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 Cmputaçã FEEC Pós-Graduaçã Tópics em Engenharia de Cmputaçã I Métds de Pesquisa em Engenharia de Cmputaçã (IA364-M) Prf. Dr. Ivan Ricarte Atividade 7 Revisã de Literatura Aluna: Patrícia Dmingues Campinas,Abril de 2014.

2 Revisã de Literatura A revisã de literatura está rganizada d seguinte md: inicialmente sã definids s cnceits básics e terms da área de prcessament de materiais cm laser ultravileta, lg após, é separada a seçã de materiais e pr fim há uma breve explicaçã d prcess de desenvlviment d sftware (que será detalhad n capítul _) e ds dispsitivs que serã manufaturads e cntrlads cm a utilizaçã d sftware e que receberã feixe d laser. Lasers sã largamente utilizads n prcessament de materiais, diversas vantagens pdem ser expstas para esclha d seu us em detriment de utrs prcesss alternativs de tecnlgia: permitem precisã na manufatura, nã há necessidade de manusear diretamente s dispsitivs, evitand dans mecânics e, além de permitir trabalhar cm cmpnentes muit pequens, uma série de tips de substrats pdem receber feixe d laser: alumina, silíci, sílica, plímers, vidrs, aç e metais a exempl d alumíni. Estas peças pdem ser tratadas isladamente u ainda cntarem cm a depsiçã de filmes fins de óxids u metais cm ur, platina, cbre, titâni e utrs. Para esclha d tip de laser, primeir pass é esclher cmpriment de nda, na faixa visível, ultravileta u infravermelha. O cmpriment de nda é determinante na taxa de absrçã d laser n material. Outr fatr imprtante tem relaçã a tip d laser, se é pulsad u cntínu. Lasers pulsads prprcinam mair flexibilidade n cntrle d prcess, uma vez que a alterar a frequência ds pulss btém-se a ptência incidente na peça e, ainda geram menr stress térmic, cm menr aqueciment d substrat. Outrs parâmetrs de cntrle sã a velcidade de mvimentaçã da escrita d laser, númer de pulss, a duraçã em nansegunds de cada puls, a taxa de repetiçã (quantas vezes feixe irá incidir n mesm pnt) e ajuste fcal das lentes. O laser utilizad n trabalh é pulsad e cm puls de duraçã de 45 nansegunds, lg é denminad ultra-rápid (mas pde ser ajustad via prgramaçã). Lasers cm duraçã pequena d puls pssuem ablaçã fria, u seja, substrat sfre mens stress térmic e resultad da escrita cm laser é melhr (Cheng et. al.). Prcessament de Materiais Através da incidência d feixe d laser na superfície d material para descrever trajetórias e da interaçã cm diverss tips de substrats pde-se bter s seguintes tips de efeits: Ablaçã (remçã de material): Crte Marcaçã Perfuraçã. Mdificaçã: inchament de plímers escrita estruturaçã.

3 Depsiçã de filmes. Síntese de nanpartículas e nanestruturas. Ataque químic cm líquids e gases. Ftplimerizaçã: Ftlitgrafia Prttipagem Rápida (micresterelitgrafia). Desenvlviment de Sftware O desenvlviment d sftware de cntrle fi realizad em móduls baseads ns requisits d sistema, cnfrme especificações da engenharia de sftware. Lg após seguiram as etapas de testes, tant de caixa branca cm testes de caixa-preta. Para validaçã ds móduls fram treinads usuáris, apts a utilizaçã ds equipaments, capazes de realizar recmendações cujas algumas features fram acrescentadas a sftware. Aplicações e Manufatura de peças através da utilizaçã d sftware desenvlvid Para utilizaçã de tds equipaments (cntrladra de mviments, manipuladres de precisã, laser pulsad UV e sftware desenvlvid) de frma integrada fi necessári estud ds pssíveis métds para cntrle ds parâmetrs de trabalh d laser e das platafrmas de translaçã que cmpõem sistema e também estud ds métds para sincrnizaçã ds pulss d laser cm a psiçã e mvimentçã ds psicinadres. Cm relaçã à prgramaçã ds móduls ds sftwares de cntrle e a sincrnizaçã ds dis equipaments (laser e cntrladra de mviments), s prgramas desenvlvids pssibilitaram us d laser ultravileta n prcessament de materiais e perações de micrmaquinaçã. Os trabalhs que fram realizads cm us d laser UV: escrita direta, crtes, marcações, perfurações e inchament de plímers (utilizad para a cnstruçã de mldes de micrfluídica). Fram fabricads em silíci, vidr, plímer e cerâmica, respectivamente, cm cntrle pel sftware, canais para micrfluídica, máscara de smbra para depsiçã lcalizada (via sputtering) de nanestruturas, mldes em PMMA para chip de micrfluídica e eletrds para sensres de gás. Ainda fram realizads crtes de células ftvltaicas (silíci plicristalin) para painés ftvltaics custmizads. Silíci O silíci fi utilizad para prduça direta de canais de micrfluídica através da ablaçã cm laser. CHOO e clabradres realizaram a ablaçã de silíci tant n ar quant imers em água. A absrçã UV é fraca para semicndutres, tda energia é cncentrata próxima à superfície. Desta frma, a ablaçã n silíci é rápida, a transferência de calr é pequena devid as pulss d lager e entã temse um substrat cm pucs dans. Os resultads btids ds autres mstram

