Laserele femtosecunde sunt cunoscute pentru a tăia aproape orice material și sunt utilizate în procesarea și fabricarea de afișaje, semiconductori și alte componente electronice sau piese personalizate. De fapt, microprelucrarea laser cu femtosecunde este mai precisă și minimizează impactul termic asupra materialului, rezultând piese de calitate superioară. echipa Amplitude a lucrat ani de zile la o aplicație pentru laserele femtosecunde: prelucrarea sticlei.
Cum pot laserele femtosecunde să îmbunătățească tăierea sticlei?
Caracteristica distinctivă a sticlei este natura sa dură și fragilă, ceea ce reprezintă o provocare semnificativă de prelucrare. Tehnicile tradiționale de tăiere mecanică a sticlei, cum ar fi tăierea cu roți diamantate, sablare cu nisip sau procese cu jet de apă taie imprecis, lipsesc regularitatea marginilor și au tensiuni reziduale mari și asimetrice pe margine în timpul procesului de tăiere, ducând la micro-fisuri, praf și resturi pe margine. marginile sticlei prelucrate în acest mod. Pentru multe aplicații, crăpăturile mici cauzate de așchii și tensiuni localizate vor cauza defectarea dispozitivului și, astfel, șlefuirea și lustruirea marginilor după trecere trebuie efectuate pentru a întări marginile pentru a obține o calitate acceptabilă. În plus, prelucrarea mecanică a roții cuțitelor necesită, de asemenea, niște agenți auxiliari care să ajute la tăiere, care se pot lipi de marginea finită și necesită tratament, cum ar fi curățarea cu apă sau curățarea cu ultrasunete. Procesele de tratare ulterioare și randamentele scăzute vor crește costul produsului finit din sticlă.
În plus, atunci când o singură bucată de sticlă este subțiată la nivelul micronului (sticlă UTG), aceste metode tradiționale de tăiere mecanică nu vor mai fi aplicabile. Avantajele unice ale laserelor ultrarapide fac posibilă prelucrarea acestor materiale din sticlă tare, fragilă și ultra-subțire, iar un laser de femtosecundă cu parametri corespunzători poate tăia eficient cu un număr foarte limitat de muchii într-o singură trecere. Acest lucru este valabil chiar și pentru sticla groasă, iar laserele femtosecunde oferă o alternativă la alte tehnici de tăiere a sticlei.
Tăierea sticlei cu laser în femtosecundă: Cum funcționează?
Impulsurile laser ultrascurte combinate cu un fascicul asemănător Bezier pot fi utilizate pentru prelucrarea sticlei. Fasciculul Bessel are o talie a fasciculului mai subțire și o adâncime focală mai mare decât un fascicul gaussian și este capabil să absoarbă simultan energia impulsurilor ultrascurte de-a lungul întregii grosimi a sticlei. Utilizarea Pulse Bursts permite ca sticla să fie absorbită mai eficient de laser și are ca rezultat crăpăturile necesare pentru a tăia sticla de sus în jos. Acest laser de femtosecundă cu un fascicul asemănător Bessel poate fi folosit, de exemplu, pentru a tăia sticla pe traiectorii drepte sau curbe.
Echipa de aplicații Amplitude a dezvoltat un proces bazat pe laser femtosecunde pentru a controla cu precizie direcția fracturii și optica de prelucrare a sticlei însoțitoare și pentru a utiliza generarea extinsă a fracturilor pentru a îmbunătăți eficiența procesului de tăiere a sticlei. Procesul poate fi folosit pentru a tăia sticla subțire și ultra-subțire (<200μm), thick glass (>2 mm) și chiar sticlă multistrat sau o varietate de materiale transparente fragile ușor separate, cu rugozitate scăzută a suprafeței (<1μm) and no chips and chipping.
Caracteristica cheie a procesului este că energia laser femtosecundă absorbită de sticlă produce o fisură extinsă care depășește cu mult dimensiunea punctului de impact real. Această caracteristică accelerează semnificativ timpul de procesare și crește eficiența utilizării energiei laserului. Pentru o gamă largă de tipuri și grosimi de sticlă (<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 in excess of ~1 m/s along a straight line and in excess of 100 mm/s for curved parts can be achieved with laser power of only 10 W. For ultra-thin glass, cutting energy of no more than 40 μJ can result in a chipped edge of less than 1 μm.
The process can also be used to cut thick glass or multilayer glass (>1 mm) într-o singură trecere. Studiile experimentale efectuate de echipa de proces Amplitude au arătat că cel mai eficient parametru de procesare este generarea unui tren de impulsuri (Burst) de 4 până la 6 impulsuri cu o distribuție plată a energiei sub-puls. În combinație cu anumite configurații optice, sticla mai groasă de 2 mm poate fi prelucrată într-o singură trecere. Pentru acest studiu, a fost folosit un laser Amplitude Tangor, echipat cu caracteristica Femtoburst ™️, care permite utilizatorului să programeze amplitudinile individuale ale subpulsului în modelul de explozie pentru a modula cu precizie distribuția energiei de explozie pentru un studiu detaliat al absorbției de energie personalizată a materialului. .
Cui se adresează tăierea cu laser a sticlei în femtosecundă?
Acest proces poate fi utilizat într-o varietate de aplicații, cum ar fi producătorii de afișaje pentru dispozitive mobile care folosesc sticlă mai subțire sau sticlă multistrat (de exemplu, LCD) și în electronice de larg consum, unde sticlă acoperită este adesea folosită și adesea trebuie prelucrată cu colțuri curbate, conturate. formele și tăieturile, precum și caracteristicile de procesare a impulsurilor scurte ale impulsurilor femtosecunde pot reduce în mod eficient zona afectată de căldură a stratului acoperit. Multe metode mecanice sau alte metode laser nu pot oferi nivelul de precizie și calitate necesare pentru astfel de produse. Tehnologia noastră poate fi folosită și pentru a tăia sticlă mai groasă pentru industria medicală sau chiar sticlă călită pentru protecția ecranului sau industria auto.
În plus, odată cu dezvoltarea tehnologiei de sticlă prin găuri (TGV) în ultimii ani, va fi direcția și tendința de a utiliza substraturi de sticlă prin găuri în plăcile adaptoare pentru pachete integrate 3D, MEMS și Mini LED/Micro LED etc. În plus, există, de asemenea, o cerere specială pentru tipurile de găuri cu raport mare adâncime-diametru în comunicațiile optice, electronice de larg consum, bio-cipuri etc. În tehnologia TGV, modulul de procesare a fasciculului Bessel este un instrument indispensabil, folosind această tehnologie se poate realiza microni sau chiar sub-micron, super 250,000 pe centimetru pătrat densitate ultra-înaltă prin gaura, astfel încât procesarea densă și de mare viteză a sticlăi prin gaura necesită 1. micro-găuri între procesarea laser nu poate apar în stresul termic cauzat de micro-fisura, 2. distanța dintre găuri trebuie controlată cu precizie. Laserele cu femtosecunde oferă o lățime îngustă a impulsului pentru a controla microcracarea (<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 (RMS <1% energy fluctuation) for high speed pulse machining.
