激光技術(shù)助力電子制造與材料加工

激光應(yīng)用一般是根據(jù)市場需求開發(fā)的，而開發(fā)激光應(yīng)用需要先選擇合適的激光光源，到目前為止，可供選擇的高功率基模綠光激光器非常少。即將參展2011年慕尼黑上海激光、光電展的美國光波公司（展位號E4.4412）推出的高功率激光端泵固體激光將會給工業(yè)激光行業(yè)帶來新的希望，其技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電子制造與材料加工，足以引起全世界相關(guān)行業(yè)的關(guān)注。這種激光器是基于光纖耦合端面泵浦、聲光調(diào)Q固體激光器，光束質(zhì)量接近衍射極限，脈沖能量穩(wěn)定性極好，后一階段的激光微納加工將沿著高效方向發(fā)展，最終將顯著降低激光微加工時間成本。即使在一些現(xiàn)有設(shè)備上面，更換為高功率激光器固體激光器，也有希望大幅度提高現(xiàn)有設(shè)備加工效率。
30W基模調(diào)Q綠光激光器和70W基模調(diào)Q綠光激光器為美國光波公司推出的兩款高功率基模固體激光器，其中70W基模調(diào)Q綠光激光器，也許就是目前世界最高水平工業(yè)激光器，激光技術(shù)在電子及材料加工的應(yīng)用優(yōu)勢大大提高了相關(guān)領(lǐng)域的生產(chǎn)效率并節(jié)省了成本，其所呈現(xiàn)的經(jīng)濟效益和市場前景，備受行業(yè)矚目。
應(yīng)用一：電子領(lǐng)域的PCB切割
PCB激光切割的難點有三個：發(fā)黑、效率、PCB板子厚度范圍，其實紫外和綠光都能夠很好地用于切割PCB板子，只是需要選擇合適的加工參數(shù)，在都可以做到不發(fā)黑條件下，綠光無疑優(yōu)勢更為明顯：
1. 成本優(yōu)勢 PCB激光切割設(shè)備一旦被采用，將是大量上線的設(shè)備，采購成本和使用成本上必須有所考慮。我們遵從一切從客戶角度甚至最終用戶角度考慮，在滿足客戶使用要求的前提下，盡可能選擇高性價比方案，綠激光器成本明顯低于紫外激光器，532nm國產(chǎn)振鏡足夠勝任，該振鏡比進(jìn)口紫外振鏡相比，成本急劇降低，532nm平場鏡頭相比紫外平場鏡頭也是如此。
2. 平均功率優(yōu)勢 在相同采購成本前提下，綠光平均功率顯然比紫外大很多，PCB板子切割畢竟需要去除一些材料，這需要相當(dāng)?shù)钠骄β蕘砥胶?，因此，平均功率高的綠光，在切割效率上比紫外要快很多，直接提高激光切割效率，降低切割時間成本。
對于1MM以下的PCB板子，激光焦點位置無須改變即可切割，對于更厚的板子，則需要焦點上下移動，需要進(jìn)一步做工藝實驗。
應(yīng)用二：電子領(lǐng)域的高端陶瓷劃片與鉆孔
陶瓷是電子行業(yè)非常重要的絕緣和導(dǎo)熱材料，應(yīng)用非常廣泛，陶瓷激光加工可以簡單的劃分為低端的陶瓷加工、中高端陶瓷加工。目前常采用的激光源有二氧化碳激光器、燈泵固體激光器、二極管側(cè)泵固體激光器、光纖激光器、紫外激光器等。用戶要求不同，選擇不同的激光器。
筆者需要強調(diào)的是，精密激光加工中，越小的劃片線寬，能夠使得激光能量的利用最大化，采用相同的激光功率，線寬越小，能量利用率就越高。而基模高功率綠光，由于光束質(zhì)量接近衍射極限，因此可以獲得非常小的線寬和較長的焦深、
型號為AWAVE-532-30W-50K的聲光調(diào)Q綠光激光器，刻劃氧化鋁陶瓷，線寬20微米以內(nèi)，深度可達(dá)200微米甚至更深，速度可達(dá)70mm/S，如果刻劃深度控制在100微米，那么其線速度可達(dá)120mm/S以上。
一樣的原因，采用35W綠光用于氮化鋁陶瓷鉆孔，可以獲得出乎意料的鉆孔效率和質(zhì)量。
應(yīng)用三：太陽能領(lǐng)域的硅片劃片與鉆孔
硅、陶瓷、玻璃屬于比較難加工材料，高功率基模綠光證實非常適合于這些材料的加工，這些材料的激光器加工，同時具備激光微加工和激光宏觀加工性質(zhì)，一方面需要很好的激光模式和高峰值功率，聚焦光斑比較小，另一個方面需要比較高的平均功率，也就是筆者指出的，將來的激光加工，要具備高效特點。
對于比較厚的硅片，目前還是采用金剛石砂輪劃片的方式，存在耗材和水污染，對于越來越薄的硅片，機械劃片越來越不適應(yīng)了，激光劃片的優(yōu)勢就越來越明顯，激光劃片是非接觸加工，不存在裂片的問題。高功率綠光用于硅片劃片和晶元劃片，是一個很好的解決方案。一方面硅對于綠光的吸收率非常高，與紫外用于硅片劃片效果幾乎沒有差別，但是由于激光功率高很多，因此劃片效率要高很多，另采購和使用成本，如前所述，并不增加甚至要低一些。
硅片打孔的需求越來越多，采用40W以上功率的高功率綠光用于硅片鉆孔，可以獲得滿意的質(zhì)量和鉆孔效率。目前采用的方案包括振鏡掃描或者平臺移動兩種方案。
應(yīng)用四：材料加工領(lǐng)域的薄金屬片切割與鉆微孔
1mm以上的厚金屬，是大功率紅外激光器的天下，對于1mm以下的金屬薄片的切割和鉆孔，高功率調(diào)Q基模固體激光器（紅外、綠光、紫外），由于具備激光微加工和激光宏觀加工能量雙重特點，可以部分涉足比較高端的領(lǐng)域。例如，不銹鋼深雕、銅材激光加工、不銹鋼薄片切割和鉆孔等，由于這方面實驗數(shù)據(jù)不多，因此留待以后美國光波的系統(tǒng)集成客戶去探索，期待這方面的更多成功案例。
研發(fā)此款固體激 0 0 博客 小組 論壇 share.floatwin('激光技術(shù)助力電子制造與材料加工');