነጫል፣ በተለይ እነዚህ የመስታወት ማሳያዎች ከ3-4 ንብርብሮች ሲደረደሩ እና ከፍተኛው 700 μm ውፍረት ያለው የመከላከያ መስታወት ሲቀዘቅዝ ይህም በአካባቢው ውጥረት ሊሰበር ይችላል። Ultrafast lasers እነዚህን ብርጭቆዎች በተሻለ የጠርዝ ጥንካሬ መቁረጥ እንደሚችሉ ታይቷል. ለትልቅ ጠፍጣፋ ፓነል መቁረጥ የፌምቶ ሰከንድ ሌዘር በመስታወት ሉህ የኋላ ገጽ ላይ በማተኮር የፊት ገጽን ሳይጎዳ የመስታወት ውስጠኛውን መቧጠጥ ይችላል። ከዚያም መስታወቱ በሜካኒካል ወይም በሙቀት አማቂ ዘዴዎች ሊሰበር ይችላል።

ምስል 3. Picosecond ultrafast laser glass ልዩ ቅርጽ ያለው መቁረጥ

04 በአውቶሞቲቭ ኢንዱስትሪ ውስጥ የፒስተን ሸካራዎች

ቀላል ክብደት ያላቸው የመኪና ሞተሮች ከአሉሚኒየም ውህዶች የተሠሩ ናቸው, እነዚህም እንደ ብረት ብረት ለመልበስ የማይቋቋሙ ናቸው. ጥናቶች እንዳረጋገጡት የፌምቶ ሰከንድ ሌዘር የመኪና ፒስተን ሸካራማነቶችን ማቀነባበር እስከ 25% የሚደርስ ግጭትን ይቀንሳል ምክንያቱም ፍርስራሾች እና ዘይት ውጤታማ በሆነ መንገድ ሊቀመጡ ይችላሉ።

ምስል 4. የሞተር አፈፃፀምን ለማሻሻል የአውቶሞቢል ሞተር ፒስተን የ Femtosecond laser processing

05 በሕክምናው ኢንዱስትሪ ውስጥ ኮርኒሪ ስቴንት ማምረት

በሚሊዮን የሚቆጠሩ የልብ ደም ወሳጅ ቧንቧዎች ደም ወደ ደም ረጋ ደም ውስጥ እንዲገባ ሰርጥ ለመክፈት በሰውነታችን የልብ ቧንቧዎች ላይ ተተክሏል ይህም በየዓመቱ በሚሊዮን የሚቆጠሩ ህይወትን ያድናል። ክሮነሪ ስቴንቶች በተለምዶ ከብረት (ለምሳሌ ከማይዝግ ብረት፣ ኒኬል-ቲታኒየም ቅርጽ የማስታወሻ ቅይጥ፣ ወይም በቅርብ ጊዜ የኮባልት-ክሮሚየም ቅይጥ) የሽቦ ጥልፍልፍ ከ 100 ማይክሮን ስፋት ጋር። ከረዥም-ምት ሌዘር መቁረጥ ጋር ሲነፃፀር፣ ቅንፍ ለመቁረጥ ultrafast lasers መጠቀም ጥቅሞቹ ከፍተኛ ጥራት ያላቸው ፣የተሻለ የገጽታ አጨራረስ እና አነስተኛ ፍርስራሾች ናቸው ፣ይህም የድህረ-ሂደት ወጪዎችን ይቀንሳል።

06 ለህክምናው ኢንዱስትሪ የማይክሮፍሉዲክ መሳሪያ ማምረት

የማይክሮ ፍሎይዲክ መሳሪያዎች ለበሽታ ምርመራ እና ምርመራ በሕክምና ኢንዱስትሪ ውስጥ በብዛት ጥቅም ላይ ይውላሉ. እነዚህ በተለምዶ በጥቃቅን መርፌ የሚቀረጹት የነጠላ ክፍሎችን በመቅረጽ እና ከዚያም በማጣበቅ ወይም በመገጣጠም ነው። የማይክሮፍሉይዲክ መሳሪያዎች አልትራፋስት ሌዘር ማምረቻ እንደ መስታወት ባሉ ግልጽ ቁሶች ውስጥ የ3D ማይክሮ ቻነሎችን ግንኙነት ሳያስፈልግ የማምረት ጥቅም አለው። አንደኛው ዘዴ በጅምላ መስታወት ውስጥ አልትራፋስት ሌዘር ማምረቻ ሲሆን ከዚያም እርጥብ ኬሚካላዊ ማሳከክ ሲሆን ሌላው ደግሞ በመስታወት ውስጥ በሴት ብልት የሌዘር መጥረግ ወይም በፕላስቲክ ውስጥ ፍርስራሾችን ለማስወገድ ነው። ሌላው አቀራረብ ሰርጦችን ወደ መስታወቱ ወለል ውስጥ ማስገባት እና በፌምቶ ሰከንድ ሌዘር ብየዳ በመስታወት ሽፋን ማተም ነው።

