The Common Laser Micromachining tækni og þróun hennar

Síðan fyrsti leysirinn var sýndur árið 1960 hefur leysirannsóknum og notkun hans fleygt hratt fram á næstum öllum tæknisviðum. Hátt samhengi leysirljósa knýr nákvæmni mælingar, efnis-byggingargreiningu, upplýsingageymslu og sjónræn samskipti; Mikil stefnumörkun og birta gerir það að aðalframleiðslutæki. Eftir því sem leysigjafar og -ferlar halda áfram að þróast hefur leysiframleiðsla slegið í gegn í hátækniiðnaði á undanförnum tveimur áratugum og smám saman komið í stað eða umbreytt mörgum hefðbundnum vinnsluleiðum. Árið 1987 markaði MEMS vegvísirinn í Bandaríkjunum upphaf kerfisbundinna ör-vélarannsókna - og leysir örvinnsla kom fram sem ein af efnilegustu framleiðslutækni fyrir ör-heiminn.

Þessi leiðarvísir er byggður upp sem kort af öllu sviðinu: við skilgreinum fyrst leysis örvinnslu og staðsetjum hana gegn hefðbundinni ör-smíði, förum síðan í gegnum helstu iðnaðarforritin, förum okkur inn í ofurhraða púlsrófið - þar sem nanósekúnda-til-attósekúndubreyting endurskilgreinir hvað nákvæmni{} og lokun þýðir{4}5} vinnuálag og vettvangs-valviðmið sem skipta mestu máli í reynd. Í gegnum tíðina tengist hvert undir-efni við sérstaka tækniforða úr bókasafninu okkar, svo þú getur farið úr yfirliti til að vinna færibreytur á einni samfelldri lestrarleið.

Örvinnsla vísar til framleiðslu á eiginleikum, holum, rásum og mannvirkjum á míkron og undir-míkróna mælikvarða. Framleiðsluleiðirnar sem eru tiltækar í dag falla í fjórar breiða fjölskyldur: hálfleiðaravinnsla, LIGA (lithography-rafmyndun-mótun), ofur-vélræn vinnsla og sérstök vinnsla - þar sem sú síðasta fjarlægir efnissameind með milliatómi eða frumeind. Sérstök vinnsla er knúin áfram af raf-, varma-, ljós-, hljóð- eða efnaorku, þar sem algengustu útfærslurnar eru EDM, úthljóðsvinnsla, rafeinda-geislavinnsla, jóna-geislavinnsla og rafefnavinnsla.

Laser örvinnsla er sjónræni meðlimur þessarar fjölskyldu: Fókus leysigeisli skilar orku beint til markrúmmálsins, gufar eða eyðir efni án líkamlegrar snertingar við verkfæri, ekkert slit á verkfærum og afar lítið hita-svæði sem hefur áhrif á. Einkenni þess er „bein skrif“ - ferlið einfaldar verkfæraslóðir í eina sjónleið, sem gerir hraðvirka frumgerð ör-tækja án grímu í mörgum tilfellum. Vegna þess að það kynnir engin ætandi efni eða vélrænt rusl, er því oft lýst sem grænu framleiðsluferli. Fyrir kerfisbundna kynningu á því hvernig leysir nákvæmni vinnsla passar inn í nútíma framleiðslulínur, sjá yfirlit okkar yfirleysir nákvæmni vinnslu tækni.

Val á milli leysira og hefðbundinnar örvinnslu- fer eftir efnis-, rúmfræði- og afköstum. Fylkið hér að neðan dregur saman hagnýtan mun:

Laservinnsla ber best saman þar sem nákvæmni, hraði og sveigjanleiki mætast: hún er -snertilaus, grímur-laus og getur borað, skorið, ritað, grafið, soðið og áferð með sama geisla með því að breyta breytum einum saman. Þegar spurningin er púls-lengdarval - eina mikilvægasta ákvörðunin í ör-borun - er munurinn á langri-púls og ofurhröðu kerfi kannaður íbera saman femtósekúndu og nanósekúndu leysir ör-örboranir.

