Пикосекундтық деңгейдегі лазерлік таңбалау машиналары саласында дәлдік жабдықтың жұмысын бағалаудың негізгі көрсеткіші болып табылады. Лазерлік жүйе мен дәлдік компоненттерінің негізгі тасымалдаушысы ретінде негіз өңдеу дәлдігінің тұрақтылығына тікелей әсер етеді. Гранит пен шойын, екі негізгі негізгі материал ретінде, пикосекундтық деңгейдегі ультра ұсақ өңдеу кезінде дәлдіктің әлсіреу сипаттамаларында айтарлықтай айырмашылықтарға ие. Бұл мақалада жабдықты жаңартудың ғылыми негізін қамтамасыз ету үшін екеуінің жұмыс артықшылықтары мен кемшіліктері терең талданады.
Материалдық қасиеттер дәлдіктің негізін анықтайды
Гранит – жүздеген миллион жылдар бойы геологиялық процестер нәтижесінде пайда болған магмалық тау жынысы. Оның ішкі кристалдық құрылымы тығыз және біркелкі, сызықтық кеңею коэффициенті 0,5-8 × 10⁻⁶/℃ дейін төмен, бұл индий болаты сияқты дәл қорытпалармен салыстыруға болады. Бұл сипаттама қоршаған орта температурасы ауытқыған кезде оның өлшемдік өзгерісін елеусіз етеді, оптикалық жолдың ығысуын және термиялық кеңею мен жиырылудан туындайтын механикалық қателіктерді тиімді түрде болдырмайды. Сонымен қатар, граниттің тығыздығы 2,6-2,8 г/см³ дейін жетеді, бұл табиғи түрде керемет дірілді сіңіру қабілетіне ие. Ол лазерлік өңдеу кезінде пайда болатын жоғары жиілікті тербелістерді тез бәсеңдете алады, оптикалық жүйенің және қозғалатын бөлшектердің тұрақтылығын қамтамасыз етеді.
Шойын негіздерінің құю сапасы мен бағалық артықшылықтарының арқасында кеңінен қолданылады. Сұр шойынның әдеттегі қабыршақты графит құрылымы оған белгілі бір демпферлік өнімділік береді, ол діріл энергиясының шамамен 30%-дан 50%-ға дейінін сіңіре алады. Дегенмен, шойынның термиялық кеңею коэффициенті шамамен 10-12 × 10⁻⁶/℃ құрайды, бұл гранитке қарағанда 2-3 есе көп. Ұзақ мерзімді үздіксіз өңдеу нәтижесінде пайда болатын жылудың жиналуы кезінде өлшемдік деформация пайда болуы мүмкін. Сонымен қатар, шойынның ішінде құю кернеуі болады. Пайдалану процесінде кернеу босағандықтан, негіздің жазықтығы мен перпендикулярлығында қайтымсыз өзгерістерге әкелуі мүмкін.
Пикосекундтық деңгейдегі өңдеудегі дәлдікті әлсірету механизмі
Пикосекундтық лазерлік өңдеу, өте қысқа импульстік сипаттамаларымен, субмикрондық деңгейде немесе тіпті нанометрлік деңгейде де ұсақ өңдеуге қол жеткізе алады, бірақ сонымен бірге жабдықтың тұрақтылығына қатаң талаптар қояды. Тұрақты ішкі құрылымы бар гранит негізі жоғары жиілікті лазерлік әсер ету кезінде субмикрондық деңгейде діріл реакциясын басқара алады, лазерлік фокустың орналасу дәлдігін тиімді сақтайды. Өлшенген деректер гранит негізі бар лазерлік белгілеу машинасы 8 сағаттық үздіксіз пикосекундтық өңдеуден кейін де сызық енінің ауытқуын ±0,5 мкм шегінде сақтайтынын көрсетеді.
