Хэт хурдан лазерууд хэдэн арван жилийн турш оршин тогтнож ирсэн ч сүүлийн хоёр арван жилд үйлдвэрлэлийн хэрэглээ хурдацтай өссөн. 2019 онд хэт хурдан лазеруудын зах зээлийн үнэ цэнэлазер материалБоловсруулалт ойролцоогоор 460 сая ам.доллар байсан бөгөөд жилийн нийлмэл өсөлтийн хэмжээ 13% байв. Аж үйлдвэрийн материалыг боловсруулахад хэт хурдан лазеруудыг амжилттай ашиглаж ирсэн хэрэглээний чиглэлүүдэд хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлд фотомаск үйлдвэрлэх, засварлах, мөн гар утас, таблет зэрэг хэрэглээний электроникийн салбарт цахиурын жижиглэх, шил зүсэх/бичих болон (индий цагаан тугалганы исэл) ITO хальс арилгах, автомашины үйлдвэрлэлд поршений бүтэцжүүлэх, титэм судасны стент үйлдвэрлэх, анагаах ухааны салбарт микрофлюидик төхөөрөмж үйлдвэрлэх зэрэг орно.
01 Хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлд фотомаск үйлдвэрлэх, засварлах
Хэт хурдан лазеруудыг материал боловсруулах үйлдвэрлэлийн хамгийн эртний хэрэглээний нэг болгон ашиглаж байсан. IBM компани 1990-ээд онд фото маск үйлдвэрлэхэд фемтосекундын лазер абляцийг хэрэглэсэн тухай мэдээлсэн. Металл цацрал болон шилний гэмтэл учруулж болох наносекундын лазер абляцитай харьцуулахад фемтосекундын лазер маск нь металл цацрал, шилний гэмтэл гэх мэт шинж тэмдэггүй байдаг. Давуу талууд. Энэ аргыг нэгдсэн хэлхээ (IC) үйлдвэрлэхэд ашигладаг. IC чип үйлдвэрлэхэд 30 хүртэлх маск шаардлагатай бөгөөд 100,000 доллараас дээш үнэтэй байж болно. Фемтосекундын лазер боловсруулалт нь 150нм-ээс доош шугам болон цэгүүдийг боловсруулж чаддаг.
Зураг 1. Фотомаск үйлдвэрлэх болон засварлах
Зураг 2. Хэт ягаан туяаны литографийн янз бүрийн маскны хэв маягийн оновчлолын үр дүн
02 Хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлд цахиурын зүсэлт хийх
Цахиурын вафлиг хэрчих нь хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн стандарт үйлдвэрлэлийн процесс бөгөөд ихэвчлэн механик хэрчих аргаар хийгддэг. Эдгээр зүсэх дугуйнууд нь ихэвчлэн бичил хагарал үүсгэдэг бөгөөд нимгэн (жишээ нь < 150 μм зузаантай) вафлиг зүсэхэд хэцүү байдаг. Цахиурын вафлиг лазераар зүсэх нь хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн салбарт олон жилийн турш, ялангуяа нимгэн вафлиг (100-200μм)-д ашиглагдаж ирсэн бөгөөд олон үе шаттайгаар хийгддэг: лазер ховил хийх, дараа нь механик салгах эсвэл үл үзэгдэх зүсэлт (жишээ нь цахиурын доторх хэт улаан туяаны лазер туяа), дараа нь механик туузаар ялгах. Наносекундын импульсийн лазер нь цагт 15 вафли, пикосекундын лазер нь цагт 23 вафлиг илүү өндөр чанартайгаар боловсруулах боломжтой.
03 Хэрэглээний электроникийн салбарт шилэн хайчлах/бичих
Гар утас, зөөврийн компьютерын мэдрэгчтэй дэлгэц болон хамгаалалтын шил нимгэрч, зарим геометрийн хэлбэрүүд муруйж байна. Энэ нь уламжлалт механик зүсэлтийг улам хүндрүүлж байна. Ердийн лазерууд нь ихэвчлэн муу зүсэлт хийдэг, ялангуяа эдгээр шилэн дэлгэцийг 3-4 давхаргаар давхарлаж, дээд 700 мкм зузаантай хамгаалалтын шилийг зөөлрүүлдэг бөгөөд энэ нь орон нутгийн стрессээс болж хагарч болзошгүй. Хэт хурдан лазерууд эдгээр шилийг илүү сайн ирмэгийн бат бэхээр зүсэх чадвартай болох нь батлагдсан. Том хавтгай хавтанг зүсэхийн тулд фемтосекундын лазерыг шилэн хуудасны арын гадаргуу дээр төвлөрүүлж, урд гадаргууг гэмтээхгүйгээр шилний дотор талыг мааждаг. Дараа нь шилийг хээтэй хээ дагуу механик эсвэл дулааны аргаар хугалж болно.
