紫外激光切割技術在高端產業的應用

來源:    關鍵詞:紫外激光, , 激光切割, 應用,    發布時間:2019-12-02

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隨著消費電子產業需求量大幅增加,產品小型化、快速化及零件價格高昂,傳統加工方式已經無法滿足客戶對精度和良率的更高的要求,激光切割技術應運而生。伴隨著紫外激光器的逐漸成熟,且穩定度增加,激光加工產業已從紅外激光轉向紫外激光。同時,也因為紫外激光器的應用越來越普及,使得激光應用邁向更廣闊的領域。


激光經過聚焦后照射到材料上,使被切割材料溫度急速升高,然后使之熔化或汽化。隨著激光與被切割材料的相對運動,在切割材料上形成切縫從而達到切割的目的。傳統二氧化碳(CO2)激光切割由于光斑大、熱影響范圍大、切邊不平滑、發黑,因此主要用于木材、布料、塑料及較厚的金屬材料加工,而且熱效應較大。在切割更精密的材料時通常選擇紫外激光作為切割光源,與YAG和CO2激光通過熱效應來切割不同,紫外激光直接破壞被加工材料的化學鍵,從而達到切割目的, 這是一個“冷”過程,熱影響區域小;另外紫外激光的波長短、能量集中,切縫寬度小,因此在精密切割和微加工領域具有廣泛的應用。


激光切割的切縫寬度同光束模式、偏振性和聚焦后光斑直徑有直接的關系。實際切割中采用TEM00模,圓偏振,但激光的模式通常都并非理想的基模,當功率增大或者使用時間過長時會產生變化。光斑直徑是指光強降落到中心值的1/e2的點所確定的范圍,這個范圍內包含了光束能量的86.5%,理想情況下直徑范圍內的激光可以實現切割,范圍外的不與材料發生作用,則切縫寬度等于光斑直徑。但實際中由于材料的導熱性、熔點、沸點等參數的不同,以及激光功率的變化,切縫寬度是不等于光斑直徑的,它們的關系要依據激光能量的輸入和材料性質而定。但在絕大多數情況下,切縫寬度是略大于光斑直徑,減小光斑直徑,就減小了切縫的寬度。



下文將針對紫外激光切割技術在高端產業的應用做一簡單介紹。


1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。


2紫外激光陶瓷切割


上個世紀電子陶瓷應用逐漸成熟,應用范圍更廣,例如散熱基板、壓電材料、電阻、半導體應用、生物應用等,除了傳統的陶瓷加工工藝外,陶瓷加工也因應用種類的增加,進而進入了激光加工領域。按照陶瓷的材料種類可分為功能陶瓷、結構陶瓷及生物陶瓷。可用于加工陶瓷的激光有CO2激光、YAG激光、綠光激光等,但是隨著元器件逐漸小型化,紫外激光加工成為必要的加工方式,可對多類陶瓷進行加工。


3紫外激光玻璃切割


紫外激光的應用在智能型手機崛起的帶動下,也逐漸有了發展的空間。過去因為手機的功能不多,而且激光加工的成本高昂,激光加工在手機的市場中占有的地位并不多,但是現在智能型手機的功能多,整合性高,在有限的空間內要整合數十種的傳感器及上百個功能器件,且組件成本高,因此對于精度、良率及加工要求均大大增加,紫外激光在手機產業發展出多種應用。


4紫外激光ITO干蝕刻


智能型手機的最大特色就是觸屏的功能,電容式觸摸屏可以做到多點觸控,對應電阻式觸摸屏,其壽命更長、反應更快,因此電容式觸摸屏已成為智能型手機選擇的主流。


過去ITO線路的蝕刻采用的方式為濕蝕刻的方式,采用黃光制程制作線路,再經由蝕刻液去除表面的ITO膜形成線路,不但耗時且造成污染。


5紫外激光線路板切割


線路板采用激光進行切割最早是用于柔性線路板切割,因為線路板的種類繁多,早期加工均采用模具成型,但是模具的制作費用高昂且制作周期長,因此采用紫外激光加工可以免去模具制作的成本及周期,大幅度提升樣品制作的時間。


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