कॉमन लेजर माइक्रोमैचिंग टेक्नोलॉजी एंड इट्स डेवलपमेंट

1.परिचय

चूंकि 1960 में पहला लेज़र निकला था, लेज़र के शोध और विभिन्न क्षेत्रों में इसके अनुप्रयोग का तेजी से विकास हुआ है। उच्च परिशुद्धता माप, सामग्री संरचना विश्लेषण, सूचना भंडारण और संचार के क्षेत्र में इसका उच्च सुसंगतता व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। विनिर्माण उद्योग में लेजर की उच्च प्रत्यक्षता और चमक का व्यापक रूप से उपयोग किया जा सकता है। लेजर उपकरणों के निरंतर नवाचार और अनुकूलन के साथ, नए उत्तेजित विकिरण स्रोतों, और इसी प्रक्रियाओं, विशेष रूप से पिछले 20 वर्षों में, लेजर विनिर्माण प्रौद्योगिकी कई उच्च-तकनीकी क्षेत्रों और उद्योगों में प्रवेश कर गई है और कुछ को बदलने या बदलने के लिए शुरू हुई है पारंपरिक प्रसंस्करण उद्योग।

1987 में, अमेरिकी वैज्ञानिकों ने माइक्रो इलेक्ट्रो मैकेनिकल सिस्टम (एमईएमएस) की विकास योजना को सामने रखा, जो सूक्ष्म मशीनरी पर मानव अनुसंधान के एक नए युग का प्रतीक है। वर्तमान में, micromachining में उपयोग की जाने वाली विनिर्माण तकनीकों में मुख्य रूप से सेमीकंडक्टर प्रोसेसिंग तकनीक, माइक्रोलिथोग्राफी इलेक्ट्रोफॉर्मिंग (Liga) तकनीक, अल्ट्रा-सटीक मशीनिंग तकनीक, और विशेष micromachining प्रौद्योगिकी शामिल हैं। उनमें से, विशेष माइक्रोमैचिंग विधि प्रसंस्करण ऊर्जा के प्रत्यक्ष प्रभाव के माध्यम से है, अणुओं या परमाणुओं को एक-एक करके हटाने के लिए। विशेष मशीनिंग को विद्युत ऊर्जा, ऊष्मा ऊर्जा, प्रकाश ऊर्जा, ध्वनि ऊर्जा, रासायनिक ऊर्जा, आदि के रूप में किया जाता है, आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली विधियाँ ईडीएम, अल्ट्रासोनिक मशीनिंग, इलेक्ट्रॉन बीम मशीनिंग, आयन बीम मशीनिंग, विद्युत रासायनिक मशीनिंग, आदि हैं। हाल के वर्षों में, micromachining का एक नया तरीका विकसित किया गया है: फोटोफॉर्मांग, जिसमें स्टीरियोलिथोग्राफी, फोटोमैस्क, आदि शामिल हैं। लेजर micromachining में आवेदन और विकास की काफी संभावनाएं हैं।

2.लेजर micromachining प्रौद्योगिकी का मुख्य अनुप्रयोग

पोर्टेबल और लघुकरण की दिशा में इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के विकास के साथ, इकाई मात्रा की जानकारी (उच्च घनत्व) और इकाई समय प्रसंस्करण गति (उच्च गति) के सुधार ने माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग प्रौद्योगिकी के लिए नई आवश्यकताओं को सामने रखा है। उदाहरण के लिए, आधुनिक मोबाइल फोन और डिजिटल कैमरे प्रति वर्ग सेंटीमीटर 1200 इंटरकनेक्ट से लैस हैं। चिप पैकेजिंग के स्तर में सुधार करने की कुंजी विभिन्न परतों की रेखाओं के बीच सूक्ष्म व्यास के अस्तित्व को बनाए रखना है, जो न केवल सतह पर चढ़ने वाले उपकरणों और नीचे सिग्नल पैनल के बीच उच्च गति का कनेक्शन प्रदान करता है, बल्कि पैकेजिंग क्षेत्र को भी प्रभावी ढंग से कम करता है ।