4 uma taxa de remçã mair e cncentrada n centr d feixe quand ambiente é ar, já imers em água, a superfície é unifrme, devid a menr aqueciment d substrat. Vidr Vidrs fram utilizads para a fabricaçã de máscaras de smbra para depsiçã lcalizada via sputtering de nanestruturas e para a fabricaçã de canais de micrfluídica. RAMIL e equipe realizam ablaçã em sda lime (utilizad na fabricaçã de vidrs usads em painéis tuchscreens, ftmáscara e substrat para placas de circuit impress). Plímers Utilizads na fabricaçã de chips e mldes para micrfluídica. O plymethylmethacrylate (PMMA) pde ser usad para a fabricaçã de mldes para esses chips. Alguns autres realizam a escrita direta de canais de micrfluídica cm um laser UV. A equipe de TEIXIDOR mencina que s parâmetrs d laser afetam frtemente a largura e altura ds canais. Cerâmicas Usadas devid à sua rididez, capacidade de suprtar altas temperaturas e resistência à crrsã. A exempl de CAPPELLI e clabradres, d tratament cm laser UV em alumina é btida uma rugsidade muit baixa e praticamente nenhum defeit na superfície. Cm aplicaçã d sftware desenvlvid, fram desenhads eletrds e estes fram escrits cm laser em um substrat de alumina cm depsiçã de 20nm de titâni e 200nm de ur u platina. Tais substrats fram utilizads para sensres de gás. Outras aplicações apresentadas na literatura Outras cmbinações de materiais também pdem ser usadas. Alguns exempls na literatura mencinam us de pliimida juntamente cm filme fin de cbre, que pssuem alta cndutividade além de necessitar de baixas ptências para bter uma remçã de material sem a frmaçã de defeits n substrat (SHIN, B. S.; OH, J. Y.; SOHN, H, 2007). Além dist, a cmbinaçã de diverss filmes de óxid de silíci, ferr, carbn e térbi é investigada pr (PFLEGING, W. et al.). Estes autres enfatizam a imprtância ds parâmetrs d laser para btençã de bns resultads na remçã de materiais. O que é ntável é a necessidade de realizaçã de testes para cada tip de susbtrat variável n prcess, lg após é necessária a caracterizaçã de micrscpia ótica e/u eletrônica e pr perfilmetria para analisar s resultads btids e smente após manufaturar a peça desejada. Nã smente a remçã de material é utilizada n prcessament de materiais. KOPITKOVAS e equipe fabricam micrlentes em safira, quartz, fluret de cálci e fluret de bári imerss em piren cm acetna para realizaçã de etching. O laser passa pr uma máscara de smbra e é depsitd ftresiste na superfície ds substrats imerss. Neste cas uma série de interações sã investigadas, pr exempl, a frmaçã de blhas n substrat devid a que us

5 d laser fez exceder 60 na sluçã e evapru a acetna casinand a frmaçã de blhas. Outras prpriedades mecânicas e termais sã relevantes. Os autres HE e NAMBA apresentam resultads cnsiderand metais, semicndutres e islantes na maquinaçã cm laser n espectr ultravileta. Neste pnt há a imprtância de realizar a cmparaçã cm utras fntes de laser (visível e infravermelh assim cm bter dads de absrçã destes diferentes materiais). Pr fim, LI e equipe utilizam laser ultravileta para btençã de nanpartículas de prata via ablaçã de substrat imers em ambiente líquid e prduzem nantubs de carbn pela ablaçã de Nitrgêni em ambiente de gás acetilen (C2H2). Uma série de aplicações pdem ser realizadas cm us de lasers na indústria. O trabalh tem pr finalidade desenvlvid de sftwares que pssibilitem a fabricaçã de dispsitivs para micreletrônica, especificamente vltads para micrfluídica e na manufatura de cerâmicas e silíci. Os sftwares pssibilitarã a inclusã de nvas features à medida que nvs trabalhs surjam e serã hábeis para cnstruçã de diverss cmpnentes para aplicações imprtantes na área de pesquisa. Referências CAPPELLI, E. et al. Ceramic surface mdificatins induced by pulsed laser treatment. Applied Surface Science, v , p , fev CHENG, J. et al. A review f ultrafast laser materials micrmachining. Optics & Laser Technlgy, v. 46 p , mar CHOO, K. L. et al. Micrmachining f silicn by shrt-pulse laser ablatin in air and under water. Materials Science and Engineering: A, v. 372, n. 1-2, p , mai HE, L.; NAMBA, Y. Spectrscpic analysis fr machining f inrganic materials with the harmnics f a Nd:YAG laser. Precisin Engineering, v. 24, n. 4, p , ut KOPITKOVAS, G. et al. Surface micrmachining f UV transparent materials. Thin Slid Films, v , p , abr LI, L. et al. Laser nan-manufacturing State f the art and challenges. CIRP Annals - Manufacturing Technlgy, v. 60, n. 2, p , jan PFLEGING, W. et al. Laser micrmachining fr applicatins in thin film technlgy. Applied Surface Science, v , p , fev RAMIL, A. et al. Micrmachining f glass by the third harmnic f nansecnd Nd:YVO4 laser. Applied Surface Science, v. 255, n. 10, p , mar

6 SHIN, B. S.; OH, J. Y.; SOHN, H. Theretical and experimental investigatins int laser ablatin f plyimide and cpper films with 355-nm Nd:YVO4 laser. Jurnal f Materials Prcessing Technlgy, v , p , jun TEIXIDOR, D. et al. Nansecnd pulsed laser micrmachining f PMMA-based micrfluidic channels. Jurnal f Manufacturing Prcesses, v. 14, n. 4, p , ut