Лазерный мир

Сафронов Д.В., Попов П.Д. // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2018

Разработан метод локального лазерного испарения пленки чувствительного элемента твердотельного микрогироскопа на поверхностных акустических волнах. Осуществлен выбор конструкции чувствительного элемента микрогироскопа с использованием схемы с двойным преобразованием. Показано, что при лазерном испарении исключается минимум три технологические операции по сравнению с методом фотолитографии. Представлены результаты исследований формирования топологий с использованием лазерной обработки. Определены параметры процесса лазерной обработки для конфигурирования топологии чувствительного элемента путем испарения тонкопленочного покрытия толщиной 400 нм, который включает в себя 350 нм алюминия и 50 нм адгезионного слоя ванадия, которые нанесены на подложку из пьезокварца. Получена амплитудно-частотная характеристика изготовленного образца. Выявлено, что экспериментальный образец обладает высокой величиной потерь, обусловленных погрешностями технологии его изготовления. Выработаны рекомендации по минимизации источников погрешностей технологии изготовления чувствительного элемента микрогироскопа на поверхностных акустических волнах при использовании метода лазерного конфигурирования.

Лазерная микро маркировка Микромаркировка лазером размером менее 50 мкм — это высокая четкость и читаемость меток, знаков, изображений и цифро буквенной информации даже на маленьких предметах

Традиционные методы формирования сложной топологии основаны на применении фотолитографии. Этот метод создания топологий достаточно трудоемок и не обладает универсальностью, так как предполагает большое количество операций и требует изготовления специальных фотошаблонов под каждый конкретный рисунок. В качестве альтернативного метода создания топологии в настоящей работе предлагается исследовать метод локального лазерного испарения. Его суть заключается в том, что при помощи лазерного излучения, которое позиционируется на плоскости, можно создавать рисунки любой сложности на заранее металлизированных пластинах из пьезоматериала. Такой подход обладает универсальностью и не требует проектирования и изготовления фотошаблонов при изменении геометрии топологии.

Целью настоящей работы является исследование и разработка технологии изготовления чувствительного элемента МГ на ПАВ методом локального лазерного испарения.

Перспективным направлением при изготовлении ЧЭ МГ на ПАВ является использование современных гибких технологических процессов, которые позволят вносить изменения в текущий процесс производства без существенных временных и финансовых затрат. Этими достоинствами обладает метод лазерного нанесения топологии [15]. Рассмотрим подробнее принцип лазерного конфигурирования топологий.

Исследование и разработка метода лазерного конфигурирования топологии ЧЭ МГ

Для проведения экспериментальных исследований по созданию сложных топологий на поверхности ЧЭ МГ на ПАВ использовались пластинки из пьезокварца 8Т-среза с габаритными размерами 55^19×1 мм с нанесенным тонкопленочным покрытием алюминия толщиной 350 нм и подслоем ванадия толщиной 50 нм для улучшения адгезии металлизированного слоя к подложке.

Создание поверхностной топологии осуществлялось путем локального лазерного испарения с использованием в качестве оборудования системы прецизионной лазерной маркировки (СПЛМ) «Мини-Маркер 2», основные характеристики которой представлены в таблице [14]:

• Средняя выходная мощность лазера 20 Вт
• Длина волны лазерного излучения 1064 мкм
• Частота работы лазера 20 кГц (20000 имп./с )
• Минимальная толщина линии 20 мкм
• Скорость перемещения луча Регулируемая
• Програмно-аппаратное разрешение 2,5 мкм (в зависимости от объектива)

Следующий этап исследований был связан с расчетом режимов лазерной обработки для создания наиболее качественной топологии рисунка. Для этого необходимо было рассчитать режимы лазерного излучения, позволяющие полностью испарить слой металла, не повредив кварцевую подложку. Как показано в работе [4], количество отводимого тепла тем меньше, чем меньше длительность импульса лазерного излучения. 

Из рис. 3 видно, что металлизация удалена лазером полностью. Также видно, что кромка электродов получена без дефектов. 

Заключение

Разработанный метод лазерного конфигурирования топологии показал свою работоспособность и эффективность при создании чувствительного элемента микрогироскопа на поверхностных акустических волнах. Полученные результаты позволяют сделать вывод о перспективности его дальнейшего развития. Благодаря предложенному методу можно в значительной степени упростить производство сложных топологий чувствительных элементов навигационных сенсоров. Вместе с этим необходимо более детальное изучение технологических погрешностей различной природы для минимизации искажений наносимых рисунков.

Полное содержание статьи на https://cyberleninka.ru/article/n/lokalnoe-lazernoe-isparenie-plenok-slozhnyh-topologiy-chuvstvitelnogo-elementa-mikrogiroskopa-na-poverhnostnyh-akusticheskih-volnah/viewer

Видео по теме: