โมลิบดีนัม (Mo) เป็นวัสดุโลหะที่มีลักษณะเฉพาะ แม้ว่าโดยทั่วไปจะปรากฏเป็นโลหะเงิน-สีขาวที่ไม่ธรรมดา แต่คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่มีความเสถียรทำให้สามารถนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสถานการณ์ที่มีอุณหภูมิสูงและ-ความเครียดสูง เป็นวัตถุดิบที่ขาดไม่ได้สำหรับอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การบินและอวกาศ พลังงานนิวเคลียร์ เซมิคอนดักเตอร์ และการแพทย์เฉพาะทาง ด้วยเหตุนี้ การตัดเฉือนโมลิบดีนัมจึงเป็นเรื่องยากมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อดำเนินการเจาะรูขนาดเล็ก-ที่มีความแม่นยำสูงบนโมลิบดีนัม กระบวนการแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่ประสบปัญหาในการตอบสนองข้อกำหนด
ในฐานะกระบวนการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำระดับไมครอน-ระดับไมครอน- เทคโนโลยีเลเซอร์ femtosecond มีข้อดีต่างๆ เช่น การประมวลผลด้วยความเย็น (การระเหยด้วยความเย็น) การทำงานที่ปราศจากความเครียด- ความเป็นอิสระของวัสดุ และความแม่นยำสูง ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการผลิตนาโน-ระดับไมโครในสาขาต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง วัสดุ-คุณลักษณะอิสระของเลเซอร์เฟมโตวินาทีสามารถแก้ปัญหาความท้าทายที่กระบวนการแบบเดิมๆ เผชิญได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อตัดเฉือนรูขนาดเล็ก-ที่แม่นยำในโมลิบดีนัม
เฟมโตวินาทีเลเซอร์คืออะไร?
เลเซอร์เฟมโตวินาทีหมายถึงเลเซอร์ที่มีความกว้างพัลส์ที่ระดับเฟมโตวินาที เฟมโตวินาทีเป็นหน่วยของเวลา โดยที่ 1 เฟมโตวินาที=10⁻¹⁵ วินาที หากเราเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง การกระจัดใน 1 เฟมโตวินาทีจะเท่ากับ 0.3 μm ซึ่งแสดงให้เห็นว่า 1 เฟมโตวินาทีนั้นมีระยะเวลาที่สั้นมาก
กล่าวอีกนัยหนึ่ง ระยะเวลาพัลส์เดี่ยว-สั้นของเลเซอร์เฟมโตวินาทีทำให้เกิดพลังงานสูงสุดที่สูงมาก ดังนั้นจึงสามารถกำจัดวัสดุเป้าหมายได้ทันที ส่งผลให้เกิดการตัดเฉือน เช่น -โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) น้อยที่สุด ไม่มีชั้นการหล่อซ้ำ และไม่มี-รอยแตกขนาดเล็ก
ทำไมโมลิบดีนัมถึงต้องการ Femtosecond Lasers?
โมลิบดีนัมมีคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่เสถียร ทำให้นำไปใช้อย่างกว้างขวางในสถานการณ์ที่มีอุณหภูมิสูงและ-ความเครียดสูง อย่างไรก็ตาม การตัดเฉือนโมลิบดีนัมจึงเป็นเรื่องยากมาก โดยเฉพาะ:
1. มีความแข็งแรงสูงและความแข็งสูง:
โมลิบดีนัมเป็นโลหะทรานซิชันที่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมที่แข็งแกร่งมาก ทำให้สามารถรักษาความแข็งแรงและความแข็งสูงได้ทั้งที่อุณหภูมิห้องและอุณหภูมิสูง ดังนั้น ในสาขาที่มีอุณหภูมิสูงมาก-และแรงดันสูง- เช่น การบินและอวกาศและเซมิคอนดักเตอร์ โมลิบดีนัมจึงมักถูกเลือกเป็นวัตถุดิบสำหรับหัวฉีด เมื่อตัดเฉือนด้วยเครื่องจักรแบบดั้งเดิมกับโมลิบดีนัม เครื่องมือตัดหรือดอกสว่านมีแนวโน้มที่จะสึกหรออย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ กระบวนการนี้ทำให้เกิดความเครียดจากการสัมผัสหรืออุณหภูมิสูงเฉพาะจุด ทำให้เกิดการบิ่นที่ขอบของรูขนาดเล็ก- และทำให้เกิดการแตกร้าวขนาดเล็ก-
2. จุดหลอมเหลวสูง:
จุดหลอมเหลวของโมลิบดีนัมสูงถึง 2623 องศา และทนทานต่อการระเหยที่อุณหภูมิสูง- ดังนั้นการประมวลผลจึงต้องใช้ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงมาก เลเซอร์ทั่วไปในการประมวลผลโมลิบดีนัมมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดเขตรับผลกระทบความร้อน (HAZ) ขนาดใหญ่ - ซึ่งส่งผลให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น หลุมอุกกาบาตหรือขอบฟันเลื่อยตามแนวขอบของการตัด
