Dandanes je ultra hiter laser (femtosekunda in picosekunda širina impulza) pomemben del industrijskega proizvodnega procesa. Zaradi svoje visokokakovostne netermične obdelave materiala, skupaj z napredkom na področju laserske tehnologije, razvoja procesov, krmiljenja snopa in prenosa, še poveča področje uporabe ultra hitrega laserja na industrijskem trgu. Da pa ohranimo ravnovesje med vložkom in proizvodnjo, je treba hkrati izpolnjevati naslednje pogoje: najprej je treba dokazati njegovo tehnično izvedljivost v procesu industrijske predelave; ker je interakcija med ultra hitrim laserjem in materijo edinstvena, je treba ta postopek natančno znanstveno razumeti; Drugič, produktivnost industrijske proizvodnje mora zagotoviti, da se končni uporabnik lahko pripelje z naložbo, ki bo ustrezala prihodkom, kar bo moralo spodbujati napredek pri nadzoru in prenosu snopa, da se v celoti izkoristi potencialna hitrost obdelave.
Področje potrošniške elektronike očitno zagotavlja največ dokazov. Mobilni telefoni, mikroprocesorji, zasloni in pomnilniški čipi so izredno zapletene komponente, ki so sestavljene iz velikega števila različnih materialov, zelo majhne velikosti in zelo majhne debeline večplastnih materialov. Zato potrebujemo napredne, visoko natančne zmogljivosti obdelave in ekonomsko izvedljivo masovno proizvodno zmogljivost. Tu je primer&# {1}}; zakaj moramo hkrati razviti procesiranje, lasersko tehnologijo in novo tehnologijo za prenos snopa, da bomo kos trenutnim in prihodnjim izzivom.
Izdelava zaslonov z ravnim zaslonom za mobilne telefone, tablice ali televizorje je ena najbolj zapletenih tehnologij danes s podobnimi ali večjimi težavami kot pri programu Apollo za 1960. Različni proizvodni koraki vključujejo veliko število različnih materialov, ki imajo stransko ločljivost mikronske ravni in debelino desetine nanometrov. Zaradi težavnosti celotnega postopka ne preseneča, da industrijska produktivnost (delež izdelkov, ki lahko prestanejo strogo preizkušanje kakovosti) velja za skrivnost in izziv. Ključna omejitev je obstoj slabih točk na plošči, ki bodo ovirale komercializacijo zaslona. V zadnjih nekaj letih je bilo razvitih več različnih tehnologij popravil, ki običajno vključujejo več valovne nanosekundne laserje. Na primer, svetel piks popravimo z laserskim karboniziranjem ali rezanjem elektrod tankega filmskega tranzistorja, ki nadzoruje piksel (slika 1).
Slika 1: tankofilna tranzistorska rezalna elektroda, rezalna širina 1. 9 μm.
Trenutna tehnologija je dosegla svoje meje. Zaradi napredka pri ločljivosti zaslona visoke ločljivosti je velikost pik vse manjša in manjša, toplotni učinek nanosekundne laserske obdelave pa z njo omejuje kakovost popravila. Poleg tega so nove zaslonske tehnologije, vključno z organskimi svetlečimi diodami (OLED) in aktivnimi matričnimi svetlečimi diodami (AMOLED), široko uporabljene organske in polimerne materiale, ki so zelo občutljivi na segrevanje in zato niso združljivi s toplotno obdelavo. Ker je trajanje impulza zelo kratko, je ultra hiter laser zelo primeren za netermično mikromatiranje in ne bo ustvarjal toplote. Široko se uporabljajo na področju napredne obdelave popravil zaslona, ki spodbuja razvoj nove generacije kompaktnih hitrih laserjev z visoko hitrostjo.
Nekateri industrijski procesi so začeli uporabljati visoko natančno ultra hitro lasersko obdelavo. To vključuje selektivno ablacijo, ki je ponavadi natančna do 30 nm / impulz, in visoko precizno rezanje elektrode tranzistorjev s tanko folijo s rezalno širino manjšo od 2 μ M. Pri teh procesih je treba razviti napredne in fleksibilna tehnologija oblikovanja žarka za pridobitev ravnega pramena in za zagotovitev enakomernega prenosa ter za oblikovanje vzorca z velikostjo le 2 × 2 μm.
