Praegu on sellistes valdkondades nagu pooljuhid, lennundus ja tipptasemel{0}}testimisseadmed sageli vaja gaaside või vedelike täpset juhtimist. Mikro-aukude töötlemise kvaliteet voolujuhtimissüsteemides on kriitiline tegur, mis määrab voolu täpsuse, samuti süsteemi töökindluse ja stabiilsuse.
Tipptasemel-lasertöötlustehnoloogiana mängivad femtosekundilised laserid mikroni-tasandi mikro-aukude valmistamisel ülitähtsat rolli tänu nende eelistele suures täpsuses, suures ümaruses ja suurepärases kvaliteedis. Need näitavad olulisi rakenduse eeliseid, eriti selliste komponentide töötlemisel nagu voolureguleerimisventiilid.
Mis on gaasi/vedeliku ventiil?
Klapp on seade, mida kasutatakse gaaside või vedelike juhtimiseks. See võib piirata gaasi või vedeliku läbipääsu ning reguleerida või juhtida ka vedeliku suunda, rõhku ja voolukiirust.
Meditsiini- ja pooljuhtidetööstuses on voolu juhtimise nõuded äärmiselt ranged. Nende ventiilide mikro-aukude läbimõõt on tavaliselt mikronite skaalal. Järelikult on täpse ja stabiilse voolukiiruse saavutamiseks vaja erakordselt kõrgeid töötluskvaliteedi ja järjepidevuse nõudeid.
Femtosekundilise laseri jõudlus 100 μm mikro{1}}avade töötlemisel
Kujutage ette, et kui gaas või vedelik läbib mikro{0}}ava, tekib lokaalne rõhuerinevus. Ava läbimõõdu täpne juhtimine võimaldab hoida vedeliku voolukiirust kindlas vahemikus või võimaldab tekitada märkimisväärse rõhuerinevuse.
Nõuded vedelikuklappide mikro{0}}avade töötlemisele
Võttes näiteks pooljuhtseadmete, võib dušiotsikuid pidada vedelikuventiilide tüübiks. Nende mikro{1}}avad on protsessi stabiilsuse kontrollimiseks kriitilise tähtsusega, kuna gaas läbib ühtlaselt tuhandeid mikro-auke dušiotsas ja seejärel pihustatakse või sadestatakse ühtlaselt vahvli pinnale. Teisisõnu määrab mikro-aukude töötlemise kvaliteet otseselt täppisseadmete peamised mõõdikud, nagu vedeliku voolukiirus, rõhu reguleerimise täpsus ja stabiilsus ning protsessi korratavus.
Samal ajal esitab see väljakutseid ka mikro{0}}aukude töötlemisele.
1. Mikro-ava ava:
Vaja on mikroni{0}}taseme avasid, 20–500 μm on suhteliselt levinud. Lisaks, kuna tootmise täpsus ja nõudmised kasvavad jätkuvalt, liigub tööstus 5–10 μm ja isegi 2–5 μm avanõuete täitmise poole.
Femtosekundilise laseri jõudlus 3 μm mikro{1}}avade töötlemisel
2. Mõõtmete täpsus:
Mikro{0}}augud peavad vastama rangetele mõõtmete täpsusnõuetele, tavaliselt 1–5 μm tasemel. Nõudlikumates rakendustes on voolu juhtimise täpsuse ja järjepidevuse tagamiseks vajalik täpsus ±0,5 μm.
Femtosekundilise laseri jõudlus 10 μm mikro{1}}avade massiivi töötlemisel
3. Mikro-augu siseseina karedus:
Aukude seinad peavad olema siledad, Ra väärtusega 0,4 μm piires (mida madalam, seda parem). Lisaks ei tohi ava seintel olla defekte, nagu mikro-praod ja uuesti valatud kihid. Seda seetõttu, et isegi väikseim defekt võib mõjutada vedeliku juhtimise täpsust ja tootmisprotsessi stabiilsust.
Femtosekundilise laseri jõudlus mass-mikro{0}}avade valmistamisel
4. Mikro-augu konsistents:
Vedeliku täppisjuhtimissüsteemides ei piisa ainult ühe mikro{0}}augu kvaliteedi tagamisest; ülioluline on tagada kõigi mikro-aukude ühtsus ühes komponendis või kogu tootepartiis. Järelikult seab see mikro-aukude töötlemise protsessi ja seadmete stabiilsusele äärmiselt kõrged nõudmised.
Femtosekundilise lasertöötluse eelised klapi mikro{0}}aukude jaoks
Femtosekundiline laser koosneb kahest põhikontseptsioonist: femtosekundist ja laserist.
Femtosekund on aja mõiste, nagu ka minutid ja sekundid, mida me tavaliselt kasutame. Kui vaadata seda perspektiivi, siis 1 sekund võrdub 1000 triljoni femtosekundiga. Sellest on ilmne, et femtosekund on äärmiselt lühike ajaühik.
