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深度解讀

激光遇上碳——金剛石與激光結(jié)合的應(yīng)用探索

星之球科技 來源:Carbontech 企鵝號(hào)2021-10-27 我要評(píng)論(0 )   

激光是20世紀(jì)以來,繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后,人類的又一重大發(fā)明,被稱為“最快的刀”、“最準(zhǔn)的尺”、“最亮的光”、“奇異的光”。它的亮度約為太陽光的100億倍...

激光是20世紀(jì)以來,繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后,人類的又一重大發(fā)明,被稱為“最快的刀”、“最準(zhǔn)的尺”、“最亮的光”、“奇異的光”。它的亮度約為太陽光的100億倍。六十年前,美國(guó)年輕的物理學(xué)家梅曼成功研制了人類歷史上第一臺(tái)激光器——紅寶石激光器,每年的5月16日,激光的誕生日,被定為“國(guó)際光日”。

01激光是什么?為何地位如此重要?

激光,利用某些物質(zhì)原子中的粒子受激發(fā)而發(fā)出的光,與普通的光不同,其輻射出的光波具有相同的位相、頻率和振動(dòng)方向。激光,“Laser”,是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 每個(gè)單詞首個(gè)字母的縮寫,如用中文加以解釋,就是“受激輻射的光放大”,這實(shí)際上也反映了激光器的工作原理。

圖1:激光的相干性好(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

“激光”的中文名來自錢學(xué)森?!凹す狻边@個(gè)中文名詞,不是譯音,也不是外來語,那么又是誰把激光器的英文名稱叫“Laser”的呢?1964年10月,中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所主辦的《光受激發(fā)射情報(bào)》(其前身為《光量子放大專刊》)雜志編輯部致信我國(guó)著名科學(xué)家錢學(xué)森,請(qǐng)他為L(zhǎng)aser這種新光源取一個(gè)中文名字。錢學(xué)森教授很快便回信并建議:“光受激發(fā)射這個(gè)名詞似乎太長(zhǎng),讀起來費(fèi)事,能不能改稱為激光?”

02金剛石&激光,會(huì)是一場(chǎng)怎么樣的邂逅?

作為一種重要的“碳材料”,金剛石具有寬光譜透射性、低熱膨脹系數(shù)、高機(jī)械強(qiáng)度,高耐熱沖擊熱性,低散射,高激光誘導(dǎo)損傷閾值,低吸收,高拉曼增益系數(shù)和高導(dǎo)熱性等優(yōu)異特性的結(jié)合,為光學(xué)應(yīng)用(如激光)提供了卓越的優(yōu)勢(shì)。

圖 2:金剛石晶體透射光譜范圍(未鍍膜)

金剛石的透射光譜范圍覆蓋從紫外、可見光、紅外至無線電波范圍,最初被用作顯微鏡的高折射率材料和極端環(huán)境下的紅外透射窗口。金剛石的本征光學(xué)性質(zhì)由其在深紫外的禁帶寬度決定,其截止波長(zhǎng)為 225 nm (5.47 eV);其中在2.5 至 6 μm 間有微弱的吸收,主要由其聲子帶吸收決定。此外,金剛石的大禁帶避免了金剛石晶體在高溫下熱產(chǎn)生的電荷載流子,因此,即使在非常高的溫度和輻射強(qiáng)度下,金剛石仍然可以保持高透明度。

此外,金剛石具有優(yōu)異的熱物性,其熱導(dǎo)率可高達(dá)2200 W/(m·K),是常用激光晶體YAG的140多倍,比同處于第四族的單晶硅也高出近13倍。極高的熱穩(wěn)定性也使得金剛石能夠在高溫、高強(qiáng)度的嚴(yán)苛工作條件下呈現(xiàn)優(yōu)異的性能,因此廣泛應(yīng)用于材料冷卻等領(lǐng)域。另外,熱學(xué)級(jí)CVD金剛石目前的主要應(yīng)用是高功率半導(dǎo)體二極管激光器,二極管激光器陣列的熱沉(散熱片),GaN on diamond復(fù)合片和衛(wèi)星擴(kuò)熱板。主要用于光通訊(光端機(jī))和軍事。目前高功率二極管激光器陣列的輸出功率已經(jīng)達(dá)到1千瓦以上,不僅在軍事,將來在民用技術(shù)上肯定會(huì)有廣泛用途(如用作激光加工)。

圖3:基于金剛石不同的性質(zhì)所報(bào)道的不同類型的光學(xué)元件

因此,與傳統(tǒng)材料的激光器相比,利用金剛石作為散熱器,透射窗口,反射窗口,分束器可使得激光器在高功率下依然穩(wěn)定的運(yùn)行在相當(dāng)高的性能水平……

03金剛石激光晶體與激光器

近年來隨著化學(xué)氣相沉積制備工藝的提高,使得人造金剛石的光學(xué)品質(zhì)得到快速提升!

