Η Κοινή Τεχνολογία Μικροκατεργασίας Λέιζερ και η Εξέλιξή της

Από τότε που παρουσιάστηκε το πρώτο λέιζερ το 1960, η έρευνα με λέιζερ και οι εφαρμογές του έχουν προχωρήσει γρήγορα σε σχεδόν κάθε τεχνικό τομέα. Η υψηλή συνοχή του φωτός λέιζερ καθοδηγεί τη μέτρηση ακριβείας, την ανάλυση δομής υλικού, την αποθήκευση πληροφοριών και την οπτική επικοινωνία. Η υψηλή κατευθυντικότητα και η φωτεινότητά του το καθιστούν βασικό εργαλείο κατασκευής. Καθώς οι πηγές και οι διαδικασίες λέιζερ συνεχίζουν να εξελίσσονται, η κατασκευή λέιζερ έχει διεισδύσει σε βιομηχανίες υψηλής τεχνολογίας τις τελευταίες δύο δεκαετίες, αντικαθιστώντας ή μεταμορφώνοντας σταδιακά πολλές παραδοσιακές διαδρομές κατεργασίας. Το 1987, ο οδικός χάρτης MEMS των ΗΠΑ σηματοδότησε την αρχή της συστηματικής έρευνας μικρο-μηχανών - και η μικρομηχανική με λέιζερ αναδείχθηκε ως μία από τις πιο ελπιδοφόρες τεχνολογίες παραγωγής για τον κόσμο μικρο-κλίμακας.

Αυτός ο οδηγός είναι δομημένος ως ένας χάρτης ολόκληρου του πεδίου: πρώτα ορίζουμε τη μικροεπεξεργασία λέιζερ και την τοποθετούμε σε σχέση με τη συμβατική μικρο-κατασκευή, μετά περπατάμε στις κύριες βιομηχανικές εφαρμογές, μεταβαίνουμε στο φάσμα εξαιρετικά γρήγορου παλμού - όπου το νανοδευτερόλεπτο-attosecond transition predecision επαναπροσδιορίζει {4} ενεργειακά-φόρτος εργασίας παραγωγής και κριτήρια επιλογής πλατφόρμας-που έχουν μεγαλύτερη σημασία στην πράξη. Σε όλη τη διάρκεια, κάθε υπο-θέμα συνδέεται με έναν αποκλειστικό τεχνικό πόρο από τη βιβλιοθήκη μας, ώστε να μπορείτε να μετακινηθείτε από την επισκόπηση στις παραμέτρους διαδικασίας σε μια συνεχή διαδρομή ανάγνωσης.

Η μικροεπεξεργασία αναφέρεται στην κατασκευή χαρακτηριστικών, οπών, καναλιών και δομών σε κλίμακα micron και sub{0}}μικρον. Οι διαδρομές κατασκευής που διατίθενται σήμερα εμπίπτουν σε τέσσερις ευρείες οικογένειες: επεξεργασία ημιαγωγών, LIGA (λιθογραφία-ηλεκτροδιαμόρφωση-χύτευση), υπερ-μηχανική μηχανική κατεργασία ακριβείας και ειδική μηχανική κατεργασία - η τελευταία από τις οποίες αφαιρεί μόριο υλικού ανά μόριο ή άμεση αλληλεπίδραση με άτομο. Η ειδική κατεργασία καθοδηγείται από ηλεκτρική, θερμική, οπτική, ακουστική ή χημική ενέργεια, με τις πιο κοινές εφαρμογές να είναι η EDM, η κατεργασία με υπερήχους, η κατεργασία με δέσμη ηλεκτρονίων, η κατεργασία με δέσμη ιόντων και η ηλεκτροχημική κατεργασία.