दूसरी ओर, हाल के वर्षों में पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों जैसे कि मोबाइल फोन, डिजिटल कैमरा और लैपटॉप से ​​लेकर प्रकाश, पतले, छोटे और छोटे तक के विकास के साथ, मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) धीरे-धीरे लेयरिंग और बहु-कार्यात्मक की विशेषताओं को दिखाते हैं मुख्य शरीर के रूप में उच्च घनत्व इंटरकनेक्शन तकनीक। प्रभावी ढंग से परतों और बाहरी उपकरणों के निर्धारण के बीच विद्युत संबंध सुनिश्चित करने के लिए, बहु-परत पीसीबी का एक महत्वपूर्ण हिस्सा बन गया है। वर्तमान में, ड्रिलिंग की लागत आमतौर पर 30% के लिए होती है - पीसीबी निर्माण की लागत का 40%। उच्च गति, उच्च घनत्व वाले पीसीबी डिजाइन में, डिजाइनर हमेशा यह उम्मीद करते हैं कि छोटे माध्यम से, बेहतर, ताकि बोर्ड पर न केवल अधिक वायरिंग स्थान हो। और छोटे के माध्यम से, उच्च गति सर्किट के लिए अधिक उपयुक्त है। पारंपरिक यांत्रिक ड्रिलिंग का न्यूनतम आकार केवल 100 μ मीटर है, जो स्पष्ट रूप से आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकता है। इसके बजाय, एक नया लेजर माइक्रो थ्रू-होल प्रोसेसिंग विधि अपनाई जाती है। वर्तमान में, 30 व्यास के साथ एक छोटा छेद प्राप्त करना संभव है - 40 μ m या एक छोटे छेद के व्यास के बारे में 10 μ m का उपयोग करके CO 2 लेजर उद्योग में।

लेजर micromachining तकनीक का उपयोग उपकरण निर्माण, ऑटोमोबाइल, विमानन सटीक विनिर्माण और विभिन्न सूक्ष्म प्रसंस्करण उद्योगों, जैसे स्याही-जेट भाग के प्रसंस्करण में कटौती, ड्रिल, नक्काशी, मुंशी, गर्मी पैठ, वेल्ड और इतने पर किया जा सकता है। स्याही जेट प्रिंटर 20 माइक्रोन से अधिक के आकार के साथ। लेज़र सरफेस ट्रीटमेंट तकनीक का उपयोग करना, जैसे कि सूक्ष्म दबाव, चमकाने और इतने पर, विभिन्न प्रकार के सूक्ष्म-प्रकाशीय तत्वों को संसाधित करने के लिए, या संरचना को बदलने के लिए लेज़र फिलिंग पोरस ग्लास, ग्लास-सिरेमिक अमोर्फाइजेशन के माध्यम से, फिर बाहरी यांत्रिक बल को समायोजित करके। , और फिर नरम अवस्था में, माइक्रो-ऑप्टिकल तत्व प्लाज्मा-असिस्टेड माइक्रो फॉर्मिंग द्वारा संसाधित होते हैं।

आम लेज़र माइक्रोक्राइनिंग तकनीक

लेजर micromachining तकनीक के कई फायदे हैं, जैसे कि गैर-संपर्क, चयनात्मक मशीनिंग, छोटे गर्मी प्रभावित क्षेत्र, उच्च परिशुद्धता और पुनरावृत्ति दर, भाग आकार और आकार के उच्च मशीनिंग लचीलापन। वास्तव में, लेजर micromachining प्रौद्योगिकी की सबसे बड़ी विशेषता" प्रत्यक्ष लेखन&उद्धरण ;, जो प्रक्रिया को सरल करता है और micromachines के तेजी से प्रोटोटाइप का एहसास करता है। इसके अलावा, इस पद्धति में संक्षारण जैसी कोई पर्यावरण प्रदूषण की समस्या नहीं है, इसलिए इसे जीजी उद्धरण कहा जा सकता है; ग्रीन मैन्युफैक्चरिंग जीजी कोट ;। माइक्रोक्राइनिंग में उपयोग की जाने वाली दो प्रकार की लेज़र माइक्रोचाइनिंग तकनीकें हैं:

