Meskipun laser ultracepat telah ada selama beberapa dekade, aplikasi industri telah berkembang pesat dalam dua dekade terakhir. Pada tahun 2019, nilai pasar ultrafastbahan laserpengolahannya berjumlah sekitar US$460 juta, dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan sebesar 13%. Area aplikasi di mana laser ultracepat telah berhasil digunakan untuk memproses bahan-bahan industri meliputi fabrikasi dan perbaikan masker foto dalam industri semikonduktor serta pemotongan/pengirisan silikon, pemotongan/pengirisan kaca, dan penghilangan film ITO (indium timah oksida) pada barang elektronik konsumen seperti ponsel dan tablet. , pembuatan tekstur piston untuk industri otomotif, pembuatan stent koroner, dan pembuatan perangkat mikrofluida untuk industri medis.
01 Pembuatan dan perbaikan Photomask di industri semikonduktor
Laser ultracepat digunakan dalam salah satu aplikasi industri paling awal dalam pemrosesan bahan. IBM melaporkan penerapan ablasi laser femtosecond dalam produksi masker foto pada tahun 1990an. Dibandingkan dengan ablasi laser nanodetik, yang dapat menghasilkan percikan logam dan kerusakan kaca, masker laser femtodetik tidak menunjukkan percikan logam, tidak ada kerusakan kaca, dll. Metode ini digunakan untuk menghasilkan sirkuit terpadu (IC). Memproduksi chip IC mungkin memerlukan hingga 30 masker dan biaya >$100.000. Pemrosesan laser femtosecond dapat memproses garis dan titik di bawah 150nm.
Gambar 1. Pembuatan dan perbaikan photomask
Gambar 2. Hasil optimasi pola topeng yang berbeda untuk litografi ultraviolet ekstrim
02 Pemotongan silikon dalam industri semikonduktor
Pemotongan wafer silikon adalah proses manufaktur standar dalam industri semikonduktor dan biasanya dilakukan dengan menggunakan pemotongan mekanis. Roda pemotong ini sering kali menimbulkan retakan mikro dan sulit untuk memotong wafer tipis (misalnya ketebalan <150 μm). Pemotongan laser pada wafer silikon telah digunakan dalam industri semikonduktor selama bertahun-tahun, terutama untuk wafer tipis (100-200μm), dan dilakukan dalam beberapa langkah: pembuatan alur laser, diikuti dengan pemisahan mekanis atau pemotongan tersembunyi (yaitu sinar laser inframerah di dalam pemotongan silikon) diikuti dengan pemisahan pita mekanis. Laser pulsa nanodetik dapat memproses 15 wafer per jam, dan laser pikodetik dapat memproses 23 wafer per jam, dengan kualitas lebih tinggi.
03 Pemotongan/pencabutan kaca dalam industri elektronika habis pakai
Layar sentuh dan kacamata pelindung untuk ponsel dan laptop semakin tipis dan beberapa bentuk geometris melengkung. Hal ini membuat pemotongan mekanis tradisional menjadi lebih sulit. Laser tipikal biasanya menghasilkan kualitas potongan yang buruk, terutama ketika layar kaca ini ditumpuk dalam 3-4 lapisan dan kaca pelindung setebal 700 μm ditempa, yang dapat pecah karena tekanan lokal. Laser ultracepat telah terbukti mampu memotong kacamata ini dengan kekuatan tepi yang lebih baik. Untuk pemotongan panel datar yang besar, laser femtosecond dapat difokuskan pada permukaan belakang lembaran kaca, menggores bagian dalam kaca tanpa merusak permukaan depan. Kaca tersebut kemudian dapat dipecahkan menggunakan cara mekanis atau termal sepanjang pola yang dicetak.
Gambar 3. Pemotongan berbentuk khusus kaca laser ultracepat picosecond
04 Tekstur piston dalam industri otomotif
Mesin mobil ringan terbuat dari paduan aluminium, yang tidak tahan aus seperti besi cor. Penelitian telah menemukan bahwa pemrosesan laser femtosecond pada tekstur piston mobil dapat mengurangi gesekan hingga 25% karena serpihan dan oli dapat disimpan secara efektif.
Gambar 4. Pemrosesan laser femtosecond pada piston mesin mobil untuk meningkatkan kinerja mesin
05 Pembuatan stent koroner di industri medis
Jutaan stent koroner ditanamkan ke dalam arteri koroner tubuh untuk membuka saluran bagi darah mengalir ke pembuluh darah yang tersumbat, sehingga menyelamatkan jutaan nyawa setiap tahunnya. Stent koroner biasanya terbuat dari kawat logam (misalnya baja tahan karat, paduan memori bentuk nikel-titanium, atau yang lebih baru paduan kobalt-kromium) dengan lebar penyangga kira-kira 100 μm. Dibandingkan dengan pemotongan laser pulsa panjang, keuntungan menggunakan laser ultracepat untuk memotong braket adalah kualitas potongan yang tinggi, penyelesaian permukaan yang lebih baik, dan lebih sedikit serpihan, sehingga mengurangi biaya pasca-pemrosesan.
06 Pembuatan perangkat mikrofluida untuk industri medis
Perangkat mikrofluida umumnya digunakan dalam industri medis untuk pengujian dan diagnosis penyakit. Ini biasanya diproduksi dengan cetakan injeksi mikro pada masing-masing bagian dan kemudian diikat menggunakan perekatan atau pengelasan. Fabrikasi laser ultracepat pada perangkat mikrofluida memiliki keuntungan dalam menghasilkan saluran mikro 3D dalam bahan transparan seperti kaca tanpa memerlukan sambungan. Salah satu metodenya adalah fabrikasi laser ultracepat di dalam kaca curah diikuti dengan etsa kimia basah, dan metode lainnya adalah ablasi laser femtodetik di dalam kaca atau plastik dalam air sulingan untuk menghilangkan serpihan. Pendekatan lain adalah dengan memasukkan saluran ke permukaan kaca dan menutupnya dengan penutup kaca melalui pengelasan laser femtosecond.
