Znano je, da femtosekundni laserji režejo skoraj vse materiale in se uporabljajo pri obdelavi in izdelavi zaslonov, polprevodnikov in drugih elektronskih komponent ali delov po meri. Pravzaprav je femtosekundna laserska mikroobdelava natančnejša in zmanjša toplotni vpliv na material, kar ima za posledico dele višje kakovosti. ekipa Amplitude je leta delala na eni aplikaciji za femtosekundne laserje: obdelavi stekla.
Kako lahko femtosekundni laserji izboljšajo rezanje stekla?
Posebnost stekla je njegova trda in krhka narava, kar predstavlja velik izziv pri predelavi. Tradicionalne mehanske tehnike rezanja stekla, kot je rezanje z diamantnim kolutom, peskanje ali postopki z vodnim curkom, režejo nenatančno, robovi niso pravilni in imajo med postopkom rezanja velike in asimetrične preostale napetosti na robovih, kar povzroča mikrorazpoke, prah in ostanke na površini. na ta način obdelani robovi stekla. Pri mnogih aplikacijah bodo drobne razpoke, ki jih povzročijo ostružki in lokalizirane napetosti, povzročile okvaro naprave, zato je treba izvesti brušenje in poliranje robov po prehodu, da se utrdijo robovi, da se doseže sprejemljiva kakovost. Poleg tega mehanska obdelava nožnega kolesa zahteva tudi nekaj pomožnih sredstev za pomoč pri rezanju, ki se lahko primejo končnega roba in zahtevajo obdelavo, kot je čiščenje z vodo ali ultrazvočno čiščenje. Naknadni postopek obdelave in nizka stopnja izkoristka bosta povečala stroške končnega steklenega izdelka.
Poleg tega, ko je posamezen kos stekla stanjšan na mikronsko raven (UTG steklo), te tradicionalne mehanske metode rezanja ne bodo več uporabne. Edinstvene prednosti ultrahitrih laserjev omogočajo obdelavo teh trdih, krhkih in ultratankih steklenih materialov, femtosekundni laserji z ustreznimi parametri pa lahko učinkovito režejo z zelo omejenim številom robov v enem prehodu [1]. To velja tudi za debelo steklo, kjer femtosekundni laserji ponujajo alternativo drugim tehnikam rezanja stekla.
Femtosekundni laserski razrez stekla: Kako deluje?
Za obdelavo stekla se lahko uporabljajo ultrakratki laserski impulzi v kombinaciji z Bezierjevim žarkom. Besselov žarek ima tanjši pas žarka in večjo žariščno globino kot Gaussov žarek ter je sposoben istočasno absorbirati energijo ultrakratkih impulzov po celotni debelini stekla. Uporaba impulznih izbruhov omogoča, da je steklo podvrženo učinkovitejši laserski absorpciji in povzroči razpoke, potrebne za rezanje stekla od zgoraj navzdol. Z uporabo tega femtosekundnega laserja z žarkom, podobnim Besselu, je na primer mogoče izvesti rezanje stekla ne glede na to, ali je pot ravna ali ukrivljena.
Skupina za aplikacije Amplitude je razvila femtosekundni laserski postopek za natančen nadzor smeri loma in spremljajoče optike obdelave stekla ter za uporabo razširjene generacije loma za izboljšanje učinkovitosti obdelave postopka rezanja stekla. Postopek se lahko uporablja za rezanje tankega in ultratankega stekla (<200μm), thick glass (>1 mm) ali celo večslojno steklo ali različni zlahka ločljivi krhki prozorni materiali z nizko površinsko hrapavostjo (<1μm) and no chips and chipping.
Ključna značilnost postopka je, da femtosekundna laserska energija, ki jo absorbira steklo, povzroči razširjeno razpoko, ki daleč presega velikost dejanske točke udarca. Ta funkcija znatno pospeši čas obdelave in poveča učinkovitost porabe energije laserja. Za vrsto vrst in debelin stekla (<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 mm) v enem prehodu.
Eksperimentalne študije, ki jih je izvedla ekipa Amplitude process, so pokazale, da je najučinkovitejši procesni parameter ustvariti izbruh 4 do 6 impulzov z enakomerno porazdelitvijo energije podimpulzov. V kombinaciji z določenimi optičnimi konfiguracijami je mogoče v enem prehodu obdelati steklo debeline 3 mm. Za to študijo je bil uporabljen laser Amplitude Tangor, opremljen s funkcijo Femtoburst ™️, ki uporabniku omogoča programiranje posameznih amplitud subpulza v vzorcu izbruha za natančno modulacijo porazdelitve energije izbruha za podrobno študijo absorpcije energije materiala. na prilagojen način.
Komu je namenjen femtosekundni laserski razrez stekla?
Postopek se lahko uporablja v različnih aplikacijah, kot so proizvajalci zaslonov mobilnih naprav, ki uporabljajo tanjše steklo ali večslojno steklo, in v potrošniški elektroniki, kjer se pogosto uporablja prevlečeno steklo in ga je treba pogosto obdelati z ukrivljenimi vogali, konturnimi oblikami in rezi. in kjer lahko značilnosti obdelave kratkih impulzov femtosekundnih impulzov učinkovito zmanjšajo toplotno prizadeto območje prevlečne plasti. Mnoge mehanske ali druge laserske metode ne morejo zagotoviti ravni natančnosti in kakovosti, ki se zahteva za takšne izdelke. Našo tehnologijo je mogoče uporabiti tudi za rezanje debelejšega stekla za medicinsko industrijo ali celo za kaljeno steklo za zaščito zaslona ali avtomobilsko industrijo.
Poleg tega bo z razvojem tehnologije steklenih lukenj (TGV) v zadnjih letih smer in trend uporabe steklenih substratov skozi luknje v 3D integriranih adapterskih ploščah, MEMS in Mini LED/Micro LED itd. Poleg tega obstaja tudi posebno povpraševanje po vrstah lukenj z visokim razmerjem med globino in premerom v optični komunikaciji, potrošniški elektroniki, biočipih itd. V tehnologiji TGV je modul za obdelavo žarka Bessel nepogrešljivo orodje, z uporabo te tehnologije lahko dosežemo mikron ali celo sub-mikron, super 250,000 na kvadratni centimeter skoznja luknja ultra visoke gostote, tako gosta in hitra obdelava steklene skoznje luknje zahteva 1. mikro luknjo med lasersko obdelavo ne more pojavijo pri toplotni obremenitvi, ki jo povzroči mikro razpoka, 2. razmak med luknjami mora biti natančno nadzorovan. Femtosekundni laserji ponujajo ozko impulzno širino za nadzor mikrorazpok (<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.
Tehnične in procesne ekipe podjetja Amplitude razvijajo in izboljšujejo femtosekundne laserske metode obdelave z vključevanjem in nenehnim odkrivanjem notranjih lastnosti materiala ter prilagajanjem ujemajočih se optičnih modulov in laserskih rešitev za pridobitev rezultatov laserske obdelave materiala višje kakovosti. Laboratorij za aplikacije v mestu Suzhou na Kitajskem lahko strankam zagotovi preizkuse obdelave vzorcev za preverjanje izvedljivosti tehnologije, strankam in partnerjem pa nudi tudi skupen razvoj femtosekundne laserske aplikacijske tehnologije in praktično usposabljanje o femtosekundni laserski obdelavi. Z aktivnim odpiranjem sodelovanja s kitajskimi univerzami in raziskovalnimi ustanovami želimo razviti več lokalnih talentov.
