Molibdenas (Mo) yra unikali metalo medžiaga. Nors jis paprastai atrodo kaip nepaprastas sidabro-baltas metalas, dėl stabilių fizinių ir cheminių savybių jį galima plačiai naudoti esant aukštai-temperatūrai ir dideliam{3}}stresui. Tai yra nepakeičiama žaliava tokioms pramonės šakoms kaip aviacija, branduolinė energija, puslaidininkiai ir tiksli medicina. Todėl apdirbti molibdeną yra labai sunku; ypač atliekant didelio-tikslumo mikro-angų apdirbimą molibdene, dauguma tradicinių procesų sunkiai atitinka reikalavimus.
Kaip pažangiausias-mikronų-lygio tikslumo apdirbimo procesas, femtosekundinė lazerinė technologija suteikia pranašumų, tokių kaip šaltasis apdorojimas (šalta abliacija), veikimas be įtempių, medžiagų nepriklausomumas ir didelis tikslumas, vaidina svarbų vaidmenį mikro-nano gamyboje įvairiose srityse. Konkrečiai, femtosekundinių lazerių nuo medžiagos{5}}nepriklausomos charakteristikos efektyviai išsprendžia iššūkį, su kuriuo susiduria tradiciniai procesai apdirbant tikslias mikro{6} skyles molibdene.
Kas yra femtosekundinis lazeris?
Femtosekundinis lazeris reiškia lazerį, kurio impulso plotis yra femtosekundės lygyje. Femtosekundė yra laiko vienetas, kur 1 femtosekundė=10⁻¹⁵ sekundės. Jei judėtume šviesos greičiu, poslinkis per 1 femtosekundę būtų 0,3 μm, o tai rodo, kad 1 femtosekundė yra labai trumpa trukmė.
Kitaip tariant, trumpa vieno{0}}femtosekundinio lazerio impulso trukmė leidžia pasiekti itin didelę didžiausią galią. Todėl galima akimirksniu pašalinti tikslinę medžiagą, o tai sukelia apdirbimo efektus, tokius kaip minimali šilumos{2}}paveikta zona (HAZ), nėra naujo sluoksnio ir mikro{3}}įtrūkimų.
Kodėl molibdenui reikia femtosekundinių lazerių?
Molibdenas pasižymi stabiliomis fizinėmis ir cheminėmis savybėmis, todėl jis plačiai taikomas esant aukštai{0}}temperatūrai ir dideliam{1}}stresui. Tačiau atitinkamai apdirbti molibdeną yra labai sunku. Tiksliau:
1. Didelis stiprumas ir didelis kietumas:
Molibdenas yra pereinamasis metalas, turintis labai stiprias tarpatomines surišimo jėgas, leidžiančias išlaikyti aukštą stiprumą ir kietumą tiek kambario temperatūroje, tiek aukštesnėje temperatūroje. Todėl itin aukštos temperatūros ir didelio slėgio laukuose, pvz., erdvėlaiviuose ir puslaidininkiuose, molibdenas dažnai pasirenkamas kaip purkštukų žaliava. Kai tradicinis mechaninis apdirbimas taikomas molibdenui, pjovimo įrankiai arba grąžtai greitai nusidėvi. Be to, procesas lengvai sukuria kontaktinį įtampą arba vietinę aukštą temperatūrą, todėl mikro-skylių kraštai įtrūksta ir susidaro mikro{6}}įtrūkimai.
2. Aukšta lydymosi temperatūra:
Molibdeno lydymosi temperatūra yra net 2623 laipsniai ir jis yra atsparus aukštos temperatūros abliacijai; todėl jo apdorojimas reikalauja itin didelio energijos tankio. Įprasti lazeriai, apdorojant molibdeną, yra labai linkę sukelti didelę karščio -paveiktą zoną (HAZ), dėl kurios atsiranda defektų, tokių kaip krateriai ar pjūklo danties kraštai išilgai pjūvio kraštų.
Trumpai tariant, dėl to, kad molibdenas yra kietas ir atsparus ugniai, labai sunku tiksliai apdirbti medžiagą, ypač labai -tikslius mikro{1}} skyles. Tradiciniai gręžimo procesai ir įprasti lazeriai dažniausiai neatitinka reikalavimų.
Mikro ir nano tikslioji lazerinio apdorojimo įranga
Femtosekundinių lazerių technologija nėra tik paprastas įprastų lazerių atnaujinimas; veikiau tai yra proveržis apdorojimo principuose, kurių pagrindas yra nuolatinis mikronų skalės tyrimas ir plėtra. Jis ypač gerai-tinka gaminio reikalavimams, susijusiems su mikronų-lygio mikro-angomis, pjovimu ir ėsdymu. Todėl femtosekundiniai lazeriai gali lengvai ir tiksliai susidoroti su užduotimis, net kai susiduriama su sunkiai{5}}apdirbamomis-medžiagomis, tokiomis kaip molibdenas.
Taip yra todėl, kad femtosekundiniai lazeriai veikia kraštutiniais energijos tankio, sąveikos laiko, erdvinio masto ir kontroliuojamos medžiagos energijos sugerties mastu. Todėl gamybos proceso metu naudojami fiziniai efektai ir sąveikos mechanizmai iš esmės skiriasi nuo tradicinių lazerinių medžiagų sąveikos procesų. Todėl jie leidžia tiksliai apdirbti molibdeno mikro{3}angas. Tiksliau:
1. Skylės dydis:
Plonų molibdeno medžiagų apdirbimas femtosekundiniu lazeriu paprastai ribojamas iki 2 mm storio. Šiuo metu femtosekundiniai lazeriai tinkamame storio diapazone gali apdirbti mažiausiai 3 μm kūginių skylių ir 20 μm vertikalių skylių skersmenį. Tai žymiai mažesnė už tradicinius tikslaus apdirbimo procesus, todėl išplečiama molibdeno mikro{5} skylių taikymo sritis.
2. Šoninės sienelės vertikalumas:
Femtosekundiniais lazeriais galima apdirbti ir kūgines, ir vertikalias skyles. Ypač specifiniams reikalavimams, femtosekundinių lazerių siūlomas valdomo kūgio lankstumas suteikia aiškų pranašumą, leidžiantį geriau kontroliuoti terpių, tokių kaip jonai, dujos ir skysčiai, praėjimą.
3. Matmenų tikslumas:
Femtosekundiniai lazeriai gali pasiekti skylės skersmenį arba pjovimo tikslumą per ±1 μm – standarto, kurio negali atitikti tradiciniai lazeriai ar įprasti apdirbimo procesai. Tai apdorojimo metodas, gana artimas nanometrų{2} lygio tikslumo technikoms, tokioms kaip FIB (fokusuotas jonų pluoštas) ir fotolitografija, veikiantis kaip tiltas, jungiantis mikrometro ir nanometro skales.
4. Apdorojimo kokybė:
Femtosekundinis lazerinis apdorojimas yra „šaltojo abliacijos“ (šaltojo apdorojimo) metodas, leidžiantis apdirbti mikronų-lygmens mikro-skyles, kuriose nėra įtrūkimų, įtrūkimų ir lygių šoninių sienelių. Šių mikro{5}}angų vidinės sienelės šiurkštumas gali būti garantuotas neviršijant Ra 0,4 μm arba net iki 0,2 μm. Dėl šios charakteristikos femtosekundiniais lazeriais apdorotos molibdeno mikro{9} skylės gali būti puikios optiniame lauke, atitinkančios aukščiausios klasės vaizdo gavimo įrangos ar puslaidininkių apertūrų apdorojimo reikalavimus.