Mae lled-ddargludyddion yn rhan annatod o weithrediad mewnol dyfeisiau meddygol, gan gyfrannu at y dargludedd rhwng an-ddargludyddion a dargludyddion i reoli'r cerrynt. Yn ei dro, mae'r broses ymgynnull i wneud y lled-ddargludydd perffaith yn fanwl iawn, yn enwedig nawr bod dyfeisiau'n dod yn llai ac yn llai. Gan fod lled-ddargludyddion yn cael eu miniatureiddio'n gyflym i ffitio i'r dyfeisiau llai hyn, mae rôl laserau mewn gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion wedi addasu.
Defnyddir technoleg laser yn aml mewn gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion ar gyfer ei drawstiau tenau, manwl gywir, amlbwrpas a phwerus am amrywiaeth o resymau, gan gynnwys torri, weldio, tynnu cotio a marcio.
Torri/ysgrifennu
Wrth gynhyrchu lled-ddargludyddion, mae yna wahanol gamau deisio, gan gynnwys torri wafferi allan o flociau crisial a thempledi allan o ffilmiau tenau. Mae deisio gyda laser yn sicrhau bod sglodion yn cael eu torri'n lân fel eu bod yn ffitio'n iawn i'r ddyfais derfynol. Mae defnyddio laserau yn caniatáu torri lled-ddargludyddion i lawer o siapiau a phatrymau nad ydynt yn bosibl gan ddefnyddio dulliau deisio eraill. Yn ôl Ysgol Beirianneg a Gwyddoniaeth Gymhwysol Sylfaen Fu Prifysgol Columbia, mae torri wafferi gan ddefnyddio'r dull hwn yn lleihau traul offer a cholli deunyddiau ac yn arwain at gynnyrch uwch.
Mae deunydd astudio Columbia ar brosesu laser lled-ddargludyddion yn nodi bod "manteision torri laser yn cynnwys llai o wisgo offer, llai o golled deunydd o amgylch y toriad, cynnyrch uwch oherwydd llai o dorri, a newid cyflymach oherwydd rhwyddineb gosod."
Opsiwn arall ar gyfer torri yw sgribio - drilio cyfres o dyllau dall sy'n agos at ei gilydd neu'n gorgyffwrdd hanner ffordd drwy'r deunydd. Mae hwn yn ddull a ddefnyddir yn helaeth mewn cymwysiadau gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion, megis torri swbstradau alwminiwm ocsid yn gludwyr sglodion neu wahanu wafferi silicon yn sglodion. Mae'n werth nodi bod y math o laser sydd ei angen ar gyfer ysgrifennu yn dibynnu ar y deunydd a ddefnyddir.
Dywed y brifysgol, "Mae sgribio alwminiwm ocsid yn defnyddio laserau CO2, tra bod sgribio silicon yn defnyddio laserau Nd:YAG oherwydd bod gan ddeunyddiau gwahanol gyfraddau amsugno gwahanol ar donfeddi gwahanol."
Mae'r cymhelliant ar gyfer defnyddio sgribio yn erbyn torri yn dibynnu ar ba mor gyflym y mae'r weithred yn digwydd yn y siop saernïo. "Ar gyfer alwminiwm ocsid, sydd tua 0.025 modfedd o drwch, gellir sgipio'r deunydd ar gyfradd o tua 10 modfedd yr eiliad gan ddefnyddio laser CO2 pŵer canolig, ond ar gyfer laser tebyg, gall y gyfradd dorri fod yn ffracsiynau o fodfedd yr eiliad," ysgrifennodd staff y brifysgol. "Mae ysgrifennu hefyd yn cynnig y fantais o allu ysgrifennu'r swbstrad cyn i'r prosesu gael ei gwblhau ac yna ei wahanu'n sglodion yn hawdd ar ôl ei brosesu."
Wysgaw
Sodro laser neu weldio deuod laser yw'r broses o doddi rhannau cyfagos o gydran lled-ddargludyddion gyda'i gilydd, yn debyg iawn i sicrhau wafer i blât cymorth. Ar gyfer byrddau cymorth sy'n barod i'w bondio (fel fframiau plwm), mae'r laser yn gosod marc adnabod ar y ffrâm ac yna'n garwhau'r wyneb i sicrhau bod y ddwy ran wedi'u bondio'n ddiogel gyda'i gilydd. Ar ôl eu bondio gyda'i gilydd, mae'r peiriant marcio laser yn cael gwared ar y burrs a grëwyd gan y broses garwhau.
