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激光技术助力电子制造与材料加工
http://cn.newmaker.com 1/28/2011 12:26:00 PM  佳工机电网
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激光切割机展厅
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--高功率基模固体倍频激光器及其应用

激光应用一般是根据市场需求开发的,而开发激光应用需要先选择合适的激光光源,到目前为止,可供选择的高功率基模绿光激光器非常少。即将参展2011年慕尼黑上海激光、光电展的美国光波公司(展位号E4.4412)推出的高功率激光端泵固体激光将会给工业激光行业带来新的希望,其技术被广泛应用于电子制造与材料加工,足以引起全世界相关行业的关注。这种激光器是基于光纤耦合端面泵浦、声光调Q固体激光器,光束质量接近衍射极限,脉冲能量稳定性极好,后一阶段的激光微纳加工将沿着高效方向发展,最终将显著降低激光微加工时间成本。即使在一些现有设备上面,更换为高功率激光器固体激光器,也有希望大幅度提高现有设备加工效率。

30W基模调Q绿光激光器和70W基模调Q绿光激光器为美国光波公司推出的两款高功率基模固体激光器,其中70W基模调Q绿光激光器,也许就是目前世界最高水平工业激光器,激光技术在电子及材料加工的应用优势大大提高了相关领域的生产效率并节省了成本,其所呈现的经济效益和市场前景,备受行业瞩目。

应用一:电子领域的PCB切割

PCB激光切割的难点有三个:发黑、效率、PCB板子厚度范围,其实紫外和绿光都能够很好地用于切割PCB板子,只是需要选择合适的加工参数,在都可以做到不发黑条件下,绿光无疑优势更为明显:

1. 成本优势 PCB激光切割设备一旦被采用,将是大量上线的设备,采购成本和使用成本上必须有所考虑。我们遵从一切从客户角度甚至最终用户角度考虑,在满足客户使用要求的前提下,尽可能选择高性价比方案,绿激光器成本明显低于紫外激光器,532nm国产振镜足够胜任,该振镜比进口紫外振镜相比,成本急剧降低,532nm平场镜头相比紫外平场镜头也是如此。

2. 平均功率优势 在相同采购成本前提下,绿光平均功率显然比紫外大很多,PCB板子切割毕竟需要去除一些材料,这需要相当的平均功率来平衡,因此,平均功率高的绿光,在切割效率上比紫外要快很多,直接提高激光切割效率,降低切割时间成本。

对于1MM以下的PCB板子,激光焦点位置无须改变即可切割,对于更厚的板子,则需要焦点上下移动,需要进一步做工艺实验。

应用二:电子领域的高端陶瓷划片与钻孔

陶瓷是电子行业非常重要的绝缘和导热材料,应用非常广泛,陶瓷激光加工可以简单的划分为低端的陶瓷加工、中高端陶瓷加工。目前常采用的激光源有二氧化碳激光器、灯泵固体激光器、二极管侧泵固体激光器、光纤激光器、紫外激光器等。用户要求不同,选择不同的激光器。

笔者需要强调的是,精密激光加工中,越小的划片线宽,能够使得激光能量的利用最大化,采用相同的激光功率,线宽越小,能量利用率就越高。而基模高功率绿光,由于光束质量接近衍射极限,因此可以获得非常小的线宽和较长的焦深、

型号为AWAVE-532-30W-50K的声光调Q绿光激光器,刻划氧化铝陶瓷,线宽20微米以内,深度可达200微米甚至更深,速度可达70mm/S,如果刻划深度控制在100微米,那么其线速度可达120mm/S以上。

一样的原因,采用35W绿光用于氮化铝陶瓷钻孔,可以获得出乎意料的钻孔效率和质量。

应用三:太阳能领域的硅片划片与钻孔

硅、陶瓷、玻璃属于比较难加工材料,高功率基模绿光证实非常适合于这些材料的加工,这些材料的激光器加工,同时具备激光微加工和激光宏观加工性质,一方面需要很好的激光模式和高峰值功率,聚焦光斑比较小,另一个方面需要比较高的平均功率,也就是笔者指出的,将来的激光加工,要具备高效特点。

对于比较厚的硅片,目前还是采用金刚石砂轮划片的方式,存在耗材和水污染,对于越来越薄的硅片,机械划片越来越不适应了,激光划片的优势就越来越明显,激光划片是非接触加工,不存在裂片的问题。高功率绿光用于硅片划片和晶元划片,是一个很好的解决方案。一方面硅对于绿光的吸收率非常高,与紫外用于硅片划片效果几乎没有差别,但是由于激光功率高很多,因此划片效率要高很多,另采购和使用成本,如前所述,并不增加甚至要低一些。

硅片打孔的需求越来越多,采用40W以上功率的高功率绿光用于硅片钻孔,可以获得满意的质量和钻孔效率。目前采用的方案包括振镜扫描或者平台移动两种方案。

应用四:材料加工领域的薄金属片切割与钻微孔

1mm以上的厚金属,是大功率红外激光器的天下,对于1mm以下的金属薄片的切割和钻孔,高功率调Q基模固体激光器(红外、绿光、紫外),由于具备激光微加工和激光宏观加工能量双重特点,可以部分涉足比较高端的领域。例如,不锈钢深雕、铜材激光加工、不锈钢薄片切割和钻孔等,由于这方面实验数据不多,因此留待以后美国光波的系统集成客户去探索,期待这方面的更多成功案例。

研发此款固体激光器的美国光波公司立足创新,不断刷新端泵调Q基模固体激光器的激光功率水平,目前可提供20W、25W、30W、35W、50W基模端泵绿光激光器用于工业市场,75W、100W单模调Q绿光作为技术储备,没有向市场推广。

美国光波公司将在2011年慕尼黑上海激光、光电展(展位号:E4.4412)上展出更多新款产品!从即日起所有新老客户均可以登陆网站www.laserchina.net进行观众预登记。输入美国光波公司的展台号码: E4.4412 ,即可在现场获得展会纪念品并参与现场抽奖。

关于慕尼黑上海激光、光电展

作为中国领先的激光、光学、光电展,慕尼黑上海激光、光电展(LASER World of PHOTONICS CHINA)自2006年起每年在中国上海举办,展会汇聚行业领袖与技术精英,全方位展示业内各种设计新颖、科技领先的创新产品、全新有效的解决方案和紧跟潮流的应用技术,短短五年已迅速成长为中国激光和光电领域的顶级展会。2011年盛会将有近350家来自激光生产工程、激光器及光导发光原件、光学和光学生产技术、光信息与通信技术、机器视觉、测试测量等激光、光学等领域的国内外知名企业参展,展示面积达到23,000平方米。预计将吸引28,000名观众前来参观。德国、日本等国家展团也将再度隆重献演LASER World of PHOTONICS CHINA。详情见:www.laserchina.net

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