Hiện tại, trong các lĩnh vực như chất bán dẫn, hàng không vũ trụ và thiết bị thử nghiệm{0}}cao cấp, việc kiểm soát chính xác chất khí hoặc chất lỏng thường xuyên được yêu cầu. Chất lượng của quá trình gia công lỗ-vi mô trong hệ thống kiểm soát dòng chảy là yếu tố quan trọng quyết định độ chính xác của dòng chảy cũng như độ tin cậy và tính ổn định của hệ thống.
Là một-công nghệ xử lý laser tiên tiến, laser femto giây đóng một vai trò quan trọng trong việc chế tạo các lỗ cấp micro-micron{2}} micron, nhờ ưu điểm về độ chính xác cao, độ tròn cao và chất lượng vượt trội. Chúng chứng tỏ những lợi thế ứng dụng đáng kể, đặc biệt là trong gia công các bộ phận như van điều khiển dòng chảy.
Van khí/lỏng là gì?
Van là một thiết bị dùng để kiểm soát chất khí hoặc chất lỏng. Nó có thể hạn chế sự đi qua của khí hoặc chất lỏng và cũng có thể điều chỉnh hoặc kiểm soát hướng, áp suất và tốc độ dòng chảy của chất lỏng.
Trong ngành y tế và bán dẫn, các yêu cầu về kiểm soát dòng chảy là vô cùng nghiêm ngặt. Các lỗ-vi mô trong các van này thường có đường kính ở mức micron. Do đó, cần có các tiêu chuẩn đặc biệt cao về chất lượng gia công và tính nhất quán để đạt được tốc độ dòng chảy chính xác và ổn định.
Hiệu suất của Laser Femto giây trong gia công lỗ 100μm Micro{1}}
Hãy tưởng tượng rằng khi một chất khí hoặc chất lỏng đi qua một lỗ-vi mô, sự chênh lệch áp suất cục bộ sẽ được tạo ra. Kiểm soát chính xác đường kính khẩu độ cho phép duy trì tốc độ dòng chất lỏng trong một phạm vi cụ thể hoặc cho phép tạo ra chênh lệch áp suất đáng kể.
Yêu cầu đối với việc gia công lỗ-vi mô do van chất lỏng tạo ra
Lấy thiết bị bán dẫn làm ví dụ, vòi hoa sen có thể được coi là một loại van chất lỏng. Các lỗ-vi mô của chúng rất quan trọng trong việc kiểm soát độ ổn định của quy trình vì khí đi qua đồng đều qua hàng nghìn lỗ-vi mô trên vòi hoa sen và sau đó được phun hoặc lắng đều lên bề mặt tấm bán dẫn. Nói cách khác, chất lượng của quá trình gia công lỗ-vi mô xác định trực tiếp các số liệu chính cho thiết bị chính xác, chẳng hạn như tốc độ dòng chất lỏng, độ chính xác và độ ổn định của kiểm soát áp suất cũng như độ lặp lại của quy trình.
Đồng thời, điều này cũng đặt ra những thách thức đối với việc gia công lỗ-vi mô.
1. Khẩu độ lỗ-vi mô:
Cần có khẩu độ ở mức micron-, trong đó 20-500μm là tương đối phổ biến. Hơn nữa, khi độ chính xác trong sản xuất và nhu cầu tiếp tục tăng, ngành này đang tiến tới đáp ứng các yêu cầu về khẩu độ 5-10μm và thậm chí 2-5μm.
Hiệu suất của Laser Femto giây trong gia công lỗ 3μm Micro{1}}
2. Độ chính xác về chiều:
Các lỗ-vi mô phải đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về độ chính xác về kích thước, thường ở mức 1–5 μm. Trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe hơn, cần có độ chính xác trong phạm vi ±0,5 μm để đảm bảo tính chính xác và nhất quán của việc kiểm soát dòng chảy.
Hiệu suất của Laser Femto giây trong Gia công mảng lỗ 10μm Micro{1}}
3. Độ nhám của tường bên trong lỗ-vi mô:
Thành lỗ yêu cầu phải nhẵn, có giá trị Ra trong khoảng 0,4 μm (càng thấp thì càng tốt). Hơn nữa, thành lỗ phải không có các khuyết tật như vết nứt nhỏ-và các lớp đúc lại. Điều này là do ngay cả khuyết tật nhỏ nhất cũng có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của việc kiểm soát chất lỏng và độ ổn định của quy trình sản xuất.
Hiệu suất của Laser Femto giây trong chế tạo lỗ-khối lượng lớn
4. Tính nhất quán của lỗ-vi mô:
Trong các hệ thống kiểm soát chất lỏng chính xác, việc chỉ đảm bảo chất lượng của một lỗ-vi mô duy nhất là chưa đủ; điều quan trọng là phải đảm bảo tính nhất quán của tất cả-các lỗ hổng vi mô trong một thành phần hoặc trên toàn bộ lô sản phẩm. Do đó, điều này đặt ra yêu cầu cực kỳ cao về độ ổn định của thiết bị và quy trình gia công lỗ-vi mô.
Ưu điểm của Gia công bằng Laser Femto giây cho các lỗ-vi mô của van
Laser femto giây bao gồm hai khái niệm cơ bản: femto giây và laser.
