Известно, что фемтосекундные лазеры режут практически любой материал и используются при обработке и производстве дисплеев, полупроводников и других электронных компонентов или нестандартных деталей. На самом деле фемтосекундная лазерная микрообработка является более точной и сводит к минимуму термическое воздействие на материал, что приводит к более высокому качеству деталей. Команда Amplitude годами работала над одной областью применения фемтосекундных лазеров: обработка стекла.
Как фемтосекундные лазеры могут улучшить резку стекла?
Отличительной особенностью стекла является его твердая и хрупкая природа, что создает значительные трудности при обработке. Традиционные методы механической резки стекла, такие как резка алмазным кругом, пескоструйная обработка или гидроабразивная резка, приводят к неточной резке, неравномерности краев и возникновению больших и асимметричных остаточных краевых напряжений в процессе резки, что приводит к образованию микротрещин, пыли и мусора на стекле. края стекла, обработанные таким образом. Во многих случаях крошечные трещины, вызванные стружкой и локальными напряжениями, могут привести к выходу устройства из строя, поэтому необходимо выполнять послепроходную шлифовку и полировку кромок, чтобы укрепить кромки для достижения приемлемого качества. Кроме того, механическая обработка ножевого колеса также требует некоторых вспомогательных средств для облегчения резки, которые могут прилипать к обработанной кромке и требуют такой обработки, как очистка водой или ультразвуковая очистка. Последующий процесс обработки и низкий выход продукции увеличат стоимость готового изделия из стекла.
Кроме того, когда цельный кусок стекла утончается до микронного уровня (стекло UTG), эти традиционные методы механической резки становятся неприменимыми. Уникальные преимущества сверхбыстрых лазеров позволяют обрабатывать эти твердые, хрупкие и сверхтонкие стеклянные материалы, а фемтосекундные лазеры с соответствующими параметрами позволяют эффективно резать очень ограниченным числом кромок за один проход [1]. Это верно даже для толстого стекла, где фемтосекундные лазеры предлагают альтернативу другим методам резки стекла.
Фемтосекундная лазерная резка стекла: как это работает?
Ультракороткие лазерные импульсы в сочетании с безье-подобным лучом могут использоваться для обработки стекла. Пучок Бесселя имеет более тонкую перетяжку и большую глубину фокуса, чем гауссов пучок, и способен одновременно поглощать энергию ультракоротких импульсов по всей толщине стекла. Использование импульсных импульсов позволяет стеклу подвергаться более эффективному поглощению лазерного излучения и приводит к образованию трещин, необходимых для разрезания стекла сверху вниз. Например, с помощью этого фемтосекундного лазера с бесселеподобным лучом можно выполнять резку стекла независимо от того, является ли траектория прямой или изогнутой.
Группа приложений Amplitude разработала процесс на основе фемтосекундного лазера для точного управления направлением излома и сопутствующей оптикой обработки стекла, а также для использования расширенной генерации излома для повышения эффективности процесса резки стекла. Этот процесс можно использовать для резки тонкого и ультратонкого стекла (<200μm), thick glass (>1мм) или даже многослойное стекло или различные легко отделяемые хрупкие прозрачные материалы с малой шероховатостью поверхности (<1μm) and no chips and chipping.
Ключевой особенностью процесса является то, что энергия фемтосекундного лазера, поглощаемая стеклом, образует расширенную трещину, которая намного превышает размер фактической точки удара. Эта функция значительно ускоряет время обработки и повышает эффективность использования мощности лазера. Для различных типов и толщин стекла (<1 mm nanolaminate glass, for example), the use of sub-picosecond or femtosecond pulses can produce longer extended cracks for more efficient processing. For cutting thin glass, cutting speeds of more than ~1 m/s along a straight line and more than 100 mm/s for curved parts can be achieved with a laser power of only 10 W. For ultra-thin glass, cutting energies of less than 30 uJ can yield cut edges with chipping of less than 0.5 um. The process can also be used to cut thick glass or multiple layers of glass (>1 мм) за один проход.
Экспериментальные исследования, проведенные технологической группой Amplitude, показали, что наиболее эффективным параметром обработки является генерация пакета из 4–6 импульсов с равномерным распределением энергии подимпульсов. В сочетании с определенными оптическими конфигурациями за один проход можно обрабатывать стекло толщиной 3 мм. Для этого исследования использовался лазер Amplitude Tangor, оснащенный функцией Femtoburst ™️, которая позволяет пользователю программировать отдельные амплитуды субимпульсов в последовательности вспышек для точной модуляции распределения энергии вспышек для детального изучения поглощения энергии материалом. в индивидуальном порядке.
Кому подходит фемтосекундная лазерная резка стекла?
Этот процесс можно использовать в различных приложениях, таких как производители дисплеев для мобильных устройств, которые используют более тонкое стекло или многослойное стекло, а также в бытовой электронике, где часто используется стекло с покрытием, которое часто должно обрабатываться с изогнутыми углами, контурными формами и разрезами. , и где характеристики обработки коротких импульсов фемтосекундных импульсов могут эффективно уменьшить зону термического влияния слоя покрытия. Многие механические или другие лазерные методы не могут обеспечить уровень точности и качества, требуемый для таких продуктов. Наша технология также может использоваться для резки более толстого стекла для медицинской промышленности или даже закаленного стекла для защиты экрана или автомобильной промышленности.
Кроме того, с развитием в последние годы технологии стеклянных сквозных отверстий (TGV) направлением и тенденцией станет использование стеклянных подложек со сквозными отверстиями в платах адаптеров интегрированных корпусов 3D, MEMS и Mini LED/Micro LED и т. д. Кроме того, существует особый спрос на типы отверстий с большим отношением глубины к диаметру в оптической связи, бытовой электронике, биочипах и т. д. В технологии TGV модуль обработки луча Бесселя является незаменимым инструментом, с помощью которого можно достичь микрон или даже субмикрон, супер 250, 000 на квадратный сантиметр сверхвысокой плотности сквозного отверстия, поэтому для плотной и высокоскоростной обработки стеклянного сквозного отверстия требуется 1. микроотверстие между лазерной обработкой не может появляются при термическом напряжении, вызванном микротрещинами, 2. расстояние между отверстиями должно точно контролироваться. Фемтосекундные лазеры имеют узкую ширину импульса для контроля микротрещин (<350fs) while providing an excellent solution to precisely control the position accuracy of the trigger pulse on the material using the FemtoTrig® feature developed by Amplitude's technical team, synchronized with the oscillator clock (fosc:40Mhz, jitter. 25ns) to achieve higher machining position accuracy (100m/ s, Position Error: 2.5um) while maintaining a constant single pulse energy (<4% energy fluctuation) for high speed pulse machining.
Технические и технологические группы Amplitude разрабатывают и совершенствуют методы фемтосекундной лазерной обработки путем включения и постоянного выявления внутренних свойств материала, а также путем настройки соответствующих оптических модулей и лазерных решений для получения более качественных результатов лазерной обработки материалов. Лаборатория приложений в Сучжоу, Китай, может предоставить клиентам тесты обработки образцов для проверки возможности технологии, а также предоставить клиентам и партнерам совместную разработку технологии применения фемтосекундного лазера и практическое обучение по обработке фемтосекундным лазером. Активно открывая сотрудничество с китайскими университетами и научно-исследовательскими институтами, мы стремимся развивать больше местных талантов.
