ทุกวันนี้เลเซอร์ที่เร็วมาก (femtosecond และ picosecond pulse width) เป็นส่วนสำคัญของกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรม ด้วยความสามารถในการแปรรูปวัสดุที่ไม่ใช้ความร้อนคุณภาพสูงควบคู่ไปกับความก้าวหน้าในเทคโนโลยีเลเซอร์การพัฒนากระบวนการการควบคุมลำแสงและการส่งผ่าน อย่างไรก็ตามเพื่อรักษาสมดุลระหว่างอินพุตและเอาต์พุตต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขต่อไปนี้พร้อมกัน: อันดับแรกจำเป็นต้องพิสูจน์ความเป็นไปได้ทางเทคนิคในกระบวนการแปรรูปทางอุตสาหกรรม เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างเลเซอร์ที่เร็วมากและสสารนั้นไม่เหมือนกันจึงจำเป็นต้องมีความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์ที่ดีของกระบวนการนี้ ประการที่สองผลผลิตของการผลิตภาคอุตสาหกรรมจะต้องทำให้มั่นใจได้ว่าผู้ใช้ปลายทางสามารถนำมาพร้อมกับการลงทุนที่ตรงกับรายได้ซึ่งถูกผูกไว้เพื่อส่งเสริมความคืบหน้าในการควบคุมคานและการส่งผ่านเพื่อให้ใช้ประโยชน์เต็มที่
สาขาอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคให้หลักฐานที่ชัดเจนที่สุด โทรศัพท์มือถือไมโครโปรเซสเซอร์จอแสดงผลและชิปหน่วยความจำเป็นส่วนประกอบที่ซับซ้อนอย่างยิ่งซึ่งประกอบด้วยวัสดุต่าง ๆ จำนวนมากขนาดที่เล็กมากและความหนาของวัสดุหลายชั้นที่มีขนาดเล็กมาก ดังนั้นเราจึงต้องการกำลังการผลิตขั้นสูงความแม่นยำสูงและกำลังการผลิตมวลที่เป็นไปได้ทางเศรษฐกิจ นี่คือตัวอย่างของ&# 39 ซึ่งเป็นเหตุผลที่เราจำเป็นต้องพัฒนาการประมวลผลเทคโนโลยีเลเซอร์และเทคโนโลยีการส่งผ่านลำแสงใหม่พร้อมกันเพื่อตอบสนองความท้าทายในปัจจุบันและอนาคต
การสร้างจอแสดงผลแบบแบนสำหรับโทรศัพท์มือถือแท็บเล็ตหรือโทรทัศน์เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่ซับซ้อนที่สุดในปัจจุบันโดยมีปัญหาที่คล้ายกันหรือยิ่งใหญ่กว่าโปรแกรม Apollo ของ 1960 ขั้นตอนการผลิตที่แตกต่างกันนั้นเกี่ยวข้องกับวัสดุที่แตกต่างกันจำนวนมากซึ่งมีความละเอียดระดับไมครอนด้านข้างและความหนาหลายสิบนาโนเมตร เนื่องจากความยากของกระบวนการทั้งหมดจึงไม่น่าแปลกใจที่ประสิทธิภาพการผลิตภาคอุตสาหกรรม (สัดส่วนของผลิตภัณฑ์ที่สามารถผ่านการทดสอบคุณภาพอย่างเข้มงวด) ถือเป็นความลับและความท้าทาย ข้อ จำกัด ที่สำคัญคือการมีจุดด้อยบนแผงควบคุมซึ่งจะเป็นอุปสรรคต่อการจำหน่ายหน้าจอ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเทคโนโลยีการซ่อมแซมที่แตกต่างกันได้รับการพัฒนาโดยทั่วไปจะเกี่ยวข้องกับเลเซอร์นาโนวินาทีแบบหลายความยาวคลื่น ตัวอย่างเช่นพิกเซลสว่างได้รับการซ่อมแซมโดยเลเซอร์คาร์บอไนซ์หรือตัดขั้วไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์ฟิล์มบางที่ควบคุมพิกเซล (รูป 1)