Η μικροεπεξεργασία με λέιζερ είναι το οπτικό μέλος αυτής της οικογένειας: μια εστιασμένη δέσμη λέιζερ μεταδίδει ενέργεια απευθείας στον όγκο στόχο, υλικό εξάτμισης ή αφαίρεσης χωρίς φυσική επαφή με το εργαλείο, χωρίς φθορά του εργαλείου και μια εξαιρετικά μικρή ζώνη-που επηρεάζεται από τη θερμότητα. Το καθοριστικό του χαρακτηριστικό είναι η "απευθείας γραφή" - η διαδικασία απλοποιεί τις διαδρομές εργαλείων σε μια ενιαία οπτική διαδρομή, επιτρέποντας τη γρήγορη δημιουργία πρωτοτύπων μικρο-συσκευών χωρίς μάσκες σε πολλές περιπτώσεις. Επειδή δεν εισάγει διαβρωτικά χημικά ή μηχανικά υπολείμματα, περιγράφεται συχνά ως μια πράσινη διαδικασία παραγωγής. Για μια συστηματική εισαγωγή στον τρόπο με τον οποίο η μηχανική κατεργασία ακριβείας λέιζερ ταιριάζει στις σύγχρονες γραμμές παραγωγής, ανατρέξτε στην επισκόπηση τουτεχνολογία κατεργασίας ακριβείας λέιζερ.

Η επιλογή μεταξύ λέιζερ και συμβατικής μικρο-επεξεργασίας εξαρτάται από τις απαιτήσεις υλικού, γεωμετρίας και απόδοσης. Ο παρακάτω πίνακας συνοψίζει τις πρακτικές διαφορές:

Η επεξεργασία με λέιζερ συγκρίνεται πιο ευνοϊκά εκεί όπου συναντώνται η ακρίβεια, η ταχύτητα και η ευελιξία: δεν είναι-χωρίς επαφή, μάσκα-και μπορεί να τρυπήσει, να κόψει, να χαράξει, να χαράξει, να συγκολλήσει και να υφή με την ίδια δέσμη αλλάζοντας μόνο τις παραμέτρους. Όταν η ερώτηση είναι-επιλογή μήκους παλμού - η μοναδική πιο συνεπακόλουθη απόφαση σε μικρο-γεώτρηση -, οι διαφορές μεταξύ των καθεστώτων μεγάλου-παλμού και υπερταχείας διερευνώνται στοσυγκρίνοντας μικρο-διάτρηση λέιζερ femtosecond και nanosecond.

Συσκευασία μικρο-Vias και υψηλής-πυκνότητας

Καθώς τα ηλεκτρονικά προϊόντα κινούνται προς τη φορητότητα και τη σμίκρυνση, η-πυκνότητα πληροφοριών όγκου μονάδας και η ταχύτητα επεξεργασίας της μονάδας-χρόνου έχουν οδηγήσει τη μικροηλεκτρονική τεχνολογία συσκευασίας στα όριά της. Ένα σύγχρονο smartphone ή ψηφιακή φωτογραφική μηχανή φέρει περίπου 1.200 διασυνδέσεις ανά τετραγωνικό εκατοστό. Το κλειδί για την αύξηση της ποιότητας συσκευασίας-τσιπ είναι η μικρο-μέσω - της διαμπερούς-οπής που συνδέει τα στρώματα καλωδίωσης, παρέχει συνδέσμους υψηλής{10}}ταχύτητας μεταξύ των συσκευών που είναι τοποθετημένες στην επιφάνεια-και της πλακέτας σήματος παρακάτω και συρρικνώνει αποτελεσματικά το αποτύπωμα της συσκευασίας.

Στη σχεδίαση PCB πολλαπλών-επιπέδων, τα vias αποτελούν τη ραχοκοκαλιά της διασύνδεσης υψηλής-πυκνότητας. Το κόστος διάτρησης αντιπροσωπεύει συνήθως το 30–40% του συνολικού κόστους κατασκευής PCB και οι σχεδιαστές θέλουν-μικρότερες διόδους: μικρότερες οπές να ελευθερώνουν χώρο δρομολόγησης και να έχουν καλύτερη απόδοση σε κυκλώματα υψηλής-ταχύτητας. Τα συμβατικά μηχανικά τρυπήματα πυθμένα είναι περίπου 100 μm - πολύ λιγότερο από αυτό που απαιτούν τα πυκνά σχέδια. Η διάτρηση με λέιζερ κλείνει το κενό, με τις πηγές CO2 και UV να παράγουν συνήθως 30–40 μm διόδους και προηγμένες διαμορφώσεις που φτάνουν τα ~10 μm. Για μια δομημένη επεξεργασία του φάσματος γεώτρησης, ξεκινήστε μεβιομηχανική τεχνολογία διάτρησης λέιζερ, μετά δείτε πώς επεκτείνεται η ίδια φυσική στα σκληρά κεραμικάδιάτρηση με λέιζερ μικρο-ημιαγωγών κεραμικών.

