Þrátt fyrir að ofurhraðir leysir hafi verið til í áratugi, hefur iðnaðarforrit vaxið hratt á síðustu tveimur áratugum.Árið 2019, markaðsvirði ultrafastleysiefnivinnsla var um 460 milljónir Bandaríkjadala, með samsettum árlegum vexti upp á 13%.Notkunarsvæði þar sem ofurhraðir leysir hafa verið notaðir með góðum árangri til að vinna úr iðnaðarefnum eru tilbúningur og viðgerðir á ljósmyndagrímum í hálfleiðaraiðnaðinum, svo og kísilskurður, glerskurður/ritun og (indíum tinoxíð) ITO filmu fjarlægð í rafeindatækni eins og farsíma og spjaldtölvur , stimpla áferð fyrir bílaiðnaðinn, kransæðar stoðnetsframleiðsla og framleiðsla á örvökvabúnaði fyrir lækningaiðnaðinn.
01 Photomask framleiðsla og viðgerðir í hálfleiðaraiðnaði
Ofurhraðir leysir voru notaðir í einu af elstu iðnaðarnotkuninni í efnisvinnslu.IBM greindi frá beitingu femtósekúndu leysireyðingar í ljósagrímuframleiðslu á tíunda áratugnum.Í samanburði við nanosecond leysir brottnám, sem getur framleitt málmsvett og glerskemmdir, sýna femtosecond leysir grímur enga málmsvett, engar glerskemmdir osfrv. Kostir.Þessi aðferð er notuð til að framleiða samþættar hringrásir (ICs).Til að framleiða IC flís gæti þurft allt að 30 grímur og kostað >$100.000.Femtosecond leysirvinnsla getur unnið línur og punkta undir 150nm.
Mynd 1. Framleiðsla og viðgerð ljósmyndagrímu
Mynd 2. Hagræðingarniðurstöður mismunandi grímumynstra fyrir mjög útfjólubláa steinþrykk
02 Kísilskurður í hálfleiðaraiðnaði
Kísilskífa er staðlað framleiðsluferli í hálfleiðaraiðnaðinum og er venjulega framkvæmt með því að nota vélræna tening.Þessar skurðarhjól mynda oft örsprungur og erfitt er að skera þunnt (td þykkt < 150 μm) flísar.Laserskurður á kísilskífum hefur verið notaður í hálfleiðaraiðnaðinum í mörg ár, sérstaklega fyrir þunnar skífur (100-200μm), og er framkvæmt í mörgum þrepum: leysigrooving, fylgt eftir með vélrænni aðskilnað eða laumuskurð (þ.e. innrauða leysigeisla inni í kísilritið) fylgt eftir með vélrænni borði aðskilnað.Nanosecond púlsleysirinn getur unnið 15 oblátur á klukkustund og picosecond leysirinn getur unnið 23 wafers á klukkustund, með meiri gæðum.
03 Glerskurður/ritun í rafeindaiðnaðinum
Snertiskjáir og hlífðargleraugu fyrir farsíma og fartölvur eru að þynnast og sum geometrísk form eru bogin.Þetta gerir hefðbundinn vélrænan skurð erfiðari.Dæmigerðir leysir framleiða venjulega léleg skurðgæði, sérstaklega þegar þessum glerskjám er staflað 3-4 lögum og efsta 700 μm þykkt hlífðarglerið er mildað, sem getur brotnað við staðbundna streitu.Sýnt hefur verið fram á að ofurhraðir leysir geta skorið þessi gleraugu með betri brúnstyrk.Fyrir stóra flatskjáaskurð er hægt að einbeita femtósekúndu leysinum á bakflöt glerplötunnar og klóra glerið að innan án þess að skemma framflötinn.Síðan er hægt að brjóta glerið með vélrænni eða hitauppstreymi meðfram skoruðu mynstrinu.
Mynd 3. Picosecond ofurhraðvirkt leysirgler sérlaga skurður
04 Stimpilláferð í bílaiðnaðinum
Léttar bílavélar eru gerðar úr álblöndu, sem eru ekki eins slitþolnar og steypujárn.Rannsóknir hafa leitt í ljós að femtósekúndu leysirvinnsla á stimplaáferð bíla getur dregið úr núningi um allt að 25% vegna þess að hægt er að geyma rusl og olíu á áhrifaríkan hátt.
Mynd 4. Femtósekúndu leysirvinnsla á stimplum bifreiðahreyfla til að bæta afköst vélarinnar
05 Kransæðastrónaframleiðsla í lækningaiðnaði
Milljónir kransæðastoðneta eru græddar í kransæðar líkamans til að opna rás fyrir blóð til að flæða inn í annars storknuð æðar, sem bjargar milljónum mannslífa á hverju ári.Kransæðarstents eru venjulega gerðar úr málmi (td ryðfríu stáli, nikkel-títan formminni álfelgur eða nýlega kóbalt-króm álfelgur) vírneti með stuðbreidd um það bil 100 μm.Í samanburði við langpúls leysisskurð eru kostir þess að nota ofurhraðan leysigeisla til að skera festingar mikil skurðgæði, betri yfirborðsáferð og minna rusl, sem dregur úr eftirvinnslukostnaði.
06 Framleiðsla örflæðitækja fyrir lækningaiðnaðinn
Örflæðitæki eru almennt notuð í lækningaiðnaðinum til að prófa og greina sjúkdóma.Þetta eru venjulega framleidd með örsprautumótun einstakra hluta og síðan tengingu með límingu eða suðu.Ofurhröð leysisframleiðsla á örflæðistækjum hefur þann kost að framleiða 3D örrásir í gagnsæjum efnum eins og gleri án þess að þurfa tengingar.Ein aðferð er ofurhröð leysisframleiðsla inni í magngleri fylgt eftir með blautum efnaætingu og önnur er femtósekúndu leysireyðing inni í gleri eða plasti í eimuðu vatni til að fjarlægja rusl.Önnur aðferð er að véla rásir inn í glerflötinn og innsigla þær með glerhlíf með femtósekúndu leysisuðu.
