紫外激光切割技术在高端产业的应用

来源:    关键词:紫外激光, , 激光切割, 应用,    发布时间:2019-12-02

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随着消费电子产业需求量大幅增加,产品小型化、快速化及零件价格高昂,传统加工方式已经无法满足客户对精度和良率的更高的要求,激光切割技术应运而生。伴随着紫外激光器的逐渐成熟,且稳定度增加,激光加工产业已从红外激光转向紫外激光。同时,也因为紫外激光器的应用越来越普及,使得激光应用迈向更广阔的领域。


激光经过聚焦后照射到材料上,使被切割材料温度急速升高,然后使之熔化或汽化。随着激光与被切割材料的相对运动,在切割材料上形成切缝从而达到切割的目的。传统二氧化碳(CO2)激光切割由于光斑大、热影响范围大、切边不平滑、发黑,因此主要用于木材、布料、塑料及较厚的金属材料加工,而且热效应较大。在切割更精密的材料时通常选择紫外激光作为切割光源,与YAG和CO2激光通过热效应来切割不同,紫外激光直接破坏被加工材料的化学键,从而达到切割目的, 这是一个“冷”过程,热影响区域小;另外紫外激光的波长短、能量集中,切缝宽度小,因此在精密切割和微加工领域具有广泛的应用。


激光切割的切缝宽度同光束模式、偏振性和聚焦后光斑直径有直接的关系。实际切割中采用TEM00模,圆偏振,但激光的模式通常都并非理想的基模,当功率增大或者使用时间过长时会产生变化。光斑直径是指光强降落到中心值的1/e2的点所确定的范围,这个范围内包含了光束能量的86.5%,理想情况下直径范围内的激光可以实现切割,范围外的不与材料发生作用,则切缝宽度等于光斑直径。但实际中由于材料的导热性、熔点、沸点等参数的不同,以及激光功率的变化,切缝宽度是不等于光斑直径的,它们的关系要依据激光能量的输入和材料性质而定。但在绝大多数情况下,切缝宽度是略大于光斑直径,减小光斑直径,就减小了切缝的宽度。



下文将针对紫外激光切割技术在高端产业的应用做一简单介绍。


1紫外激光晶圆切割


蓝宝石基板表面坚硬,一般刀轮很难对其进行切割,且磨耗大,良率低,切割道更大于30 μm,不仅降低了使用面积,而且减少了产品的产量。在蓝白光LED产业的推动下,蓝宝石基板晶圆切割的需求量大增,对提高生产率、成品合格率提出了更高的要求。


2紫外激光陶瓷切割


上个世纪电子陶瓷应用逐渐成熟,应用范围更广,例如散热基板、压电材料、电阻、半导体应用、生物应用等,除了传统的陶瓷加工工艺外,陶瓷加工也因应用种类的增加,进而进入了激光加工领域。按照陶瓷的材料种类可分为功能陶瓷、结构陶瓷及生物陶瓷。可用于加工陶瓷的激光有CO2激光、YAG激光、绿光激光等,但是随着元器件逐渐小型化,紫外激光加工成为必要的加工方式,可对多类陶瓷进行加工。


3紫外激光玻璃切割


紫外激光的应用在智能型手机崛起的带动下,也逐渐有了发展的空间。过去因为手机的功能不多,而且激光加工的成本高昂,激光加工在手机的市场中占有的地位并不多,但是现在智能型手机的功能多,整合性高,在有限的空间内要整合数十种的传感器及上百个功能器件,且组件成本高,因此对于精度、良率及加工要求均大大增加,紫外激光在手机产业发展出多种应用。


4紫外激光ITO干蚀刻


智能型手机的最大特色就是触屏的功能,电容式触摸屏可以做到多点触控,对应电阻式触摸屏,其寿命更长、反应更快,因此电容式触摸屏已成为智能型手机选择的主流。


过去ITO线路的蚀刻采用的方式为湿蚀刻的方式,采用黄光制程制作线路,再经由蚀刻液去除表面的ITO膜形成线路,不但耗时且造成污染。


5紫外激光线路板切割


线路板采用激光进行切割最早是用于柔性线路板切割,因为线路板的种类繁多,早期加工均采用模具成型,但是模具的制作费用高昂且制作周期长,因此采用紫外激光加工可以免去模具制作的成本及周期,大幅度提升样品制作的时间。