Femtosekundlasere er kjent for å kutte praktisk talt ethvert materiale, og de brukes i prosessering og produksjon av skjermer, halvledere og andre elektroniske komponenter eller tilpassede deler. Faktisk er femtosekund lasermikromaskinering mer presis og minimerer den termiske påvirkningen på materialet, noe som resulterer i deler av høyere kvalitet. Amplitude-teamet har jobbet i årevis med én applikasjon for femtosekundlasere: glassbehandling.
Hvordan kan femtosekundlasere forbedre glassskjæring?
Det som kjennetegner glass er dets harde og sprø natur, som utgjør en betydelig prosesseringsutfordring. Tradisjonelle mekaniske glassskjæreteknikker som diamantskjæring, sandblåsing eller vannstråleprosesser kutter upresist, mangler regularitet i kantene og har store og asymmetriske restkantspenninger under skjæreprosessen, noe som resulterer i mikrosprekker, støv og rusk på kanter av glass behandlet på denne måten. For mange bruksområder vil ørsmå sprekker forårsaket av spon og lokaliserte påkjenninger forårsake enhetsfeil, og derfor må etterpasseringskantsliping og polering utføres for å styrke kantene for å oppnå akseptabel kvalitet. I tillegg krever mekanisk knivhjulsbehandling også noen hjelpemidler for å hjelpe til med kutting, som kan feste seg til den ferdige eggen og kreve behandling som vannrensing eller ultralydrensing. Den påfølgende behandlingsprosessen og lavt utbytte vil øke kostnadene for det ferdige glassproduktet.
I tillegg, når det enkelte glassstykket er tynnet til mikronnivå (UTG-glass), vil disse tradisjonelle mekaniske kuttemetodene ikke lenger være anvendelige. De unike fordelene med ultraraske lasere gjør det mulig å behandle disse harde, sprø og ultratynne glassmaterialene, og femtosekundlasere med passende parametere kan kutte effektivt med et svært begrenset antall kanter i en enkelt omgang [1]. Dette gjelder selv for tykt glass, der femtosekundlasere tilbyr et alternativ til andre glassskjæreteknikker.
Femtosekund laserglassskjæring: Hvordan fungerer det?
Ultrakorte laserpulser kombinert med en Bezier-lignende stråle kan brukes til glassbehandling. Bessel-strålen har en tynnere strålemidje og lengre brennvidde enn en Gauss-stråle, og er i stand til samtidig å absorbere energien fra ultrakorte pulser langs hele glassets tykkelse. Bruken av Pulse Bursts lar glasset gjennomgå mer effektiv laserabsorpsjon og resulterer i sprekkene som kreves for å skjære gjennom glasset fra topp til bunn. Ved å bruke denne femtosekundlaseren med en Bessel-lignende stråle, kan glassskjæring for eksempel utføres uavhengig av om banen er rett eller buet.
Amplitude-applikasjonsteamet har utviklet en femtosekund laserbasert prosess for nøyaktig å kontrollere retningen til bruddet og den medfølgende glassbehandlingsoptikken, og for å bruke utvidet bruddgenerering for å forbedre prosesseringseffektiviteten til glassskjæreprosessen. Prosessen kan brukes til å kutte tynt og ultratynt glass (<200μm), thick glass (>1 mm) eller til og med flerlags glass eller en rekke lett separerte sprø gjennomsiktige materialer med lav overflateruhet (<1μm) and no chips and chipping.
Nøkkeltrekket ved prosessen er at femtosekund-laserenergien absorbert av glasset produserer en utvidet sprekk som langt overstiger størrelsen på det faktiske støtpunktet. Denne funksjonen øker behandlingstiden betraktelig og øker effektiviteten til laserkraftbruken. For en rekke glasstyper og -tykkelser (<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) i en enkelt omgang.
Eksperimentelle studier utført av Amplitude-prosessteamet har vist at den mest effektive prosesseringsparameteren er å generere et utbrudd på 4 til 6 pulser med en flat energifordeling av subpulsene. I kombinasjon med visse optiske konfigurasjoner kan en glasstykkelse på 3 mm behandles i én omgang. For denne studien ble det brukt en Amplitude Tangor-laser, utstyrt med Femtoburst ™️-funksjonen, som lar brukeren programmere de individuelle sub-pulsamplitudene i burst-mønsteret for å nøyaktig modulere burst-energifordelingen for en detaljert studie av materialets energiabsorpsjon på en tilpasset måte.
Hvem er femtosekund laserglassskjæring for?
Prosessen kan brukes i en rekke applikasjoner som produsenter av skjermer for mobile enheter, som bruker tynnere glass eller flerlagsglass, og i forbrukerelektronikk der belagt glass ofte brukes og ofte må behandles med buede hjørner, konturerte former og kutt , og hvor kortpulsbehandlingsegenskapene til femtosekundpulsene effektivt kan redusere den varmepåvirkede sonen til belegglaget. Mange mekaniske eller andre lasermetoder kan ikke gi det nivået av presisjon og kvalitet som kreves for slike produkter. Vår teknologi kan også brukes til å kutte tykkere glass for medisinsk industri eller til og med herdet glass for skjermbeskyttelse eller bilindustrien.
I tillegg, med utviklingen av glass through-hole technology (TGV) de siste årene, vil det være retningen og trenden å bruke glass through-hole substrater i 3D integrerte pakkeadapterkort, MEMS og Mini LED/Micro LED, etc. I tillegg er det også en spesiell etterspørsel etter hulltyper med høy dybde-til-diameter-forhold i optisk kommunikasjon, forbrukerelektronikk, bio-brikker, etc. I TGV-teknologi er Bessel strålebehandlingsmodul et uunnværlig verktøy, ved å bruke denne teknologien kan oppnås mikron eller til og med sub-mikron, super 250,000 per kvadratcentimeter gjennomgående hull med ultrahøy tetthet, så tett og høyhastighets prosessering av gjennomgående glass krever 1. mikrohull mellom laserbehandlingen kan ikke vises i den termiske spenningen forårsaket av mikrosprekker, 2. hullavstanden må kontrolleres nøyaktig. Femtosekundlasere tilbyr en smal pulsbredde for å kontrollere mikrocracking (<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.
Amplitudes tekniske team og prosessteam utvikler og forbedrer femtosekund laserbehandlingsmetoder ved å inkorporere og kontinuerlig avdekke de interne egenskapene til materialet, og ved å tilpasse matchende optiske moduler og laserløsninger for å oppnå høyere kvalitet på lasermaterialebehandlingsresultater. Applikasjonslaboratoriet i Suzhou, Kina kan gi kunder prøvebehandlingstester for å verifisere gjennomførbarheten av teknologien, og også gi kunder og partnere samarbeidsutvikling av femtosekund-laserapplikasjonsteknologi og praktisk opplæring i femtosekundlaserbehandling. Ved å aktivt åpne opp samarbeid med kinesiske universiteter og forskningsinstitusjoner, har vi som mål å utvikle flere lokale talenter.