Tynnu Cotio
Mae sicrhau bod lled-ddargludyddion yn lân ac yn rhydd o ddiffygion yn rhan o broses weithgynhyrchu a elwir yn tynnu cotio. Gan ddefnyddio laser (Nd:YAG fel arfer), gellir tynnu haenau diangen fel gyda resin neu gopr, ac fel gyda haenau aur neu ffilm denau. Ar gyfer dadburiad, mae'r laser yn defnyddio ei belydr mân, manwl gywir i gael gwared ar ddeunydd gormodol heb achosi difrod i'r cynnyrch.Cael gwared ar haenauyn caniatáu dadansoddi diffygion yn gliriach, gan ddileu'r angen am ddadosod i'w harchwilio, a allai arwain at ddifrod i'r cynnyrch.
Marcio
Marcio laser lled-ddargludyddionyn bwysig ar gyfer olrhain a darllenadwyedd cynnyrch, sy'n golygu bod yn rhaid i'r laser fod yn glir ac yn ddarllenadwy mewn printiau bach iawn. Mae olrhain cynnyrch yn golygu y gellir olrhain y cynnyrch trwy'r camau cynhyrchu lluosog yn ogystal â'r dosbarthiad terfynol. Mae hyn yn ei gwneud hi'n haws dod o hyd i gategorïau penodol o ddiffygion a'u hynysu.
Rhaid i sglodion wedi'u marcio hefyd fod yn ddarllenadwy, gan fod marcio yn ffordd ddefnyddiol o benderfynu pa gynnyrch sy'n addas ar gyfer cais. Yn ôl Wafer World, "Mae'r laser nid yn unig yn torri i mewn i wyneb y wafer ond hefyd yn aildrefnu'r gronynnau wyneb i greu marciau hynod fas ond hawdd eu darllen."
Defnyddir dau fath o farcwyr ar led-ddargludyddion: marcwyr ysgythriad a marcwyr anelio. Mae marcwyr ysgythriad yn haenau tenau o ddeunydd sy'n cael eu tynnu gan ddefnyddio laser, gan adael marc gweadog tua 12 i 25 micron o ddyfnder. Cyfeirir at y rhain yn aml fel "marciau caled" oherwydd bod newid gweladwy yn yr haen wyneb.
Ar y llaw arall, mae marciau anelio yn defnyddio set laser i lefel pŵer is i aildrefnu'r moleciwlau yn hytrach na'u hysgythru. Mae hyn yn creu cyferbyniad ar wyneb y sglodion sy'n weladwy pan adlewyrchir golau.
Math o laser
Ar hyn o bryd, mae cwmnïau'n defnyddio laserau cyflwr solet yn bennaf ar gyfer gwneud sglodion oherwydd eu bod yn adnabyddus am eu pŵer uchel ac yn defnyddio mwyn fel y cyfrwng laser. Mae cyfryngau mwynau fel arfer yn cynnwys crisialau yttrium, alwminiwm, garnet, neu yttrium vanadate. Er enghraifft, mae laserau Nd:YAG yn defnyddio crisialau garnet alwminiwm yttrium â dop neodymium fel y cyfrwng. Cynhyrchir y pelydr laser gan ddefnyddio osgiliadur sy'n ysgogi'r cyfrwng â golau o ddeuod laser.
Un math o laser cyflwr solet a ddefnyddir ar gyfer marcio sglodion, engrafiad, a deisio yw'r laser ffibr, meddai Keyence, gan ychwanegu bod y laserau cyflym yn defnyddio "ffibrau optegol fel cyseinyddion ac yn creu strwythurau gorgyffwrdd trwy gladin ffibr doped Yb-ion," gan nodi bod ei laserau ffibr yn cael eu hadnabod fel y gyfres MD-F o laserau ffibr echel 3-. "Mae rhai o'r defnyddiau o laserau ffibr yn cynnwys tynnu burrs o brosesau cyn-gynhyrchu, marcio codau olrhain, a chael gwared ar resin ar gyfer dadansoddi diffygion."
Defnyddir laserau excimer hefyd mewn gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion. Mae'r rhain yn ddwfnuwchfioledlaserau (UV) gyda thonfeddi yn amrywio o 126 nm i 351 nm a ddefnyddir yn bennaf ar gyfer microbeiriannu polymer. Mae'r trawstiau laser UV byrrach o'u cymharu â chyflwr solet yn eu gwneud yn addas ar gyfer unrhyw fath o ddeunydd, gan gynnwys deunyddiau bregus a bregus iawn, ac yn caniatáu iddynt weithio mewn man manwl iawn gyda llai o bwynt gweithredu. Pan gaiff ei ddefnyddio ar gyfer marcio, mae'r laser UV yn newid strwythur y deunydd cynnyrch ar y lefel foleciwlaidd heb gynhyrchu gwres yn yr ardal gyfagos.