ምስል 6. በፌምቶ ሰከንድ ሌዘር የሚመረጠው የመስታወት ማቴሪያሎች ውስጥ ማይክሮፍሉይድ ቻናሎችን ለማዘጋጀት

07 ኢንጀክተር አፍንጫ ውስጥ ማይክሮ ቁፋሮ

የFemtosecond laser microhole ማሽን በከፍተኛ ግፊት ኢንጀክተር ገበያ ውስጥ ባሉ ብዙ ኩባንያዎች ማይክሮ ኢዲኤም ተክቷል የፍሰት ቀዳዳ መገለጫዎችን በመቀየር እና በአጭር የማሽን ጊዜዎች ላይ የበለጠ ተለዋዋጭነት። የትኩረት ቦታን እና የጨረራውን ዘንበል በቀደመው ቅኝት ጭንቅላት በራስ ሰር የመቆጣጠር ችሎታ የመተላለፊያ መገለጫዎችን (ለምሳሌ በርሜል ፣ ፍላር ፣ መገጣጠም ፣ ልዩነት) በመንደፍ በቃጠሎው ክፍል ውስጥ አቶሚዜሽን ወይም ዘልቆ እንዲገባ አድርጓል። የመቆፈሪያ ጊዜ የሚወሰነው በጠለፋው መጠን ላይ ነው, ከ 0.2 - 0.5 ሚሜ ውፍረት እና ከ 0.12 - 0.25 ሚሜ ቀዳዳ ዲያሜትር, ይህ ዘዴ ከማይክሮ ኢዲኤም አሥር እጥፍ ፈጣን ነው. የማይክሮድሪሊንግ በሦስት እርከኖች ይከናወናሉ፣ በአብራሪ በኩል ቀዳዳዎችን ማጠር እና ማጠናቀቅን ጨምሮ። አርጎን እንደ ረዳት ጋዝ የጉድጓዱን ጉድጓድ ከኦክሳይድ ለመከላከል እና በመጀመርያ ደረጃዎች የመጨረሻውን ፕላዝማ ለመከላከል ያገለግላል.

ምስል 7. Femtosecond laser high-ትክክለኛነት የተገለበጠ የቴፕ ቀዳዳ ለናፍታ ሞተር ማስገቢያ

08 እጅግ በጣም ፈጣን የሌዘር ጽሑፍ

በቅርብ ዓመታት ውስጥ የማሽን ትክክለኛነትን ለማሻሻል, የቁሳቁስን ጉዳት ለመቀነስ እና የማቀነባበሪያውን ውጤታማነት ለመጨመር, የማይክሮሜሽን መስክ ቀስ በቀስ የተመራማሪዎች ትኩረት ሆኗል. አልትራፋስት ሌዘር እንደ ዝቅተኛ ጉዳት እና ከፍተኛ ትክክለኛነት ያሉ የተለያዩ የማስኬጃ ጥቅሞች አሉት ፣ ይህም የማቀነባበሪያ ቴክኖሎጂ ልማትን የማስተዋወቅ ትኩረት ሆኗል ። በተመሳሳይ ጊዜ, ultrafast lasers በተለያዩ ቁሳቁሶች ላይ ሊሠሩ ይችላሉ, እና የሌዘር ማቀነባበሪያ ቁሳቁስ መጎዳት ዋናው የምርምር አቅጣጫ ነው. አልትራፋስት ሌዘር ቁሳቁሶችን ለማጥፋት ያገለግላል. የሌዘር ኢነርጂ እፍጋቱ ከቁሳቁሱ የጠለፋ ጣራ ከፍ ባለበት ጊዜ, የታሸገው ቁሳቁስ ገጽታ የተወሰኑ ባህሪያት ያለው ማይክሮ-ናኖ መዋቅር ያሳያል. ጥናቶች እንደሚያሳዩት ይህ ልዩ የገጽታ መዋቅር በሌዘር ማቀነባበሪያ ቁሳቁሶች ወቅት የሚከሰት የተለመደ ክስተት ነው. የገጽታ ማይክሮ-ናኖ አወቃቀሮችን ማዘጋጀት የቁሳቁስን ባህሪያት ማሻሻል እና አዳዲስ ቁሳቁሶችን ማልማት ያስችላል. ይህ የገጽታ ማይክሮ-ናኖ መዋቅሮችን በአልትራፋስት ሌዘር ማዘጋጀት አስፈላጊ የልማት ጠቀሜታ ያለው ቴክኒካዊ ዘዴ ያደርገዋል። በአሁኑ ጊዜ ለብረታ ብረት ቁሳቁሶች በ ultrafast laser surface texturing ላይ የተደረገ ምርምር የብረት ገጽን የእርጥበት ባህሪያትን ያሻሽላል, የገጽታ ግጭትን ያሻሽላል እና ባህሪያትን የመልበስ, የሽፋን ማጣበቅን እና የአቅጣጫ ስርጭትን እና የሴሎችን ማጣበቅ.

