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. Последващият процес на обработка и ниският добив ще увеличат цената на крайния 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 ултрабързите лазери правят възможно обработката на тези твърди, крехки и ултратънки стъклени материали, а фемтосекундните лазери с подходящи параметри могат да режат ефективно с много ограничен брой ръбове в едно минаване [1]. Това важи дори за дебело стъкло, където 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 на стъклото да претърпи по-ефективно лазерно поглъщане и води до пукнатини, необходими за прорязване на стъклото отгоре надолу. С помощта на този фемтосекунден лазер с подобен на Бесел лъч, например, може да се извърши рязане на стъкло, независимо дали траекторията е права или извита.
Екипът на приложенията на Amplitude разработи фемтосекунден лазерен процес за прецизен контрол на посоката на счупването и съпътстващата 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 (>1 mm) или 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 of more than ~1 m/s along a straight line and more than 100 mm/s for curved parts can be achieved with a laser power of only 10 W. For ultra-thin glass, cutting energies of less than 30 uJ can yield cut edges with chipping of less than 0.5 um. The process can also be used to cut thick glass or multiple layers of glass (>1 mm) с едно минаване.
Експериментални проучвания, проведени от екипа на Amplitude process, показват, че най-ефективният параметър за обработка е генерирането на пакет от 4 до 6 импулса с равномерно разпределение на енергията на подимпулсите. В комбинация с определени оптични конфигурации стъкло с дебелина 3 mm може да се обработи с едно преминаване. За това изследване беше използван амплитуден тангоров лазер, оборудван с функцията Femtoburst ™️, която позволява на потребителя да програмира отделните амплитуди на субимпулса в модела на импулса, за да модулира прецизно разпределението на енергията на импулса за подробно изследване на абсорбцията на енергия от материала по персонализиран начин.
За кого е предназначено фемтосекундното лазерно рязане на стъкло?
Процесът може да се използва в различни приложения, като производители на дисплеи на мобилни устройства, които използват по-тънко стъкло или многослойно стъкло, и в потребителската електроника, където често се използва стъкло с покритие и често трябва да се обработва с извити ъгли, контурни форми и изрезки и където характеристиките за обработка на къси импулси на фемтосекундните импулси могат ефективно да намалят засегнатата от топлината зона на покриващия 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 (<4% energy fluctuation) for high speed pulse machining.
Техническите и процесните екипи на Amplitude разработват и подобряват фемтосекундни лазерни методи за обработка чрез включване и непрекъснато разкриване на вътрешните свойства на материала и чрез персонализиране на съвпадащи оптични модули и лазерни решения за получаване на по-висококачествени резултати от лазерна обработка на материали. Лабораторията за приложения в Суджоу, Китай може да предостави на клиентите тестове за обработка на проби, за да провери осъществимостта на технологията, а също така да предостави на клиенти и партньори съвместно разработване на фемтосекундна лазерна технология за приложение и практическо обучение за фемтосекундна лазерна обработка. Като активно отваряме сътрудничество с китайски университети и изследователски институции, ние се стремим да развиваме повече местни таланти.