รูปที่ 1: การตัดอิเล็กโทรดทรานซิสเตอร์ฟิล์มบาง, ความกว้างในการตัด 1 9 μm
เทคโนโลยีในปัจจุบันถึงขีด จำกัด แล้ว เนื่องจากความคืบหน้าในความละเอียดของหน้าจอความละเอียดสูงขนาดของพิกเซลจะเล็กลงและเล็กลงและเอฟเฟกต์ความร้อนของการประมวลผลเลเซอร์นาโนวินาทีที่เกี่ยวข้องกับการ จำกัด คุณภาพของการซ่อมแซม นอกจากนี้เทคโนโลยีการแสดงผลใหม่รวมถึงไดโอดเปล่งแสงอินทรีย์ (OLEDs) และไดโอดเปล่งแสงเมทริกซ์ที่ใช้งาน (AMOLED) มีการใช้กันอย่างแพร่หลายวัสดุอินทรีย์และโพลิเมอร์ซึ่งมีความไวสูงต่อความร้อนและเข้ากันไม่ได้กับการรักษาความร้อน เนื่องจากระยะเวลาการเต้นของชีพจรสั้นมากเลเซอร์ที่เร็วมากจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการอบด้วยความร้อนแบบไม่ใช้ความร้อนและจะไม่สร้างความร้อน พวกเขาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการประมวลผลการซ่อมแซมหน้าจอขั้นสูงซึ่งส่งเสริมการพัฒนาเลเซอร์ความเร็วสูงหลายช่วงคลื่นขนาดกะทัดรัดความเร็วสูงแบบใหม่
กระบวนการอุตสาหกรรมบางประเภทเริ่มใช้การประมวลผลด้วยเลเซอร์ที่รวดเร็วพิเศษที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งรวมถึงการระเหยแบบเลือกซึ่งมักจะมีความแม่นยำถึง 30 นาโนเมตร / พัลส์และการตัดอิเล็กโทรดทรานซิสเตอร์ฟิล์มบางที่มีความแม่นยำสูงที่มีความกว้างการตัดน้อยกว่า 2 μ M กระบวนการเหล่านี้จำเป็นต้องพัฒนา เทคโนโลยีการสร้างลำแสงที่ยืดหยุ่นเพื่อให้ได้ลำแสงที่ราบเรียบและให้แน่ใจว่ามีการส่งที่สม่ำเสมอ
ในอีกตัวอย่างหนึ่งวงจรเซมิคอนดักเตอร์มีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อย ๆ และพวกเขาต้องการฟังก์ชั่นเพิ่มเติมเพื่อรวมเข้ากับขนาดที่เล็กลง ดังนั้นเวเฟอร์ปัจจุบันจึงประกอบด้วยวัสดุหลายชนิดหลายชั้นเช่นวัสดุคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำที่เหมาะสมสำหรับการทำงานที่รวดเร็ว กระบวนการสำคัญในอุตสาหกรรมการผลิตเซมิคอนดักเตอร์คือการตัดและแยกเวเฟอร์นั่นคือการตัดแผ่นเวเฟอร์เป็นชิปแยก (รูป 2) เดิมใช้เลื่อยเพชร แต่เทคโนโลยีในปัจจุบันถึงขีด จำกัด เนื่องจากความเปราะบางความหนาและจำนวนชั้นของวัสดุที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำความน่าจะเป็นของผลกระทบเชิงลบเช่นรอยแตกและการแยกตัวจึงเพิ่มขึ้น
รูปที่ 2: เซมิคอนดักเตอร์การตัดและเซาะเซมิคอนดักเตอร์
แม้ว่าการใช้การประมวลผลด้วยเลเซอร์ UV nanosecond จะได้รับการส่งเสริม แต่ผลกระทบทางความร้อนของการประมวลผลด้วยเลเซอร์นาโนวินาทียังคง จำกัด คุณภาพของผลการประมวล ในทางตรงกันข้ามเลเซอร์ที่เร็วมากแสดงความสามารถในการประมวลผลซิลิคอนและวัสดุหลายชั้นคุณภาพสูง จนกระทั่งเมื่อเร็ว ๆ นี้การ จำกัด พลังงานโดยเฉลี่ยของเลเซอร์แบบเร็วพิเศษยังคงเป็นปัญหาสำคัญซึ่ง จำกัด ประสิทธิภาพการผลิตโดยรวมอย่างจริงจัง วันนี้พลังของเลเซอร์ femtosecond อุตสาหกรรมที่มีความน่าเชื่อถือสูงอยู่ระหว่าง 50-100w ซึ่งทำให้กำลังการผลิตตรงกับความต้องการของอุตสาหกรรม