Ör-via og há-þéttleiki

Eftir því sem rafeindavörur fara í átt að flytjanleika og smæðingu hefur -magnsupplýsingaþéttleiki eininga og-tímavinnsluhraði einingar knúið örrafræna pökkunartækni að mörkum. Nútíma snjallsími eða stafræn myndavél ber um það bil 1.200 samtengingar á hvern fersentimetra. Lykillinn að því að auka gæði flísa-umbúða er ör-í gegnum - gegnum-gatið sem tengir raflögn, veitir háhraðatengingar milli-yfirborðs-búnaðar og merkjaborðsins fyrir neðan, og minnkar í raun umbúðafótsporið.

Í fjöl-laga PCB-hönnun eru víxlar burðarásin í há-þéttleika samtengingu. Borunarkostnaður er venjulega 30–40% af heildar framleiðslukostnaði PCB og hönnuðir vilja sífellt-minni brautir: smærri göt losa um leiðarpláss og skila betri árangri í-háhraða hringrásum. Hefðbundin vélræn borun nær í kringum 100 µm - langt undir því sem þétt hönnun krefst. Laserborun lokar bilinu, þar sem CO₂ og UV uppsprettur framleiða reglulega 30–40 µm brautir og háþróaðar stillingar ná ~10 µm. Fyrir skipulagða meðferð á borrófinu, byrjaðu áiðnaðar laserborunartækni, sjáðu síðan hvernig sama eðlisfræðin nær yfir harða keramik ílaser ör-borun á hálfleiðara keramik.

PCB og FPC örvinnsla-

Fyrir utan vias, leysir vinnsla framkvæmir alla PCB/FPC vinnuklefann - með borun, útlínuskurði, depanelization og dýpt-stýrðri leturgröftu á stífum plötum, sveigjanlegum hringrásum og HDI undirlagi. Fjallað er um breidd þessarar umsóknarleysir forrit fyrir PCB og FPC framleiðslu, á meðanhvernig PCB-gerðir móta val á leysivinnsluútskýrir hvers vegna FR-4, keramik og pólýímíð beygja hvert um sig kalla á mismunandi bylgjulengd og geislastefnu. Þar sem UV uppsprettur skína - fjarlægir fínar línur, lífræn-lagsvalvinnsla og stýrð-dýptarholavinna - vinnslugluggarnir eru útskýrðir íUV leysirvinnsla á PCB efnum.

Skurður, áritun og æting

Sama geislafjölskyldan nær langt út fyrir borð: leysismávinnsluskurðir, boranir, ristar, ritsmiðjur og suðu í búnaðarframleiðslu, bíla, nákvæmnishluta í flugi og ör-vinnsluiðnaði. Stútplötur fyrir blek-þotaprentara með eiginleika yfir 20 µm, eldsneytis-innsprautunarop og úr og lækningaíhlutir eru allir framleiddir með sömu kjarnaferlum. Í ljósfræði, leysir yfirborðsmeðferð - ör-pressun, fægja og plasma-aðstoðuð ör-myndun á mýktu gleri og gler-keramik - mótar ör-optíska þætti sem ómögulegt væri að slípa vélrænt. Laser ör-skurður fylgir sömu meginreglu og æting: tíðni- tvöföld eða femtósekúndna uppspretta er fókusuð nákvæmlega, orkuinntak er stjórnað þétt og efni er fjarlægt með lágmarks hitauppstreymi og engin vélræn burst. Vegna þess að sami geislinn breytir virkni eftir færibreytum einni og sér kemur ein stöð oft í stað nokkurra hefðbundinna véla -, aðalástæðan fyrir því að leysir ör-vinnsla er orðin sjálfgefna leiðin fyrir há-blöndun, há-nákvæmni framleiðslu.

CO₂ og YAG leysir eru samfelldir-bylgju- eða langar-púlsgjafar: þeir einbeita sér orku til að búa til hátt staðbundið hitastig sem fjarlægir efni, sem starfar í meginatriðum í hitauppstreymi með takmarkaðri nákvæmni. Excimer leysir nota stuttar UV bylgjulengdir til að knýja fram ljósefnafræðilega víxlverkun á míkron mælikvarða, en erfitt er að stjórna ætandi lofttegundum þeirra og há-styrkur UV brýtur niður sjónræna íhluti - sem takmarkar notkun.