ምስል 8. በሌዘር-የተዘጋጀ የሲሊኮን ገጽ ላይ Superhydrophobic ባህርያት

እንደ መቁረጫ ሂደት ቴክኖሎጂ ፣ ultrafast laser processing በትንሽ የሙቀት-የተጎዳ ዞን ፣ ከቁሳቁሶች ጋር ቀጥተኛ ያልሆነ የግንኙነት ሂደት እና ከፍተኛ-ጥራት ማቀነባበር ከዲፍራክሽን ወሰን በላይ ባህሪዎች አሉት። የተለያዩ ቁሳቁሶችን ከፍተኛ ጥራት ያለው እና ትክክለኛ የሆነ ማይክሮ-ናኖ ማቀነባበሪያን መገንዘብ ይችላል. እና ባለ ሶስት አቅጣጫዊ ማይክሮ-ናኖ መዋቅር ማምረት. ልዩ ቁሳቁሶችን, ውስብስብ መዋቅሮችን እና ልዩ መሳሪያዎችን የሌዘር ማምረቻ ማግኘት ለጥቃቅን ናኖ ማምረት አዳዲስ መንገዶችን ይከፍታል. በአሁኑ ጊዜ, femtosecond ሌዘር በብዙ መቁረጫ-ጫፍ ሳይንሳዊ መስኮች ውስጥ በሰፊው ጥቅም ላይ ውሏል: femtosecond laser የተለያዩ የጨረር መሣሪያዎችን ለማዘጋጀት ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል, እንደ ማይክሮሊንስ ድርድር, bionic ውሁድ ዓይኖች, የጨረር waveguides እና metasurfaces; ከፍተኛ ትክክለኛነትን ፣ ከፍተኛ ጥራትን እና ባለ ሶስት አቅጣጫዊ የማቀነባበር ችሎታዎችን በመጠቀም ፣ femtosecond laser እንደ ማይክሮፍሉይዲክ እና ኦፕቶፍሉይዲክ ቺፖችን እንደ ማይክሮheter ክፍሎች እና ባለ ሶስት አቅጣጫዊ ማይክሮፍሉዲክ ቻናሎች ማዘጋጀት ወይም ማዋሃድ ይችላል ። በተጨማሪም ፣ femtosecond laser እንዲሁ ፀረ-ነጸብራቅ ፣ ፀረ-ነጸብራቅ ፣ ሱፐር-ሃይድሮፎቢክ ፣ ፀረ-በረዶ እና ሌሎች ተግባራትን ለማግኘት የተለያዩ የገጽታ ማይክሮ-ናኖስትራክተሮችን ማዘጋጀት ይችላል ። ይህ ብቻ ሳይሆን፣ femtosecond laser ደግሞ በባዮሜዲኪን መስክ ተተግብሯል፣ ይህም እንደ ባዮሎጂካል ማይክሮ ስቴንትስ፣ የሕዋስ ባህል ንዑሳን ክፍሎች እና ባዮሎጂካል ጥቃቅን ምስሎች ባሉ መስኮች የላቀ አፈጻጸም ያሳያል። ሰፊ የመተግበሪያ ተስፋዎች. በአሁኑ ጊዜ የፌምቶ ሰከንድ ሌዘር ፕሮሰሲንግ የማመልከቻ መስኮች ከአመት አመት እየተስፋፉ ነው። ከላይ ከተጠቀሱት ማይክሮ ኦፕቲክስ፣ ማይክሮ ፍሎውዲክስ፣ ባለብዙ-ተግባራዊ ማይክሮ-ናኖስትራክቸር እና ባዮሜዲካል ምህንድስና አፕሊኬሽኖች በተጨማሪ በአንዳንድ አዳዲስ መስኮች ለምሳሌ እንደ ሜታሳየር ዝግጅት ላይ ትልቅ ሚና ይጫወታል። ፣ ማይክሮ-ናኖ ማምረቻ እና ባለብዙ-ልኬት የኦፕቲካል መረጃ ማከማቻ ፣ ወዘተ.