เลเซอร์แบบเร็วพิเศษเป็นส่วนสำคัญของกระบวนการผลิตไมโครขั้นสูงซึ่งมีบทบาทสำคัญในการควบคุมและตรวจวัดคุณภาพ เทคโนโลยีรูดอล์ฟเพิ่งเปิดตัวเครื่องมือใหม่สำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์เพื่อวัดความหนาของฟิล์มทึบแสง ระบบนี้ใช้การวัดแบบอคูสติกโดยใช้พัลส์ ultrashort ที่สร้างด้วยเลเซอร์สั้นมาก เวลาการสะท้อนของพัลส์อัลตราโซนิกบนพื้นผิวของแต่ละชั้นนั้นวัดด้วยเทคโนโลยีการตรวจจับปั๊มที่มีความแม่นยำสูง
รูปลักษณ์ของระบบเลเซอร์กำลังสูงและความน่าเชื่อถือสูงได้ปรับปรุงการประมวลผลเลเซอร์และการควบคุมคุณภาพอย่างมาก โดยเฉพาะเลเซอร์ที่เร็วมากซึ่งมีกำลังเฉลี่ย 50 ถึง 200 W สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและผลผลิตได้ อย่างไรก็ตามการควบคุมลำแสงและการส่งแสงเลเซอร์กำลังสูงนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย เพื่อสร้างผลกำไรจำเป็นต้องมีความเร็วในการประมวลผล 100 M / s ในขณะที่ยังคงความแม่นยำในการระบุตำแหน่งของระดับไมครอน สแกนเนอร์กัลวาโนมิเตอร์รุ่นปัจจุบันถึงขีด จำกัด แล้วและมีวิธีการใหม่ ๆ ที่จำเป็น
บริษัท ESI ได้เปิดตัวระบบการประมวลผลแบบผสมผสานซึ่งรวมกัลวาโนมิเตอร์และเทคโนโลยีอะคูสติกติกติก เมื่อทำงานด้วยความเร็วในการประมวลผลที่สูงกว่าความเฉื่อยของเครื่องตรวจวัดกระแสไฟฟ้าสแกนหมายถึงความล่าช้าในการประมวลผลเช่นการเลี้ยวที่คมชัดดังนั้นโครงสร้างการประมวลผลจะไม่เหมือนกับรูปร่างที่ออกแบบมา อย่างไรก็ตามตัวปรับเสียง acoustooptic แสดงการตอบสนองที่ละเอียดอ่อนมาก แต่ในช่วงที่เล็กมาก การรวมกันของการเคลื่อนไหวกัลวาโนมิเตอร์และการโก่งตัวแบบ acoustooptic สามารถบรรลุการซิงโครไนซ์ที่แม่นยำและเอาชนะข้อ จำกัด นี้ได้ เทคโนโลยีนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในการผลิตกราฟิกของวงจรดิจิตอลที่เชื่อมต่อกันเพราะพวกมันมีการบูรณาการมากขึ้นเรื่อย ๆ ดังนั้นจึงต้องใช้ความหนาแน่นของสายไฟเพิ่มขึ้น
นักวิจัยจากญี่ปุ่น' sดิสโก้บริษัท ใช้เลเซอร์เดียวกันในการควบคุมทั้งไมโครมิเตอร์และกระบวนการดังนั้นจึงรวมเอาทั้งสองอย่างเข้าด้วยกัน
ในกรณีนี้เลเซอร์ที่เร็วมากจะใช้ในการเจาะรูตาบอดบนวัสดุพิมพ์สองชั้น ชั้นบนคือ 80 } วัสดุหนาทึบμ m และชั้นล่างคือ 20 ฟิล์มโลหะหนาμ m เพื่อที่จะควบคุมจำนวนพัลส์เลเซอร์ได้อย่างแม่นยำดังนั้นช่วงการระเหยถูก จำกัด ไว้ที่สารตั้งต้นที่โปร่งใสจำเป็นต้องใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมเพื่อตรวจสอบการปล่อยพลาสม่านั่นคือการใช้เทคโนโลยีสลายสลายด้วยแสงเลเซอร์ (LIBS) .