1) सामग्री को हटाने की माइक्रोप्रोचिंग तकनीक, जैसे कि लेजर डायरेक्ट राइटिंग माइक्रोमैकिंग, लेजर लीगा, आदि;

2) लेजर स्टिरिओलिथोग्राफी, लेज़र-असिस्टेड डिपॉज़िशन, लेज़र सेलेक्टिव सिंटरिंग, इत्यादि जैसे मैक्रोइचिंग टेक्नोलॉजी को स्टैकिंग करने वाली सामग्री।

अन्य लेजर micromachining प्रौद्योगिकियों

पल्स लेजर ईचिंग लेजर तकनीक का एक नया शोध क्षेत्र है। यह शॉर्ट वेवलेंथ फ्रिक्वेंसी-डबल लेज़र या पिकोसेकंड, फेमटोसेकंड लेजर का उपयोग विभिन्न सामग्रियों को खोदने और संसाधित करने के लिए उच्च-परिशुद्धता सीएनसी मशीन टूल के साथ करता है। इन सामग्रियों की सतह पर गठित माइक्रोस्ट्रक्चर की गुणवत्ता बहुत अधिक होती है, जब सामग्री को एक छोटी नाड़ी के साथ खोदा जाता है और फिर हटा दिया जाता है। 2001 में, जर्मनी में हीडलबर्ग इंस्ट्रूमेंट्स ने ट्रिपल फ़्रीक्वेंसी (वेवलेंथ {3}} 7 nm) का उपयोग किया था ताकि न्यूनतम 5 मिमी, के साथ फोकस स्पॉट प्राप्त किया जा सके। 10 मिमी, और 1 मिमी की सटीकता की न्यूनतम मशीन सुविधा। चित्र 5 WC / Co. पर उत्कीर्ण पल्स लेजर की त्रि-आयामी आकृति को दर्शाता है। लेज़र फोकल स्पॉट का व्यास 5 मिमी है, और फीड-इन X और Y दिशा {{5 है }} mm। {{1 3}} 3 प्रत्येक परत के लिए मिमी हटा दिया जाता है, और औसत सतह खुरदरापन 0 है। 16 mm। लेजर माइक्रो कटिंग सिद्धांत रूप में लेजर नक़्क़ाशी के समान है। यह बीम को सटीक रूप से केंद्रित करने और ऊर्जा के इनपुट को सटीक रूप से नियंत्रित करने के लिए प्रकाश स्रोत के रूप में आवृत्ति-दोगुनी या एक फेमटोसेकंड लेजर का उपयोग करता है। थर्मल इफेक्ट छोटा होता है और माइक्रो रिमूवल कटिंग किया जाता है।

3.माइक्रोक्राइनिंग तकनीक में अल्ट्राशॉर्ट पल्स लेजर का नवीनतम विकास

सीओ 2 लेजर और YAG लेजर निरंतर और लंबी पल्स लेजर हैं। वे मुख्य रूप से उच्च ऊर्जा घनत्व बनाने के लिए केंद्रित हैं, जो सामग्री को समाप्त करने के लिए स्थानीय क्षेत्र में उच्च तापमान उत्पन्न कर सकते हैं। वे मूल रूप से थर्मल प्रसंस्करण के क्षेत्र में हैं, सीमित प्रसंस्करण सटीकता के साथ। एक्सिमिर लेजर सामग्री की फोटोकैमिस्ट्री के साथ बातचीत करने के लिए अपनी छोटी तरंग दैर्ध्य (यूवी) पर निर्भर करता है, और इसकी विशेषता पैमाने एक माइक्रोमीटर के आदेश तक पहुंच सकता है। हालांकि, एक्साइमर लेजर द्वारा आवश्यक गैस संक्षारक और नियंत्रित करना मुश्किल है। इसके अलावा, उच्च-शक्ति यूवी लेजर प्रसंस्करण प्रणाली के ऑप्टिकल तत्वों को नुकसान पहुंचाना आसान है, इसलिए इसका आवेदन सीमित है। लेजर क्षेत्र के आगे के अध्ययन के साथ, लेजर पल्स की समय-डोमेन चौड़ाई अधिक से अधिक संक्षिप्त है, नैनोसेकंड (10-9 एस) से पिकोसेकंड (10-12) तक फेमटोसेकंड (10-एल 5) रों)।