V drugem primeru so polprevodniška vezja vse bolj zapletena in zahtevajo, da se več funkcij vgradi v manjše velikosti. Zato je trenutna rezina sestavljena iz številnih plasti različnih materialov, kot so nizko dielektrični konstantni materiali, primerni za hitro delovanje. Pomemben postopek v industriji polprevodnikov je rezanje in ločevanje rezin rezin, to je rezanje rezin na ločene rezance (slika 2). Tradicionalno se uporablja diamantna žaga, vendar je trenutna tehnologija dosegla mejo. Zaradi krhkosti, debeline in števila plasti materialov z nizko dielektrično konstanto se povečuje verjetnost negativnih učinkov, kot so razpoka in razpadanje.
Slika 2: rezanje in rezanje polprevodniških rezin.
Čeprav se spodbuja uporaba laserske obdelave z UV nanosekundo, toplotni učinek nanosekundne laserske obdelave še vedno močno omejuje kakovost rezultatov obdelave. Po drugi strani pa ultra hitri laserji kažejo sposobnost obdelave silicija in visokokakovostnih večplastnih materialov. Do nedavnega je največja težava še vedno omejitev povprečne moči ultrazvočnega laserja, ki resno omejuje celotno proizvodno učinkovitost. Danes je moč industrijskega femtosekundnega laserja z visoko zanesljivostjo med 50-100w, zaradi česar se njegova proizvodna zmogljivost ujema z industrijskimi zahtevami.
Ultra hiter laser je pomemben del naprednega postopka mikromatiranja, ki ima pomembno vlogo pri nadzoru kakovosti in merjenju. Rudolph tehnologije so nedavno predstavile novo orodje za polprevodniško industrijo za merjenje debeline neprozornih folij. Sistem temelji na zvočni meritvi z uporabo zelo kratkega lasersko ustvarjenega ultrasortnega impulza. Čas odboja ultrazvočnega impulza na površini vsake plasti se meri s tehnologijo zaznavanja črpalke z visoko natančnostjo.
Videz laserskega sistema z visoko močjo in zanesljivostjo je močno izboljšal lasersko obdelavo in nadzor kakovosti. Natančneje, ultra hitri laserji s povprečno močjo od 50 do 200 W lahko izboljšajo proizvodno učinkovitost in produktivnost ter tako razširijo svojo uporabo na novih področjih. Vendar krmiljenje snopa in prenos tako močnega laserja nista enostavna. Da bi dosegli dobiček, je treba doseči hitrost obdelave 100 M / s, obenem pa ohranjati natančnost pozicioniranja na ravni mikronov. Trenutna generacija skenerjev za galvanometer je dosegla mejo in potrebne so nove metode.
Podjetje ESI je uvedlo hibridni sistem za obdelavo, ki združuje galvanometer in Acoustooptic tehnologijo. Pri delovanju z večjo hitrostjo obdelave inercija skenirnega galvanometra pomeni zaostanek pri izvedbi, na primer oster zavoj, zato obdelana struktura ne bo enaka načrtovani obliki. Vendar pa akoustooptični modulatorji kažejo zelo občutljiv odziv, vendar v zelo majhnem razponu. Kombinacija gibanja galvanometra in akustičnega optičnega odklona lahko doseže natančno sinhronizacijo in premaga to omejitev. Ta tehnologija je še posebej uporabna pri izdelavi grafike medsebojno povezanih digitalnih vezij, ker se vse bolj integrirajo in zato zahtevajo povečano gostoto ožičenja.
Raziskovalci z Japonske' sDISCOpodjetje uporablja isti laser za izvajanje mikromakanje in krmiljenje procesov, s čimer združuje oba.