Шойын негізі пикосекундтық лазердің жоғары жиілікті тербелісіне ұшыраған кезде, ішкі түйіршік құрылымы үздіксіз соққыға байланысты микроскопиялық шаршауға ұшырайды, бұл негіздің қаттылығының төмендеуіне әкеледі. Белгілі бір жартылай өткізгіш өндірісі кәсіпорындарының мониторинг деректері алты ай жұмыс істегеннен кейін шойын негізі бар жабдықтың өңдеу дәлдігінің әлсіреу деңгейі 12%-ға жететінін көрсетеді, бұл негізінен сызық жиектерінің кедір-бұдырлығының артуы және позициялау қателіктерінің кеңеюі ретінде көрінеді. Сонымен қатар, шойын қоршаған орта ылғалдылығына салыстырмалы түрде сезімтал. Ұзақ мерзімді пайдалану тот басуға бейім, бұл дәлдіктің нашарлауын одан әрі жеделдетеді.
Тәжірибелік қолданбалардағы өнімділік айырмашылықтарын тексеру
3C электрондық дәлдік компоненттерін өңдеу саласында танымал кәсіпорын екі түрлі материалдық негіздердің жабдықтарының өнімділігін салыстырмалы сынақтан өткізді. Тәжірибеде бірдей конфигурациядағы екі пикосекундтық лазерлік таңбалау машинасы ені 0,1 мм болатын ұялы телефон экрандарының әйнегін кесу және белгілеу үшін гранит және шойын негіздерімен жабдықталды. 200 сағаттық үздіксіз өңдеуден кейін гранит негіздік жабдықтың өңдеу дәлдігін сақтау деңгейі 98,7% құрады, ал шойын негіздік жабдықтыкі тек 86,3% болды. Соңғысымен өңделген әйнектің шеттері айқын ара тістерінің ақауларын көрсетті.
Аэроғарыштық компоненттерді өндіруде белгілі бір ғылыми-зерттеу институтының ұзақ мерзімді бақылау деректері айырмашылықтарды интуитивті түрде көрсетеді: Гранит негізі бар лазерлік таңбалау машинасының бес жылдық қызмет ету мерзімі ішінде жинақталған дәлдіктің төмендеуі 3 мкм-ден аз; Дегенмен, үш жылдан кейін негіздің деформациясынан туындаған шойын негізі жабдықтарының өңдеу қателігі ±10 мкм технологиялық стандарттан асып кетті, сондықтан машинаның жалпы дәлдігін калибрлеу қажет.
Шешімдерді жаңарту бойынша ұсыныстар
Егер кәсіпорындар, әсіресе жартылай өткізгіш чиптер мен дәлдік оптикалық компоненттер сияқты салаларда, жоғары дәлдіктегі және ұзақ циклді тұрақты өңдеуді негізгі талаптар ретінде қабылдаса, керемет термиялық тұрақтылығы мен дірілге төзімділігі бар гранит негіздері жаңарту үшін тамаша таңдау болып табылады. Бастапқы сатып алу құны шойынға қарағанда 30%-дан 50%-ға дейін жоғары болса да, толық өмірлік цикл құны тұрғысынан алғанда, дәлдікті калибрлеу жиілігінің төмендеуі және техникалық қызмет көрсету үшін жабдықтың тоқтап қалуы жалпы пайданы айтарлықтай арттыра алады. Өңдеу дәлдігіне қойылатын талаптар салыстырмалы түрде төмен және бюджеті шектеулі қолдану сценарийлері үшін шойын негіздерін пайдалану ортасын ақылға қонымды басқару шартымен өтпелі шешім ретінде пайдалануға болады.
Пикосекундтық деңгейдегі өңдеуде гранит пен шойынның дәлдіктің әлсіреу сипаттамаларын жүйелі түрде салыстыру арқылы тиісті негізгі материалды таңдау лазерлік таңбалау машинасының өңдеу дәлдігі мен сенімділігін арттырудың маңызды қадамы екенін көруге болады. Кәсіпорындар өздерінің технологиялық талаптары мен шығындарды ескере отырып, жоғары деңгейлі өндіріс үшін берік жабдық негізін қамтамасыз ету үшін негізгі жаңарту жоспары бойынша ғылыми шешімдер қабылдауы керек.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 22 мамыр