Понастоящем в области като полупроводници, космическа техника и високо{0}}инструменти за изпитване често се изисква прецизен контрол на газове или течности. Качеството на обработката на микро{2}}отвори в системите за контрол на потока е критичен фактор, който определя точността на потока, както и надеждността и стабилността на системата.
Като авангардна-технология за лазерна обработка, фемтосекундните лазери играят жизненоважна роля в производството на микро-отвори на ниво микрон-, благодарение на своите предимства във висока прецизност, висока закръгленост и превъзходно качество. Те демонстрират значителни предимства в приложението, особено при обработката на компоненти като вентили за контрол на потока.
Какво е вентил за газ/течност?
Вентилът е устройство, използвано за контролиране на газове или течности. Той може да ограничи преминаването на газ или течност, а също така може да регулира или контролира посоката, налягането и скоростта на потока на течността.
В медицинската и полупроводниковата индустрия изискванията за контрол на потока са изключително строги. Микро{1}}отворите в тези клапани обикновено имат диаметър в микронна скала. Следователно са необходими изключително високи стандарти за качество и последователност на обработката, за да се постигнат прецизни и стабилни скорости на потока.
Ефективност на фемтосекундния лазер при обработка на микро-дупки от 100 μm
Представете си, че когато газ или течност преминава през микро-отвор, се генерира локализирана разлика в налягането. Прецизният контрол върху диаметъра на отвора позволява дебитът на флуида да се поддържа в определен диапазон или позволява генерирането на значителна разлика в налягането.
Изисквания за обработка на микро{0}}отвори, поставени от флуидни клапани
Вземайки полупроводниковото оборудване като пример, душовете могат да се считат за вид клапан за течност. Техните микро-отвори са от решаващо значение за контролиране на стабилността на процеса, тъй като газът преминава равномерно през хилядите микро-отвори в душовата глава и след това се разпръсква равномерно или се отлага върху повърхността на пластината. С други думи, качеството на обработката на микро-отвори директно определя ключови показатели за прецизно оборудване, като скорост на потока на флуида, прецизност и стабилност на контрола на налягането и повторяемост на процеса.
В същото време това също представлява предизвикателство за обработката на микро{0}}отвори.
1. Апертура на микро{1}}отвор:
Необходими са отвори на микрон{0}} ниво, като 20-500 μm са относително често срещани. Освен това, тъй като прецизността на производството и изискванията продължават да нарастват, индустрията напредва към постигане на изискванията за апертура от 5-10 μm и дори 2-5 μm.
Ефективност на фемтосекундния лазер при обработка на микро-дупки от 3 μm
2. Прецизност на размерите:
Микро{0}}дупките трябва да отговарят на строги изисквания за точност на размерите, обикновено на ниво 1–5 μm. При по-взискателни приложения е необходима точност в рамките на ±0,5 μm, за да се гарантира точността и последователността на контрола на потока.
Ефективност на фемтосекундния лазер при обработка на матрица с микро-дупки от 10 μm
3. Грапавост на вътрешната стена на микро{1}}отвора:
Стените на отвора трябва да са гладки, със стойност на Ra в рамките на 0,4 μm (колкото по-ниска, толкова по-добре). Освен това стените на отвора трябва да са без дефекти като микро-пукнатини и преработени слоеве. Това е така, защото дори и най-малкият дефект може да повлияе на прецизността на контрола на течността и стабилността на производствения процес.
Ефективност на фемтосекундния лазер при производство на масови микро{0}}дупки
4. Консистенция на микро{1}}дупки:
В прецизните системи за контрол на флуидите не е достатъчно просто да се гарантира качеството на един микро-отвор; от решаващо значение е да се гарантира последователността на всички микро-дупки в рамките на един компонент или в цяла партида продукти. Следователно, това поставя изключително високи изисквания към стабилността на процеса и оборудването за обработка на микро{3}}отвори.
Предимства на фемтосекундната лазерна обработка за микро-дупки на клапани
Фемтосекундният лазер се състои от две основни понятия: фемтосекунда и лазер.
Фемтосекундата е концепция за време, точно като минутите и секундите, които обикновено използваме. За да го поставим в перспектива, 1 секунда се равнява на 1000 трилиона фемтосекунди. От това е видно, че фемтосекундата е изключително кратка единица време.
