레이저 청소

레이저 클리닝 기술의 원리와 응용 이해

레이저 클리닝 기술의 원리와 응용 이해 | 레이저차이나

이 종합 가이드를 통해 혁신적인 레이저 클리닝 기술의 세계를 만나보세요. 업계를 변화시키고 있는 고정밀 세척 방법의 원리, 유형 및 다양한 응용 분야에 대해 알아보세요.

장점 소개 레이저 청소 Technology

레이저 세척 기술의 출현은 세척 방법 분야의 혁명적인 도약을 의미합니다. 이 혁신적인 기술은 레이저의 높은 에너지 밀도, 정밀도 및 효율적인 전도성을 활용하여 효율성, 정밀도 및 특정 위치를 청소하는 능력 측면에서 기존 청소 방법에 비해 확실한 이점을 제공합니다. 가장 중요한 이점 중 하나는 기판에 손상을 주지 않으면서 일반적으로 화학적 세척 방법과 관련된 환경 오염을 방지한다는 것입니다.

레이저 클리닝의 원리

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레이저 청소에는 레이저 빔에 노출시켜 고체(때로는 액체) 표면에서 재료를 제거하는 작업이 포함됩니다. 낮은 레이저 플루언스에서는 흡수된 레이저 에너지가 재료를 가열하고 증발시키거나 승화시킵니다. 높은 유속에서 물질은 종종 플라즈마로 변합니다. 일반적으로 레이저 클리닝은 재료 제거를 위한 펄스 레이저 응용을 의미하지만, 강도가 충분하면 연속파 레이저 빔도 재료를 제거할 수 있습니다. 심자외선에서 작동하는 엑시머 레이저는 파장이 약 200nm인 광절제에 주로 사용됩니다. 레이저 에너지 흡수 깊이와 단일 레이저 펄스로 제거되는 재료의 양은 재료의 광학적 특성은 물론 레이저의 파장과 펄스 지속 시간에 따라 달라집니다. 일반적으로 절제율이라고 하는 각 펄스에 의해 절제된 총 질량은 빔 스캐닝 속도 및 스캔 라인 중첩과 같은 레이저 특성에 의해 크게 영향을 받습니다.

레이저 클리닝 기술의 종류

  • 건식 레이저 클리닝: 이 방법에는 공작물에 직접 펄스 레이저를 조사하여 기판이나 표면 오염 물질이 에너지를 흡수하고 온도를 상승시켜 열팽창이나 기판 진동을 일으켜 분리되는 방법이 포함됩니다. 이는 두 가지 방식으로 발생할 수 있습니다. 레이저 흡수 시 표면 오염 물질이 확장되거나 레이저 유도 열로 인해 기판이 진동합니다.
  • 습식 레이저 클리닝: 펄스 레이저 조사에 앞서 공작물 표면에 액체 필름을 도포합니다. 레이저의 영향으로 액체 필름의 급격한 온도 상승으로 인해 액체 필름이 기화되고 충격파가 생성되어 오염 입자에 영향을 미치고 기판에서 제거됩니다. 이 방식은 기판과 액상막이 반응하지 않아 적용 가능한 소재의 범위가 제한된다.
  • 레이저 유도 플라즈마 충격파 세척: 레이저 빔이 조사 중에 공기를 이온화할 때 구형 플라즈마 충격파가 생성됩니다. 충격파는 청소할 작업물의 표면에 충격을 가해 기판에 영향을 주지 않고 오염 물질을 제거하는 에너지를 방출합니다. 이 기술은 직경이 수십 나노미터에 이르는 미립자 오염물질을 제거할 수 있으며 레이저 파장의 제한을 받지 않습니다.

플라즈마 세정의 물리적 원리는 다음과 같이 요약될 수 있습니다.

  1.  레이저에서 방출된 레이저 빔은 처리할 표면의 오염층에 흡수됩니다.
  2.  높은 에너지 흡수는 빠르게 팽창하는 플라즈마(고도로 이온화된 불안정한 가스)를 생성하여 충격파를 생성합니다.
  3.  충격파는 오염 물질을 조각낸 후 배출됩니다.
  4.  빛의 펄스 폭은 처리된 표면을 손상시킬 수 있는 열 축적을 방지할 수 있을 만큼 짧아야 합니다.
    e) 실험에 따르면 금속 표면에 산화물이 있을 때 플라즈마가 금속 경계면에서 형성됩니다.

플라즈마는 에너지 밀도가 임계값을 초과할 때만 생성되며, 이는 제거되는 오염물질이나 산화물 층에 따라 달라집니다. 이러한 임계값 효과는 기판 재료의 안전성을 보장하면서 효과적인 세척을 위해 필수적입니다. 플라즈마 형성에는 두 번째 임계값이 존재합니다. 이를 초과하면 기판이 손상될 수 있습니다. 기판에 손상을 주지 않고 효과적인 세척을 보장하려면 펄스 에너지 밀도가 두 임계값 사이에 있도록 레이저 매개변수를 조정해야 합니다.

처음에는 이 세 가지 유형의 레이저 세정 기술이 반도체 웨이퍼의 미세한 입자를 세정하기 위해 개발되었으며, 반도체 기술의 발전과 함께 등장했습니다. 그러나 이후 레이저 클리닝은 타이어 몰드 청소, 항공기 스킨 페인트 제거, 문화유적 표면 복원 등 다른 분야에도 적용됐다.