รูปที่ 3: รูปร่างหลักของเส้นใยคาโกเมะ
เนื่องจากพลาสมามีการปล่อยคลื่นความถี่ที่ไม่เหมือนใครตามชนิดของอะตอมที่ระเหยออกไปมันสามารถตรวจจับได้อย่างแม่นยำและทันเวลาเมื่อชั้นโปร่งใสถูกระเหยออกมาอย่างสมบูรณ์ อีกวิธีคือเครื่องสแกนรูปหลายเหลี่ยมสามารถรับความเร็วในการสแกนมากกว่า 100 m / s กระจกเดี่ยวชนิดนี้สามารถหมุนด้วยความเร็วสูงและสามารถแทนที่กระจกความเฉื่อยต่ำซึ่งสามารถสะท้อนลำแสงในทิศทาง X และ Y ได้อย่างสมบูรณ์เท่านั้น หากการหมุนของพัลส์เลเซอร์และกระจก polyhedral นั้นสามารถทำการซิงโครไนซ์ได้อย่างถูกต้องเพียงจุดเดียวบนแต่ละพื้นผิวอาจส่งผลต่อการประมวลผลของตัวอย่าง ในกรณีนี้กระบวนการ micromachining นั้นเหมือนกับกระบวนการดิจิทัลกล่าวคือเลเซอร์ต้องถูกควบคุมเพื่อเปิดและปิดเพื่อผลิตกราฟิกที่ต้องการ เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่สมบูรณ์แบบจำเป็นต้องมีการประสานที่แม่นยำระหว่างเลเซอร์และสแกนเนอร์และความแม่นยำในการผลิตของกระจกโพลีฮีดนั้นสูงมากและการประมวลผลจะต้องได้รับการออกแบบอย่างระมัดระวัง ด้วยความร่วมมือกับแอมพลิฟายซิสต์è MES และ บริษัท เน็กซ์แคนในเบลเยียมศาสตราจารย์บีท neuenschwander แห่งมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์ประยุกต์มหาวิทยาลัยเบิร์นในประเทศสวิสเซอร์แลนด์ได้ตระหนักถึงการสร้างแบบจำลองไมโครพื้นผิวความเร็วสูงด้วยความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่ง
นวัตกรรมเพิ่มเติมในการแพร่กระจายของลำแสงยังคงอยู่ในงาน ระบบการส่งผ่านใยแก้วนำแสงทำให้อุตสาหกรรมการประมวลผลเลเซอร์โฉมใหม่และเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษระดับอุตสาหกรรมยังไม่สามารถได้รับประโยชน์จากสิ่งนี้จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ เนื่องจากข้อ จำกัด ของลำแสงของแกนเส้นใยขนาดเล็กและความเข้มสูงสุดสูงสุดของพัลส์ที่เร็วมากจึงจะสร้างเอฟเฟกต์แบบไม่เชิงเส้นที่รุนแรงซึ่งในที่สุดจะนำไปสู่การเสื่อมสภาพของเส้นใย เพื่อที่จะกำจัดข้อ จำกัด นี้เส้นใยโครงสร้างกลวงขนาดเล็กได้รับการพัฒนา แต่เส้นผ่านศูนย์กลางแกนจะถูก จำกัด เพียงไม่กี่ไมครอนซึ่งเล็กเกินไปสำหรับการใช้งานจริง การพัฒนาพื้นที่โครงสร้างขนาดใหญ่แบบกลวงคาโกเมะไมโครโครงสร้างไฟเบอร์ปูทางสำหรับการส่งผ่านเส้นใยของพลังงานสูงและลำแสงเลเซอร์ femtosecond พลังงานสูง แกนเส้นใยกลวงพิเศษนี้ที่มีรูปร่างของล้อหมุนภายในวงกลม จำกัด โหมดเลเซอร์ป้องกันไม่ให้มีปฏิสัมพันธ์กับเส้นใยไมโครไฟเบอร์และรวมความไม่เชิงเส้นต่ำพื้นที่สนามโหมดขนาดใหญ่และการควบคุมการกระจายอำนาจที่ยืดหยุ่น ด้วยการร่วมมือกับ Glo photonics ในฝรั่งเศสแอมพลิจูด Syst è MES สามารถส่งพัลส์ระดับมิลลิมิลลิจูลเป็นระยะทางหลายเมตรในขณะที่ให้ระยะเวลาการเต้นของชีพจรน้อยกว่า 500 fs ในการทดลองอีกครั้งด้วยเครื่องมือโฟโตนิกส์เลเซอร์พัลส์ที่มีกำลังเฉลี่ย 100 W สามารถส่งผ่านได้และการบีบอัดชีพจรน้อยกว่า 100 fs สามารถรับรู้ได้ ทีมอื่นและผู้ผลิตเลเซอร์ก็ใช้ไฟเบอร์ kagome อย่างรวดเร็วเพื่อพัฒนาระบบส่งกำลังที่ยืดหยุ่น (ดังแสดงในรูป 4) เราคาดว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงเชิงลึกมากขึ้นในเทคโนโลยีการประมวลผลเลเซอร์ด้วยความเร็วสูงพิเศษในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า
ด้วยการพัฒนาต่อไปของหลักการของการทำงานร่วมกันระหว่างเลเซอร์ชีพจรสั้นและสสารและการพัฒนาเทคโนโลยีในการควบคุมคานและระบบส่งกำลัง, เลเซอร์ที่เร็วมากได้เข้ามาในชีวิตประจำวันของเรา ผ่านกระบวนการแปรรูปทางอุตสาหกรรมที่ทันสมัยที่สุดมันเปลี่ยนวิธีที่เรามองสิ่งสื่อสารและทำงาน มันจะเป็นกุญแจสำคัญในการประสบความสำเร็จในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคที่ซับซ้อนมากขึ้นในอนาคต