Μικροκατεργασία PCB και FPC-

Πέρα από τα vias, η επεξεργασία λέιζερ εκτελεί την πλήρη κυψέλη εργασίας PCB/FPC - μέσω διάτρησης, κοπής περιγράμματος, αποεπικάλυψης και ελεγχόμενης χάραξης βάθους- σε άκαμπτες σανίδες, εύκαμπτα κυκλώματα και υποστρώματα HDI. Το εύρος αυτής της εφαρμογής καλύπτεται σεεφαρμογές λέιζερ για παραγωγή PCB και FPC, ενώπώς οι τύποι PCB διαμορφώνουν τις επιλογές επεξεργασίας λέιζερεξηγεί γιατί το FR-4, το κεραμικό και το πολυϊμίδιο λυγίζουν το καθένα για διαφορετικό μήκος κύματος και στρατηγική δέσμης. Όπου οι πηγές υπεριώδους ακτινοβολίας λάμπουν - αφαίρεση λεπτών γραμμών, οργανική-επιλεκτική επεξεργασία στρωμάτων και ελεγχόμενη- εργασία κοιλότητας βάθους - τα παράθυρα διεργασίας περιγράφονται λεπτομερώς στοΕπεξεργασία με λέιζερ UV υλικών PCB.

Κοπή, χάραξη και χάραξη

Η ίδια οικογένεια ακτίνων εκτείνεται πολύ πέρα ​​από τις σανίδες: τομές μικροεπεξεργασίας με λέιζερ, τρυπάνια, σκαλίσματα, γραφεία και συγκολλήσεις σε βιομηχανίες κατασκευής εξοπλισμού, αυτοκινήτων, εξαρτημάτων ακριβείας αεροσκαφών και μικρο-βιομηχανιών επεξεργασίας. Οι πλάκες ακροφυσίων εκτυπωτών εκτόξευσης μελάνης-με χαρακτηριστικά άνω των 20 μm,-στόμια έγχυσης καυσίμου και ρολόγια και ιατρικά εξαρτήματα παράγονται όλα με τις ίδιες βασικές διαδικασίες. Στην οπτική, η επεξεργασία επιφανειών με λέιζερ - με μικρο-πρεσάρισμα, στίλβωση και με τη βοήθεια πλάσματος-μικρο-σχηματισμός μαλακωμένου γυαλιού και γυαλιού{10}}κεραμικών - διαμορφώνει μικρο-οπτικά στοιχεία που θα ήταν αδύνατο να λειανθούν μηχανικά. Η κοπή με μικρο{14}}λέιζερ ακολουθεί την ίδια αρχή με τη χάραξη: μια πηγή συχνότητας{{15}διπλασιάζεται ή femtosecond εστιάζεται με ακρίβεια, η εισροή ενέργειας ελέγχεται στενά και το υλικό αφαιρείται με ελάχιστη θερμική επίδραση και χωρίς μηχανικό γρέζι. Επειδή η ίδια δέσμη αλλάζει λειτουργία μόνο με βάση τις παραμέτρους, ένας σταθμός αντικαθιστά συχνά πολλές συμβατικές μηχανές - ο κύριος λόγος για τον οποίο η κατεργασία με μικρο{18}}λέιζερ έχει γίνει η προεπιλεγμένη διαδρομή για παραγωγή υψηλής-μίξης, υψηλής{20}}ακρίβειας.

