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脉冲光纤激光器的应用
星之球科技来源:IPG光纤激光器2015-06-03我要评论(0)
盲孔钻孔使用IPG专利准分子激光技术,可在厚度达2 mm范围内的材料上进行具有高深宽比的小锥度钻孔,比如在1 mm 厚的钨和尼龙磁盘
使用IPG专利准分子激光技术,可在厚度达2 mm范围内的材料上进行具有高深宽比的小锥度钻孔,比如在1 mm 厚的钨和尼龙磁盘进行孔径为25 µm的钻孔,或是在2 mm 厚的材料上进行孔径为50 µm的钻孔。适合的照明光学器件能够输出适合的激光光束,并在曝露区域形成均匀一致的能量分布,典型波动范围<±5%,如此就可以实现对深度的精确控制,一个脉冲又一个脉冲,一层又一层。这种材料清除的方法使加工深度控制达到亚微米级的部件成为可能。当然,形状控制也可以轻易实现。IPG的紫外线工作站可用于盲孔(以及通孔)应用领域,其中包括研发激光系统(IX-100-C)、半自动(IX-255/260和 IX-280-F)及全自动(IX-6600)微加工系统。
玻璃在热应力下很容易破裂,而且对于近红外波长和可见光波长是透明的,所以在进行高精度激光钻孔时应用中是一种时特别困难的材料。从1 ns谐波光纤激光器,到深紫外线准分子激光器,再到超短脉冲激光器,IPG提供的一系列具有短波长、窄脉宽的激光器,可对所有玻璃类型进行微加工。还可以加工较大阵列的微米级盲孔或通孔,厚度最大500 µm,控制精度达到亚微米级。IPG激光系统的的一个典型应用就是在150 µm厚的玻璃上钻单一重复的沉头孔(1.5± 0.1 µm)。下图所示为在400 µm厚的玻璃上钻孔径为50 µm的盲孔。借助掩模将复杂的图案投射在目标区域,就能实现不同尺寸和形状的三维形貌。如果使一个较大的区域(以“mm2”计)曝露于一个单脉冲,那么整个曝露区域都可以进行小至微米级的和/或不同图案同步加工。如下图所示。
利用紫外线烧蚀工艺可加工高密度图案,尺寸最小可至2 µm。如果用紫外线去除大量材料,那么投射在目标表面的总功率将是关键,需要特别关注光束利用因子。当掩模开放区域较大时,用准分子波束形状填充掩模可提高效率,如大量平行阵列。 在微电子、医疗器械、汽车及航空业及镀膜材料中,通常会用到聚合物,以便为高级工艺设备提供电器绝缘、生物兼容或恶劣环境保护等功能。这些保护性材料通常会附着在对应的三维部件上,并保持一致,所以该工艺必须确保整个部件不会留下任何未镀膜区域。以前清除涂层(无论是因为需要电器连接,还是因为影响维修)比较常用的方法是在涂覆涂层之前,使用胶带或膜材形式的物理掩模,或者是用刀片定义形状周长,将涂层剥离设置为后续加工步骤。
从细节层面上讲,材料之间各有差异,相应地激光参数(波长、脉冲能量、脉宽、功率密度、重复频率等等)也各有不同,这就需要谨慎考虑激光器的类型及操作条件。IPG拥有一支由材料科学博士组成的专业团队,专门致力于加工过程的优化。深紫外线激光器是对金属衬底进行选择性材料清除的理想选择。对于聚合物而言,鉴于光子能量正好合乎碳与氢键之间的键离解能,所以大多数聚合物材料都能够很强烈地吸收波长<280 nm的入射激光。当激光能量密度接近0.5 J/cm2时,电子激发会导致直接键断裂和热键断裂混合发发生,使内压力上升,促使材料脱离(比如光切除)。一般来说,如果直接键断裂多于热键断裂,就是“冷“烧蚀。冷烧蚀可形成较小的热影响区,使用户可以精确定义需要清除的区域。IPG推出的研发工作站(Ⅸ-100)、半自动化(Ⅸ-255)及全自动化(Ⅸ-6600)大批量生产系统是理想的选择性材料清除微加工工作站。
低能量激光源可用于在大块材料上进行涂层的选择性烧蚀。在这种情况下,涂层以低于衬底损伤阈值的能量密度进行烧蚀,能避免损伤材料。对齐精度<5 µm,单个曝露区域面积最大可达 5 mm x 5 mm,通过掩模成像或是直写方式,可以形成复杂的图案。
帕利灵和其他保形涂层很容易从电子线路板和其他器件上去除,不会损伤脆弱的线路焊盘或是影响器件特性。 对齐精度<5 µm,单个曝露区域面积最大可达 5 mm x 5 mm,通过掩模成像或是直写方式,可以形成复杂的图案。见虚线左侧帕利灵的去除。利用激光剥离工艺进行选择性材料清除,可从多层结构上去除单层材料,比如从太阳能玻璃板或是以ITO为衬底的太阳能电池板上去除CdTe薄膜。对齐精度<20 µm。
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