फेमटोसेकंड पल्स लेजर में निम्नलिखित दो विशेषताएं हैं: (1) नाड़ी की अवधि कम है। फेमटोसेकंड पल्स की अवधि कुछ फेमटोसेकंड के रूप में कम हो सकती है, और प्रकाश केवल 0 का प्रचार करता है। {2}, μ मीटर इन 1 एफएस, जो अधिकांश कोशिकाओं के व्यास से छोटा है; (2) चोटी की शक्ति बहुत अधिक है। Femtosecond लेजर कुछ सैकड़ों सैकड़ों femtoseconds में नाड़ी ऊर्जा को केंद्रित करता है, इसलिए इसकी चरम शक्ति बहुत अधिक है। उदाहरण के लिए, यदि L μ J की ऊर्जा कुछ स्त्रीलोक में केंद्रित है और 1 0 μ m के धब्बे में परिवर्तित हो जाती है, तो इसकी ऑप्टिकल शक्ति घनत्व 1 0 1 8w / तक पहुंच सकती है cm 2, और इसके विद्युत क्षेत्र की तीव्रता को 2 × 1 0 1 2 v / m में परिवर्तित किया जा सकता है, जो 4 बार है Coulomb क्षेत्र की ताकत (5 × 1 0 1 1 v / M) हाइड्रोजन परमाणु में, इलेक्ट्रॉन को सीधे परमाणु से अलग करना संभव है।

लेजर और पारदर्शी सामग्रियों के संपर्क तंत्र से, नाड़ी की चौड़ाई निरंतर लेजर से दसियों पिकोसेकंड तक होती है, और क्षति तंत्र हिमस्खलन आयनीकरण प्रक्रिया है, जो प्रारंभिक इलेक्ट्रॉन घनत्व पर निर्भर करता है, जबकि सामग्री में प्रारंभिक इलेक्ट्रॉन घनत्व के कारण बहुत परिवर्तन होता है अशुद्धियों के असमान वितरण। इसलिए, क्षति सीमा बहुत बदल जाती है। लॉन्ग-पल्स लेज़र की क्षति सीमा को 50% की क्षति संभावना के साथ लेज़र ऊर्जा प्रवाह घनत्व के रूप में परिभाषित किया गया है, अर्थात, दीर्घ-नाड़ी लेज़र की क्षति सीमा एक सांख्यिकीय मूल्य है। अल्ट्राशोर्ट पल्स लेजर की फील्ड स्ट्रेंथ बहुत अधिक है। बाध्य इलेक्ट्रॉन एक ही समय में एन फोटॉनों को अवशोषित कर सकता है और सीधे बाउंड लेवल से फ्री लेवल में संक्रमण कर सकता है। यद्यपि अल्ट्रशॉर्ट पल्स लेजर से होने वाली क्षति भी एक हिमस्खलन आयनीकरण प्रक्रिया है, इसके इलेक्ट्रॉनों को मल्टीफ़ोटन आयनीकरण प्रक्रिया द्वारा उत्पादित किया जाता है और अब सामग्री में प्रारंभिक इलेक्ट्रॉन घनत्व पर निर्भर नहीं होता है। इसलिए, क्षति सीमा एक सटीक मान है। पल्स लेज़र की क्षति सीमा, पल्स चौड़ाई के घटने के साथ कम हो जाती है। पिकोसेकंड स्तर पर, कमी की दर धीमी हो जाती है, और फेमटोसेकंड स्तर पर, यह लगभग अपरिवर्तित है।

