Хэт хурдан лазерууд олон арван жилийн турш бий болсон ч сүүлийн хорин жилд үйлдвэрлэлийн хэрэглээ хурдацтай хөгжиж байна. 2019 онд хэт хурдан зах зээлийн үнэлазер материалболовсруулалт нь ойролцоогоор 460 сая ам.доллар байсан бөгөөд жилийн нийлмэл өсөлт нь 13% байв. Аж үйлдвэрийн материалыг боловсруулахад хэт хурдан лазерыг амжилттай ашигласан хэрэглээний талбарт хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлд гэрэл зургийн маск үйлдвэрлэх, засварлахаас гадна гар утас, таблет зэрэг өргөн хэрэглээний цахилгаан хэрэгсэлд цахиур шоо зүсэх, шил зүсэх, (инди цагаан тугалганы исэл) ITO хальс арилгах зэрэг орно. , автомашины үйлдвэрлэлийн поршений бүтэц, титэм судасны стент үйлдвэрлэл, эмнэлгийн салбарт микрофлюидик төхөөрөмж үйлдвэрлэх.
01 Хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн фото маск үйлдвэрлэх, засварлах
Хэт хурдан лазерыг материал боловсруулахад хамгийн анхны үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд ашигласан. IBM компани 1990-ээд онд гэрэл зургийн маск үйлдвэрлэхэд фемтосекунд лазер абляци хэрэглэсэн талаар мэдээлсэн. Металл цацах, шилэнд гэмтэл учруулах чадвартай наносекундын лазерын салст бүрхэвчтэй харьцуулахад фемтосекундын лазер маск нь металл цацах, шилэнд гэмтэл учруулахгүй гэх мэт давуу талтай. Энэ аргыг нэгдсэн хэлхээ (IC) үйлдвэрлэхэд ашигладаг. IC чип үйлдвэрлэхэд 30 хүртэлх маск шаардлагатай бөгөөд 100,000 доллараас дээш үнэтэй байдаг. Фемтосекундын лазер боловсруулалт нь 150 нм-ээс доош шугам, цэгүүдийг боловсруулах боломжтой.
Зураг 1. Фото маск үйлдвэрлэх, засварлах
Зураг 2. Хэт ягаан туяаны литографийн янз бүрийн маск хэв маягийг оновчтой болгох үр дүн
02 Хагас дамжуулагчийн үйлдвэрт цахиур зүсэх
Цахиур зүсэх нь хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлийн стандарт үйлдвэрлэлийн процесс бөгөөд ихэвчлэн механик шоо ашиглан хийгддэг. Эдгээр зүсэх дугуйнууд нь ихэвчлэн бичил хагарал үүсгэдэг бөгөөд нимгэн (жишээ нь, < 150 μм зузаантай) хавтанцар таслахад хэцүү байдаг. Цахиур хавтанг лазераар зүсэх нь хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлд олон жилийн турш ашиглагдаж ирсэн, ялангуяа нимгэн хавтанцар (100-200μm) бөгөөд олон үе шаттайгаар явагддаг: лазер ховил, дараа нь механик тусгаарлалт эсвэл үл үзэгдэх зүсэлт (өөрөөр хэлбэл дотор нь хэт улаан туяаны лазер туяа) цахиурын бичээс) дараа нь механик соронзон хальсны тусгаарлалт. Наносекундын импульсийн лазер нь цагт 15 ширхэг, пикосекундын лазер нь цагт 23 ширхэг хавтан боловсруулах чадвартай, илүү чанартай.
03 Хэрэглээний электроникийн үйлдвэрлэлд шил зүсэх/зохих
Гар утас, зөөврийн компьютерт зориулсан мэдрэгчтэй дэлгэц, хамгаалалтын шил нарийсч, зарим геометрийн дүрс муруй болж байна. Энэ нь уламжлалт механик зүсэлтийг илүү төвөгтэй болгодог. Ердийн лазерууд нь ихэвчлэн тайрах чанар муутай байдаг, ялангуяа эдгээр шилэн дэлгэцийг 3-4 давхаргаар давхарлаж, дээд талын 700 μм зузаантай хамгаалалтын шилийг зөөлрүүлсэн тохиолдолд энэ нь орон нутгийн стрессээс болж хагардаг. Хэт хурдан лазерууд нь эдгээр нүдний шилийг илүү сайн ирмэгээр зүсэх чадвартай болох нь батлагдсан. Том хавтгай хавтанг огтлохын тулд фемтосекунд лазерыг шилэн хуудасны арын гадаргуу дээр төвлөрүүлж, урд талын гадаргууг гэмтээхгүйгээр шилний дотор талыг зурж болно. Дараа нь шилийг механик эсвэл дулааны аргаар хагалж болно.