金剛石將低雙折射率(10-5)、長(zhǎng)光程、低光學(xué)吸收率等優(yōu)異性能結(jié)合在一起,使其成為低損耗激光腔應(yīng)用的首選材料。由于金剛石內(nèi)部碳原子的高原子密度和強(qiáng)鍵合特性,結(jié)合高度對(duì)稱的晶格結(jié)構(gòu),使其具有高拉曼增益,同時(shí),高折射率和高聲波傳輸速度使之具有高布里淵增益和布里淵頻移。并且金剛石具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性(室溫下為Cu的5倍)和最低的熱膨脹系數(shù),使其比常用的拉曼增益介質(zhì)能夠達(dá)到更高的激光功率,在極大程度上克服了基于傳統(tǒng)工作物質(zhì)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)激光器存在的熱效應(yīng)、以及波長(zhǎng)和輸出功率難以兼顧的難題。

因此,金剛石激光器在拉曼和布里淵激光領(lǐng)域展現(xiàn)出極為突出的優(yōu)勢(shì),為高功率激光的發(fā)展提供了新的機(jī)遇。

金剛石拉曼激光器

金剛石作為一種性能優(yōu)異的晶體拉曼材料,具有已知晶體材料中最大的拉曼頻移 1332.3 cm-1,其室溫下拉曼增益線寬約為1.5 cm-1。金剛石的拉曼增益具有偏振選擇性 ,當(dāng)泵浦光偏振方向和金剛石晶體方向平行時(shí),其拉曼增益最大 (10 cm/GW@1 μm),且輸出線偏振的拉曼光。

表1:金剛石與其他拉曼增益材料的參數(shù)對(duì)比

超快的熱耗散能力是金剛石晶體在高功率運(yùn)行下保持高拉曼增益不變并獲得高光束質(zhì)量激光輸出的關(guān)鍵。另外,拉曼過程中產(chǎn)生的Stokes 光的空間和相位等特性并不受泵浦光光束特征的影響,因此金剛石拉曼激光器(diamond Raman laser, DRL)能夠有效率地改善輸入光束的空間相干性。

圖4:一階、二階金剛石拉曼激光器亮度增強(qiáng)

迄今為止,人們利用納秒脈沖泵浦的金剛石拉曼激光器已經(jīng)將泵浦激光的亮度提高了 1.7 倍。然而針對(duì)連續(xù)光工作狀態(tài)下的金剛石拉曼激光亮度增強(qiáng)卻沒有相關(guān)報(bào)道。另外,近兩年人們利用高光束質(zhì)量(M2

金剛石布里淵激光器

雖然同為非彈性散射,但受激布里淵散射與受激拉曼散射不同的是,其為強(qiáng)光光子與介質(zhì)內(nèi)部聲子場(chǎng)作用產(chǎn)生具有一定頻率下移的光子并被不斷放大的過程。雖然布里淵散射中聲波場(chǎng)的作用類似于拉曼散射中分子振動(dòng),但由于聲波場(chǎng)的振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于介質(zhì)內(nèi)部的分子振動(dòng)頻率,因此材料布里淵頻移(~GHz) 遠(yuǎn)低于常規(guī)介質(zhì)的拉曼頻移 (~THz),因此布里淵激光的量子虧損要比拉曼激光低得多,而且?guī)资?GHz 的布里淵頻移可以用作光子微波合成技術(shù)領(lǐng)域。此外,由于布里淵增益線寬非常窄 (MHz),因此布里淵激光器可以產(chǎn)生極窄線寬的激光輸出,在微波光子學(xué)、相干通信、量子處理器和光譜學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。目前,布里淵激光主要通過幾種特殊材料(如硫系化合物、硅、二氧化硅、氮化鋁等) 并通過波導(dǎo)結(jié)構(gòu) (如微諧振器、光纖和薄片) 產(chǎn)生。

