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레이저 절제 방법

레이저 절제는 많은 응용 분야에서 유사한 이점을 제공하지만  이 기술은 다양한 방법을 통해 작동합니다. 이는 레이저 유형, 재료 자체 및 작업 요구 사항에 따라 다릅니다. 그러나 광범위하게 말하면 모든 절제 과정은 광열 또는 광절제 상호작용을 통해 작동됩니다. 단일 프로세스 내에서 두 가지의 조합이 발생하는 것은 드문 일이 아닙니다.

광열 공정에서는 강렬하고 공간적으로 제한된 가열로 물질이 제거됩니다. 본질적으로 물질은 물질이 끓거나 승화될 때까지(액체 단계를 거치지 않고 고체에서 가스 또는 플라즈마로 직접 변환될 때까지) 빠르게 가열됩니다.  

광열 처리는 일반적으로 작업물에 상당한 양의 열을 가합니다. 따라서 일반적으로 열에 민감한 부품(열 전도성이 높은 재료 사용)이나 작은 작업물(열이 부품의 다른 영역에 쉽게 도달할 수 있는 부분)에는 사용되지 않습니다. 광열 처리는 일반적으로 상대적으로 빠른 재료 제거 속도를 제공하므로 처리량이 많은 생산 응용 분야와 넓은 영역을 다루는 응용 분야에 유용합니다.

두 번째 방법인 광절제(photoablation)는 물질을 가열하는 대신 물질을 결합하는 분자 또는 원자 결합을 직접 파괴하는 것입니다. 이는 이를 "콜드" 프로세스로 만듭니다. 일반적으로 이러한 결합 파괴를 달성하는 방법에는 두 가지가 있습니다. 

• 첫 번째는 화학 결합 에너지보다 더 큰 에너지를 갖는 광자 물질의 선형 흡수에 의존합니다. 이는 거의 항상 자외선(UV) 레이저에 의존합니다. 왜냐하면 UV 광자만이 대부분의 고체에서 결합을 끊는 데 충분한 에너지를 공급하기 때문입니다. 이는 파장이 감소함에 따라 광자 에너지가 증가하고, 자외선은 가시광선이나 적외선보다 파장이 짧기 때문입니다.
• 광절제를 일으키는 두 번째 방법은 비선형 흡수를 유도할 만큼 충분히 높은 피크 펄스 출력을 갖는 레이저를 사용하는 것입니다. 이러한 종류의 "다광자" 공정에서 재료는 해당 레이저 파장에서 일반적으로 투명하더라도 레이저 에너지를 흡수합니다. 비선형 흡수를 구동하는 데 필요한 피크 전력은 일반적으로 USP(초단 펄스) 레이저를 통해서만 얻을 수 있습니다. 

광절제(Photoablation)는 가장 정밀한 응용 분야와 가장 작은 HAZ(종종 10미크론)가 필요한 응용 분야에 사용됩니다. 그러나 재료 제거율은 일반적으로 광열 절제율보다 훨씬 낮습니다. 그리고 USP 광원은 일반적으로 광열 공정에 사용되는 레이저보다 크기가 크고 비용이 더 많이 듭니다. 

다양한 응용 분야를 위한 다양한 레이저

거의 모든 레이저 절단 및 드릴링 공정은 절제로 간주될 수 있습니다. 그러나 이 논의를 전체 절단이 아닌 선택적 재료 제거 또는 표면 구조화와 관련된 응용 분야로만 제한하는 것이 유용합니다. 광범위한 절제 응용 분야를 분류하는 한 가지 방법은 재료별로 분류하는 것입니다. 

금속:금속 절제는 다양한 산업 응용 분야에서 활용됩니다. 이들 중 일부는 금속 부품 표면에서 이물질을 제거하는 것과 관련됩니다. 예를 들어 녹, 부식, 페인트 또는 기타 코팅을 제거합니다. 여기에는 페인팅, 코팅, 접착 또는 기타 공정 전에 부품 표면에서 오일, 접착제 또는 기타 원치 않는 오염 물질을 청소하는 것도 포함될 수 있습니다.  

이상적으로는 이러한 유형의 절제를 위한 레이저 소스는 이물질에 흡수되지만 밑에 있는 금속에는 흡수되지 않습니다. 이렇게 하면 부품이 손상될 위험 없이 표면을 비교적 쉽게 청소할 수 있습니다. 관련된 정확한 재료에 따라 이는 일반적으로 섬유, CO를 사용하는 것을 의미합니다.₂또는 나노초 펄스폭 다이오드 펌프 고체(DPSS) 레이저.

산업용 마킹 또는 심지어 장식 목적으로 수행할 수 있는 레이저 에칭 및 금속 조각의 경우 부품 자체에서 재료를 제거하는 것이 목적입니다. 이는 일반적으로 섬유 레이저 또는 나노초 DPSS 레이저를 사용하여 수행되며 일반적으로 녹색 또는 UV로 출력됩니다. 후자는 특히 더 얇고 섬세하거나 열에 민감한 부품에 사용됩니다. 가장 열에 민감한 금속 절제 응용 분야의 경우 USP 레이저가 사용되는 경우가 있습니다. 

