激光刻蚀设备的发展在于市场与研发

来源:元禄光电    关键词:激光刻蚀设备, 激光技术,    发布时间:2019-05-13

设置字体:

激光是一种通过受激辐射产生的光放大,通过刺激原子导致电子跃迁释放辐射能量而产生的具有同调性(Coherence)的增强光子束,其特点包括发散度极小、亮度(功率)很高、单色性好、相干性好等。产生激光需要“激发来源”、“增益介质”、“共振结构”这三个要素。


1916年爱因斯坦描述了原子的受激辐射与自发辐射的关系以来,人们便开始猜想,激光是否可用来加强广场;1958年美国科学家根据氖光灯泡照射一种稀土晶体时候发出鲜艳的、始终聚集在一起的强光现象提出了激光原理,即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激发时,都会产生这种不发散的强光--激光;1960年美国科学家梅曼利用高强闪光灯来刺激红宝石,由此产生了0.6943微米的激光,世界上第一束激光,激光因此从科学理论阶段进入到实验物理阶段,自此以后激光技术便是多点开花,并从实验物理阶段进入到应用阶段,并迅速走红,被誉为 20世纪以来最伟大的发明之一,称之为最快到刀、最准的尺,现如今的日常工业生产过程中已经无法脱离激光技术衍生出来的激光加工设备,成了一种重要的加工工具,覆盖到军工、航空航天、汽车制造、医疗、电子制造、光伏生产等多领域当中。

 

伴随着时间的演进,人类在激光领域内的探索也在不断突破,并取得了傲人的成果,如光纤激光、CO2激光、绿光、蓝光、紫外光、深紫外光、X射线激光等等,为各种商业、医疗、工业应用提供了强大的后援支撑。在发展不同波段激光同时,也在不断探索激光的应用,如激光切割、激光焊接、激光打标、激光覆熔、激光打孔等,而激光刻蚀也正是在此阶段伴随着市场需求应运而生,并迅速蹿红,衍生出多种应用,覆盖到电子、光伏、医疗、新能源等多领域中。


在激光刻蚀应用不断纵向发展的同时,激光科学家、工程师们未曾落下对激光技术原理的开发,将激光技术朝向更高亮度、超短脉冲时间方向发展,取得了可喜的成绩,并以此来反馈市场,作用于市场,市场经济效应下有反馈大研发和科学原理突破上,形成闭环,最终形成了一条完整的激光产业链,由科学基础、科学材料、科学原理、科学技术、科学应用、科学实验技术、市场经济反馈等形成产业链中的不可或缺的重要组成部分,而其中的每一个产业应用又形成小的产业链,作用于市场,反馈到科研,无数个闭环产业链围绕在大的产业链环境下,就好像是相对论里面的引力作用,谁也离不开谁,但又相对独立,相互影响。

 

我们试着以激光刻蚀的发展应用来探讨激光加工技术的工业应用发展趋势,试图向大家推广激光刻蚀应用,并希望客人能够提供相互合作、配合研发的机会,从一种工具的角度出发解决问题,并反馈到激光刻蚀工具工艺研发与改善。

 

激光刻蚀设备的原理是利用激光光束烧蚀材料表面,并汽化材料,从而达到材料去除、刻蚀的目的,可根据材料对波长吸收的特性选择使用不同波段的激光如1064nm532nm355nm激光等,不同的波长针对不同的材料和加工用途。如玻璃材料上的导电ITO材料通常选择1064nm的可调脉宽激光刻蚀、电致色玻璃行业采用532nm绿光激光刻蚀FTO等、铜薄膜材料选用355nm紫外激光刻蚀等。

未标题-1 拷贝111.jpg

超快激光刻蚀机600*1200mm

最初的激光刻蚀设备应用单一,甚至在激光圈子内都有一个统一的名称即触摸屏激光刻蚀机,应用单一,仅针对触摸屏行业单一用途,随着市场应用需求的不断提升,传统工艺的限制,新的应用逐渐被开发,如光伏行业激光刻蚀、传感器行业激光刻蚀、电致色玻璃激光刻蚀、发光玻璃激光刻蚀等等,除了一些导电材料的刻蚀,也逐渐应用到无机材料的刻蚀领域中如氧化钛、氧化锆激光刻蚀等,为激光刻蚀设备的应用打开了新的大门。

 

而随着市场应用的需求逐步提升,对激光刻蚀设备的要求也在不断增加,以钙钛矿电池为例,早期的太阳能光伏电池采用纳秒级别的1064nm红外以及纳秒532nm515nm绿光即可满足,主要针对单层导电材料的刻蚀,如ITOFTO、硅片划线等,而钙钛矿电池市场中的需求则朝向多层材料、超精细激光刻蚀的需求发展,对激光也提出了更高的要求,纳秒级别的激光技术已经无法满足加工需求。一种超短脉冲、高频率、高单脉冲能量的激光器引入到钙钛矿电池加工当中,如皮秒绿光激光刻蚀机、红外飞秒激光刻蚀机等。

 

在引入初期,采用的均来自进口激光器,如相干、光谱物理、通快等公司,其特点是贵,对于用户来说承担的费用太高,不适合前期投入的研发与生产,因而转向对国产超快激光器的开发,并逐渐通过在工艺中的使用完善核心器件,针对性更高,最终形成了一整套完整的钙钛矿电池激光刻蚀产线,这也是国产设备的特色,哪里有问题哪里去修改,直到满足客人需求为止,响应速度快、价格便宜,是攻城拔寨的利器。

 

自应用到钙钛矿电池激光刻蚀项目中后,超快激光刻蚀设备的应用又可以向无机电池、有机电池以及航空领域、环保领域、医疗领域等多方面发展,得益于超短脉冲、高频率、高能量的激光技术突破,以此为基础,元禄光电从钙钛矿电池激光刻蚀应用后辐射到有机太阳能电池、航空航天、医疗应用领域中,为超精细线宽激光刻蚀提供了解决方案。

以航空航天为例,利用超短脉冲激光刻蚀设备在蓝宝石玻璃上划线,线宽小于20微米,深度5微米,间隔500微米,边缘无毛刺,与纳秒光源相比,线宽、间隔均可满足要求,但纳秒激光做出深度一致性差,毛刺较为严重,而超快激光刻蚀设备能有效解决这一问题,这也是既市场应用反馈到激光刻蚀设备前端激光技术超快应用发展又回过头作用于开发市场应用的典型案例,这样的案例在激光刻蚀设备中体现的淋漓尽致,这样的循环发展,相互推动,相互影响条件下的小型激光产业链还有许许多多,如激光打孔设备、激光调阻设备等都在向前推进,作用于市场,同时又从市场经济中反馈到产品完善、产品研发上,从而推动整个行业的健康发展,形成一个完整的产业链。

未标题-1 拷贝3.jpg

玻璃激光刻蚀

这条产业链的构成结构可以是某个方面突出带动其他小产业的发展,也可以是是市场作用下的推进,更是技术研发突破带来的红利,正如激光刻蚀设备一样,设备的出现作用到某一领域,而领域的延伸使得激光刻蚀机能够向光宽广的领域发展,从而反馈到研发、改善,在此作用到市场应用,一种良性循环。因此在激光刻蚀设备的趋势上不仅仅是在研发上要下工夫、投入人力、物力、财力,同样要在市场开拓上投入更多的精力,要让客人参与到前端研发当中,以解决客人的问题为导向,相互促进,共通成长。