กล่าวโดยสรุป ลักษณะของโมลิบดีนัมที่มีความแข็งและทนไฟทำให้การตัดเฉือนวัสดุที่มีความแม่นยำ โดยเฉพาะการตัดเฉือนรู-ไมโคร-ที่มีความแม่นยำสูงนั้นเป็นเรื่องยากเป็นพิเศษ กระบวนการเจาะแบบดั้งเดิมและเลเซอร์ธรรมดาส่วนใหญ่ไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้
อุปกรณ์การประมวลผลเลเซอร์ไมโครและนาโนพรีซิชั่น
เทคโนโลยีเลเซอร์ Femtosecond ไม่ใช่แค่การอัพเกรดเลเซอร์ธรรมดาเท่านั้น แต่แสดงถึงความก้าวหน้าในหลักการประมวลผลที่มีรากฐานมาจากการสำรวจและพัฒนาอย่างต่อเนื่องในระดับไมครอน เหมาะอย่างยิ่ง-สำหรับข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับรู-ระดับไมโคร-ระดับไมครอน การตัด และการกัด ด้วยเหตุนี้ แม้ว่าจะต้องเผชิญกับวัสดุที่ยาก-ถึง-เครื่องจักร เช่น โมลิบดีนัม เลเซอร์เฟมโตวินาทีก็สามารถจัดการงานได้อย่างง่ายดายและแม่นยำ
เนื่องจากเลเซอร์ femtosecond ทำงานที่ระดับสุดขั้วในแง่ของความหนาแน่นของพลังงาน เวลาโต้ตอบ สเกลเชิงพื้นที่ และระดับการดูดซับพลังงานที่ควบคุมได้โดยวัสดุ ด้วยเหตุนี้ ผลกระทบทางกายภาพและกลไกการโต้ตอบที่ใช้ในระหว่างกระบวนการผลิตจึงแตกต่างโดยพื้นฐานจากกระบวนการโต้ตอบกับวัสดุด้วยเลเซอร์-แบบดั้งเดิม ดังนั้น จึงทำให้สามารถตัดเฉือนรูไมโครโมลิบดีนัมไมโคร-ได้อย่างแม่นยำสูงสุด โดยเฉพาะ:
1. ขนาดรู:
การประมวลผลด้วยเลเซอร์ Femtosecond ของวัสดุโมลิบดีนัมบาง ๆ โดยทั่วไปจะถูกจำกัดไว้ที่ความหนาภายใน 2 มม. ในปัจจุบัน ภายในช่วงความหนาที่เหมาะสม เลเซอร์เฟมโตวินาทีสามารถตัดเฉือนรูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่ำสุด 3μm สำหรับรูเรียว และ 20μm สำหรับรูแนวตั้ง ซึ่งมีขนาดเล็กกว่ากระบวนการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำแบบดั้งเดิมอย่างมาก จึงขยายขอบเขตการใช้งานของรูโมลิบดีนัมไมโคร-
2. แนวดิ่งของแก้มยาง:
เลเซอร์เฟมโตวินาทีสามารถตัดเฉือนทั้งรูเรียวและรูแนวตั้ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับข้อกำหนดเฉพาะ ความยืดหยุ่นของเทเปอร์ที่ควบคุมได้ที่นำเสนอโดยเลเซอร์เฟมโตวินาที ทำให้เกิดข้อได้เปรียบที่ชัดเจน ช่วยให้สามารถควบคุมการผ่านของตัวกลาง เช่น ไอออน ก๊าซ และของเหลวได้ดีขึ้น
3. ความแม่นยำของมิติ:
เลเซอร์เฟมโตวินาทีสามารถบรรลุเส้นผ่านศูนย์กลางของรูหรือความแม่นยำในการตัดภายใน ±1μm ซึ่งเป็นมาตรฐานที่เลเซอร์แบบดั้งเดิมหรือกระบวนการตัดเฉือนแบบทั่วไปไม่สามารถทำได้ เป็นวิธีการประมวลผลที่ค่อนข้างใกล้เคียงกับเทคนิคความแม่นยำระดับนาโนเมตร- เช่น FIB (Focused Ion Beam) และการพิมพ์หินด้วยแสง ซึ่งทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมระหว่างไมโครมิเตอร์และสเกลนาโนเมตร
4. คุณภาพการประมวลผล:
การประมวลผลด้วยเลเซอร์เฟมโตวินาทีเป็นวิธีการ "ทำลายด้วยความเย็น" (การประมวลผลด้วยความเย็น) ที่สามารถทำการเจาะรู-ระดับไมโคร-ระดับไมครอนได้ โดยไม่มีเศษเสี้ยน- ไม่มีรอยแตก- และมีผนังด้านข้างที่เรียบ ความหยาบของผนังด้านในของรูขนาดเล็ก-เหล่านี้สามารถรับประกันได้ภายใน Ra 0.4μm หรือแม้แต่ต่ำถึง 0.2μm คุณลักษณะนี้ช่วยให้รูโมลิบดีนัมไมโคร-ที่ประมวลผลโดยเลเซอร์เฟมโตวินาทีมีความเป็นเลิศในสนามแสง ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดในการประมวลผลสำหรับช่องรับแสงในอุปกรณ์สร้างภาพหรือเซมิคอนดักเตอร์ระดับสูง