東莞市盛雄激光設(shè)備有限公司供稿
1.什么是皮秒
皮秒激光,即指其激光發(fā)射脈沖寬度時間為皮秒數(shù)量級,我們用來加工藍寶石的皮秒激光器脈沖寬度為6~10ps,脈沖重復(fù)頻率為400~600kHz,峰值功率達MW級。
亞皮秒也是一種時間量度單位,嚴格意義脈沖寬度應(yīng)介于500ps~1ns之間的激光才能稱之為亞皮秒激光。
目前市場上切割藍寶石基片需要吹氮氣冷卻的激光器其脈沖寬度為0.2ms, 重復(fù)頻率為100 Hz, 峰值功率僅為KW級,與皮秒激光相比,兩者的脈沖寬度相差高達10000000倍,峰值功率相差高達1000倍。
溫馨提示:實際市場上有些激光公司所謂的亞皮秒激光,其跟皮秒激光根本不是同一概念,其實質(zhì)是混淆視聽,只是為了在推銷機器時提高價格而已。
2.切割原理對比
皮秒激光:氣化切割方式
脈沖激光在高峰值功率激光束照射下,材料被高峰值功率瞬間加熱迅速升高至氣化溫度而無明顯融化,使得材料以氣體的形式從材料表面逸出。激光束經(jīng)過高速位移的掃描振鏡反射后經(jīng)平場鏡聚焦在藍寶石表面,多次重復(fù)轉(zhuǎn)圈運動,逐漸蝕刻藍寶石,材料可完全切透分離,所以可以實現(xiàn)材料的自動化上下料。
光纖激光: 熱熔切割方式
準連續(xù)激光平均功率相對較低,被激光照射處的材料首先產(chǎn)生熱熔融化,在高純氮氣(或其他惰性氣體)氣體流的作用下,熔融的材料由切口底部排出。其中氮氣作用有兩種:1.冷卻;2.加速排屑,提高切透力。
激光束經(jīng)過導(dǎo)光系統(tǒng)進入切割頭,經(jīng)切割頭中透鏡聚焦于藍寶石表面,使該處材料迅速熔化,形成孔洞,隨平臺的移動,形成切口,借助向下掃的氮氣流將熔化的材料吹除。切割時激光與氮氣的作用產(chǎn)生瞬間即熱即冷,容易掛渣,使得材料不能徹底切割開分離,故不能實現(xiàn)自動化上下料。
3.切割構(gòu)型對比
4. 峰值功率對比
以切割0.3mm厚度藍寶石為例
皮秒激光(100W)
脈沖寬度:10ps
使用功率:48W(雙頭加工,單頭功率24W)
脈沖頻率:600kHz
單脈沖能量= 使用功率÷脈沖頻率=24W ÷ 600kHz=40μ?
峰值功率=單脈沖能量÷脈沖寬度 =40μ?÷10ps=4×1000000W=4000000W
光纖激光(150W)
脈沖寬度:135us
使用功率:50W
脈沖頻率:750Hz
單脈沖能量= 使用功率÷脈沖頻率=50W ÷ 750Hz=66667μ?
峰值功率=單脈沖能量÷脈沖寬度=66667μ? ÷135us=494W
5.切割效率對比
皮秒激光設(shè)備:全自動化上下料
13000粒/23小時
(以厚度0.3mm、直徑為10mm圓為例)
光纖激光設(shè)備:人工手動上下料
5000粒/23小時
(以厚度0.3mm、直徑為10mm圓為例)
皮秒激光切割排版
皮秒激光切割藍寶石排版示意圖
藍寶石 藍寶石
皮秒激光切割藍寶石排版緊湊,無需切割引線,最大化利用藍寶石材料
6.切割錐度對比
以切割0.3mm厚度藍寶石片為例,規(guī)格12.3*12.3。
下圖分別為皮秒激光與光纖激光切割的藍寶石邊緣投影圖。皮秒激光切割藍寶石錐度<11°;光纖激光切割藍寶石錐度<7°。
7. 切割效果對比
藍寶石小粒:12.3*12.3
光纖激光切割的藍寶石邊緣發(fā)黃,皮秒激光切割的藍寶石邊緣不變色
正面直線邊緣對比
皮秒激光切割
結(jié)論:
1、皮秒激光切割的藍寶石直線邊緣整齊光滑
2、光纖激光切割的藍寶石邊緣呈鋸齒,且邊緣線條發(fā)黑
正面崩邊對比
結(jié)論:
1、放大1000倍觀測,正面崩邊均小于10um。
2、皮秒激光切割的藍寶石邊緣局部偶爾有崩邊鋸齒,所以整體靜壓強度會很高。
3、光纖激光切割的藍寶石整個正面邊緣都是鋸齒和裂紋,所以力學(xué)強度會大幅下降。
背面邊緣效果對比
皮秒激光切割藍寶石背面邊緣(崩邊<30 um)
皮秒激光切割的藍寶石背面邊緣整齊,光纖激光切割所得的邊緣呈鋸齒線條。
光纖激光切割藍寶石背面邊緣(崩邊<30 um)
不似皮秒激光采取快速多次填充式切割,光纖激光切割藍寶石采取“一刀切穿”模式,切割錐度小,不易區(qū)分切割正面與背面。
熱影響區(qū)域?qū)Ρ?/b>
皮秒激光切割 光纖激光切割
8.靜壓強度對比
皮秒激光切割產(chǎn)品 (靜壓強度>10Kg)
光纖激光切割產(chǎn)品(靜壓強度<5Kg)
落球測試:7g 、60cm (皮秒激光與光纖激光切割的藍寶石均通過)
9.小結(jié)
文章鏈接:
http://hdyjgg.com/ebook/201512/pdf/f1.pdf