Зураг 3. Пикосекундын хэт хурдан лазер шилэн тусгай хэлбэртэй зүсэлт
04 Автомашины үйлдвэрлэлийн поршений бүтэц
Хөнгөн жинтэй автомашины хөдөлгүүрүүд нь хөнгөн цагааны хайлшаар хийгдсэн бөгөөд энэ нь цутгамал төмөр шиг элэгдэлд тэсвэртэй биш юм. Судалгаагаар машины поршений бүтцийг фемтосекунд лазераар боловсруулах нь хог хаягдал, тосыг үр дүнтэй хадгалах боломжтой тул үрэлтийг 25% хүртэл бууруулж чаддаг болохыг тогтоожээ.
Зураг 4. Хөдөлгүүрийн ажиллагааг сайжруулахын тулд автомашины хөдөлгүүрийн поршенийг фемтосекунд лазераар боловсруулж байна
05 Эмнэлгийн салбарт титэм судасны стент үйлдвэрлэл
Жил бүр цусны бүлэгнэл үүссэн судас руу урсах суваг нээхийн тулд биеийн титэм артериудад сая сая титэм судасны стент суулгадаг бөгөөд энэ нь сая сая хүний амийг авардаг. Титэм судасны стентийг ихэвчлэн ойролцоогоор 100 мкм өргөнтэй төмөр (жишээ нь, зэвэрдэггүй ган, никель-титан хэлбэрийн санах ойн хайлш, эсвэл саяхан кобальт-хромын хайлш) утсан тороор хийдэг. Урт импульсийн лазер зүсэлттэй харьцуулахад хэт хурдан лазер ашиглан хаалт зүсэх давуу талууд нь өндөр зүсэлтийн чанар, илүү сайн гадаргуугийн өнгөлгөө, бага хог хаягдал бөгөөд энэ нь боловсруулалтын дараах зардлыг бууруулдаг.
06 Эмнэлгийн салбарт зориулсан микрофлюидик төхөөрөмж үйлдвэрлэл
Микрофлюидик төхөөрөмжийг анагаах ухааны салбарт өвчний шинжилгээ, оношлогоонд түгээмэл ашигладаг. Эдгээрийг ихэвчлэн бие даасан эд ангиудыг микро шахах аргаар хэвлэж, дараа нь наалт эсвэл гагнуур ашиглан холбодог. Микрофлюидик төхөөрөмжийг хэт хурдан лазераар үйлдвэрлэх нь холболт шаардлагагүйгээр шил гэх мэт тунгалаг материал дотор 3 хэмжээст микро сувгийг үйлдвэрлэх давуу талтай. Нэг арга нь задгай шилэн дотор хэт хурдан лазер үйлдвэрлэх бөгөөд дараа нь нойтон химийн сийлбэр хийх, нөгөө нь нэрмэл усанд шил эсвэл хуванцар дотор фемтосекундын лазераар абляци хийх замаар хог хаягдлыг зайлуулах явдал юм. Өөр нэг арга бол сувгуудыг шилэн гадаргуу руу машиндаж, фемтосекундын лазер гагнуураар шилэн бүрхүүлээр битүүмжлэх явдал юм.
Зураг 6. Шилэн материалын доторх микрофлюидик сувгуудыг бэлтгэхийн тулд фемтосекундын лазераар өдөөгдсөн сонгомол сийлбэр
07 Инжекторын цоргыг бичил өрөмдөх
Урсгал нүхний профайлыг өөрчлөх уян хатан байдал болон боловсруулах хугацаа богиноссон тул өндөр даралтын форсункийн зах зээл дээрх олон компаниудад фемтосекундын лазерын бичил нүхний боловсруулалт нь микро-EDM-ийг орлосон. Урьдчилан сканнердах толгойгоор дамжин цацрагийн фокусын байрлал болон хазайлтыг автоматаар хянах чадвар нь шаталтын камерт атомжуулалт эсвэл нэвтрэлтийг дэмжих боломжтой нүхний профайл (жишээ нь, баррель, флэйр, конвергенц, дивергенц)-ийг зохион бүтээхэд хүргэсэн. Өрөмдлөгийн хугацаа нь абляцийн эзэлхүүнээс хамаардаг бөгөөд өрөмдлөгийн зузаан нь 0.2 - 0.5 мм, нүхний диаметр нь 0.12 - 0.25 мм бөгөөд энэ техникийг микро-EDM-ээс арав дахин хурдан болгодог. Микро өрөмдлөгийг гурван үе шаттайгаар гүйцэтгэдэг бөгөөд үүнд нэвтрэлтийн нүхийг барзгар болгох, өнгөлөх зэрэг орно. Аргоныг цооногийг исэлдэлтээс хамгаалах, эхний үе шатанд эцсийн плазмыг хамгаалахад туслах хий болгон ашигладаг.