반도체:반도체 재료 레이저 제거의 주요 응용 분야는 마이크로 전자 회로 제조 과정에서 웨이퍼에 표시를 에칭하거나 조각하는 것입니다. 이는 대부분 녹색 또는 UV 출력을 갖는 나노초 DPSS 레이저를 사용하여 수행됩니다. 왜냐하면 대부분의 반도체는 이러한 소스의 적외선 기본 파장에서 적어도 어느 정도 투명하기 때문입니다.

USP는 주로 연구 환경에서 다양한 반도체의 정밀 미세 구조화에 사용되기도 합니다. 또한 생산 통합 회로의 결함 분석(캡슐화 해제) 과정에서 정밀한 재료 제거에도 사용할 수 있습니다. 

유리:유리는 매우 광범위한 응용 분야에서 활용되며, 유리 제거를 위한 레이저의 사용도 마찬가지로 다양합니다. 유리잔, 와인 잔, 머그잔, 병 등의 패턴을 개인화하거나 생성하는 등의 장식 에칭 응용 분야는 거의 보편적으로 CO를 사용하여 수행됩니다.₂레이저. 반도체, 디스플레이 및 제약 산업에 사용되는 제품 및 용기 마킹을 포함한 고정밀 유리 에칭 작업은 일반적으로 CO₂또는 UV DPSS 레이저. 

또 다른 중요한 레이저 유리 절제 응용 분야는 "미세 유체" 장치의 생산입니다. 이는 유체 흐름을 정밀하게 제어할 수 있는 작은 채널(밀리미터 미만 단면)을 포함하는 유리 기판입니다. 미세유체공학은 PCR 증폭 및 DNA 분석을 포함한 기술을 위한 소위 "랩 온 어 칩" 장치의 기초를 형성합니다. UV DPSS 및 USP 레이저를 사용하면 이러한 채널을 높은 정밀도로 제거할 수 있습니다. 

가장 일반적으로 레이저는 유리 기판 표면의 채널을 제거하는 데 사용됩니다. 그런 다음 이를 다른 유리 조각에 접착하여 내부 채널을 만듭니다. 그러나 USP 레이저를 사용하면 고체 유리 기판에 내부 채널을 직접 생성하는 것도 가능합니다. 이는 USP 레이저의 독특한 기능입니다. 

폴리머:폴리머는 또한 다양한 산업 분야에서 레이저로 제거됩니다. 예를 들어, 고정밀 레이저 절제는 의료용 임플란트 표면의 질감을 처리하고 의료 기기에서 폴리머 코팅을 선택적으로 제거하는 데 사용됩니다. 마이크로 전자공학 패키징에서 레이저 절제는 폴리머 수지로 캡슐화된 SiP(시스템 인 패키지) 장치 주변의 "트렌칭"에 사용됩니다. 이는 싱귤레이션(개별 장치로 분리) 이전에 수행됩니다. 이러한 응용 분야에 사용되는 다양한 폴리머와 공정 속도 및 기타 요인에 대한 다양한 요구 사항은 거의 모든 유형의 레이저가 정밀 폴리머 제거에 사용된다는 것을 의미합니다.

또 다른 중요한 폴리머 제거 공정은버스바 절연체 제거. 여기서 플라스틱 절연체는 CO를 사용하여 구리 도체에서 빠르게 제거됩니다.₂레이저. 

폴리머 에칭 및 조각, 특히 아크릴은 실내 및 실외 간판 생산에도 널리 사용됩니다. 다시 말하지만, 이는 거의 전적으로 CO로 수행됩니다.₂레이저 기반 시스템. 또한 목재, 가죽, 석재 등 유기 재료를 에칭하고 조각할 수도 있습니다. 

조직:상당수의 수술 및 치료 의료 절차는 레이저 절제에 의존합니다. 여기에는 엑시머 레이저를 사용하여 각막을 절제하고 모양을 바꾸는 LASIK과 PRK가 포함됩니다. 매년 전 세계적으로 이 두 가지 절차 중 백만 건 이상이 수행됩니다. 

레이저는 기타 다양한 수술 및 치과 응용 분야에서 연조직과 경조직을 모두 절제하는 데 사용됩니다. 여기에는 종양 제거, 양성 전립선 비대증(BPH) 치료, 쇄석술(신장 결석 제거), 악안면 수술 및 다양한 형태의 신경외과 수술이 포함됩니다. 

Er:YAG, Nd;YAG, Ho;YAG 및 TFL(툴륨 섬유 레이저)을 포함한 다양한 DPSS 레이저 유형이 대부분의 수술 응용 분야에 사용됩니다. 이러한 레이저는 모두 고출력 중적외선 출력(수분 흡수 피크 근처)을 생성하며 해당 빛은 섬유로 전달될 수도 있습니다. 이를 통해 최소 침습 수술 기구를 사용하여 효율적이고 매우 선택적인 조직 제거가 가능합니다. 

CO₂섬유를 쉽게 전달하지 못하는 레이저는 구강외과 및 이비인후과 분야에 널리 사용됩니다. CO의 가장 큰 장점₂레이저는 조직을 제거하고 응고시키는 능력입니다. 이는 시술 중 혈액 손실을 줄이고 환자의 빠른 회복을 촉진합니다.

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