Mikroobróbka

Dynamiczny rozwój technologii laserowych umożliwił przesunięcie granic możliwości w zakresie obróbki materiału ze skali makro do mikro. Zrewolucjonizowało to proces wytwarzania elementów półprzewodnikowych, układów elektronicznych, ogniw fotowoltaicznych, a także urządzeń medycznych. Wysoka precyzja, dokładność i powtarzalność mikroobróbki laserowej sprawia, że można ją wykorzystać w procesach przetwarzania niemal każdego materiału.

Wymagania w zakresie obróbki w skali mikro są inne niż w przypadku obróbki makro, gdyż kluczowa jest tutaj precyzja, z jaką obrabiany jest element, jak również pełna kontrola nad przebiegiem procesu. W praktyce sprowadza się to do zastosowania plamki lasera o jak najmniejszej średnicy (rzędu kilku mikrometrów), a sterowanie odbywa się przez dokładną regulację parametrów pracy lasera: energii, czasu trwania i częstotliwości powtarzania impulsów.



Ablacja


Ablacja to proces obróbki materiałów w mikroskali stosowany przede wszystkim w branży elektronicznej, technice półprzewodnikowej oraz w produkcji narzędzi i form odlewniczych. Laser generuje tu krótkie impulsy o bardzo dużej mocy, które dostarczają skupioną energię na powierzchnię materiału. W wyniku tego zjawiska następuje sublimacja warstwy zewnętrznej przy minimalnym roztopieniu materiału, co praktycznie eliminuje uszkodzenia obrabianego komponentu. Efektem ablacji są zagłębienia o głębokości kilku mikrometrów i średnicy kilkudziesięciu mikrometrów.


Mikrowiercenie


Technika wiercenia laserowego w skali mikro pozwala na wytwarzanie zaślepionych lub przelotowych otworów o pochylonych lub równoległych ścianach. Powstałe dziury mogą osiągnąć średnicę rzędu kilku mikrometrów i głębokości pojedynczych milimetrów. Duża prędkość procesu oraz dokładność rzędu poniżej 1 mikrometra sprawiają, że możliwa jest precyzyjna obróbka takich materiałów jak metale, półprzewodniki, tworzywa sztuczne czy ceramika o grubości nawet do kilku milimetrów.

W trakcie mikrowiercenia laserowego zachodzą te same zjawiska jak w procesie ablacji laserowej, przy czym otwory są wykonywane w ten sam sposób jak w skali makro. Oznacza to, że obróbka ta sprowadza się do trzech podstawowych metod:


  • wiercenia impulsowego, w którym otwór jest wykonywany za pomocą serii impulsów;
  • wiercenia trepanacyjnego, gdzie najpierw wykonuje się otwór wstępny, a następnie poszerza się go ruchem spiralnym;
  • wiercenia spiralnego, w którym wiązka lasera zatacza ruch spiralny nad obrabianym materiałem, tworząc w ten sposób otwór o dowolnym kształcie.

Perforowanie


Szczególnym typem mikrowiercenia laserowego jest perforacja, czyli tworzenie matrycy równomiernie rozłożonych otworów przelotowych. Powstałe w ten sposób dziury charakteryzują się średnicą o wymiarach 50-400 mikronów przy zachowaniu dużej prędkości procesu - niejednokrotnie większej niż w przypadku konwencjonalnych technik wytwarzania. Perforacja laserowa jest używana przede wszystkim w obróbce papieru i plastiku oraz w branży tytoniowej.


Strukturyzacja


Z punktu widzenia technologicznego strukturyzacja jest to proces podobny do ablacji, czyli sublimacji zewnętrznej warstwy materiału pod wpływem generowanych przez laser krótkich impulsów o dużej energii. Główna różnica polega jednak na jej zastosowaniu, gdyż w procesie strukturyzacji następuje tworzenie równomiernie rozłożonych kształtów o wysokości kilku mikrometrów. Tak zmodyfikowana powierzchnia charakteryzuje się zmienionymi właściwościami fizyko-chemicznymi. Strukturyzacja jest używane przede wszystkim w technologii produkcji półprzewodników i fotowoltaice (na potrzeby litografii).



W skrócie

  • Rodzaje obróbki: ablacja, mikrowiercenie, perforowanie, strukturyzacja
  • Obrabiane materiały: metale, tworzywa sztuczne, ceramika, półprzewodniki, papier
  • Zalety: wysoka precyzja, dokładność, powtarzalność obróbki, brak uszkodzeń materiału
  • Branże: fotowoltaika, branża medyczna, przemysł tytoniowy, produkcja półprzewodników i układów elektronicznych
PolandEnglish