Зураг 7. Дизель хөдөлгүүрийн форсункийн урвуу конус нүхийг фемтосекунд лазераар өндөр нарийвчлалтай боловсруулж байна
08 Хэт хурдан лазер бүтэц
Сүүлийн жилүүдэд боловсруулалтын нарийвчлалыг сайжруулах, материалын эвдрэлийг бууруулах, боловсруулалтын үр ашгийг нэмэгдүүлэхийн тулд микромашинжуулалтын салбар аажмаар судлаачдын анхаарлын төвд орж байна. Хэт хурдан лазер нь бага гэмтэл, өндөр нарийвчлал зэрэг янз бүрийн боловсруулалтын давуу талуудтай бөгөөд энэ нь боловсруулалтын технологийн хөгжлийг дэмжих гол чиглэл болсон. Үүний зэрэгцээ хэт хурдан лазерууд нь янз бүрийн материалд үйлчилж чаддаг бөгөөд лазераар материалын эвдрэлийг боловсруулах нь мөн судалгааны гол чиглэл юм. Хэт хурдан лазерыг материалыг абляци хийхэд ашигладаг. Лазерын энергийн нягтрал нь материалын абляцийн босгоос өндөр байх үед абляцилагдсан материалын гадаргуу нь тодорхой шинж чанартай микро-нано бүтэцтэй болно. Судалгаанаас харахад энэхүү тусгай гадаргуугийн бүтэц нь материалыг лазераар боловсруулах үед тохиолддог нийтлэг үзэгдэл юм. Гадаргуугийн микро-нано бүтцийг бэлтгэх нь материалын өөрийн шинж чанарыг сайжруулж, шинэ материал боловсруулах боломжийг олгодог. Энэ нь хэт хурдан лазераар гадаргуугийн микро-нано бүтцийг бэлтгэх нь хөгжлийн чухал ач холбогдолтой техникийн арга болж байна. Одоогийн байдлаар металл материалын хувьд хэт хурдан лазер гадаргуугийн бүтэцжүүлэлтийн судалгаа нь металл гадаргуугийн норгох шинж чанарыг сайжруулж, гадаргуугийн үрэлт болон элэгдлийн шинж чанарыг сайжруулж, бүрхүүлийн наалдацыг сайжруулж, эсийн чиглэлийн тархалт болон наалдацыг сайжруулж чадна.
Зураг 8. Лазераар бэлтгэсэн цахиурын гадаргуугийн супергидрофобик шинж чанарууд
Хамгийн сүүлийн үеийн боловсруулалтын технологи болох хэт хурдан лазер боловсруулалт нь жижиг дулаанд өртсөн бүс, материалтай харилцан үйлчлэх шугаман бус процесс, дифракцийн хязгаараас давсан өндөр нягтралтай боловсруулалт зэрэг шинж чанартай байдаг. Энэ нь янз бүрийн материалыг өндөр чанартай, өндөр нарийвчлалтай микро-нано боловсруулалт, гурван хэмжээст микро-нано бүтцийн үйлдвэрлэлийг хэрэгжүүлж чадна. Тусгай материал, нарийн төвөгтэй бүтэц, тусгай төхөөрөмжийг лазераар үйлдвэрлэх нь микро-нано үйлдвэрлэлийн шинэ боломжийг нээж өгдөг. Одоогийн байдлаар фемтосекунд лазерыг олон тэргүүлэх шинжлэх ухааны салбарт өргөн ашиглаж байна: фемтосекунд лазерыг микролинзний массив, бионик нэгдлийн нүд, оптик долгион хөтлүүр, мета гадаргуу зэрэг янз бүрийн оптик төхөөрөмжийг бэлтгэхэд ашиглаж болно; өндөр нарийвчлал, өндөр нягтрал болон гурван хэмжээст боловсруулалтын чадвараа ашиглан фемтосекунд лазер нь микро халаагчийн бүрэлдэхүүн хэсэг, гурван хэмжээст микро-флюидийн суваг зэрэг микрофлюидик болон оптофлюидийн чипийг бэлтгэх эсвэл нэгтгэх боломжтой; Үүнээс гадна, фемтосекундын лазер нь тусгал эсрэг, тусгал эсрэг, хэт гидрофобик, мөстөлт эсрэг болон бусад функцийг гүйцэтгэхийн тулд янз бүрийн төрлийн гадаргуугийн бичил нано бүтцийг бэлтгэж чаддаг; үүнээс гадна фемтосекундын лазерыг биоанагаахын салбарт хэрэглэж ирсэн бөгөөд биологийн бичил стент, эсийн өсгөврийн субстрат, биологийн микроскопын дүрслэл зэрэг салбарт онцгой гүйцэтгэл үзүүлсэн. Өргөн хэрэглээний хэтийн төлөв. Одоогийн байдлаар фемтосекундын лазерын боловсруулалтын хэрэглээний салбар жилээс жилд өргөжиж байна. Дээр дурдсан бичил оптик, микрофлюидик, олон үйлдэлт бичил нано бүтэц, биоанагаахын инженерчлэлийн хэрэглээнээс гадна мета гадаргуугийн бэлтгэл, бичил нано үйлдвэрлэл, олон хэмжээст оптик мэдээлэл хадгалах гэх мэт зарим шинээр гарч ирж буй салбарт асар их үүрэг гүйцэтгэдэг.
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 4-р сарын 17
