紫外加工對脆性材料效果如何?

激光制造技術是以激光的高能量與材料之間發生物理作用,對材料進行氣化、燒蝕、改性等來實現材料加工效果。如今激光加工迅速進入到各行各業,目前仍然以金屬材料加工為主,占據整個激光加工應用超過80%以上的份額。由于鐵、銅、鋁以及對應合金等金屬為硬質材料,與激光的作用效果較好,故容易適用激光加工。對于一些普通的金屬激光切割、焊接應用,可能只需了解對應的光功率就可以了,對加工的研究要求其實不會很嚴格。

 

但事實上,生活中以及高端制造領域使用了非常多的非金屬材料,比如軟性材料、熱塑性材料、熱敏材料、陶瓷材料、半導體材料以及玻璃等脆性材料。這些材料如果要采用激光加工,那么對光束性質、燒蝕程度以及材料破損控制的要求就很嚴格,而且常常是要求達到超精細加工,甚至是微納級別的。采用常見的紅外激光器往往難以達到效果,紫外激光器是個非常合適的選擇。

 
紫外激光器技術用途多樣
 

紫外激光是指輸出的光束位于紫外光譜、肉眼不可見的光,目前常見的工業用紫外激光器有固體晶體紫外激光器以及氣體紫外激光器兩種。對紅外全固體激光器進行三倍頻可得到紫外激光輸出,波長較多為355nm,目前脈寬已經從納秒成功發展到皮秒級。氣體紫外激光器常見的是準分子激光器,主要可以用于眼科手術、芯片光刻制作等。近幾年光纖激光器也逐步開發出紫外波段的產品了,以皮秒紫外光纖激光器最具代表性。

由于紫外激光器在倍頻轉化熱量損失多,成本仍然高,目前要做更高功率還是有一定難度。紫外激光常常被認為是一種冷光源,所以紫外激光加工也被稱作是冷加工,非常適用于脆性材料的加工。

 

紫外激光的常見脆性加工
 
玻璃是生活中大量應用的一種材料,從水杯、酒杯、容器到玻璃飾品,在玻璃上的圖案制作往往是個難題,傳統的加工常常會造成玻璃損壞率高,紫外激光是十分適合于玻璃表面的打標、圖案制作的,并且能實現超精細制作。紫外激光打標彌補以往加工精度不高、制圖困難、損壞工件、污染環境等種種不足,以其特有的加工優勢成為玻璃制品加工的新寵,被各酒水杯、工藝禮品等行業列入必備的加工工具。

 

陶瓷材料大量運用于建筑、器皿、裝飾品等,但其實陶瓷也在電子產品器件上有很多應用,比如此前就有手機商家推出了陶瓷后蓋板,在移動通信、光通信、電子產品領域廣泛使用的陶瓷插芯、陶瓷基片、陶瓷封裝基座、指紋識別系統的陶瓷蓋板等。這些陶瓷元器件的制作越加精細,采用紫外激光切割是目前較為理想的選擇。紫外激光對于一些陶瓷薄片加工精度非常高,不會造成陶瓷碎裂,并且一次成形不需要二次打磨,未來將會得到更多應用。

紫外激光晶圓切割:藍寶石基板表面堅硬,一般刀輪很難對其進行切割,且磨耗大,良率低,切割道更大于30 μm,不僅降低了使用面積,而且減少了產品的產量。在藍白光LED產業的推動下,藍寶石基板晶圓切割的需求量大增,對提高生產率、成品合格率提出了更高的要求。紫外激光切割晶圓能實現高精度切割,切口平滑,良品率大大提升。

石英切割一直是工業上的難題,在傳統的加工方法中最常用的就是“金剛砂石鋸片”,也就是通過“硬碰硬“的辦法來加工。石英非常脆,加工難度很高,金鋼砂石鋸片就是耗材。

紫外激光器有著±0.02mm的超高精度,完全可以保證精確的切割需求。在面對石英切割時,精確控制功率,可以讓切面非常光滑,而且速度要比手工加工快很多。參數都可以通過全數字顯示,通過計算機精確調整不同參數,準確之余更加直觀,上手難度要比手工切割低不少。

 

關鍵詞:激光切割 紫外激光切割 激光控制

 

 

2021-10-25
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