Fordeler med femtosekundlasere i mikro-hullsmaskinering for gass-/væskeventiler

For tiden er det ofte nødvendig med presis kontroll av gasser eller væsker innenfor felt som halvledere, romfart og høy-testinstrumentering. Kvaliteten på mikro-hullsmaskinering i strømningskontrollsystemer er en kritisk faktor som bestemmer strømningsnøyaktigheten, samt påliteligheten og stabiliteten til systemet.

Som en banebrytende-laserbehandlingsteknologi spiller femtosekundlasere en viktig rolle i fremstillingen av mikron-mikro-nivå, på grunn av deres fordeler med høy presisjon, høy rundhet og overlegen kvalitet. De viser betydelige bruksfordeler, spesielt ved maskinering av komponenter som strømningskontrollventiler.

En ventil er en enhet som brukes til å kontrollere gasser eller væsker. Det kan begrense passasjen av gass eller væske, og kan også regulere eller kontrollere retningen, trykket og strømningshastigheten til væsken.

I medisinsk industri og halvlederindustri er kravene til strømningskontroll ekstremt strenge. Mikro-hullene i disse ventilene har vanligvis diametre på mikronskalaen. Følgelig kreves det eksepsjonelt høye standarder for maskineringskvalitet og konsistens for å oppnå presise og stabile strømningshastigheter.

Ytelse til femtosekundlaser i 100 μm mikro-bearbeiding

Tenk deg at når en gass eller væske passerer gjennom et mikro-hull, genereres det en lokal trykkforskjell. Nøyaktig kontroll over åpningsdiameteren gjør at væskestrømningshastigheten kan holdes innenfor et spesifikt område, eller muliggjør generering av en betydelig trykkforskjell.

Ta halvlederutstyr som et eksempel, kan dusjhoder betraktes som en type væskeventil. Mikro-hullene deres er kritiske for å kontrollere prosessstabiliteten fordi gass passerer jevnt gjennom de tusenvis av mikro-hullene i dusjhodet og deretter sprøytes jevnt eller avsettes på waferoverflaten. Med andre ord, kvaliteten på mikro-hullsmaskinering bestemmer direkte nøkkeltall for presisjonsutstyr, slik som væskestrømningshastighet, presisjonen og stabiliteten til trykkkontroll og prosess repeterbarhet.

Samtidig byr dette også på utfordringer for mikro-hullsmaskinering.

1. Mikro-hullåpning:

Det kreves blenderåpninger på mikron-, med 20–500 μm som relativt vanlig. Videre, ettersom produksjonspresisjonen og kravene fortsetter å øke, går industrien videre mot å møte kravene til blenderåpning på 5-10 μm og til og med 2-5 μm.

Ytelse til femtosekundlaser i 3μm mikro-bearbeiding

2. Dimensjonell presisjon:

Mikro-hull må oppfylle strenge krav til dimensjonsnøyaktighet, vanligvis på nivået 1–5 μm. I mer krevende bruksområder kreves presisjon innenfor ±0,5 μm for å sikre nøyaktigheten og konsistensen av strømningskontrollen.

Ytelse av femtosekundlaser i 10 μm mikro-hullarray-bearbeiding

3. Mikro-hulls indre veggruhet:

Det kreves at hullveggene er glatte, med en Ra-verdi innenfor 0,4 μm (jo lavere, jo bedre). Videre må hullveggene være fri for defekter som mikro-sprekker og omstøpte lag. Dette er fordi selv den minste defekt kan påvirke presisjonen av væskekontroll og stabiliteten i produksjonsprosessen.

Ytelse av femtosekundlaser i massemikro-hullfabrikasjon

4. Mikro-hullskonsistens:

I presisjonsvæskekontrollsystemer er det ikke tilstrekkelig å bare garantere kvaliteten til et enkelt mikro-hull; det er avgjørende å sikre konsistensen av alle mikro-hull i én enkelt komponent, eller på tvers av en hel batch med produkter. Dette stiller derfor ekstremt høye krav til stabiliteten til mikro-maskinprosessen og utstyret.

En femtosekundlaser består av to grunnleggende konsepter: femtosekundet og laseren.

Et femtosekund er et tidsbegrep, akkurat som minuttene og sekundene vi vanligvis bruker. For å sette det i perspektiv, tilsvarer 1 sekund 1000 billioner femtosekunder. Fra dette er det tydelig at et femtosekund er en ekstremt kort tidsenhet.