Laser, mis tähistab valguse võimendust stimuleeritud kiirguse kaudu, on tuntud kui "kiireim nuga", "kõige täpsem joonlaud" ja "erksam valgus".
Seega, kui ülilühike "femtosekundi" ajaühik kombineerida "laseri" ülikõrge energiatiheduse karakteristikutega, tekitab see maagilisi omadusi: ülikiire impulsikiirus põhjustab külmtöötlust, samas kui ülisuur tippvõimsus võimaldab töödelda mis tahes materjali.
Femtosekundilise laseri jõudlus polüimiidkile voolu piiravate avade töötlemisel
Need omadused pakuvad mikro{0}}aukude töötlemisel olulisi eeliseid, täpsemalt järgmiselt:
1. Kontrollitava mikro-ava läbimõõt:
Femtosekundilised laserid on mikro{0}}nanotootmise meistrid mikronite skaalal. Nendega on võimalik töödelda 2 μm või suuremaid mikro-auke, kusjuures nii ava läbimõõt kui ka koonus on täielikult kontrollitavad.
2. Suure ava täpsus:
Femtosekundilise laseri punkti läbimõõt on vaid mõnest mikronist kuni ligikaudu kümne mikronini ja materjali eemaldamise pindala impulsi kohta on väike. Järelikult tagab see mikro-ava ava töötlemise täpsuse ±1 μm. Veelgi enam, kui femtosekundilisel laserseadmel on piisav stabiilsus, võib see tagada, et kümnete tuhandete mikro-aukude massiivid säilitavad ka selle ülikõrge täpsuse.
3. Materjali lai kohanemisvõime:
Kasutades oma üli-suurt tippvõimsust, suudab femtosekundiline lasertöötlus töödelda peaaegu iga materjali. See hõlmab kõvasulameid, nagu roostevaba teras, titaanisulamid, nikli-titaanisulamid ja volfram-molübdeenisulamid, aga ka mitte-metallilisi materjale, nagu keraamika, räni, klaas ja PI (polüimiid).
4. Minimaalne termiline mõju:
Femtosekundiliste laserite impulsi laius on femtosekundi skaalal äärmiselt väike, mis on palju väiksem kui materjali soojusülekandeks vajalik pikosekundi skaala. Seetõttu saavutab see materjali täpse, lokaliseeritud eemaldamise enne, kui kuumus võib ümbritsevasse materjali hajuda. See väldib külgnevate materjalide füüsikaliste või keemiliste omaduste muutmist, "külmtöötlemist" minimaalse termilise mõjuga, mille tulemusena ei teki uuesti valatud kihti ega mikro{2}}pragusid.
5. Suur kuvasuhe:
Kasvava nõudluse tõttu vajavad mõned ventiili mikro{0}}augud kuvasuhet (sügavuse- ja -läbimõõdu suhe) suuremat kui 10:1, mõne rakenduse eesmärk on aga 12:1 või isegi 15:1. Kuigi mõned traditsioonilised töötlemismeetodid võivad seda saavutada suuremate avadega, ei ole need täiesti võimelised seda tegema, kui käsitletakse sub-millimeetrite (sadade mikronite) avasid koos kõrgete täpsusnõuetega. Femtosekundilised laserid tagavad aga nii suure täpsuse kui ka suure kuvasuhte samaaegse saavutamise.
6. Töödeldav erinevate geomeetriate jaoks:
Tavalised klapi mikro{0}}auguplaadid on tavaliselt lamedad materjalid, mida saab töödelda standardsete 3-teljeliste seadmetega. Mõned ventiilid on aga valmistatud torukujulistest materjalidest või ebakorrapärase kujuga toorikud; sellistel juhtudel on tavalisel 3-teljelisel seadmel raskusi täppistöötluse nõuete täitmisega. Femtosekundilised lasersüsteemid võivad olla varustatud 5-teljelise konfiguratsiooniga, mis võimaldab hõlpsalt mikroauku töödelda erineva kuju ja kujuga toodete jaoks.
Mikro-täpne laserlõikus- ja puurmasin
Klappide töötlemisnõuded sellistes valdkondades nagu pooljuhid on tipptasemel-vedelike juhtimistehnoloogia tipp. Nende disaini- ja tootmisstandardid määravad otseselt pooljuhtide tootmisprotsesside saagikuse ja töökindluse. Järelikult on femtosekundiliste laserite töötlemise eeliste ja omaduste mõistmine pooljuhtventiilide mikro-aukude töötlemise valdkonnas väga oluline.
Usume, et kui rohkem professionaale hakkab mõistma ja kasutama femtosekundilist lasertehnoloogiat klapi mikro{0}}avade töötlemisel, aitab see veelgi kaasa kodumaise vedeliku juhtimise tehnoloogia arendamisele ja innovatsioonile.