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im体育官网:国产高功率飞秒激光器进入工业实用化时代

本文摘要:传统的薄脆性材料和薄膜材料的加工方法面对挑战近几年来,随着人们对生活质量拒绝的提升,国内的消费类电子,清洁能源,新能源汽车,生物医疗以及半导体等行业获得了蓬勃的发展。

传统的薄脆性材料和薄膜材料的加工方法面对挑战近几年来,随着人们对生活质量拒绝的提升,国内的消费类电子,清洁能源,新能源汽车,生物医疗以及半导体等行业获得了蓬勃的发展。激光特别是在是超快激光在这些高端智能生产领域的起到获得更加多的反映。

玻璃、蓝宝石和陶瓷等脆性材料,凭借着自身不具备的独有物理化学特性在手机,平板,触摸屏产品里获得了普遍的应用于。例如玻璃用于于智能手机的显示屏;陶瓷用作制作电子零部件衬底和绝缘材料;碳化硅材料制作芯片的晶圆,蓝宝石用作LED衬底、手机摄像头维护玻璃、智能手机显示屏、智能手表的盖板玻璃等。在这些产业领域中用于的玻璃、碳化硅、蓝宝石或陶瓷等材料,厚度一般来说较薄,硬度很高,十分坚硬,而且加工精度拒绝更加低。

在加工拒绝上,上述应用于一般来说必须在这些薄脆坚硬的材料上实行十分仪器的切割成、钻孔甚至开槽等加工过程,这使得机械加工工艺如铣、铁环、篦等面对着很大的挑战,因为材料极薄极脆,加工过程中因认识而产生到材料上的任何形变,都有可能造成材料碎片,最后出厂。而传统的使用宽脉冲激光的加工工艺,由于不存在热受损,以及由此带给的加工面毛刺,亡边,甚至碳化等问题,使得其在薄脆材料加工领域有限。同时,金属材料加工领域,金属箔或者薄片的加工也是超快激光应用于的热点。在电子产业,锂电池产业以及光伏领域,铜箔,铝箔以及不锈钢薄片的激光加工的市场需求日益充沛,并且,对此类材料的加工精度和加工速度的拒绝也更加低。

由于金属箔和薄片自身的一些特性,如材料自身极薄,具备低反射率,同时金属的导热性较好,使得传统的激光加工工艺无法抵达拒绝的加工质量。例如,使用纳秒激光加工,由于脉冲持续时间较长,激光加工更容易导致金属箔的热受损,以及由热受损带给的材料变形和毛刺等。高分子聚合物薄膜材料普遍应用于电子产品,如FPCB覆盖面积膜,OLED柔性显示屏中的复合膜等,由于材料极薄,如果使用纳秒激光脉冲加工,材料不易变形,甚至在加工面的材料再次发生碳化。

激光加工领域中,传统的基于材料中电子通过对光子的共振线性吸取取得热能的热熔性过程和“细”加工方式,已无法符合更加细致的材料微加工的拒绝。无论是在非金属加工领域,如薄脆性材料加工,还是金属材料加工领域,如铜薄片铝箔,以及有机高分子材料加工领域,使用飞秒超快激光技术的微加工技术倍受注目。飞秒激光技术应付细致的微加工挑战由于飞秒激光的超强较慢时间和超高峰值功率的特性,在飞秒激光用作材料加工时,具备如此高峰值透射和很短持续时间的光脉冲与物质相互作用,需要以很慢的速度将其全部能量流经到较小的起到区域,瞬间内的高能量密度沉积将使电子的吸取和运动方式发生变化,防止了激光线性吸取而造成能量转移和蔓延等的影响,从而在显然上转变了激光与物质相互作用的方式,使飞秒激光加工沦为具备超高精度,超高空间分辨率,以及广泛性的材料适应性的非热熔冷处理过程,首创了激光加工的崭新领域。

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飞秒激光加工是基于多光子非线性吸取和电离机制,而不是光子能量线性吸取而构成的热累积,因此,防止了热传导效应。当飞秒光脉冲起到于材料的表面或者半透明材料的内部,由于光脉冲的持续时间很短,光脉冲的起到区域大于,光强度极高,通过非线性吸取过程,激光脉冲的能量马上向作用点周围传送,光脉冲的起到过程或者加工过程就早已完结,因此产生的热量完全可以忽略不计,被加工的材料完全没热受损。安扬激光技术有限责任公司的高功率超快光纤激光器及应用于安扬公司正式成立以来仍然致力于光纤型超快激光器及其核心器件的研发与生产。