Mynd 6. Femtósekúndu leysir framkölluð sértæk æting til að undirbúa örvökvarásir inni í glerefni
07 Örborun á inndælingarstút
Femtosecond leysir örholuvinnsla hefur komið í stað ör-EDM hjá mörgum fyrirtækjum á háþrýstisprautumarkaði vegna meiri sveigjanleika við að breyta flæðisholasniðum og styttri vinnslutíma.Hæfni til að stjórna sjálfkrafa fókusstöðu og halla geislans í gegnum skannahaus sem er á undan hefur leitt til hönnunar ljósopssniða (td tunnu, blossa, samleitni, frávik) sem geta stuðlað að úðun eða gegnumgang í brunahólfið.Borunartími fer eftir rúmmáli eyðingar, með borþykkt 0,2 – 0,5 mm og holuþvermál 0,12 – 0,25 mm, sem gerir þessa tækni tífalt hraðari en ör-EDM.Örboranir eru framkvæmdar í þremur áföngum, þar á meðal grófgerð og frágangur á gegnumstýrðar holur.Argon er notað sem hjálpargas til að vernda borholuna fyrir oxun og til að verja endanlegt plasma á fyrstu stigum.
Mynd 7. Femtósekúndu leysir hárnákvæmni vinnsla á hvolfi taper holu fyrir dísilvél inndælingartæki
08 Ofurhröð laseráferð
Á undanförnum árum, til að bæta vinnslu nákvæmni, draga úr efnisskemmdum og auka vinnslu skilvirkni, hefur sviði örvinnslu smám saman orðið áhersla vísindamanna.Ofurhraður leysir hefur ýmsa vinnslukosti eins og lágan skaða og mikla nákvæmni, sem hefur orðið áhersla á að stuðla að þróun vinnslutækni.Á sama tíma geta ofurhraðir leysir virkað á margs konar efni og leysivinnsla efnisskemmda er einnig mikil rannsóknarstefna.Ofurhraður leysir er notaður til að fjarlægja efni.Þegar orkuþéttleiki leysisins er hærri en brottnámsþröskuldur efnisins mun yfirborð brottnámsefnisins sýna ör-nano uppbyggingu með ákveðnum eiginleikum.Rannsóknir sýna að þessi sérstaka yfirborðsbygging er algengt fyrirbæri sem á sér stað þegar leysir vinnsla efni.Undirbúningur yfirborðs ör-nano mannvirkja getur bætt eiginleika efnisins sjálfs og einnig gert kleift að þróa ný efni.Þetta gerir undirbúningur yfirborðs ör-nano mannvirkja með ofurhraðan leysi að tæknilegri aðferð sem hefur mikilvæga þróunarþýðingu.Eins og er, fyrir málmefni, geta rannsóknir á ofurhraða leysir yfirborðsáferð bætt bleytingareiginleika málms yfirborðs, bætt yfirborðsnúning og sliteiginleika, aukið viðloðun húðarinnar og stefnubundna útbreiðslu og viðloðun frumna.
Mynd 8. Ofurvatnsfælnir eiginleikar leysirundirbúins sílikonyfirborðs
Sem háþróuð vinnslutækni hefur ofurhröð leysivinnsla einkenni lítið hitaáhrifasvæðis, ólínulegt ferli í samskiptum við efni og vinnslu í mikilli upplausn umfram sveiflumörkin.Það getur gert sér grein fyrir hágæða og mikilli nákvæmni ör-nano vinnslu á ýmsum efnum.og þrívíddargerð ör-nano uppbyggingu.Að ná fram laserframleiðslu á sérstökum efnum, flóknum mannvirkjum og sérstökum tækjum opnar nýjar leiðir fyrir ör-nano framleiðslu.Sem stendur hefur femtósekúndu leysir verið mikið notaður á mörgum fremstu vísindasviðum: Femtósekúndu leysir er hægt að nota til að undirbúa ýmis sjóntæki, svo sem örlinsufylki, lífræn samsett augu, sjónbylgjuleiðara og metasurfaces;með mikilli nákvæmni, hárri upplausn og með þrívíddarvinnslugetu getur femtósekúndu leysir undirbúið eða samþætt örflæðis- og sjónflæðisflögur eins og örhitarahluta og þrívíddar örflæðisrásir;að auki getur femtósekúndu leysir einnig undirbúið mismunandi gerðir af yfirborðs ör-nanobyggingum til að ná fram andstæðingurspeglun, andstæðingurspeglun, ofurvatnsfælin, andstæðingur-ísing og aðrar aðgerðir;ekki nóg með það, femtosecond leysir hefur einnig verið notaður á sviði líflækninga, sem sýnir framúrskarandi frammistöðu á sviðum eins og líffræðilegum örstentum, frumuræktunarhvarfefnum og líffræðilegri smásjármyndgreiningu.Víðtækar umsóknarhorfur.Sem stendur eru notkunarsvið femtósekúndu leysirvinnslu að stækka ár frá ári.Til viðbótar við ofangreinda örsjónafræði, örflæði, fjölvirka örnanobyggingu og lífeindafræðilega verkfræðiforrit, gegnir það einnig stóru hlutverki á sumum vaxandi sviðum, svo sem undirbúningi metasurface., ör-nano framleiðsla og fjölvídd sjónupplýsingageymslu o.fl.
Pósttími: 17. apríl 2024