इसके अलावा, क्योंकि अल्ट्राशॉर्ट पल्स लेजर की क्षति सीमा बहुत सटीक है, लेजर ऊर्जा को नुकसान दहलीज की तुलना में बिल्कुल बराबर या थोड़ा अधिक नियंत्रित किया जाता है, फिर केवल नुकसान सीमा से अधिक का हिस्सा पृथकता उत्पन्न करता है, और नीचे उपोष्ण प्रसंस्करण। विवर्तन सीमा को पूरा किया जा सकता है। फेमटोसेकंड लेजर अल्ट्रा-हाई लाइट इंटेंसिटी का उत्पादन कर सकता है, सटीक और कम क्षति सीमा है, बहुत कम गर्मी प्रभावित क्षेत्र है, और लगभग सभी प्रकार की सामग्रियों को ठीक से संसाधित कर सकता है। इसके अलावा, प्रसंस्करण परिशुद्धता बहुत अधिक है और ठीक से submicron आकार की प्रक्रिया कर सकता है।

लेजर micromachining में उच्च उत्पादन दक्षता, कम लागत, स्थिर और विश्वसनीय प्रसंस्करण गुणवत्ता, अच्छे आर्थिक और सामाजिक लाभ के फायदे हैं। फेमटोसेकंड लेज़र पारंपरिक लेज़र प्रोसेसिंग विधि को छोटी नाड़ी अवधि, उच्च शिखर शक्ति के अपने अनूठे फायदों के साथ तोड़ रहा है और अल्ट्रा-फाइन मटीरियल, नॉन-थर्मल डैमेज और 3 डी स्पेस प्रोसेसिंग और प्रोसेसिंग का एक नया क्षेत्र बना रहा है। । फेमटोसेकंड लेजर प्रोसेसिंग टेक्नोलॉजी के अनुप्रयोग में माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक, फोटोनिक क्रिस्टल डिवाइस, उच्च सूचना प्रसारण गति (1 टैबिट / एस) के साथ ऑप्टिकल फाइबर संचार उपकरण, माइक्रोइंचिंग, नई त्रि-आयामी ऑप्टिकल मेमोरी, माइक्रो-डिवाइस विनिर्माण और सेल बायोइन्जिनियरिंग शामिल हैं। प्रौद्योगिकी और इतने पर। यह अंदाजा लगाया जा सकता है कि लेज़र माइक्रोक्राइनिंग तकनीक अपने अपूरणीय लाभ के साथ 2 1 सेंट शताब्दी में एक उच्च तकनीक बन जाएगी।

concluसायन

औद्योगिकीकरण के युग में, दुनिया के सभी देशों को बड़े पैमाने पर मशीनों का उत्पादन करने पर गर्व है; सूचना प्रौद्योगिकी के युग में, सभी उन्नत औद्योगिक देश सूक्ष्म सामग्री और तेजी से छोटी मशीनों के निर्माण के अनुसंधान के लिए प्रतिबद्ध हैं; जबकि नैनो टेक्नोलॉजी के युग में, राष्ट्रीय रक्षा, एयरोस्पेस, चिकित्सा और बायोइंजीनियरिंग के विकास के अनुकूल होने के लिए, सूक्ष्म प्रसंस्करण आज विनिर्माण उद्योग में सबसे सक्रिय अनुसंधान दिशा है। किसी देश की व्यापक ताकत को मापने के लिए मानक। लेज़र माइक्रोमैकिनेग तकनीक में अधिक से अधिक अनूठे फ़ायदे माइक्रोक्रैकिंग तकनीक से पता चलते हैं और इसमें विकास की व्यापक संभावनाएँ हैं। चीन को भविष्य के उच्च तकनीकी क्षेत्र में एक स्थान पर कब्जा करने के लिए, स्वतंत्र बौद्धिक संपदा अधिकारों के साथ लेजर माइक्रोचार्मिंग तकनीक विकसित करनी चाहिए।