För närvarande krävs det ofta exakt kontroll av gaser eller vätskor inom områden som halvledare, flyg och avancerade testinstrument. Kvaliteten på mikro-hålsbearbetning i flödeskontrollsystem är en kritisk faktor som avgör flödesnoggrannheten, såväl som systemets tillförlitlighet och stabilitet.
Som en banbrytande-laserbehandlingsteknik spelar femtosekundlasrar en viktig roll vid tillverkningen av mikron-mikro-nivå, på grund av deras fördelar i hög precision, hög rundhet och överlägsen kvalitet. De uppvisar betydande tillämpningsfördelar, särskilt vid bearbetning av komponenter som flödeskontrollventiler.
Vad är en gas-/vätskeventil?
En ventil är en anordning som används för att kontrollera gaser eller vätskor. Det kan begränsa passagen av gas eller vätska, och kan också reglera eller kontrollera riktning, tryck och flödeshastighet för vätskan.
Inom medicin- och halvledarindustrin är kraven på flödeskontroll extremt stränga. Mikro-hålen i dessa ventiler har vanligtvis diametrar på mikronskalan. Följaktligen krävs exceptionellt höga krav på bearbetningskvalitet och konsistens för att uppnå exakta och stabila flödeshastigheter.
Prestanda för femtosekundlaser i 100 μm mikro-hålsbearbetning
Föreställ dig att när en gas eller vätska passerar genom ett mikro-hål genereras en lokal tryckskillnad. Exakt kontroll över öppningsdiametern gör att vätskeflödet kan hållas inom ett specifikt område, eller möjliggör generering av en betydande tryckskillnad.
Krav för mikro-hålsbearbetning som ställs av vätskeventiler
Med halvledarutrustning som exempel kan duschmunstycken betraktas som en typ av vätskeventil. Deras mikro-hål är avgörande för att kontrollera processstabiliteten eftersom gasen passerar jämnt genom de tusentals mikro-hålen i duschhuvudet och sedan sprayas eller avsätts jämnt på waferytan. Med andra ord, kvaliteten på mikro-hålsbearbetning avgör direkt nyckelmått för precisionsutrustning, såsom vätskeflöde, precisionen och stabiliteten för tryckkontroll och processupprepningsbarhet.
Samtidigt innebär detta även utmaningar för mikro-hålsbearbetning.
1. Mikro-hålsöppning:
Bländare på mikron-nivå krävs, där 20-500 μm är relativt vanligt. Dessutom, eftersom tillverkningsprecisionen och kraven fortsätter att öka, går industrin framåt mot att möta bländare på 5-10 μm och till och med 2-5 μm.
Prestanda hos femtosekundlaser i 3 μm mikro-hålsbearbetning
2. Dimensionsprecision:
Mikro-hål måste uppfylla stränga krav på dimensionsnoggrannhet, vanligtvis på nivån 1–5 μm. I mer krävande applikationer krävs precision inom ±0,5 μm för att säkerställa noggrannheten och konsistensen av flödeskontroll.
Prestanda för femtosekundlaser i 10 μm mikro-hålsarraybearbetning
3. Mikro-håls innerväggsråhet:
Hålväggarna måste vara släta, med ett Ra-värde inom 0,4 μm (ju lägre desto bättre). Dessutom måste hålväggarna vara fria från defekter som mikro-sprickor och omgjutna lager. Detta beror på att även den minsta defekten kan påverka precisionen i vätskekontroll och stabiliteten i tillverkningsprocessen.
Prestanda för femtosekundlaser i massmikro-hålstillverkning
4. Mikro-hålskonsistens:
I precisionsvätskekontrollsystem är det inte tillräckligt att bara garantera kvaliteten på ett enda mikro-hål; det är avgörande att säkerställa konsistensen av alla mikro-hål i en enskild komponent, eller över en hel produktgrupp. Följaktligen ställer detta extremt höga krav på stabiliteten hos mikro-hålsbearbetningsprocessen och utrustningen.
Fördelar med femtosekundlaserbearbetning för ventilmikro-hål
En femtosekundlaser består av två grundläggande begrepp: femtosekunden och lasern.
En femtosekund är ett begrepp av tid, precis som de minuter och sekunder vi vanligtvis använder. För att sätta det i perspektiv är 1 sekund lika med 1 000 biljoner femtosekunder. Av detta är det uppenbart att en femtosekund är en extremt kort tidsenhet.