Afgerandi framfarir komu frá því að þjappa leysipúlsinum saman í tíma: frá nanósekúndum (10⁻⁹ sekúndum) í píkósekúndur (10⁻¹² sekúndur) til femtósekúndna (10⁻¹⁵ sekúndur), og nú inn í attósekúndnasviðið. Púlsbreidd er aðalbreyta ör-vinnslugæða - hún ákvarðar mörkin milli varmaskemmda og köldu brottnáms. Í 3C rafeindatækniiðnaðinum, þar sem þunnt-filmustaflar og brothætt undirlag þola engan afgangshita,picosecond laser vinnsla fyrir 3C rafeindatæknihefur orðið framleiðslustaðallinn; í ysta enda litrófsins,attosecond púls leysir útskýrðirlýsir hvert púls-eðlisfræðirannsóknir eru að stefna næst.

Femtósekúndu púlsleysirinn hefur tvo skilgreinda eiginleika. Í fyrsta lagi er púlsinn óvenju stuttur - nokkrar femtósekúndur, þar sem ljós dreifist aðeins 0,3 µm, styttra en þvermál flestra frumna - þannig að orka sest út áður en varmadreifing getur hafist. Í öðru lagi er hámarksafl mjög hátt: að safna míkrójól af orku í nokkrar femtósekúndur yfir 10 µm bletti gefur aflþéttleika á stærð við 10¹⁸ W/cm², með rafsviðsstyrk sem er nógu sterkur til að fjarlægja rafeindir beint frá atómum.

Þetta breytir tjónakerfinu sjálfu. Fyrir samfellda-bylgju upp í tugi-púlsa-píkósekúndna stjórnast skemmdir af snjóflóðajónun, sem er háð upphaflegri lausri-rafeindaþéttleika - og vegna þess að dreifing óhreininda er breytileg er skaðamörkin tölfræðilegt gildi með 50% líkum. Örstuttir púlsar breyta vélbúnaðinum yfir á fjölljóseindajónun: bundnar rafeindir gleypa nokkrar ljóseindir samtímis og fara beint yfir í frjálsa hæðina, þannig að skaðaþröskuldurinn veltur ekki lengur á efnissögu - hann verður nákvæmur, endurgeranlegur tala sem minnkar þegar púlsbreiddin styttist og fletnar út á femtósekúndustigi.

Vegna þess að þröskuldurinn er svo nákvæmur, með því að stilla leysiorkuna nákvæmlega á - eða rétt fyrir ofan -, dregur tjónamörkin aðeins niður fyrirhugað rúmmál, sem gerir undir-míkróna vinnslu undir sveigjumörkum kleift. Niðurstaðan er ofur-ljósstyrkur, nákvæmur lágur þröskuldur, óverulegt hita-svæði og hæfileikinn til að vinna nánast hvaða efni sem er með undir-míkron tryggð. Tæknin er nú þegar í framleiðslu á breiðu notkunarsviði:

• Öreindatækni og hálfleiðara umbúðir- með borun, þunnri-filmuskrisun og sneiðingum á brothættum teningum.
• Ljósmyndandi-kristallar og sjóntæki- 3D ör-uppbygging glera og fjölliða, þar á meðal há-upplýsinga-flutnings (terabita-flokki) ljósfræðilega-trefjasamskiptahluta.
• Geymsla gagna- nýr þrívíddar-ljósminnisarkitektúr skrifaður punkt fyrir punkt í gagnsæjum miðli.
• Lækningatæki og lífverkfræði- ör-stoðnet, nálarop, rannsóknarstofu-á-a-flögurásum og frumu-vinnsla fyrir lífverkfræðirannsóknir.

Ör-Hörð og brothætt efni til borunar

Eldföst og brothætt efni - mólýbden, keramik og ventla málmblöndur - vinna bug á hefðbundnum borun: slit á verkfærum er mikið, brúnir eru algengar og stærðarhlutföll standa í stað. Femtósekúnduborun fjarlægir efni með beinni eyðingu án vélræns álagsflutnings, sem framleiðir hreinar, mjókkandi-stýrðar holur í jafnvel hörðustu undirlagi. Umsóknarrannsóknir eru m.afemtósekúndu ör-borun á mólýbdeniogfemtósekúndu ör-holuvinnsla fyrir gas- og vökvaventla, þar sem míkrona-kvarðaop verða að vera burt-laus í milljóna notkunarlotum.