Τα λέιζερ CO₂ και YAG είναι πηγές συνεχούς-κυμάτων ή μακρών-παλμών: συγκεντρώνουν ενέργεια για να δημιουργήσουν υψηλές τοπικές θερμοκρασίες που αφαιρούν το υλικό, λειτουργώντας ουσιαστικά στο θερμικό καθεστώς με περιορισμένη ακρίβεια. Τα λέιζερ Excimer χρησιμοποιούν μικρά μήκη κύματος υπεριώδους ακτινοβολίας για να προκαλέσουν φωτοχημική αλληλεπίδραση σε κλίμακα micron, αλλά τα διαβρωτικά αέρια τους είναι δύσκολο να ελεγχθούν και η υψηλής{3}}εντάσεως υπεριώδης ακτινοβολία υποβαθμίζει τα οπτικά στοιχεία - περιορίζοντας την υιοθέτησή τους.

Η αποφασιστική πρόοδος προήλθε από τη συμπίεση του παλμού του λέιζερ στο χρόνο: από νανοδευτερόλεπτα (10-9 s) σε πικοδευτερόλεπτα (10-12 s) σε femtoseconds (10-15 s) και τώρα στον τομέα του ατο δευτερολέπτου. Το πλάτος παλμού είναι η κύρια παράμετρος της μικρο-ποιότητας κατεργασίας - και καθορίζει το όριο μεταξύ θερμικής βλάβης και ψυχρής αφαίρεσης. Στη βιομηχανία ηλεκτρονικών 3C, όπου οι στοίβες λεπτών-μεμβρανών και τα εύθραυστα υποστρώματα δεν ανέχονται την υπολειμματική θερμότητα,Επεξεργασία λέιζερ picosecond για ηλεκτρονικά 3Cέχει γίνει το πρότυπο παραγωγής. στο ακραίο άκρο του φάσματος,εξήγησε τα παλμικά λέιζερ attosecondπεριγράφει πού θα ακολουθήσει η παλμική-φυσική έρευνα.

Το παλμικό λέιζερ femtosecond έχει δύο καθοριστικά χαρακτηριστικά. Πρώτον, ο παλμός είναι εξαιρετικά σύντομος - μερικά femtoseconds, κατά τη διάρκεια των οποίων το φως διαδίδεται μόνο 0,3 μm, μικρότερο από τη διάμετρο των περισσότερων κυττάρων -, επομένως η ενέργεια εναποτίθεται πριν αρχίσει η θερμική διάχυση. Δεύτερον, η μέγιστη ισχύς είναι εξαιρετικά υψηλή: η συγκέντρωση ενός μικροτζάουλ ενέργειας σε μερικά femtoseconds σε μια κηλίδα 10 μm αποδίδει πυκνότητες ισχύος της τάξης των 1018 W/cm², με ηλεκτρικές-εντάσεις πεδίου αρκετά ισχυρές ώστε να αφαιρούν τα ηλεκτρόνια από τα άτομα απευθείας.

Αυτό αλλάζει τον ίδιο τον μηχανισμό βλάβης. Για συνεχείς-κύμα έως δεκάδες-των-πικοδευτερολέπτων παλμών, η ζημιά διέπεται από ιονισμό χιονοστιβάδας, ο οποίος εξαρτάται από την αρχική πυκνότητα ελεύθερων-ηλεκτρονίων - και επειδή οι κατανομές ακαθαρσιών ποικίλλουν, το όριο βλάβης είναι μια στατιστική τιμή με πιθανότητα 50%. Οι εξαιρετικά σύντομοι παλμοί αλλάζουν τον μηχανισμό σε ιονισμό πολλαπλών φωτονίων: τα δεσμευμένα ηλεκτρόνια απορροφούν πολλά φωτόνια ταυτόχρονα και μεταβαίνουν απευθείας στο ελεύθερο επίπεδο, επομένως το όριο βλάβης δεν εξαρτάται πλέον από το ιστορικό υλικού - γίνεται ένας ακριβής, αναπαραγώγιμος αριθμός που μειώνεται καθώς το πλάτος του παλμού μειώνεται, ισοπεδώνοντας στο επίπεδο του femtosecond.