Laser, som står för Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, är känd som den "snabbaste kniven", den "mest exakta linjalen" och det "ljusaste ljuset".
Därför, när den extremt korta tidsenheten för "femtosekunden" kombineras med "laserns" extremt höga energitäthetsegenskaper, producerar den magiska egenskaper: ultra-snabba pulshastigheter resulterar i kall bearbetning, medan extremt hög toppeffekt möjliggör bearbetning av vilket material som helst.
Prestanda hos femtosekundlaser vid bearbetning av flödesbegränsningsöppningar på polyimidfilm
Dessa egenskaper erbjuder betydande fördelar för mikro-hålsbearbetning, särskilt enligt följande:
1. Styrbar mikro-hålsdiameter:
Femtosekundlasrar är mästarna inom mikro-nanotillverkning i mikronskala. De kan uppnå mikro-hålsbearbetning på 2 μm eller större, med både öppningsdiameter och avsmalning helt kontrollerbara.
2. Precision med hög bländare:
Fläckdiametern för en femtosekundlaser är bara några mikron till ungefär tio mikrometer, och materialavlägsningsytan per puls är liten. Följaktligen säkerställer det att bearbetningsprecisionen för mikro-hålsöppningen kan nå inom ±1 μm. Dessutom, om femtosekundlaserutrustningen har tillräcklig stabilitet, kan den garantera att arrayer med tiotusentals mikro-hål också bibehåller denna extremt höga precisionsnivå.
3. Bred materialanpassningsförmåga:
Genom att utnyttja sin egenskap av ultra-hög toppeffekt kan femtosekundlaserbearbetning bearbeta praktiskt taget vilket material som helst. Detta inkluderar hårda legeringar som rostfritt stål, titanlegeringar, nickel-titaniumlegeringar och volfram-molybdelegeringar, såväl som icke-metalliska material som keramik, kisel, glas och PI (polyimid).
4. Minimal termisk påverkan:
Pulsbredden för femtosekundlasrar är extremt liten, på femtosekundskalan, som är mycket mindre än pikosekundskalan som krävs för materialvärmeöverföring. Därför uppnår det exakt, lokaliserat materialavlägsnande innan värme kan försvinna in i det omgivande materialet. Detta undviker att ändra de fysikaliska eller kemiska egenskaperna hos intilliggande material, och realisera "kallbearbetning" med minimal termisk påverkan, vilket resulterar i inget omgjutet lager och inga mikro-sprickor.
5. Högt bildförhållande:
Med ökande efterfrågan kräver vissa ventilmikro-hål ett bildförhållande (förhållande mellan djup-till-diameter) som är större än 10:1, med vissa applikationer som siktar på 12:1 eller till och med 15:1. Även om vissa traditionella bearbetningsmetoder kan uppnå detta med större öppningar, är de helt oförmögna att göra det när de hanterar öppningar i sub-millimeterområdet (hundratals mikron) i kombination med höga precisionskrav. Femtosekundlasrar säkerställer dock att både hög precision och höga bildförhållanden uppnås samtidigt.
6. Bearbetningsbar för olika geometrier:
Konventionella ventilmikro-hålsplattor är vanligtvis platta material, som kan bearbetas med hjälp av standard 3-axlig utrustning. Vissa ventiler är dock gjorda av rörformiga material eller är oregelbundet formade arbetsstycken; i dessa fall kämpar vanlig 3-axlig utrustning för att uppfylla kraven för precisionsbearbetning. Femtosekundlasersystem kan utrustas med en 5-axlig konfiguration, vilket enkelt möjliggör mikrohålsbearbetning för produkter av olika former och former.
Mikro-exakt laserskärnings- och borrmaskin
Bearbetningskraven för ventiler inom områden som halvledare representerar toppen av avancerad-vätskekontrollteknik. Deras design- och tillverkningsstandarder bestämmer direkt utbytet och tillförlitligheten för tillverkningsprocesser för halvledarprodukter. Följaktligen har förståelsen av bearbetningsfördelarna och egenskaperna hos femtosekundlasrar stor betydelse för området mikro-hålsbearbetning för halvledarventiler.
Vi tror att allt eftersom fler yrkesverksamma kommer att förstå och använda femtosekundlaserteknik för ventilmikro-hålsbearbetning, kommer det att ytterligare driva utvecklingen och innovationen av inhemsk vätskekontrollteknik.