C ростом технического прогресса доля использования таких хрупких материалов, как стекло, сапфир, керамика, кварц, кремний и других полупроводниковых материалов резко возрастает практически во всех отраслях производства, растёт и номенклатура изделий их использующих. К таким изделиям относятся элементы остекления транспортных средств и стеклоизделия архитектурного назначения, твердотельные полупроводниковые приборы, оптические элементы, изделия микро- и оптоэлектроники. Существующие традиционные технологии обработки хрупких неметалли- ческих материалов, такие как, резка механическим способом с помощью метода лазерного скрайбирования уже обеспечивают всё возрастающие требования к качеству обработки.
В последнее десятилетие бурное развитие и применение в различных промышленных областях находит метод лазерного управляемого термораскалывания (ЛУТ), автором и патентообладателем которого является выдающийся учёный с мировым именем в области разработки физических основ прецизионной лазерной и алмазной обработки широкого класса хрупких неметаллических материалов профессор В. С. Кондратенко.
Успешное преодоление недостатков, свойственных традиционным способам резки хрупких материалов, позволило технологии ЛУТ сформироваться в самостоятельное научное направление и уже более двадцати лет примеры ее применения удивляют не только потребителей, но и специалистов.
Основателем научной школы лазерной обработки широкого класса материалов методом ЛУТ является выдающийся учёный с мировым именем, директор Физико-технологического института Московского технологического университета, заведующий кафедры оптических и биотехнических систем и технологий Физико-технологического института, доктор технических наук, профессор, действительный член РАЕН, лауреат премий Совмина СССР (1989 г.) и дважды премии Правительства РФ в области науки и техники (2005 и 2012 гг.), Национальной премии им. Петра Великого (2010 г.), Международной премии ВОИС «Лучший изобретатель» (2014), почётный изобретатель г. Москвы Кондратенко Владимир Степанович. Своей целеустремлённостью, верой в перспективность этого способа разделения (резки) таких широко используемых материалов, как стекло, сапфир, керамика, кварц, кремний, полупроводниковые материалы В. С. Кондратенко не только доказал эффективность метода ЛУТ, но и добился мирового признания этой уникальной технологии.
На протяжении всей своей научной деятельности Владимир Степанович Кондратенко использует каждую возможность для популяризации этого метода лазерной резки и с удовольствием делится своими знаниями об уникальных возможностях ЛУТ. Как пояснил автор технологии, физическая модель метода ЛУТ заключается в том, что сфокусированный на поверхности разделяемого материала луч лазера сначала нагревает поверхностные слои и в них возникают силы сжатия, а затем хладагент из форсунки, движущейся вслед за лучом лазера, резко охлаждает нагретую поверхность и за счёт возникающих сил растяжения возникает трещина, которая и разделяет материал с нулевой шириной реза и идеальной бездефектной кромкой, — подчёркивает рассказчик.
Результаты научных иссле- дований, представленные в многочисленных научных ра-ботах профессора В. С. Кондратенко (а их у автора более 500), объективно де- монстрируют преимущества метода ЛУТ по сравнению с традиционными способами резки, а именно:
● высокая производительность, за счёт высокой скорости резки (до 1000 мм/с);
● резкое снижения уровня брака при разделении, например, приборных пластин на чипы;
● чистота процесса резки за счёт без- отходности технологии (нулевая ширина реза);
● повышение прочности вырезан- ного изделия до 5 раз, по сравнению с механической резкой, за счёт отсутствия дефектов на кромке.
Особое внимание следует обратить на безотходность и экологичность процесса ЛУТ, так как при раскалывании материала не теряется ни одной молекулы вещества и, следовательно, не требуется специального оборудования по удалению отходов из зоны резания, как у традиционных методов резки. Технология ЛУТ идеально подходит, например, для резки в чистых зонах кремниевых приборных пластин на электронные чипы — будущие элементы микроэлектроники.
Именно преимущества ме- тода ЛУТ, в которых В. С. Кондратенко был абсолютно уверен, позволили ему в сложное для России время начала 90-х годов принять непростое, но, как оказалось в последствии, правильное решение, — приступить к патентованию метода ЛУТ сначала в России, а затем и за рубежом в эконо- мически развитых странах: США, Японии, ФРГ. Очевидно, что в условиях резкого снижения экономической активности отечественной промышленности, отсутствия внутреннего спроса на новые технологии, единственной возможностью сохранить и развить полученные научные результаты — это было предложить технологию ЛУТ зарубежным высокотехнологичным компаниям.
