Известно е, че фемтосекундните лазери режат почти всеки материал и се използват при обработката и производството на дисплеи, полупроводници и други електронни компоненти или потребителски части. Всъщност фемтосекундната лазерна микрообработка е по-прецизна и минимизира топлинното въздействие върху материала, което води до по-високо качество на детайлите. екипът на Amplitude работи от години върху едно приложение за фемтосекундни лазери: обработка на стъкло.
Как фемтосекундните лазери могат да подобрят рязането на стъкло?
Отличителната характеристика на стъклото е неговата твърда и крехка природа, което представлява значително предизвикателство при обработката. Традиционните механични техники за рязане на стъкло, като рязане с диамантено колело, пясъкоструене или процеси с водна струя, режат непрецизно, нямат равномерност в ръбовете и имат големи и асиметрични остатъчни напрежения по ръбовете по време на процеса на рязане, което води до микропукнатини, прах и отломки по повърхността ръбове на стъкло, обработени по този начин. За много приложения малките пукнатини, причинени от стружки и локализирани напрежения, ще причинят повреда на устройството и по този начин трябва да се извърши шлайфане и полиране на ръбовете след преминаване, за да се укрепят ръбовете, за да се постигне приемливо качество. В допълнение, механичната обработка на ножово колело също изисква някои спомагателни агенти за подпомагане на рязането, които могат да залепнат за готовия ръб и да изискват обработка като почистване с вода или ултразвуково почистване. Последващите процеси на обработка и ниските добиви ще оскъпят готовия стъклен продукт.
Освен това, когато отделното парче стъкло се изтъни до микронно ниво (UTG стъкло), тези традиционни механични методи на рязане вече няма да бъдат приложими. Уникалните предимства на свръхбързите лазери правят възможно обработването на тези твърди, крехки и ултратънки стъклени материали, а фемтосекунден лазер с подходящи параметри може да реже ефективно с много ограничен брой ръбове в едно минаване. Това важи дори за дебело стъкло, а фемтосекундните лазери предлагат алтернатива на други техники за рязане на стъкло.
Фемтосекундно лазерно рязане на стъкло: Как работи?
Ултракъсите лазерни импулси, комбинирани с лъч, подобен на Безие, могат да се използват за обработка на стъкло. Беселовият лъч има по-тънка лента на лъча и по-голяма фокусна дълбочина от гаусовия лъч и е в състояние едновременно да абсорбира енергията на ултракъсите импулси по цялата дебелина на стъклото. Използването на Pulse Bursts позволява стъклото да бъде погълнато по-ефективно от лазера и води до пукнатини, необходими за разрязване на стъклото отгоре надолу. Този фемтосекунден лазер с подобен на Бесел лъч може да се използва например за рязане на стъкло по права или извита траектория.
Екипът за приложения на Amplitude разработи фемтосекунден лазерен процес за прецизен контрол на посоката на счупването и придружаващата оптика за обработка на стъкло и за използване на разширено генериране на счупване за подобряване на ефективността на обработка на процеса на рязане на стъкло. Процесът може да се използва за рязане на тънко и ултратънко стъкло (<200μm), thick glass (>2 mm) и дори многослойно стъкло или разнообразие от лесно отделими чупливи прозрачни материали с ниска грапавост на повърхността (<1μm) and no chips and chipping.
Основната характеристика на процеса е, че фемтосекундната лазерна енергия, погълната от стъклото, произвежда разширена пукнатина, която далеч надвишава размера на действителната точка на удар. Тази функция значително ускорява времето за обработка и повишава ефективността на използването на мощността на лазера. За редица видове и дебелини стъкла (<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 in excess of ~1 m/s along a straight line and in excess of 100 mm/s for curved parts can be achieved with laser power of only 10 W. For ultra-thin glass, cutting energy of no more than 40 μJ can result in a chipped edge of less than 1 μm.
The process can also be used to cut thick glass or multilayer glass (>1 mm) с едно преминаване. експериментални проучвания, извършени от екипа на Amplitude process, показаха, че най-ефективният параметър за обработка е генерирането на импулсна поредица (Burst) от 4 до 6 импулса с плоско разпределение на енергията на субимпулса. В комбинация с определени оптични конфигурации, стъкло с дебелина над 2 мм може да се обработва с едно минаване. За това изследване беше използван амплитуден тангоров лазер, оборудван с функцията Femtoburst™️, която позволява на потребителя да програмира индивидуалните амплитуди на субимпулса в модела на импулса, за да модулира прецизно разпределението на енергията на импулса за подробно изследване на персонализирано поглъщане на енергия от материала .
За кого е предназначено фемтосекундното лазерно рязане на стъкло?
Този процес може да се използва в различни приложения, като производители на дисплеи на мобилни устройства, които използват по-тънко стъкло или многослойно стъкло (напр. LCD) и в потребителската електроника, където често се използва стъкло с покритие и често трябва да се обработва с извити ъгли, контури форми и разфасовки, а характеристиките за обработка на къси импулси на фемтосекундните импулси могат ефективно да намалят засегнатата от топлината зона на покрития слой. Много механични или други лазерни методи не могат да осигурят нивото на прецизност и качество, изисквани за такива продукти. Нашата технология може да се използва и за рязане на по-дебело стъкло за медицинската индустрия или дори закалено стъкло за защита на екрана или автомобилната индустрия.
В допълнение, с развитието на технологията за стъклени отвори (TGV) през последните години, посоката и тенденцията ще бъдат използването на стъклени субстрати за отвори в 3D интегрирани адаптерни платки, MEMS и Mini LED/Micro LED и т.н. В допълнение, има и специално търсене на типове дупки с високо съотношение на дълбочина към диаметър в оптична комуникация, потребителска електроника, биочипове и т.н. В технологията TGV модулът за обработка на Bessel beam е незаменим инструмент, използвайки тази технология може да се постигне микрон или дори суб-микрон, супер 250,000 на квадратен сантиметър ултра-висока плътност през отвор, толкова плътна и високоскоростна обработка на стъкло през отвор изисква 1. микро-отвор между лазерната обработка не може се появяват в термичния стрес, причинен от микропукнатина, 2. разстоянието между дупките трябва да бъде прецизно контролирано. Фемтосекундните лазери предлагат тясна ширина на импулса за контролиране на микропукнатини (<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 (RMS <1% energy fluctuation) for high speed pulse machining.
