Universidade Estadual de Campinas UNICAMP. Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação FEEC. Pós-Graduação. Tópicos em Engenharia de Computação I

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1 Universidade Estadual de Campinas UNICAMP Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação FEEC Pós-Graduação Tópicos em Engenharia de Computação I Métodos de Pesquisa em Engenharia de Computação (IA364-M) Prof. Dr. Ivan Ricarte Atividade 7 Quadro de métodos Aluna: Patrícia Domingues Campinas,Abril de 2014.

2 Pesquisa da declaração de propósito de cada artigo das referências e suas variáveis (PFLEGING, W. et al.,2000) Declaração de Propósito: O presente trabalho mostra diferentes formas de micromaquinação a laser em conjunto com a tecnologia de filmes finos. O objetivo principal do processo de ablação com laser é remover completamente o filme fino de nitreto de silício. A fluência para o processo de ablação é uma função da espessura do filme Profundidade de ablação depende da espessura do filme e da fluência. (SHIN, B. S.; OH, J. Y.; SOHN, H.,2007) Declaração de Propósito. É adotado um modelo teórico (cujos parâmentros são ajustados conforme adaptações de dados experimentais da literatura) para prever a profundidade da ablação em filmes de poliimida e cobre. É avaliado o efeito da fluência sobre a qualidade da superfície final obtida (após processamento por laser UV). Avaliam o efeito da fluência em diferentes superfícies (metais e polímeros) (CHOO, K. L. et al., 2004) Declaração de Propósito: O principal objetivo é comparar o desempenho da ablação de silício via um laser com pulso de curta duração (25 ns), cujo Si é disposto tanto no ar quanto imerso em água. Para tal investigação a fluência e o número de pulsos são alterados Ou a fluência é variada ou o número de pulsos é variado. São obtidos gráficos para mostrar a profundidade obtida conforme o número de pulsos e a fluência. (variável dependente: profundidade de ablação pelo laser). (CAPPELLI, E. et al., 2000) Declaração de Propósito: Fazendo uso de substrato de alumina com defeitos e impurezas e um laser pulsado de ArF (fluoreto de argônio) para obter a rugosidade da superfície via perfilometria. Dependente: Rugosidade do substato Alteradas para obter a perfilometria do substrato: Substrato com purezas diferentes; Fluência; pressão da câmara de vácuo; Gás da câmara(oxigênio ou argônio); temperatura.

3 (RAMIL, A. et al., 2000) Declaração de Propósito: Neste trabalho, é examinada a micromaquinação de vidro soda lime, utilizando laser UV. Soda lime é um tipo comum de vidro produzido industrialmente, que é usado principalmente em telas sensíveis ao toque. Foram analisadas a profundidade de ablação obtida do vidro a fim de melhorr o processo de maquinação a laser. Velocidade de movimentação (50 a 500um/s) Número de repetições (linhas escritas com laser) (1 a 35) Frequência do laser (50 a 500Hz) Variável dependente: profundidade obtida conforme variações das variáveis acima. (TEIXIDOR, D. et al., 2012) Declaração de Propósito: O propósito principal é investigar a viabilidade do uso de um laser UV na construção de microcanais para dispositivos de microfluídica em substrato transparente de PMMA. O trabalho também desenvolve um modelo experimental para otimizar os seguintes parâmentros do processo a laser: delay, frequência de pulso, velocidade de movimentação do feixo, distância do feixe a partir da superfície (distância focal). O objetivo é obter uma alta taxa de remoção de material e microcanais de qualidade. A profundidade e largura dos canais são dependentes das variáveis: frequência e delay do laser, velocidade de movimentação e distância focal. (CHENG, J. et al ) Declaração de Propósito: As seções a seguintes tem o propósito de rever o trabalho experimental anterior: (regimes de ablação dependentes da fluência; efeitos da duração do pulso na micromaquinação; efeito de plasma na ablação de materiais; efeito de incubação (número de pulsos); refletividade; técnicas de alto rendimento e qualidade na maquinação a laser), modelos matemáticos e os mecanismos de ablação relacionados à micromaquinação a laser atualmente disponíveis na literatura. : 1. Independente: coeficiente de ablação, limiar da fluência e fluência do laser. Dependente: Profundidade de ablação por pulso 2. Independentes: difusividade termal, e duração do pulso. Dependente: Ablação fria. 3. Limiar de ablação para N pulsos é dados pelo coeficiente de incubação para um único pulso. O efeito de incubação (dependente) descreve a dependência do limiar de ablação com o número de pulsos. 4. Refletividade. A incidência do feixe do laser no material cujas variáveis independente são o índice de refração do material e o índice de absorção. *os autores apresentam os modelos matemáticos e algumas constantes que não serão utilizadas no trabalho. Método de pesquisa: quantitativo survey (levantamento) (HE, L.; NAMBA, Y., 2000) Declaração de Propósito: É apresentado um método analítico para obter um comprimento de onda ótimo de laser na maquinação de materiais inorgânicos com laser Nd: YAG. A expressão