Зураг 3. Пикосекунд хэт хурдан лазер шилэн тусгай хэлбэрийн зүсэлт
04 Автомашины үйлдвэрлэлийн поршений бүтэц
Хөнгөн машины хөдөлгүүрийг хөнгөн цагааны хайлшаар хийдэг бөгөөд энэ нь цутгамал төмөр шиг элэгдэлд тэсвэртэй биш юм. Автомашины поршений бүтцийг фемтосекунд лазераар боловсруулах нь үрэлтийг 25% хүртэл бууруулж, хог хаягдал, тосыг үр дүнтэй хадгалах боломжтой болохыг судалгаагаар тогтоожээ.
Зураг 4. Хөдөлгүүрийн ажиллагааг сайжруулахын тулд автомашины хөдөлгүүрийн поршений фемтосекундын лазер боловсруулалт
05 Эмнэлгийн салбарт титэм судасны стент үйлдвэрлэл
Биеийн титэм судсанд хэдэн сая титэм судасны стент суулгаж, цусыг өөрөөр өтгөрүүлсэн судас руу урсгах сувгийг нээж, жил бүр сая сая хүний амийг авардаг. Титэм судасны стентийг ихэвчлэн металл (жишээлбэл, зэвэрдэггүй ган, никель-титан хэлбэрийн санах ойн хайлш эсвэл саяхан кобальт-хромын хайлш) 100 мкм өргөнтэй төмөр тороор хийдэг. Урт импульсийн лазер зүсэлттэй харьцуулахад хэт хурдан лазерыг ашиглан хаалт хайчлахын давуу тал нь зүсэх чанар сайтай, гадаргуугийн өнгөлгөө сайтай, хог хаягдал багатай тул боловсруулалтын дараах зардлыг бууруулдаг.
06 Эмнэлгийн үйлдвэрт зориулсан бичил шингэн төхөөрөмж үйлдвэрлэл
Эмнэлгийн салбарт өвчний шинжилгээ, оношлогоонд бичил шингэн төхөөрөмжийг ихэвчлэн ашигладаг. Эдгээр нь ихэвчлэн бие даасан эд ангиудыг бичил шахах хэлбэрээр үйлдвэрлэж, дараа нь цавуу эсвэл гагнуур ашиглан холбодог. Микрофлюидик төхөөрөмжийг хэт хурдан лазераар үйлдвэрлэх нь шилэн гэх мэт тунгалаг материалын дотор холболт шаардлагагүйгээр 3 хэмжээст бичил суваг үүсгэх давуу талтай. Нэг арга нь задгай шилэн дотор хэт хурдан лазер үйлдвэрлэх, дараа нь нойтон химийн сийлбэр хийх, нөгөө нь шилэн дотор эсвэл хуванцар дотор хог хаягдлыг арилгахын тулд нэрмэл усанд фемтосекунд лазераар зайлуулах арга юм. Өөр нэг арга бол шилэн гадаргуу руу сувгийг машиндаж, фемтосекунд лазер гагнуураар шилэн бүрээсээр битүүмжлэх явдал юм.
Зураг 6. Шилэн материалын доторх бичил шингэн сувгийг бэлтгэхийн тулд фемтосекунд лазераар өдөөгдсөн сонгомол сийлбэр
07 Инжекторын хошууны бичил өрөмдлөг
Фемтосекунд лазерын бичил нүхний боловсруулалт нь урсгалын нүхний профайлыг өөрчлөх уян хатан байдал, боловсруулалтын хугацаа богиноссон тул өндөр даралтын инжекторын зах зээл дээрх олон компаниудад микро-EDM-ийг сольсон. Урьдчилан сканнердах толгойгоор дамжуулан туяаны фокусын байрлал, хазайлтыг автоматаар хянах чадвар нь шаталтын камерт атомжилт эсвэл нэвтрэлтийг дэмжих боломжтой нүхний профайлыг (жишээ нь, баррель, дэлбэрэх, нэгдэх, ялгах) зохион бүтээхэд хүргэсэн. Өрөмдлөгийн хугацаа нь өрөмдлөгийн зузаан нь 0.2 – 0.5 мм, нүхний диаметр нь 0.12 – 0.25 мм байх нь өрөмдлөгийн эзэлхүүнээс хамаардаг бөгөөд энэ аргыг микро-EDM-ээс арав дахин хурдан болгодог. Бичил өрөмдлөгийг туршилтын цооногуудын барзгар, өнгөлгөө зэрэг гурван үе шаттайгаар гүйцэтгэдэг. Цооногийг исэлдэлтээс хамгаалах, эхний үе шатанд эцсийн плазмыг хамгаалах зорилгоор аргоныг туслах хий болгон ашигладаг.
Зураг 7. Дизель хөдөлгүүрийн инжекторын урвуу конус нүхийг фемтосекунд лазераар өндөр нарийвчлалтай боловсруулах.