Лазерът, което означава усилване на светлината чрез стимулирано излъчване на радиация, е известен като „най-бързият нож“, „най-точната линийка“ и „най-ярката светлина“.
Следователно, когато изключително кратката единица за време на „фемтосекунда“ се комбинира с характеристиките на изключително висока енергийна плътност на „лазера“, той произвежда магически свойства: ултра-бързите скорости на импулса водят до студена обработка, докато изключително високата пикова мощност позволява машинната обработка на всякакви материали.
Ефективност на фемтосекундния лазер при машинна обработка на отвори за ограничаване на потока върху полиимидно фолио
Тези характеристики предлагат значителни предимства за обработка на микро{0}}отвори, по-специално както следва:
1. Контролируем диаметър на микро-отвора:
Фемтосекундните лазери са майсторите на микро-нанопроизводството в микронен мащаб. Те могат да постигнат микро{2}}обработка на отвори от 2 μm или по-големи, като както диаметърът на отвора, така и конусът са напълно контролирани.
2. Висока прецизност на блендата:
Диаметърът на петното на фемтосекундния лазер е само няколко микрона до приблизително десет микрона, а площта на отстраняване на материала на импулс е малка. Следователно, той гарантира, че прецизността на обработка за отвора на микро-отвора може да достигне в рамките на ±1 μm. Освен това, ако фемтосекундното лазерно оборудване притежава достатъчна стабилност, то може да гарантира, че масивите от десетки хиляди микро-дупки също поддържат това изключително високо ниво на прецизност.
3. Широка адаптивност към материала:
Използвайки своята характеристика на ултра-висока пикова мощност, фемтосекундната лазерна обработка може да обработва практически всеки материал. Това включва твърди сплави като неръждаема стомана, титанови сплави, никел-титанови сплави и волфрамови-молибденови сплави, както и не-метални материали като керамика, силиций, стъкло и PI (полиимид).
4. Минимално топлинно въздействие:
Широчината на импулса на фемтосекундните лазери е изключително малка в фемтосекундната скала, която е много по-малка от пикосекундната скала, необходима за пренос на топлина на материала. Следователно, той постига прецизно, локализирано отстраняване на материала, преди топлината да може да се разсее в околния материал. Това избягва промяната на физичните или химичните свойства на съседните материали, осъществявайки "студена обработка" с минимално топлинно въздействие, което води до липса на преработен слой и микро-пукнатини.
5. Високо съотношение на страните:
С нарастващото търсене, някои микро{0}}дупки на клапани изискват съотношение на страните (съотношение на дълбочина-към-диаметър) по-голямо от 10:1, като някои приложения се стремят към 12:1 или дори 15:1. Докато някои традиционни методи за обработка могат да постигнат това с по-големи отвори, те са напълно неспособни да го направят, когато се занимават с отвори в под-милиметровия диапазон (стотици микрони), съчетани с високи изисквания за точност. Фемтосекундните лазери обаче гарантират едновременно постигане на висока прецизност и високо аспектно съотношение.
6. Обработваеми за различни геометрии:
Плочите с конвенционални микро-дупки на клапани обикновено са плоски материали, които могат да се обработват с помощта на стандартно 3-оборудване. Въпреки това, някои клапани са направени от тръбни материали или са детайли с неправилна форма; в тези случаи обикновеното 3-осно оборудване се бори да отговори на изискванията за прецизна обработка. Фемтосекундните лазерни системи могат да бъдат оборудвани с 5-осна конфигурация, позволяваща лесно обработка на микроотвори за продукти с различни форми и форми.
Микро{0}}прецизна лазерна машина за рязане и пробиване
Изискванията за обработка на вентили в области като полупроводници представляват върха на технологията за управление на флуиди от висок клас. Техните стандарти за проектиране и производство директно определят производителността и надеждността на производствените процеси на полупроводници. Следователно, разбирането на предимствата и характеристиките на обработката на фемтосекундните лазери е от голямо значение за областта на обработката на микро-отвори за полупроводникови вентили.
Ние вярваме, че тъй като повече професионалисти започват да разбират и използват фемтосекундна лазерна технология за обработка на микро{0}}дупки на клапани, това допълнително ще стимулира развитието и иновациите на технологията за управление на флуиди в домашни условия.