表2:金剛石與其他固體布里淵增益材料的參數(shù)對(duì)比

相比于現(xiàn)有的布里淵晶體材料,金剛石具有更高的布里淵頻率(>10 GHz),因此更易獲得頻率可分辨的斯托克斯光輸出。雖然,金剛石布里淵增益系數(shù)數(shù)值低于聲光晶體TeO2(100 cm/GW,已知最高),但遠(yuǎn)高于目前常用的波導(dǎo)和微腔所采用的布里淵材料硅 (0.24 cm/GW) 以及 CaF2(4.11 cm/GW),且與常用的硫族化合物材料As2S3(74 cm/GW) 相當(dāng)。且金剛石能夠在抽運(yùn)功率為千瓦量級(jí)以及功率密度達(dá)到1 GW/cm2的情況下無負(fù)面非線性效應(yīng)產(chǎn)生。因此,金剛石可以作為一種潛在的新型布里淵材料,但是在SBS領(lǐng)域金剛石還是一個(gè)“新成員”。

CO2激光器

CO2激光器是工業(yè)上常用的激光器之一,在加工 通信 雷達(dá) 化學(xué)分析 外科手術(shù)等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用隨著CO2激光器功率的提高,對(duì)輸出窗口的要求越來越苛刻,目前常用的窗口材料 ZnSe GaAs會(huì)在機(jī)械應(yīng)力以及熱應(yīng)力的作用下,發(fā)生畸變或者破碎,導(dǎo)致窗口失效 損壞。高功率輸出要求窗口必須具有高透過性 高熱導(dǎo)率 熱穩(wěn)定性以及機(jī)械強(qiáng)度等綜合性能 高質(zhì)量 CVD 金剛石抗激光( @ 10.6 μm) 損傷峰值能量高達(dá) 66 J /cm2,峰值功率可達(dá) 12.7 MW /mm2,同時(shí)金剛石在 10.6 μm 有較高的透過率 極高的熱導(dǎo)率和優(yōu)異的機(jī)械性能,這使得金剛石幾乎能完美地匹配高功率 CO2激光器對(duì)窗口材料的需求 據(jù)報(bào)道,美國(guó)通用公司將金剛石膜做成大功率激光窗片,可承受高達(dá) 200 kW 的 CO2激光輸出

04金剛石散熱——在高功率激光器中的應(yīng)用

隨著航天 通信等領(lǐng)域電子器件向著小型化 集成化和高功率化的趨勢(shì)不斷發(fā)展,急劇增加的熱通量給器件散熱帶來巨大挑戰(zhàn),過高的溫度已經(jīng)成為電子器件壽命降低和性能失效的重要因素 電子封裝材料作為半導(dǎo)體芯片散熱的主要通道。

高功率半導(dǎo)體激光器工作時(shí)由于單顆芯片出光功率大,單位面積產(chǎn)生的熱量大,如果不做好散熱技術(shù),很容易發(fā)生芯片死亡,性能快速下降。熱效應(yīng)影響,降低了激光器的輸出功率、電光轉(zhuǎn)換效率,甚至減少激光器使用壽命或者導(dǎo)致激光器失效等問題已不容忽視。高功率半導(dǎo)體激光器封裝對(duì)過渡熱沉的要求主要有兩個(gè)方面,低熱阻與低熱失配。過渡熱沉熱導(dǎo)率越高越可以有效地降低激光器熱阻,同時(shí)需考慮芯片與熱沉的熱膨脹系數(shù)匹配程度,根據(jù)需求選擇合適的燒結(jié)焊料,減少熱失配,進(jìn)而提高高功率半導(dǎo)體激光器輸出特性。

圖5:金剛石散熱片

金剛石作為高功率半導(dǎo)體激光器封裝熱沉,表現(xiàn)出優(yōu)異的散熱特性:一方面將集中于器件PN結(jié)的熱量能夠均勻迅速的沿?zé)岢帘砻鏀U(kuò)散;另一方面將熱量沿?zé)岢链怪狈较蜓杆賹?dǎo)出。因此可以應(yīng)用金剛石膜制作高功率光電子元件的散熱器材料。