Arloesedd Laser
Ar hyn o bryd, laserau cyflwr solet a excimer yw'r prif opsiynau wrth ddefnyddio gweithgynhyrchu laser ar gyfer cynhyrchu lled-ddargludyddion. Fodd bynnag, efallai y bydd opsiwn newydd a allai gystadlu â'r clasuron ar gael yn fuan. Mewn astudiaeth ddiweddar a gyhoeddwyd yn y cyfnodolyn Nature, ysgrifennodd tîm o ymchwilwyr o Brifysgol Kyoto dan arweiniad Susumu Noda eu bod wedi cymryd camau i oresgyn cyfyngiadau disgleirdeb laser lled-ddargludyddion trwy newid strwythur laserau allyrru wyneb grisial ffotonig (PCSELs). Yn ôl Sefydliad y Peirianwyr Trydanol ac Electroneg, mae disgleirdeb yn fantais sy'n cynnwys faint o ganolbwyntio neu wahaniaeth trawst o olau. -Gweithrediadau ar raddfa oherwydd heriau gyda maint a disgleirdeb y laserau.
Yn aml, mae'r broblem gyda PCSELs yn deillio o'r awydd i ehangu eu hardal allyrru, sy'n golygu bod lle i'r golau pendilio i gyfeiriad allyriadau ac i'r cyfeiriad traws. "Mae'r osgiliadau traws hyn yn cael eu hadnabod fel moddau lefel uwch a gallant ddinistrio ansawdd y trawst," mae'r IEEE yn ysgrifennu. "Yn ogystal, os yw'r laser yn cael ei weithredu'n barhaus, gall y gwres y tu mewn i'r laser newid mynegai plygiannol y ddyfais, gan arwain at ddirywiad pellach yn ansawdd y trawst."
Yn yr astudiaeth Natur, defnyddiodd yr ymchwilwyr grisialau ffotonig wedi'u hymgorffori yn y laser a "addasu'r adlewyrchydd mewnol i ganiatáu osgiliadau modd sengl dros ardal ehangach ac i wneud iawn am ddifrod thermol." Roedd y newidiadau hyn yn caniatáu i'r laser gynnal ansawdd trawst uchel trwy gydol gweithrediad parhaus.
Datblygodd yr ymchwilwyr PCSEL 3-mm-diamedr yn eu hastudiaeth, sef 10-naid blygu o'r ddyfais PCSEL 1-mm-diamedr flaenorol.
“Ar gyfer laser crisial ffotonig sy’n allyrru arwyneb gyda diamedr soniarus mawr o 3 mm, pwerau allbwn [ton barhaus] o fwy na 50 W, osgiliadau un modd pur, a dargyfeiriad trawst hynod gul o 0.05 gradd , sy'n cyfateb i fwy na 10,000 tonfeddi yn y deunydd, wedi'u cyflawni," ysgrifennodd yr ymchwilwyr yn yr astudiaeth. Mae'r disgleirdeb ...... yn cyrraedd 1 GW cm-2 sr-1, yn debyg i laserau mawr presennol."
Mae'n werth nodi bod gan "lasers cyfaint mawr," yr ymchwilwyr yn golygu y cyflwr solet a laserau excimer a ddefnyddir ar hyn o bryd mewn gweithgynhyrchu laser lled-ddargludyddion.
Fel rhan o'r broses o sefydlu canolfan ragoriaeth 1,000-metr sgwâr ar gyfer laserau allyrru arwyneb ar gyfer crisialau ffotonig ym Mhrifysgol Kyoto, mae Noda a'i dîm hefyd wedi symud o weithgynhyrchu crisialau ffotonig gan ddefnyddio lithograffeg pelydr electron i eu gwneuthur â lithograffeg nanoimprint.
"Mae lithograffeg e-beam yn fanwl gywir, ond fel arfer yn rhy araf ar gyfer gweithgynhyrchu ar raddfa fawr," meddai'r IEEE. "Yn y bôn, mae lithograffeg nanoimprint yn boglynnu patrymau ar led-ddargludyddion ac mae'n ddefnyddiol ar gyfer creu patrymau rheolaidd iawn yn gyflym."
Yn ôl yr astudiaeth, y cam nesaf yw parhau i ehangu diamedr y laser o 3 i 10 milimetr - maint y dywedir ei fod yn cynhyrchu 1 cilowat o bŵer allbwn.