Επειδή το όριο είναι τόσο ακριβές, ρυθμίζοντας την ενέργεια του λέιζερ ακριβώς στο - ή ακριβώς πάνω από το - το όριο ζημιάς αφαιρεί μόνο τον προβλεπόμενο όγκο, επιτρέποντας την επεξεργασία δευτερεύοντος-μικρών κάτω από το όριο περίθλασης. Το αποτέλεσμα είναι εξαιρετικά-υψηλή ένταση φωτός, ένα ακριβές χαμηλό κατώφλι, μια αμελητέα επηρεαζόμενη ζώνη-της θερμότητας και η δυνατότητα επεξεργασίας σχεδόν οποιουδήποτε υλικού με πιστότητα μικρότερης-μικρον. Η τεχνολογία είναι ήδη σε παραγωγή σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών:

• Συσκευασία μικροηλεκτρονικών & ημιαγωγών- μέσω διάτρησης, λεπτής-χαράξεως μεμβράνης και κοπής εύθραυστων καλουπιών.
• Φωτονικές-συσκευές κρυστάλλων και οπτικών- 3Δ μικρο-δόμηση γυαλιών και πολυμερών, συμπεριλαμβανομένων των στοιχείων επικοινωνίας οπτικών ινών υψηλής-πληροφορίας-μεταφοράς (terabit-κατηγορίας)-.
• Αποθήκευση δεδομένων- νέες τρισδιάστατες-αρχιτεκτονικές οπτικής μνήμης γραμμένες σημείο προς σημείο μέσα σε διαφανή μέσα.
• Ιατρικές συσκευές και βιομηχανική- μικρο-stents, στόμια βελόνας, εργαστήριο-σε--κανάλια τσιπ και επεξεργασία σε επίπεδο κυττάρων- για έρευνα βιομηχανικής.

Μικρο-Διάτρηση σκληρών και εύθραυστων υλικών

Τα πυρίμαχα και εύθραυστα υλικά - το μολυβδαίνιο, τα κεραμικά και τα κράματα βαλβίδων - νικούν τη συμβατική διάτρηση: η φθορά του εργαλείου είναι ακραία, η κοπή των άκρων είναι συνηθισμένη και οι λόγοι διαστάσεων καθυστερούν. Η διάτρηση femtosecond αφαιρεί το υλικό με άμεση αφαίρεση χωρίς μεταφορά μηχανικής καταπόνησης, δημιουργώντας καθαρές, ελεγχόμενες με κωνικό-οπές ακόμη και στα πιο σκληρά υποστρώματα. Οι μελέτες εφαρμογής περιλαμβάνουνμικρο-{0}}γεώτρηση μολυβδαινίου femtosecondκαιμηχανική κατεργασία μικρο{0}}femtosecond για βαλβίδες αερίου και υγρού, όπου τα στόμια κλίμακας μικρού-πρέπει να παραμένουν ελεύθερα-για εκατομμύρια κύκλους λειτουργίας.

Εξαρτήματα Ακρίβειας και Μικρορευστότητα

Όπου η γεωμετρία είναι το προϊόν - στόμια περιορισμού, μικρορευστικά κανάλια και εξαρτήματα ακριβείας υψηλής αξίας - femtosecond επεξεργασίας παρέχει ανάλυση και επαναληψιμότητα σε κλίμακα παραγωγής. Τα στόμια περιορισμού ρουλεμάν αέρα, για παράδειγμα, απαιτούν ακριβείς διαμέτρους και καθαρές εισόδους σε χιλιάδες μέρη.διάτρηση femtosecond για στόμια περιορισμού ρουλεμάν αέραδείχνει πώς η διαδικασία κλιμακώνεται από το πρωτότυπο στη μαζική παραγωγή. Στο τμήμα της ζωής-επιστήμες και διαγνωστικά,Επεξεργασία λέιζερ femtosecond μικρορευστοποιημένων τσιπδείχνει την κατασκευή τρισδιάστατων καναλιών μέσα σε διαφανή υλικά - μια δυνατότητα που δεν μπορεί να ταιριάξει καμία μηχανική ή θερμική διεργασία.