Опыт применения технологии ЛУТ такими лицензиатами как «Jenoptik AT» (ФРГ), «Mitsuboshi Diamond Indastrial Co., Ltd» (Япония),
«Foxconn Technology Group» (Тай- вань) доказал не только превосходство метода ЛУТ над традиционными технологиями резки, но и его незаменимость при решении задач массового производства высокотехнологичной продукции.
Наибольший масштаб применения технология ЛУТ получила в компании «Foxconn Technology Group» (Тайвань) — производителе известных гаджетов Apple. Реализация таких вы- сокотехнологичных операций как вырезание экрана со снятием фаски в одном технологическом цикле позволила добиться высочайшей производительности, удовлетворяющей постоянно растущий спрос на популярные гаджеты.
Как патриот своей страны, В. С. Кондратенко, много усилий приложил к внедрению технологии ЛУТ и в России. Примерами внедрений могут служить:
● создание и размещение на флоатлинии Саратовского института стекла первой промышленной установки для резки стекла методом ЛУТ в процессе выработки;
● разработка и внедрение на предприятии космической отрасли ОАО «Сатурн» промышленной установки для резки тонкого покровного стекла в производстве солнечных батарей;
● создание участков резки стекла и сапфира на ОАО «Швабе-Фотосистемы» в рамках федеральной программы по созданию высокотехнологичных производств.
Участие коллектива учёных научной школы В. С. Кондратенко в выполнении этой программы, позволил разработать и создать первую в России промышленную установку МЛП1-1060/355 для прецизионной резки подложек из сапфира и других хрупких неметаллических материалов.
За два года с помощью этой установки в Физико-технологическом институте выполнен большой объём научных исследований и экспериментальных работ, получены значимые научно-практические результаты. Основными из них являются:
● резка сапфировых приборных пластин на кристаллы, в том числе на чипы, критичные к внешним воздействиям;
● резка кремниевых приборных пластин с органическими светодиодными структурами;
● резка узких сапфировых элементов для светодиодных ламп нового поколения;
● резка трубок круглого сечения и дисков различного диаметра для миниатюрной вакуумплотной стеклянной кюветы для атомных часов;
● резка трубок квадратного сечения и прямоугольных элементов из боросиликатного стекла для создания кубических стеклянных кювет для гироскопов на ядерном магнитном резонансе;
● нанесение сеток на поверхность оптических элементов и др.
Вместе с тем, несмотря на полученные результаты и их освещение в научных трудах, промышленные предприятия России не проявляет должной активности и заинтересованности во внедрении технологии ЛУТ в свои производства. Главная причина, как считает В. С. Кондратенко, заключается в отсутствии в нашей стране массовых производств и задач, связанных с резкой больших объёмов хрупких неметаллических материалов.
В заключение, В. С. Кондратенко представил краткую информацию и о других прикладных научных направлениях Физико-технологического института, которые он успешно возглавляет:
● технология химико-механического шлифования связанным алмазным абразивным инструментом, также показавшую свою высокую эффективность в утонении экранов гаджетов Apple;
● сорбционный паро-гидросенсорный кабель и система раннего обнаружения протечек воды и прорывов пара на его основе;
● замена алюминия на теплопровод- ный полимерный композит в ра- диаторных системах охлаждения электронных устройств;
● наноионизированная вода с рН-12,5, обладающая рядом уникальных свойств и применений в промышленности и в быту;
● золь-гель технология, формирующая наноразмерные защитные покрытия на поверхности широкого круга материалов, как с повышенными прочностными, так и водоза- щитными электроизолирующими свойствами.
Результаты исследований по всем представленным научным направле- ниям имеют мировой уровень новизны и защищены патентами либо «ноу-хау».
Как патриот своей страны, В. С. Кондратенко не теряет надежды на широкомасштабное внедрение технологии ЛУТ и других научных разработок в различные отрасли российской промышленности.
Он уверен, что только внедрение технологий, превосходящих мировые аналоги, позволит российской экономике успешно развиваться, преодолеть технологическое отставание в отдельных отраслях, а отечественным продуктам и услугам успешно конкурировать на мировых рынках.
Заместитель директора Физико-технологического института по инновационному развитию
А. Ю. Рогов