Laser, som står for Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, er kjent som den "raskeste kniven", den "mest nøyaktige linjalen" og det "sterkeste lyset".

Derfor, når den ekstremt korte tidsenheten til "femtosekundet" kombineres med de ekstremt høye energitetthetsegenskapene til "laseren", produserer den magiske egenskaper: ultra-raske pulshastigheter resulterer i kald prosessering, mens ekstremt høy toppeffekt muliggjør maskinering av ethvert materiale.

Ytelse av femtosekundlaser i bearbeiding av strømningsbegrensningsåpninger på polyimidfilm

Disse egenskapene gir betydelige fordeler for mikro-hullsmaskinering, spesielt som følger:

1. Kontrollerbar mikro-hulldiameter:

Femtosekundlasere er mesterne innen mikro-nanoproduksjon på mikronskala. De kan oppnå mikro-hullsmaskinering på 2 μm eller større, med både blenderdiameteren og konusen som er fullt kontrollerbare.

2. Høy blenderpresisjon:

Punktdiameteren til en femtosekundlaser er bare noen få mikron til omtrent ti mikron, og materialfjerningsområdet per puls er lite. Følgelig sikrer det at maskineringspresisjonen for mikro-hullåpningen kan nå innenfor ±1μm. Videre, hvis femtosekund-laserutstyret har tilstrekkelig stabilitet, kan det garantere at arrays med titusenvis av mikro-hull også opprettholder dette ekstremt høye presisjonsnivået.

3. Bred materialtilpasningsevne:

Ved å utnytte egenskapene til ultra-høy ​​toppeffekt kan femtosekundlaserbearbeiding behandle praktisk talt ethvert materiale. Dette inkluderer harde legeringer som rustfritt stål, titanlegeringer, nikkel-titaniumlegeringer og wolfram-molybdenlegeringer, samt ikke-metalliske materialer som keramikk, silisium, glass og PI (polyimid).

4. Minimal termisk påvirkning:

Pulsbredden til femtosekundlasere er ekstremt liten, på femtosekundskalaen, som er langt mindre enn pikosekundskalaen som kreves for materialvarmeoverføring. Derfor oppnår den presis, lokalisert materialfjerning før varmen kan spre seg inn i det omkringliggende materialet. Dette unngår å endre de fysiske eller kjemiske egenskapene til tilstøtende materialer, og realiserer "kald prosessering" med minimal termisk påvirkning, noe som resulterer i ingen omstøpt lag og ingen mikro-sprekker.

5. Høyt sideforhold:

Med økende etterspørsel krever noen ventilmikro-hull et sideforhold (dybde-til-diameterforhold) som er større enn 10:1, med noen applikasjoner som sikter mot 12:1 eller til og med 15:1. Selv om noen tradisjonelle maskineringsmetoder kan oppnå dette med større åpninger, er de fullstendig ute av stand til å gjøre det når de arbeider med åpninger i sub-millimeterområdet (hundrevis av mikron) kombinert med høye presisjonskrav. Femtosekundlasere sørger imidlertid for at både høy presisjon og høye sideforhold oppnås samtidig.

6. Maskinerbar for forskjellige geometrier:

Konvensjonelle ventilmikro-hullplater er vanligvis flate materialer, som kan behandles ved bruk av standard 3-akseutstyr. Noen ventiler er imidlertid laget av rørformede materialer eller er uregelmessig formede arbeidsstykker; i disse tilfellene sliter vanlig 3-akset utstyr med å oppfylle kravene til presisjonsmaskinering. Femtosekund-lasersystemer kan utstyres med en 5-akset konfigurasjon, som enkelt muliggjør mikrohullsmaskinering for produkter av ulike former og former.

Mikro-laserskjære- og boremaskin

Maskineringskravene for ventiler i felt som halvledere representerer toppen av høy-væskekontrollteknologi. Deres design- og produksjonsstandarder bestemmer direkte utbyttet og påliteligheten til halvlederproduksjonsprosesser. Følgelig har forståelsen av maskineringsfordelene og egenskapene til femtosekundlasere stor betydning for feltet mikro-hullsmaskinering for halvlederventiler.

Vi tror at etter hvert som flere fagfolk kommer til å forstå og bruke femtosekundlaserteknologi for ventilmikro-hullsmaskinering, vil det ytterligere drive utviklingen og innovasjonen av innenlandsk væskekontrollteknologi.