Δύο από τους ταχύτερα αναπτυσσόμενους-μικρο-φόρους εργασίας κατεργασίας προέρχονται από τον τομέα της καθαρής-ενέργειας. Στα φωτοβολταϊκά λεπτής μεμβράνης, τα μοτίβα διαγραφής λέιζερ διαμορφώνουν τον απορροφητή περοβσκίτη σε σειρές-συνδεδεμένες κυψέλες - Οι γραμμές γραφής P1/P2/P3 πρέπει να είναι καθαρές, στενές και νεκρές-με ακρίβεια πάνω από μεγάλα γυάλινα πάνελ. βλέπωΕγγραφή λέιζερ ηλιακών κυττάρων περοβσκίτηγια τις απαιτήσεις εξοπλισμού και διαδικασίας. Στην κατασκευή μπαταριών, η ελεγχόμενη υφή της επιφάνειας των κυψελών βελτιώνει την πρόσφυση για επιστρώσεις που σκληρύνονται με υπεριώδη ακτινοβολία-και ενισχύει τη θερμική-επαφή διαχείρισης. η ροή εργασίας εξηγείται στοΥφή επιφάνειας λέιζερ για θήκες μπαταριών. Όταν ο στόχος είναι ο καθαρισμός και όχι η δόμηση - αφαιρώντας τα οξείδια και τα υπολείμματα πριν από την επίστρωση ή τη συγκόλληση - το όριο μεταξύ των δύο λειτουργιών διευκρινίζεται σεκαθαρισμός με λέιζερ έναντι υφής επιφάνειας.

Η σωστή πλατφόρμα ορίζεται από τέσσερις παραμέτρους: πλάτος παλμού (νανοδευτερόλεπτο, picosecond, femtosecond), μήκος κύματος (IR, πράσινο, UV), ενέργεια παλμού και αρχιτεκτονική παράδοσης δέσμης-. Οι πηγές νανοδευτερόλεπτου χειρίζονται τις περισσότερες σημάνσεις και τις συνηθισμένες κοπές. Τα συστήματα picosecond προστατεύουν τις λεπτές στοίβες-φιλμ στην παραγωγή ηλεκτρονικών ειδών για καταναλωτές. Απαιτούνται συστήματα femtosecond όπου η ακρίβεια μικρών-μηδενικού HAZ ή η εύθραυστη-ποιότητα υλικού είναι αδιαπραγμάτευτη. και τα μήκη κύματος υπεριώδους ακτινοβολίας προσθέτουν φωτοχημική επιλεκτικότητα για οργανική-επεξεργασία στρωμάτων σε πλακέτες και οθόνες. Επειδή οι επιλογές αλληλεπιδρούν, αξιολογήστε την πηγή δέσμης και το σύστημα κίνησης ως μία μονάδα - το πεδίο σάρωσης, η ακρίβεια σταδίου και το λογισμικό επεξεργασίας αποφασίζουν το επιτεύξιμο αποτέλεσμα όσο και το ίδιο το λέιζερ. Μαςσυστήματα επεξεργασίας μικρο{0}}νανολέιζερ ακριβείαςη σελίδα καλύπτει τις διαμορφώσεις επιπέδου μηχανήματος-που είναι διαθέσιμες για κάθε καθεστώς.

Η μικρομηχανική με λέιζερ έχει ωριμάσει από μια εργαστηριακή τεχνική στη ραχοκοκαλιά κατασκευής μικρο-ηλεκτρονικών, ιατρικών συσκευών, οπτικών ακριβείας και εξαρτημάτων καθαρής- ενέργειας. Η τεχνολογία ανταμείβει τους μηχανικούς που ταιριάζουν με το καθεστώς παλμών με το υλικό, το μήκος κύματος με το προφίλ απορρόφησης και την πλατφόρμα με τον όγκο παραγωγής - από σωλήνες CO₂ και επεξεργασία πλακέτας υπεριώδους ακτινοβολίας έως εργασίες ηλεκτρονικών-πικοδευτερολέπτων καταναλωτών και κρύο αφαίρεση femtosecond. Χρησιμοποιήστε τους παραπάνω συνδεδεμένους πόρους για να εμβαθύνετε σε οποιοδήποτε υπο-θέμα ή επικοινωνήστε με την ομάδα μηχανικών μας για να συζητήσετε μια συγκεκριμένη εφαρμογή.