08 Хэт хурдан лазер бүтэцтэй
Сүүлийн жилүүдэд боловсруулалтын нарийвчлалыг сайжруулах, материалын эвдрэлийг багасгах, боловсруулалтын үр ашгийг нэмэгдүүлэх зорилгоор бичил боловсруулалтын салбар аажмаар судлаачдын анхаарлын төвд орж байна. Хэт хурдан лазер нь гэмтэл багатай, өндөр нарийвчлал зэрэг янз бүрийн боловсруулалтын давуу талтай бөгөөд энэ нь боловсруулах технологийн хөгжлийг дэмжих гол зорилго болсон. Үүний зэрэгцээ, хэт хурдан лазерууд нь янз бүрийн материал дээр ажиллах боломжтой бөгөөд материалын гэмтэлийг лазераар боловсруулах нь судалгааны гол чиглэл юм. Хэт хурдан лазерыг материалыг арилгахад ашигладаг. Лазерын энергийн нягтрал нь материалын абляцийн босго хэмжээнээс өндөр байх үед хайлсан материалын гадаргуу нь тодорхой шинж чанартай бичил нано бүтэцтэй болно. Энэхүү тусгай гадаргуугийн бүтэц нь материалыг лазераар боловсруулахад тохиолддог нийтлэг үзэгдэл болохыг судалгаагаар харуулж байна. Гадаргуугийн бичил нано бүтцийг бэлтгэх нь тухайн материалын шинж чанарыг сайжруулж, шинэ материалыг бий болгох боломжийг олгодог. Энэ нь хэт хурдан лазераар гадаргуугийн микро нано бүтцийг бэлтгэх нь хөгжлийн чухал ач холбогдолтой техникийн арга болгож байна. Одоогийн байдлаар металл материалын хувьд хэт хурдан лазерын гадаргуугийн бүтэцтэй болгох судалгаа нь металл гадаргууг чийгшүүлэх шинж чанарыг сайжруулж, гадаргуугийн үрэлт, элэгдлийн шинж чанарыг сайжруулж, бүрхүүлийн наалдамхай чанарыг сайжруулж, эсийн чиглэлтэй тархалт, наалдацыг сайжруулж чадна.
Зураг 8. Лазераар бэлтгэсэн цахиурын гадаргуугийн супергидрофобик шинж чанар
Хамгийн сүүлийн үеийн боловсруулалтын технологийн хувьд хэт хурдан лазер боловсруулалт нь дулааны нөлөөлөлд өртсөн жижиг бүс, материалтай харилцан үйлчлэх шугаман бус үйл явц, дифракцийн хязгаараас давсан өндөр нарийвчлалтай боловсруулалтын шинж чанартай байдаг. Энэ нь янз бүрийн материалын өндөр чанартай, өндөр нарийвчлалтай бичил нано боловсруулалтыг хэрэгжүүлэх боломжтой. болон гурван хэмжээст бичил нано бүтэц үйлдвэрлэх. Тусгай материал, нарийн төвөгтэй бүтэц, тусгай төхөөрөмжийг лазераар үйлдвэрлэх нь бичил нано үйлдвэрлэлийн шинэ гарцуудыг нээж өгч байна. Одоогийн байдлаар фемтосекунд лазерыг шинжлэх ухааны олон дэвшилтэт салбарт өргөнөөр ашиглаж байна: фемтосекунд лазерыг микролензийн массив, бионик нийлмэл нүд, оптик долгионы хөтлүүр, мета гадаргуу зэрэг төрөл бүрийн оптик төхөөрөмжийг бэлтгэхэд ашиглаж болно; Өндөр нарийвчлалтай, өндөр нарийвчлалтай, гурван хэмжээст боловсруулах чадвартай, фемтосекунд лазер нь бичил халаагчийн бүрэлдэхүүн хэсэг, гурван хэмжээст микрофлюидик суваг гэх мэт микрофлюидик болон оптик шингэн чипүүдийг бэлтгэх эсвэл нэгтгэх боломжтой; Нэмж дурдахад фемтосекунд лазер нь тусгалын эсрэг, тусгалын эсрэг, супер гидрофобик, мөстөлтөөс хамгаалах болон бусад функцийг хангахын тулд гадаргуугийн янз бүрийн төрлийн бичил нано бүтцийг бэлтгэх боломжтой; Үүгээр ч зогсохгүй фемтосекундын лазерыг биоанагаах ухаанд мөн хэрэглэж, биологийн бичил стент, эсийн өсгөвөрийн субстрат, биологийн микроскопийн дүрслэл зэрэг салбарт гайхалтай гүйцэтгэлийг харуулсан. Өргөн хэрэглээний хэтийн төлөв. Одоогийн байдлаар фемтосекунд лазерын боловсруулалтын хэрэглээний талбар жилээс жилд өргөжиж байна. Дээр дурдсан бичил оптик, микрофлюидик, олон үйлдэлт бичил нано бүтэц, биоанагаахын инженерийн хэрэглээнээс гадна мета гадаргууг бэлтгэх гэх мэт шинээр гарч ирж буй зарим салбарт асар их үүрэг гүйцэтгэдэг. , бичил нано үйлдвэрлэл, олон хэмжээст оптик мэдээллийн хадгалалт гэх мэт.
Шуудангийн цаг: 2024 оны 4-р сарын 17