V tem primeru se uporablja ultra hiter laser za vrtanje slepe luknje na dvoslojni podlagi. Zgornja plast je 80 μm debel prozorni material, spodnja plast pa 20 μm debel kovinski film. Da bi natančno nadzirali število laserskih impulzov, tako da je obseg ablacije omejen na prozorno podlago, je treba uporabiti spektralni analizator za spremljanje emisije plazme, to je z uporabo lasersko inducirane razpadne spektroskopije (LIBS) tehnologije .
Slika 3: jedro iz vlaknin kagome.
Ker ima plazemska emisija edinstven emisijski spekter glede na vrsto abliranih atomov, lahko pravočasno in natančno zazna, kdaj je prozorna plast popolnoma ablirana. Druga metoda je, da lahko poligon skener doseže hitrost skeniranja več kot 100 m / s. Tovrstno enojno ogledalo se lahko vrti z veliko hitrostjo in lahko v celoti nadomesti nizko inercijsko ogledalo, ki lahko odseva le žarek le v X in Y smeri. Če je mogoče vrtenje impulznega laserja in večedrinskega ogledala natančno sinhronizirati, lahko na obdelavo vzorca vpliva le ena točka na vsaki površini. V tem primeru je postopek mikromatiranja bolj podoben digitalnemu procesu, torej laser je treba nadzorovati, da vklopite in izklopite, da dobite potrebno grafiko. Da bi dosegli idealne rezultate, je treba doseči zelo natančno sinhronizacijo med laserjem in optičnim bralnikom, natančnost izdelave poliedrskega ogledala pa je zelo visoka, obdelavo pa je treba skrbno načrtovati. Profesor je v sodelovanju z amplitudesyst è MES in podjetjem Nextscan v Belgiji premagal neuenschwander z Univerze uporabnih znanosti Bern v Švici s pomočjo 500 kHz laserja izvedel visokohitrostno površinsko mikro modeliranje z natančnostjo pozicioniranja mikronov.
Še več inovacij pri širjenju žarka še vedno deluje. Sistem za prenos optičnih vlaken daje industriji laserske predelave nov videz, ultrazvočen laser industrijskega razreda pa od tega še vedno ne more imeti koristi. Zaradi omejevanja žarka majhnega vlaknastega jedra in zelo visoke največje intenzivnosti ultrazvočnega impulza bo nastala resen nelinearni učinek, ki bo sčasoma privedel do propadanja vlaken. Da bi se znebili te omejitve, so razvili votla vlakna mikro strukture, vendar je premer jedra omejen na nekaj mikronov, kar je premalo za praktično uporabo. Razvoj votlih mikro strukturnih vlaken kagome z velikimi režimi utira pot za vlakno za prenos visokofrekvenčnega in visoko močnega femtosekundnega laserskega žarka. To posebno votlo jedro z vlakni v obliki krožnega notranjega predilnega kolesa omejuje laserski način, ki preprečuje interakcijo z mikrostrukturo vlaken in združuje nizko nelinearnost, veliko polje polja in prilagodljivo decentralizirano krmiljenje. S sodelovanjem z Glo fotoniki v Franciji je amplituda Syst è MES lahko prenašala impulze ravni milJoule na razdalji nekaj metrov, hkrati pa je zagotovila, da je trajanje impulza krajše od 500 fs. V drugem poskusu s fotoničnimi orodji se lahko prenaša impulzni laser s povprečno močjo 100 W in stiskanje impulza manj kot 100 fs. Tudi druge ekipe in proizvajalci laserjev hitro uporabljajo vlakna kagome za razvoj prilagodljivih prenosnih sistemov (kot je prikazano na sliki 4). V naslednjih nekaj letih lahko pričakujemo bolj poglobljene spremembe v ultra hitri tehnologiji laserske obdelave.
Z nadaljnjim razvojem načela interakcije med laserjem s kratkim impulzom in materijo in razvojem tehnologije za nadzor snopa in prenosnega sistema je ultra hiter laser vstopil v naše vsakdanje življenje. Skozi najnaprednejši postopek industrijske predelave spreminja način, kako gledamo na stvari, komuniciramo in delamo. To bo ključno za uspešno izdelavo bolj zapletene potrošniške elektronske opreme v prihodnosti.