目前高功率半導(dǎo)體激光器普遍使用的散熱材料是氮化鋁熱沉,將其作為過渡熱沉燒結(jié)在銅熱沉上。隨著金剛石制造技術(shù)的大力發(fā)展,金剛石的成本得到降低,使得金剛石得到了廣泛的應(yīng)用。目前人造金剛石熱沉的熱導(dǎo)率最高已經(jīng)達(dá)1800W/(K·m)以上,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氮化鋁和銅的熱導(dǎo)率。擁有高熱導(dǎo)率的金剛石熱沉作為過渡熱沉是有顯著優(yōu)勢(shì)的。

圖6:高功率半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)示意圖

另外,一般微通道熱沉采用的是硅作為基底材料,但是金剛石相對(duì)于硅有更高的熱導(dǎo)率,所以一些學(xué)者采用金剛石做微通道熱沉,KennethEGoodson等人采用化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)設(shè)計(jì)了金剛石微通道熱沉,并與Missaggia等人所設(shè)計(jì)的硅微通道熱沉進(jìn)行了對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用金剛石微通道的熱阻更低、散熱特性更好。劉剛,唐曉軍等人將金剛石擴(kuò)散片焊接到疊片無氧銅微通道熱沉的上表面,在這種設(shè)計(jì)方案下用20℃,0.5L/min的水冷,經(jīng)數(shù)值仿真計(jì)算后,得到熱阻值為0.244℃/W,熱沉表面的最高溫度為44.4℃,可滿足100W以上的發(fā)熱量設(shè)計(jì)要求。

與此同時(shí),隨著近些年金剛石與激光晶體的鍵合技術(shù)迅速發(fā)展,有效緩解了固體激光器的熱效應(yīng),然而該技術(shù)對(duì)金剛石的平整度和粗糙度的要求極高,給金剛石加工帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

05激光加工金剛石

高度創(chuàng)新的消費(fèi)類電子產(chǎn)品領(lǐng)域,脆性材料被廣泛應(yīng)用于智能設(shè)備中,例如手機(jī),手表等。由于市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品性能要求越來越高,意味著采用傳統(tǒng)的EP電鍍磨頭,脆性材料如鋼化工程玻璃、氧化鋯、藍(lán)寶石的加工變得更加困難,而且這些脆性材料在加工后必須提供適當(dāng)?shù)牧慵?qiáng)度。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),我們必須很好地控制表面光潔度和殘余應(yīng)力,確保這些脆性材料在未來成功而經(jīng)濟(jì)有效的加工。

激光實(shí)現(xiàn)金剛石超精密拋光

金剛石廣泛應(yīng)用于光伏發(fā)電、半導(dǎo)體、消費(fèi)電子及超硬刀具等諸多領(lǐng)域,是現(xiàn)代工業(yè)中的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料,亦被視為21世紀(jì)最有發(fā)展前景的工程材料。

第三代半導(dǎo)體、5G通信、通訊衛(wèi)星及軍用雷達(dá)等高新技術(shù)領(lǐng)域已大量應(yīng)用金剛石襯底元器件,以滿足抗輻射、大功率、高頻率、高溫等極端工況的要求。另外,隨著陶瓷、鋁酸鹽、超級(jí)合金、金屬基復(fù)合材料和高性能聚合物等新材料的出現(xiàn),以及對(duì)復(fù)雜形狀零件的強(qiáng)烈需求,導(dǎo)致對(duì)其加工刀具的要求越來越高。然而CVD 金剛石刀具表面粗糙度高、顆粒大,嚴(yán)重制約了在精密領(lǐng)域的應(yīng)用,降低表面粗糙度是迫切需要解決的難題。平坦化拋光技術(shù)已經(jīng)成為單晶金剛石應(yīng)用于上述領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。

圖7:晶圓的激光拋光

一般來說,人工方式生產(chǎn)出來的金剛石晶體表面粗糙,需要對(duì)其進(jìn)行平坦化加工獲得高精度、低損傷的超光滑金剛石表面(Ra

在金剛石拋光中,存在以下兩大難點(diǎn):一方面,金剛石硬度極高,通常需要大拋光載荷才能形成材料去除,因而在拋光過程中容易產(chǎn)生劃痕、坑點(diǎn)等表面/亞表面損傷;另一方面,金剛石彈性極限與強(qiáng)度極限非常接近,當(dāng)所承受的載荷超過彈性極限時(shí)就會(huì)發(fā)生斷裂破壞,因而金剛石拋光加工時(shí)極易破碎。故實(shí)現(xiàn)金剛石高質(zhì)量、高效率的超光滑無損傷表面的加工非常困難。

