火狐体育首页进入:走出实验室：飞秒激光打开微细加工应用大门

　　器，如今正开始在一系列工业微细加工应用中日渐受到欢迎。根据应用或材料的不同，融合了器的微型加工设备为制造商提供了以更有利可图的方式加工更小、更薄部件的手段，以满足消费电子、医疗、汽车市场以及其它众多市场的需求。推动这种趋势的是越来越小、功率更强大、涵盖的波长范围更广，而价格却变得更低的

　　超快脉冲激光器通常脉冲长度小于1纳秒。飞秒激光器则更进一步，可以在30飞秒至800飞秒的周期内产生高品质的超快脉冲。在人类看来，这个时间究竟有多短呢?一种方法是比较激光器开启和关闭的时间。常规使用模型一般是100飞秒的激光脉冲，重复频率为100KHz。如果将100飞秒转化为1秒，相当于下一个脉冲要在3.5年后才发生!因而，这有效地将热量对材料产生影响的时间缩短到最低限度，并最大程度地延长了材料的热释放时间。

　　与其它类型的激光器相比，飞秒激光器具有诸多优点。其关键是热影响区域(HAZ)一般会比纳秒或皮秒激光器更小(图1)。周边区域没有热损伤的消融工艺(被称为冷消融)被指定用于加工支架，同时也被用来改善汽车和消费电子产品的强度和品质当加工用于手机、平板电脑或可穿戴设备用的硬化玻璃等脆性材料时，这一工艺可以最大限度地减少微裂纹的形成。

　　图1：用飞秒激光器在不锈钢样品(a)上加工槽口。不需要进行后续加工，因为热影响区域(HAZ)几乎可以忽略不计。用纳秒激光器加工的样本(b)会出现较大的模糊区域，需要进行额外的加工。

　　飞秒激光器的另一个优势源于其所具有的高强度(超过1012W/cm2)几乎能在原子水平上分割材料。本质上，这会形成微等离子体，而材料也在由此产生的扩张作用下被去除。结果是产生的碎屑很少，有利于高纵横比深孔钻削加工等应用。

　　具有各种形状和尺寸的现代显示器采用薄玻璃板、薄膜、铝箔来打造显示器的结构，同时还包括偏光镜、彩色滤光片、防护玻璃罩和触摸屏。激光器提供了通过可重复、无接触的加工手段来加速工艺流程以及提高生产率的方式。同时，激光器的运用还使得新产品能够接轨超薄玻璃、保形切割或全新材料组合等多种新趋势。

　　氮化铝、氧化铝、氮化硅和氧化锆等陶瓷材料已成为在很多领域颇受欢迎的高性能材料。它们具有很好的电气绝缘性能，同时耐高温，因而成为手机天线及高性能发光二极管(LED)封装等产品不可分割的一部分。

　　钻削和切割陶瓷是飞秒激光器彰显卓越性能的一个领域。生产商可以获得高品质的几何形状。所加工的孔具有精密的形态、光滑的内壁，最大限度地降低了表面碎屑的产生(图2)。由于后续加工需求很少甚至可免，飞秒激光器往往能够大幅提高生产率以及降低生产成本。

　　图2：这个不锈钢箔上清洁、无碎屑的切割孔凸显了飞秒激光器对薄型材料加工的优势。

　　在强化玻璃产品的加工方面，飞秒激光微细加工设备可以很容易地实现对于机械系统来说极具挑战的高品质直线切割、曲线切割和内部切割。高峰值功率的飞秒激光器可实现高速加工，并且提供出色的边缘质量和强度。

　　集成电路复杂性和密集度的提高，给半导体行业带来了新的加工挑战。如，半导体晶圆的厚度在持续变薄，材料使用更多样化，尺寸更小型化。所有这些特征将传统制造方法逼到了极限的边缘。

　　由于能实现所要求的材料加工品质和精度，超快激光器成为这些新应用的首选工具。例如，在选择性激光烧结加工中，有可能在不影响底层的情况下，切除厚度仅为十分之几纳米的极薄的一层材料。

　　采用标准和防伪解决方案实现产品商标识别和可追踪性对于现代制造手段而言是十分必要的。就很多应用而言，对材料内部进行激光打标是非常有吸引力的解决方案。但是，对于低脉冲激光系统来说，打标激光器的脉冲周期足以引发材料因受热而产生微裂纹，从而影响品质和长期可靠性。相较之下，飞秒激光器在很短的脉冲周期内积聚了能量，热量不会传递到周边材料上。激光打标过程因而也不会受到热量影响，微裂纹便不会形成(图3)。

　　图3：在100微米的钴铬(CoCr)线缆上的这些盲孔显示，飞秒激光器可以消融表面，并且不会出现微裂纹