Một femto giây là một khái niệm về thời gian, giống như phút và giây chúng ta thường sử dụng. Nói một cách dễ hiểu, 1 giây bằng 1.000 nghìn tỷ femto giây. Từ đó, có thể thấy rõ rằng femto giây là một đơn vị thời gian cực kỳ ngắn.
Laser, viết tắt của Khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ kích thích, được gọi là “con dao nhanh nhất”, “thước đo chính xác nhất” và “ánh sáng sáng nhất”.
Do đó, khi đơn vị thời gian cực ngắn của "femto giây" được kết hợp với đặc tính mật độ năng lượng cực cao của "laser", nó tạo ra các đặc tính kỳ diệu: tốc độ xung cực nhanh dẫn đến xử lý nguội, trong khi công suất cực đại cực cao cho phép gia công mọi vật liệu.
Hiệu suất của Laser Femto giây trong gia công các lỗ hạn chế dòng chảy trên màng Polyimide
Những đặc điểm này mang lại lợi thế đáng kể cho việc gia công lỗ-vi mô, cụ thể như sau:
1. Đường kính lỗ vi mô-có thể điều khiển:
Laser femto giây là bậc thầy về sản xuất nano-vi mô ở quy mô micron. Họ có thể đạt được khả năng gia công lỗ vi-từ 2μm trở lên với cả đường kính khẩu độ và độ côn đều có thể được kiểm soát hoàn toàn.
2. Độ chính xác khẩu độ cao:
Đường kính điểm của laser femto giây chỉ từ vài micron đến khoảng 10 micron và diện tích loại bỏ vật liệu trên mỗi xung là nhỏ. Do đó, nó đảm bảo rằng độ chính xác gia công cho khẩu độ lỗ vi-có thể đạt tới trong phạm vi ±1μm. Hơn nữa, nếu thiết bị laser femto giây có đủ độ ổn định thì nó có thể đảm bảo rằng dãy hàng chục nghìn lỗ-vi mô cũng duy trì được mức độ chính xác cực cao này.
3. Khả năng thích ứng vật liệu rộng:
Tận dụng đặc tính của công suất cực đại cực cao, gia công bằng laser femto giây có thể xử lý hầu như mọi vật liệu. Điều này bao gồm các hợp kim cứng như thép không gỉ, hợp kim titan, hợp kim titan niken- và hợp kim vonfram-molypden cũng như các vật liệu phi kim loại như gốm sứ, silicon, thủy tinh và PI (polyimide).
4. Tác động nhiệt tối thiểu:
Độ rộng xung của laser femto giây là cực kỳ nhỏ, ở thang đo femto giây, nhỏ hơn nhiều so với thang đo pico giây cần thiết cho quá trình truyền nhiệt vật liệu. Do đó, nó đạt được khả năng loại bỏ vật liệu cục bộ, chính xác trước khi nhiệt có thể tiêu tán vào vật liệu xung quanh. Điều này tránh làm thay đổi tính chất vật lý hoặc hóa học của các vật liệu lân cận, thực hiện "xử lý nguội" với tác động nhiệt tối thiểu, dẫn đến không có lớp đúc lại và không có vết nứt-vi mô.
5. Tỷ lệ khung hình cao:
Với nhu cầu ngày càng tăng, một số lỗ nhỏ-của van yêu cầu tỷ lệ khung hình (tỷ lệ chiều sâu-trên-đường kính) lớn hơn 10:1, với một số ứng dụng hướng tới 12:1 hoặc thậm chí 15:1. Mặc dù một số phương pháp gia công truyền thống có thể đạt được điều này với khẩu độ lớn hơn nhưng chúng hoàn toàn không có khả năng làm được điều đó khi xử lý khẩu độ trong phạm vi dưới{9} milimet (hàng trăm micron) kết hợp với yêu cầu độ chính xác cao. Tuy nhiên, laser Femto giây đảm bảo đạt được đồng thời cả độ chính xác cao và tỷ lệ khung hình cao.
6. Có thể gia công cho các hình dạng khác nhau:
Các tấm lỗ vi-của van thông thường thường là vật liệu phẳng, có thể được xử lý bằng thiết bị 3-trục tiêu chuẩn. Tuy nhiên, một số van được làm bằng vật liệu hình ống hoặc là những phôi có hình dạng không đều; trong những trường hợp này, thiết bị 3 trục thông thường gặp khó khăn trong việc đáp ứng các yêu cầu gia công chính xác. Hệ thống laser Femto giây có thể được trang bị cấu hình 5 trục, dễ dàng cho phép gia công lỗ vi mô cho các sản phẩm có hình dạng và hình dạng khác nhau.
Máy khoan và cắt laze có độ chính xác-vi mô
Yêu cầu gia công đối với van trong các lĩnh vực như chất bán dẫn thể hiện đỉnh cao của công nghệ kiểm soát chất lỏng-cao cấp. Các tiêu chuẩn thiết kế và sản xuất của họ trực tiếp xác định năng suất và độ tin cậy của quy trình sản xuất chất bán dẫn. Do đó, việc hiểu rõ các ưu điểm và đặc điểm gia công của laser femto giây có ý nghĩa sâu sắc đối với lĩnh vực gia công lỗ vi mô cho van bán dẫn.
Chúng tôi tin rằng khi ngày càng có nhiều chuyên gia hiểu và sử dụng công nghệ laser femto giây để gia công lỗ vi mô van, điều này sẽ thúc đẩy hơn nữa sự phát triển và đổi mới của công nghệ kiểm soát chất lỏng trong nước.