4 quantitativa explícita para a absorção intrínseca do material é fornecido por equações. Combinando a absorção do material com a eficiência de conversão do laser, a eficiência de absorção é calculada para seleção de um comprimento de onda ótimo para semicondutores e isolantes. : 1. Dados os semicondutores: Si, GaAs e SiC são obtidas curvas do espectro de reflexão (dependente), - através da variáveis independentes: refletividade e comprimento de onda. 2. Absorção (dependente) = 1-R-T (respectivamente refletividade e transmissividade) 3. Quando um feixe (FI) (dependente) incide perpendicularmente em um substrato, outros três feixes são gerados: Fr, Fa e Ft, que são respectivamente feixes de: reflexão, absorção e transmissão. 4. Quando o feixe incide em um substrato, uma parte do feixe reflete da superfície e outra penetra no meio (o ar por exemplo), deixando a fluência máxima do meio (Fo) = FI FR. 5. A refletividade depende do índice de refração e do coeficiente de extinção (por ex. Quando k>0 a luz é absorvida, se k = 0 a luz não sofre perda). 6. Quando o laser incide a uma distância d e é conhecido o coeficiente de absorção do meio (α), a fluência é dada por F = Fo exp(- α d). A fluência é atenuada conforme aumenta a distância. 7. Para relacionar o coeficiente de absorção com o comprimento de onda, é usada: α = (4 π k)/ λ 8. Absortividade do material depende de: (1-R) [1 exp(- α d)] 9. Os lasers são compostos por cristais e é usada a conversão de frequência destes para obter os harmônicos, primeiro, segundo, terceiro (conforme o tipo do laser). No entanto, nesta conversão de frequência há perda de energia. Para se obter a eficiência do laser são necessárias novas informações: a) Eficiência de conversão: β = (fluência de saída)/(fluência de entrada) b) Eficiência de absorção: η = β A Método de pesquisa: quantitativo experimental (LI, L. et al., 2011) Declaração de Propósito: o artigo revisa o processo do desenvolvimento de maquinação a laser baseado em tecnologias de nano-manufatura e à ciência associada para entender o estado da arte. Para tal são apresentadas técnicas e aplicações da fabricação de superfícies com nanoestruturas, manufatura a laser de nanomateriais (nanotubos e nanofios) e nanomanofatura de dispositivos e estruturas 3D : d - diâmentro mínimo do spot do laser (dependente das seguintes variáveis): λ- comprimento de onda do laser. n índice de refração α ângulo de divergência do feixe. Onde d = λ / (2n.seno α) Método de pesquisa: quantitativo survey (levantamento)

5 Referências CAPPELLI, E. et al. Ceramic surface modifications induced by pulsed laser treatment. Applied Surface Science, v , p , fev CHENG, J. et al. A review of ultrafast laser materials micromachining. Optics & Laser Technology, v. 46 p , mar CHOO, K. L. et al. Micromachining of silicon by short-pulse laser ablation in air and under water. Materials Science and Engineering: A, v. 372, n. 1-2, p , mai HE, L.; NAMBA, Y. Spectroscopic analysis for machining of inorganic materials with the harmonics of a Nd:YAG laser. Precision Engineering, v. 24, n. 4, p , out LI, L. et al. Laser nano-manufacturing State of the art and challenges. CIRP Annals - Manufacturing Technology, v. 60, n. 2, p , jan PFLEGING, W. et al. Laser micromachining for applications in thin film technology. Applied Surface Science, v , p , fev RAMIL, A. et al. Micromachining of glass by the third harmonic of nanosecond Nd:YVO4 laser. Applied Surface Science, v. 255, n. 10, p , mar SHIN, B. S.; OH, J. Y.; SOHN, H. Theoretical and experimental investigations into laser ablation of polyimide and copper films with 355-nm Nd:YVO4 laser. Journal of Materials Processing Technology, v , p , jun TEIXIDOR, D. et al. Nanosecond pulsed laser micromachining of PMMA-based microfluidic channels. Journal of Manufacturing Processes, v. 14, n. 4, p , out