Nákvæmni íhlutir og örflæði

Þar sem rúmfræði er afurðin - takmörkunarop, örflæðisrásir og há-nákvæmni íhlutir - femtósekúnduvinnsla skilar bæði upplausn og endurtekningarnákvæmni á framleiðslukvarða. Loft-takmörkunarop, til dæmis, krefjast nákvæmrar þvermáls og hreinna innganga yfir þúsundir hluta;femtósekúndu borun fyrir loftlagstakmörkunaropsýnir hvernig ferlið stækkar frá frumgerð til fjöldaframleiðslu. Á sviði lífs-vísinda og greiningar,femtósekúndu leysirvinnsla á örvökvaflögumsýnir framsetningu á þrívíddarrásum í gagnsæjum efnum - sem ekkert vélrænt eða varmaferli jafnast á við.

Tveir af ört vaxandi-örvinnsluálagi- koma frá hreina-orkugeiranum. Í þunnri-filmuljósmyndavélum, leysir ritmunstur perovskítgleypunnar í röð-tengdar frumur - P1/P2/P3 ritlínur verða að vera hreinar, mjóar og dauðar-á nákvæmar yfir stórar glerplötur; sjáðuperovskite sólarsellu leysirritunfyrir kröfur um búnað og ferli. Í rafhlöðuframleiðslu bætir stýrð yfirborðsáferð frumuhylkja viðloðun fyrir UV-hert húðun og eykur snertingu við hitauppstreymi-stjórnunar; verkflæðið er útskýrt íleysir yfirborðsáferð fyrir rafhlöðuhylki. Þegar markmiðið er að hreinsa frekar en að skipuleggja - að fjarlægja oxíð og leifar fyrir húðun eða tengingu - eru mörkin milli aðgerðanna tveggja skýrari ílaserhreinsun á móti yfirborðsáferð.

Réttur vettvangur er skilgreindur af fjórum breytum: púlsbreidd (nanósekúnda, píkósekúnda, femtósekúnda), bylgjulengd (IR, grænn, UV), púlsorka og -geislaafhendingararkitektúr. Nanosecond uppsprettur sjá um flestar merkingar og venjubundnar klippingar; picosecond kerfi vernda þunnt-filmusafla í neytenda-raftækjaframleiðslu; Femtósekúndukerfi eru nauðsynleg þar sem undir-míkron nákvæmni, núll HAZ eða brothætt-efnisgæði er ekki-viðræðuhæf; og UV-bylgjulengdir bæta við ljósefnafræðilegri sértækni fyrir lífræna-laga vinnslu á borðum og skjáum. Vegna þess að valin hafa samskipti, metið geislagjafann og hreyfikerfið sem eina einingu - skannasviðið, sviðsnákvæmni og vinnsluhugbúnaðurinn ákvarða niðurstöðuna sem hægt er að ná jafn mikið og leysirinn sjálfur. Okkarnákvæm ör-nano leysirvinnslukerfisíða nær yfir þær stillingar sem-vélastigið er í boði fyrir hverja stjórn.

Laser örvinnsla hefur þroskast úr rannsóknarstofutækni í framleiðsluhryggjarhluta ör-rafeinda, lækningatækja, nákvæmnisljóstækni og hreinna-orkuhluta. Tæknin verðlaunar verkfræðinga sem samræma púlskerfið við efnið, bylgjulengdina við frásogssniðið og vettvanginn við framleiðslumagnið - frá CO₂ vias og UV plötuvinnslu til píkósekúndu neytenda-rafeindavinnu og femtósekúndu köldu brottnáms. Notaðu tengdu úrræðin hér að ofan til að fara dýpra í hvaða undir-efni sem er, eða hafðu samband við verkfræðingateymi okkar til að ræða tiltekið forrit.