레이저 클리닝 기술의 응용

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반도체 분야

반도체 웨이퍼 및 광학 기판 세척에는 절단, 연삭 및 기타 방법을 통해 원자재를 성형하는 유사한 프로세스가 포함됩니다. 이러한 과정에서 미립자 오염물질이 유입되는데, 이는 제거하기 어렵고 심각한 재오염 위험을 초래합니다. 반도체 웨이퍼 표면의 오염물질은 회로 기판 인쇄 품질에 영향을 미치고 반도체 칩의 수명을 단축시킬 수 있습니다. 광학 기판의 오염물질은 광학 장치 및 코팅의 품질에 영향을 미쳐 잠재적으로 에너지 분포가 고르지 않고 수명이 단축될 수 있습니다.

건식 레이저 세정은 기판을 쉽게 손상시킬 수 있기 때문에 반도체 웨이퍼 및 광학 기판 세정에 사용이 제한됩니다. 습식 레이저 세척 및 레이저 유도 플라즈마 충격파 세척이 이 분야에 더욱 성공적으로 적용되었습니다.

금속재료 분야

금속 재료 표면 청소에는 반도체 웨이퍼 및 광학 기판에서 발견되는 미세한 오염 물질과 달리 거시적 범위의 오염 물질이 포함됩니다. 금속 표면의 오염 물질에는 일반적으로 유기물(페인트, 코팅) 또는 무기물(녹)일 수 있는 산화물 층(녹), 페인트 층, 코팅 및 기타 접착물이 포함됩니다.

금속 표면 오염물질을 청소하는 것은 주로 후속 처리 또는 사용을 준비하는 역할을 합니다. 예를 들어, 티타늄 합금 부품을 용접하기 전에 약 10μm 두께의 산화물 층을 제거해야 하거나, 항공기를 정밀 검사할 때 다시 칠하기 위해 표면에서 원래 페인트 층을 제거해야 합니다. 고무 타이어 금형을 정기적으로 청소하여 부착된 고무 입자를 제거하는 것도 표면 청결을 유지하는 데 필수적이며, 이는 생산된 타이어의 품질과 금형의 수명을 보장합니다. 금속 재료의 손상 임계값은 표면 오염 물질의 레이저 클리닝 임계값보다 높기 때문에 적절한 출력의 레이저 클리닝 기계를 선택하면 좋은 결과를 얻을 수 있으며 이는 다양한 분야에서 성공적으로 적용되었습니다.

레이저 클리닝 기술은 항공우주, 군사장비, 전자제품 등 고급 분야에서 광범위한 연구 및 응용 전망을 갖춘 첨단 기술입니다. 효율성, 친환경성, 효과적인 세척 효과로 인해 그 응용 분야가 확대되고 있습니다. 기술이 잘 확립되어 있을 뿐만 아니라 페인트 제거 녹 제거 및 금속 와이어의 산화물 층을 청소하기 위한 방법도 최근 몇 년간 보고되었습니다. 현재 응용 분야의 확장과 새로운 분야의 탐구는 레이저 클리닝 기술 개발의 기반을 마련합니다. 다양한 응용 분야를 포괄하는 기계와 특정 목적에 맞게 설계된 기계를 포함하여 새로운 레이저 청소 장비의 개발 및 다양화가 진행 중입니다. 완전 자동화된 레이저 청소를 달성하기 위해 향후 산업용 로봇과의 통합도 유망한 방향입니다.

레이저 클리닝 기술 개발 동향

  • 레이저 클리닝의 적용을 안내하기 위한 이론적 연구를 강화합니다. 광범위한 문헌을 검토한 결과 레이저 클리닝 기술을 뒷받침하는 성숙한 이론적 시스템이 없으며 대부분의 연구는 실험적인 것으로 나타났습니다. 레이저 클리닝 기술이 더욱 성숙해지기 위해서는 이론적인 시스템을 확립하는 것이 기본입니다.
  • 기존 분야의 응용 범위를 확장하고 새로운 분야를 탐색합니다. 레이저 청소 기술은 페인트 제거 및 녹 제거와 같은 응용 분야에서 발전했으며 최근 보고서에서는 금속 와이어의 산화물 층을 청소하는 데 레이저 청소 기술의 사용이 강조되었습니다. 기존 영역과 새로운 분야 모두에서 응용 분야의 성장은 기술 개발을 위한 비옥한 기반입니다.
  • 새로운 레이저 클리닝 기계의 개발. 미래의 장비는 페인트 제거와 녹 제거가 모두 가능한 단일 기계와 같은 여러 응용 분야를 포괄하는 기계와 작은 공간에서 오염 물질을 청소하기 위해 맞춤형 지그 또는 광섬유가 필요한 특정 작업을 위해 설계된 기계로 다양화될 것입니다. 완전 자동화된 레이저 청소를 달성하기 위해 산업용 로봇과 협력하는 것은 또 다른 뜨거운 적용 방향입니다.

결론

레이저 클리닝 기계로 대표되는 레이저 클리닝 기술은 현대 혁신의 빛나는 예로서 기존의 클리닝 방법과는 비교할 수 없는 다양한 이점을 제공합니다. 새로운 레이저 클리닝 장비의 지속적인 개발과 새로운 분야로의 적용 범위 확장으로 클리닝 공정의 미래는 밝아 보입니다. 처럼 라세르차이나 엔지니어들이 이 분야를 계속 개척해 나가면서 레이저 클리닝이 고정밀 산업의 필수 요소가 되어 청결성, 효율성 및 환경적 책임에 대한 새로운 표준을 세우는 것을 기대할 수 있습니다.

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