2017年安扬公司发售了50,100,200uJ脉冲能量的飞秒光纤激光器系列。它需要在500fs的脉冲宽度下构建100W低平均功率和200MW超高峰值功率。其光纤模块化的设计,平稳出色的光斑模式使它符合于大部分现有市场上的超快加工市场需求,并为高效率超快细致加工获取了新的利器图1安扬公司FemtoYL-100-500飞秒激光器图2安扬公司FemtoYL-100-500飞秒激光器输入光斑目前安扬公司FemtoYL-100-500飞秒光纤激光器早已应用于多种材料的加工,如厚金属的切割成与纸带,高分子聚合物薄膜的切割成与纸带,LCD显示屏用的增强玻璃,以及碳化硅晶圆等。

1.不锈钢薄片及金属箔加工图3是0.05mm不锈钢薄片纸带的结果对比。从图3(a)可以显现出,纳秒激光对不锈钢薄片纸带,在微孔的周围通过肉眼可以显著看见有不锈钢片变形、变色等,图3(b)是用于安扬飞秒激光器纸带,不锈钢片及微孔的周围基本没热受损材料,且微孔边缘平滑。(a)(b)图3:(a)纳秒激光(b)安扬飞秒激光对不锈钢薄片纸带结果2.NPI膜加工用于安扬飞秒激光融合振镜并使用环切方式在NPI膜上加工出有10x10微孔阵列,NPI膜的厚度为25um。

从图4可以显现出,微孔周围的材料基本没变形,微孔边缘基本无热受损。图4飞秒激光在NPI膜上纸带的效果3.脆性材料的加工如图5右图,使用安扬公司500飞秒的红外激光并融合振镜系统对增强玻璃展开切割成,玻璃厚度0.5mm,切割成之后增强玻璃的边缘平滑,没热受损,且基本看到青蛙边。图5玻璃切割成下面图6为用于安扬公司飞秒激光对金刚石展开切割成的结果。切割成后的边缘规整,亡边大于10um。

图6金刚石切割成4.使用超快激光对碳化硅晶圆隐切碳化硅晶圆隐切工艺使用了安扬公司皮秒脉冲激光因应探讨物镜,将激光脉冲探讨在碳化硅晶圆内部。使用这种隐切方式对晶圆加工时,激光探讨在的碳化硅晶圆内部的高强度激光使碳化硅材料再次发生局部熔融,由于熔融状态下的碳化硅密度较结晶时低,所以在碳化硅熔融区会留给一些小的真空孔隙。当该熔融区的温度加热到熔点之下时,不会在热应力起到下向焦点上下产生下陷。

这种由内而外的下陷会在表面产生碎屑。同时,由于激光脉冲的持续时间很短,碳化硅熔融区域大于,产生的下陷的表面裂纹极细。碳化硅片材厚度300um,隐切后裂片,得出结论如下结果。(a)(b)(c)图7碳化硅晶圆隐切的结果从图7(a)为切割成后表面裂纹,裂纹左右偏差在5um以内,图7(b)示为裂片后断面,图7(c)示为裂片后边缘图,亡边大于5um。

通过上面显微镜缩放的图像可以看见,使用隐切工艺加工的晶圆,其边缘很平坦,热影响区域较小,是一种窄化切割成道的加工方式,需要大大提高材料利用率。超快激光技术发展未来发展随着激光技术的发展,激光器向着更加慢脉冲、更高能量、更加较短波长的方向迈向,这给激光材料加工带给了革命性的变革。这使得超快脉冲激光器更加获得产业界的注目。

这主要反映在超快脉冲激光加工可以获得远高于宽脉冲激光加工的精度,最低可以超过亚微米甚至纳米。超快脉冲激光除了可以展开材料切割成纸带等基本加工之外,还需要构建材料表面的加工与改性,对半透明材料内部的加工与改性,构建了其他加工方法无法构建的高精度、简单形状元器件的加工。另外超快脉冲激光完全可以与任何材料相互作用,可用作激光加工的材料不受限制。

对于超强软、坚硬、低熔点、易爆等材料的加工,更加具备其他方法所无法媲美的优势。为了适应环境激光产业的发展拒绝,安扬激光将大大提升飞秒光纤激光的技术指标。

未来安扬的工业用飞秒激光器将全面覆盖面积100fs-10ps的脉冲宽度区间以符合有所不同材料在有所不同非同脉冲宽度松动除效率的优化市场需求。同时为了大大减少客户的单位用于成本和对加工宏观物体的市场需求,未来将构建500-1000W的平均功率和1mJ的脉冲能量。

同时安扬公司的激光器的产品设计将遵循平台化,通用化和模块化的原则。安扬公司的平台化,通用化和模块化产品,不仅需要给产业界获取非常丰富的产品规格与配备的自由选择,还构建统一的操作界面和运营方式,以及较好的继承性,协助客户节约设计时间和成本,减少运营成本。


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