當(dāng)前應(yīng)用于金剛石拋光的主要方法有機(jī)械拋光、化學(xué)機(jī)械拋光、動(dòng)態(tài)磨削拋光、熱化學(xué)拋光、等離子體刻蝕和高能束流拋光等。但要實(shí)現(xiàn)金剛石這類高硬度、脆性材料的高質(zhì)量激光加工,一個(gè)重要的因素是需要有效控制熱效應(yīng)的影響。作為一個(gè)有前途的技術(shù)和突破性的創(chuàng)新, 激光可以有效拋光工件表面的初始形貌并無視拋光表面的復(fù)雜性, 這一高自由度的靈活特性促使激光成為了表面拋光的首選手段。

激光切割、打孔等超精密加工

另外,激光具有精確的小尺度切割和鉆孔能力,激光憑借極高的峰值功率、精確的損傷閾值、極小的熱影響區(qū)、高的加工精度,以及適合于各種難加工超硬材料的特點(diǎn),成為科研人員關(guān)注的焦點(diǎn)。

目前,激光切割主要應(yīng)用在航空航天工業(yè)和汽車制造業(yè)中,如飛機(jī)框架、飛機(jī)主旋翼、汽車車架等切割。另外,在消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域顯然提供了最多的證據(jù)。手機(jī)、微處理器、顯示器、內(nèi)存芯片都是極其復(fù)雜的組件,由大量的不同材料、尺寸很小、厚度極小的多層材料組成。因而需要先進(jìn)的、高精密度的加工能力,以及在經(jīng)濟(jì)上可行的大批量生產(chǎn)的能力。同步發(fā)展加工、激光技術(shù)以及新的光束傳輸技術(shù),來滿足目前以及未來可能出現(xiàn)的挑戰(zhàn)。

微孔加工特別是深微孔加工一直是航空航天、新能源、生物醫(yī)療等高端制造領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)。激光打孔技術(shù)具有精度高、通用性強(qiáng)、效率高、成木低和綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn),已成為現(xiàn)代制造領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一,為微孔加工提供了先進(jìn)的加工手段。國(guó)內(nèi)目前比較成熟的激光打孔的應(yīng)用是在金剛石和天然金剛石拉扮模的生產(chǎn)及鐘表和儀表的寶石軸承、吃機(jī)葉片、多層印刷線路板等行業(yè)。

飛秒激光誘導(dǎo)金剛石色心

隨著金剛石微結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用,對(duì)金剛石微結(jié)構(gòu)的精細(xì)加工提出了迫切需求。金剛石由于其較高的硬度和較低的塑性,其精細(xì)微納加工一直是一個(gè)很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。要利用金剛石進(jìn)行光子器件和探測(cè)器的制造,例如在金剛石內(nèi)部直寫石墨導(dǎo)電回路等三維微納結(jié)構(gòu)以及圖案化金剛石色心,發(fā)展一種高效可控的在其內(nèi)部制備微納米結(jié)構(gòu)的方法是必須的

圖:金剛石NV色心

傳統(tǒng)的高能射線輻照等色心制備方法很難實(shí)現(xiàn)在金剛石內(nèi)部任意位置精確誘導(dǎo)色心,限制了色心與微納光學(xué)結(jié)構(gòu)集成的空間自由度 離子注入法以唯一能實(shí)現(xiàn)指定位置亞微米級(jí)精度色心分布的方法被廣泛研究,但受電子束能量和金剛石表面損傷閾值的限制,這種方法只適合在金剛石表面和較淺層位置誘導(dǎo)色心,且后續(xù)熱處理工序會(huì)對(duì)金剛石內(nèi)微納結(jié)構(gòu)的光學(xué)性能帶來負(fù)面影響。