Gambar 6. Etsa selektif yang diinduksi laser Femtosecond untuk menyiapkan saluran mikrofluida di dalam bahan kaca
07 Pengeboran mikro nosel injektor
Pemesinan lubang mikro laser Femtosecond telah menggantikan mikro-EDM di banyak perusahaan di pasar injektor tekanan tinggi karena fleksibilitas yang lebih besar dalam mengubah profil lubang aliran dan waktu pemesinan yang lebih singkat. Kemampuan untuk secara otomatis mengontrol posisi fokus dan kemiringan sinar melalui kepala pemindai presesi telah menghasilkan desain profil bukaan (misalnya, laras, suar, konvergensi, divergensi) yang dapat mendorong atomisasi atau penetrasi di ruang bakar. Waktu pengeboran tergantung pada volume ablasi, dengan ketebalan bor 0,2 – 0,5 mm dan diameter lubang 0,12 – 0,25 mm, menjadikan teknik ini sepuluh kali lebih cepat dibandingkan mikro-EDM. Pengeboran mikro dilakukan dalam tiga tahap, termasuk pengerjaan kasar dan penyelesaian lubang tembus percontohan. Argon digunakan sebagai gas tambahan untuk melindungi lubang bor dari oksidasi dan untuk melindungi plasma akhir selama tahap awal.
Gambar 7. Pemrosesan lubang lancip terbalik dengan laser Femtosecond dengan presisi tinggi untuk injektor mesin diesel
08 Tekstur laser ultra cepat
Dalam beberapa tahun terakhir, untuk meningkatkan akurasi pemesinan, mengurangi kerusakan material, dan meningkatkan efisiensi pemrosesan, bidang pemesinan mikro secara bertahap menjadi fokus para peneliti. Laser ultracepat memiliki berbagai keunggulan pemrosesan seperti kerusakan rendah dan presisi tinggi, yang telah menjadi fokus dalam mendorong perkembangan teknologi pemrosesan. Pada saat yang sama, laser ultracepat dapat bekerja pada berbagai material, dan kerusakan material yang diproses dengan laser juga merupakan arah penelitian utama. Laser ultracepat digunakan untuk mengikis material. Ketika kepadatan energi laser lebih tinggi dari ambang ablasi material, maka permukaan material yang diablasi akan menunjukkan struktur mikro-nano dengan karakteristik tertentu. Penelitian menunjukkan bahwa Struktur permukaan khusus ini merupakan fenomena umum yang terjadi saat memproses bahan dengan laser. Persiapan struktur mikro-nano permukaan dapat meningkatkan sifat material itu sendiri dan juga memungkinkan pengembangan material baru. Hal ini menjadikan persiapan struktur mikro-nano permukaan dengan laser ultracepat menjadi metode teknis dengan signifikansi pengembangan yang penting. Saat ini, untuk bahan logam, penelitian tentang tekstur permukaan laser ultracepat dapat meningkatkan sifat pembasahan permukaan logam, meningkatkan sifat gesekan dan keausan permukaan, meningkatkan daya rekat lapisan, serta proliferasi dan daya rekat sel yang terarah.
Gambar 8. Sifat superhidrofobik dari permukaan silikon yang dibuat dengan laser
Sebagai teknologi pemrosesan mutakhir, pemrosesan laser ultracepat memiliki karakteristik zona kecil yang terpengaruh panas, proses interaksi non-linier dengan material, dan pemrosesan resolusi tinggi di luar batas difraksi. Hal ini dapat mewujudkan pemrosesan mikro-nano berkualitas tinggi dan presisi tinggi dari berbagai bahan. dan fabrikasi struktur mikro-nano tiga dimensi. Mencapai pembuatan laser pada bahan khusus, struktur kompleks, dan perangkat khusus membuka jalan baru untuk pembuatan mikro-nano. Saat ini, laser femtosecond telah banyak digunakan di banyak bidang ilmiah mutakhir: laser femtosecond dapat digunakan untuk menyiapkan berbagai perangkat optik, seperti susunan lensa mikro, mata majemuk bionik, pandu gelombang optik, dan permukaan meta; menggunakan presisi tinggi, resolusi tinggi dan Dengan kemampuan pemrosesan tiga dimensi, laser femtosecond dapat menyiapkan atau mengintegrasikan chip mikrofluida dan optofluida seperti komponen pemanas mikro dan saluran mikrofluida tiga dimensi; selain itu, laser femtosecond juga dapat menyiapkan berbagai jenis struktur mikro-nano permukaan untuk mencapai fungsi anti-refleksi, anti-refleksi, super-hidrofobik, anti-icing, dan lainnya; tidak hanya itu, laser femtosecond juga telah diterapkan di bidang biomedis, menunjukkan kinerja luar biasa di berbagai bidang seperti stent mikro biologis, substrat kultur sel, dan pencitraan mikroskopis biologis. Prospek penerapan yang luas. Saat ini, bidang penerapan pemrosesan laser femtosecond berkembang dari tahun ke tahun. Selain mikro-optik, mikrofluida, struktur mikro-nano multi-fungsi dan aplikasi rekayasa biomedis yang disebutkan di atas, ia juga memainkan peran besar dalam beberapa bidang baru, seperti persiapan metasurface. , manufaktur mikro-nano dan penyimpanan informasi optik multidimensi, dll.
Waktu posting: 17 April-2024
