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(hào)E4.4412)推出的高功率激光端泵固體激光將會(huì)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(shí)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(jì)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(diǎn)有三個(gè):發(fā)黑、效率、PCB板子厚度范圍,其實(shí)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(jià)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(shí)間成本。
對于1MM以下的PCB板子,激光焦點(diǎn)位置無須改變即可切割,對于更厚的板子,則需要焦點(diǎn)上下移動(dòng),需要進(jìn)一步做工藝實(shí)驗(yàn)。
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(qiáng)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(hào)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(shí)非常適合于這些材料的加工,這些材料的激光器加工,同時(shí)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(gè)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(diǎn)。
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(jī)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?jiǎng)澠?,是一個(gè)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(tái)移動(dòng)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(diǎn),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(shí)驗(yàn)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)此款固體激光器的美國光波公司立足創(chuàng)新,不斷刷新端泵調(diào)Q基模固體激光器的激光功率水平,目前可提供20W、25W、30W、35W、50W基模端泵綠光激光器用于工業(yè)市場,75W、100W單模調(diào)Q綠光作為技術(shù)儲(chǔ)備,沒有向市場推廣。
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