相對(duì)而言,飛秒激光直寫技術(shù)對(duì)材料的加工基于多光子吸收等非線性過程,可在表層無損的情況下聚焦到金剛石內(nèi)部,并突破衍射極限誘導(dǎo)產(chǎn)生高空間分辨的復(fù)雜的三維微納結(jié)構(gòu) 通過調(diào)整加工參數(shù),采用飛秒激光可以在金剛石實(shí)現(xiàn)包含內(nèi)部和表面色心 折射率變化 微孔洞和微裂紋等多種微結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)誘導(dǎo),并通過各種微結(jié)構(gòu)的組合制備多種功能性光電器件,這些結(jié)構(gòu)在單光子產(chǎn)生 光波導(dǎo) 探測(cè)等方面具有重要的應(yīng)用前景

06金剛石刀具用于激光微加工

超精密車削作為超精密加工技術(shù)的重要組成部分,在國(guó)防和尖端科技中起著重要作用。天然單晶金剛石擁有極高硬度、耐磨性好、強(qiáng)度高、極好的導(dǎo)熱性、能刃磨出鋒利的刃口等一系列優(yōu)異的性能,使其成為超精密切削中理想的、不可代替的刀具材料。

對(duì)金剛石材料,無論是 CVD、PCD 還是單晶金剛石的加工,始終影響著精密機(jī)械制造的發(fā)展。天然單晶金剛石一般是規(guī)則多面體,要將其加工成刀具一般需要研磨或者切割技術(shù)的支撐。

圖8:金剛石刀具

隨著日益增長(zhǎng)的制造需要和物理科學(xué)的推動(dòng),材料的切割方法正朝著高效、靈活和精密的方向發(fā)展。激光由于其無接觸、加工效率高、熱影響區(qū)小、切割軌跡復(fù)雜等優(yōu)點(diǎn),逐漸進(jìn)入人們視野。目前,激光切割技術(shù)已經(jīng)成為激光加工技術(shù)中發(fā)展最成熟、應(yīng)用最廣的一種加工工藝。激光切割技術(shù)是將具有極高功率密度的聚焦激光束與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng),使工件材料不斷蝕除并形成切縫的切割技術(shù)。激光切割設(shè)備占激光加工設(shè)備總值的 70% 以上,廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、橋梁、機(jī)械制造、航空航天和能源等領(lǐng)域。另外通過使用激光切割技術(shù),可以降低刀具成本,縮短刀具制造時(shí)間,從而推動(dòng)超精密加工技術(shù)的發(fā)展。

例如,美國(guó)西密歇根大學(xué)的John Patten博士開發(fā)了一種稱為“μ-LAM”的微激光輔助加工技術(shù),該方法將激光與金剛石刀具結(jié)合起來,對(duì)硅半導(dǎo)體和陶瓷材料進(jìn)行加熱軟化和切削加工?!唉?LAM”加工裝置集成了一種紅外光纖激光(波長(zhǎng)范圍1000~1500nm),汾激光束通過一個(gè)具有很高光學(xué)清晰度的單點(diǎn)金剛石刀具照射到工件上,將工件材料加熱到600℃以上,刀尖圓弧半徑為5μm~5mm的金剛石刀具通過環(huán)氧樹脂粘接(適用于毫瓦級(jí)激光功率的加工)或焊接/釬焊(適用于1瓦或更大激光功率的加工)的方式,連接到裝在鎢或硬質(zhì)合金殼體中的激光器上。

另外,人造單晶金剛石工具同樣可以應(yīng)用于激光微加孔技術(shù)中。近年來,集成電路產(chǎn)業(yè)得到了迅猛發(fā)展,也幫助了相關(guān)產(chǎn)業(yè),特別是上游基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。作為集成電路,大規(guī)模集成電路的關(guān)鍵材料,隨著集成電路及半導(dǎo)體器件向封裝多引線化、高集成度和小型化發(fā)展,鍵合金絲的技術(shù)指標(biāo)也越來越高,高純度、高溫、超細(xì)、超長(zhǎng)的絲材需求量迅速大大增加。人造單晶金剛石是集成電路引線模具理想的材料,研究和開發(fā)單晶金剛石集成電路精密引線模具是全世界科技工作者的重要任務(wù)。激光微打孔技術(shù)是人造單晶金剛石集成電路引線模具加工的重要方法,采用傳統(tǒng)的激光數(shù)控打孔模型很難達(dá)到精確的孔徑。我們提出的控制工件旋轉(zhuǎn)速度和激光脈沖能量進(jìn)行激光打孔的新模型是有效的。


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