材 料 加 工

在材料加工领域，皮秒脉冲激光器被认为是优于纳秒激光器的新工具。皮秒脉冲的使用减少了材料的热损伤，从而使激光能够更广泛地渗透到制造业领域，例如用于打标、钻孔和切割。

尽管如此，由于飞秒激光技术的特性及其对材料加工的显著改进，使得飞秒激光器在许多应用中已经成为“必须”的工具。IMRA America公司在2002年首次生产出用于材料加工的微焦量级的商业化飞秒FCPA激光器。[2]基于光纤技术，FCPA成为构建高峰值功率、高平均功率和高脉冲能量飞秒激光器的常用手段。

大体上说，飞秒脉冲激光器对热影响区（HAZ）减少的水平，是其他激光器无法比拟的。接近手术水平地将能量输送到工件，为FCPA在精密消费电子零件制造（包括显示器行业）领域的应用打开了大门。

飞秒激光器在切割硅晶圆方面的应用一直备受关注，因为飞秒激光脉冲的高峰值功率，可用于消融硅晶圆和其他沉积在硅晶圆表面的材料，并且对相邻组件的影响或热损伤最小。通常，这些硅晶圆预先配置了切割通道。这些通道也用于芯片分割之前的探测和测试。因此，切割通道填充有传感器和探测点。在这种情况下，飞秒光束用于去除那些附加的表面层，同时支持硅晶圆的隐形切割。由于飞秒激光脉冲在坚硬、透明蓝宝石衬底中独特的强非线性吸收，飞秒激光器也是从蓝宝石晶圆中分离出高亮度LED芯片的理想选择。

玻 璃 加 工

一直以来，消费电子行业切割和加工玻璃的主要方法都是机械方法。然而，使用飞秒脉冲激光加工玻璃的应用正在兴起。通孔钻孔是一个例子，利用飞秒光束辐照玻璃，引起折射率变化。然后在酸浴中刻蚀玻璃，去除被辐照区域。这些零件用于多芯片平台，产生高密度和快速芯片连接结构，使得垂直集成IC成为可能。

另一种应用是在玻璃上刻图和去除薄膜，就像对导电氧化铟锡（ITO）薄膜、电致变色薄膜和其他薄膜所做的处理一样。

玻璃焊接也是一个感兴趣的话题，因为它不使用粘合剂或填料。这一点对于微电子封装行业非常重要，因为它消除了内部污染和除气的问题，并且省去了吸气剂的使用（专门添加的物质用于吸收这些不需要的物质）。在这个过程中，两个玻璃零件光学接触，并暴露于飞秒激光束中：飞秒脉冲的高峰值功率在玻璃中引起多光子吸收，局部熔化玻璃，以此将两个零件焊接在一起，并产生持久的气密封（见图2）。

从顶部看到，两个玻璃基板已经通过飞秒激光焊接，留下四条由光学条纹包围的垂直焊接线；插图所示为其中一条线的特写，表明焊缝宽度为100μm。

汽 车 行 业

飞秒脉冲激光在制造业的应用将持续发展和扩张。由于汽车行业需要高稳定性、高可靠性以及创新性，因此飞秒脉冲激光备受汽车行业的关注。例如，目前飞秒激光器已经用于发动机零件（包括活塞）的大批量处理（见图3）。

一家主流汽车制造商生产的飞秒激光纹理加工的活塞；表面纹理应用于裙边区域，以减少摩擦，提升润滑功能。

提高汽车燃油经济性的努力，正在推动减轻车辆重量和提高运行效率方面的工作。发动机由更轻的铝合金制成，而表面纹理和排线被应用于移动部件，以减少摩擦同时提高耐久性。这些合金的使用，迫切需要减少磨损和延长使用寿命的工程解决方案。与其他技术相比，例如机械刻划表面、长脉冲激光打标，或者表面喷丸处理，飞秒激光交叉排线能够有效地扩散相关油膜，并且显著改善油保留。

这种纹理通常应用于活塞的裙部区域，经历大部分接触，结果表明在2000rpm的转速时，可减少高达25%的摩擦。飞秒激光器的使用还避免了划线区域毛刺的形成，从而省去了对去毛刺工艺的需求，进一步提高了制造效率。

FCPA在从医疗到汽车等各个市场领域的商业化，一直是可靠和创新产品工程的驱动力。特定应用的可靠性、激光行业测试标准和测试协议的发展相结合，使得飞秒激光在要求严苛的应用中实现不间断运行成为可能。