Відомо, що фемтосекундні лазери ріжуть майже будь-які матеріали, і вони використовуються для обробки та виробництва дисплеїв, напівпровідників та інших електронних компонентів або нестандартних деталей. Насправді фемтосекундна лазерна мікрообробка є точнішою та мінімізує термічний вплив на матеріал, що призводить до кращої якості деталей. Команда Amplitude роками працювала над одним застосуванням фемтосекундних лазерів: обробкою скла.
Як фемтосекундні лазери можуть покращити різання скла?
Відмінною характеристикою скла є його твердість і крихкість, що створює серйозні труднощі при обробці. Традиційні механічні методи різання скла, такі як різання алмазним кругом, піскоструминна обробка або водоструйний процес, ріжуть неточно, не мають рівномірності на краях і мають великі та асиметричні залишкові напруги на краях під час процесу різання, що призводить до мікротріщин, пилу та сміття на поверхні. краї скла, оброблені таким чином. Для багатьох застосувань крихітні тріщини, викликані відколами та локалізованими напругами, призведуть до поломки пристрою, тому після проходу необхідно виконати шліфування та полірування країв, щоб зміцнити краї для досягнення прийнятної якості. Крім того, механічна обробка ножового круга також потребує деяких допоміжних речовин, які допомагають у різанні, які можуть прилипати до готового краю та вимагати обробки, наприклад очищення водою або ультразвуком. Подальші процеси обробки та низький вихід збільшать вартість готового скляного виробу.
Крім того, коли окремий шматок скла стоншується до мікронного рівня (скло UTG), ці традиційні механічні методи різання більше не будуть застосовні. Унікальні переваги надшвидких лазерів дозволяють обробляти ці тверді, крихкі та надтонкі скляні матеріали, а фемтосекундний лазер із відповідними параметрами може ефективно різати дуже обмежену кількість країв за один прохід. Це справедливо навіть для товстого скла, а фемтосекундні лазери пропонують альтернативу іншим методам різання скла.
Фемтосекундне лазерне різання скла: як це працює?
Ультракороткі лазерні імпульси в поєднанні з безьєподібним променем можна використовувати для обробки скла. Промінь Бесселя має більш тонку перетяжку і більшу фокусну глибину, ніж промінь Гаусса, і здатний одночасно поглинати енергію ультракоротких імпульсів по всій товщині скла. Використання Pulse Bursts дозволяє лазеру ефективніше поглинати скло, що призводить до утворення тріщин, необхідних для прорізання скла зверху вниз. Цей фемтосекундний лазер із променем, подібним до Бесселя, можна використовувати, наприклад, для різання скла по прямій або вигнутій траєкторії.
Команда прикладних програм Amplitude розробила процес на основі фемтосекундного лазера для точного контролю напрямку руйнування та супутньої оптики обробки скла, а також для використання розширеного генерування руйнування для підвищення ефективності обробки в процесі різання скла. Цей процес можна використовувати для різання тонкого та надтонкого скла (<200μm), thick glass (>2 мм) і навіть багатошарове скло або різні легко відділяються крихкі прозорі матеріали з низькою шорсткістю поверхні (<1μm) and no chips and chipping.
Ключова особливість процесу полягає в тому, що фемтосекундна лазерна енергія, поглинена склом, створює велику тріщину, яка значно перевищує розмір фактичної точки удару. Ця функція значно прискорює час обробки та підвищує ефективність використання енергії лазера. Для різних типів і товщин скла (<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 мм) за один прохід. Експериментальні дослідження, проведені групою Amplitude process, показали, що найефективнішим параметром обробки є генерація серії імпульсів (Burst) із 4–6 імпульсів із плоским розподілом енергії підімпульсу. У поєднанні з певними оптичними конфігураціями скло товщиною понад 2 мм можна обробити за один прохід. Для цього дослідження використовувався лазер Amplitude Tangor, оснащений функцією Femtoburst™️, яка дозволяє користувачеві програмувати окремі амплітуди субімпульсів у шаблоні спалаху, щоб точно модулювати розподіл енергії спалаху для детального дослідження індивідуального поглинання енергії матеріалом. .
Для кого фемтосекундна лазерна різка скла?
Цей процес можна використовувати в різних сферах застосування, наприклад, у виробників дисплеїв мобільних пристроїв, які використовують тонше скло або багатошарове скло (наприклад, LCD), а також у споживчій електроніці, де часто використовується скло з покриттям, яке часто має бути оброблено із загнутими кутами, контурами форми та розрізи, а характеристики обробки коротких імпульсів фемтосекундних імпульсів можуть ефективно зменшити зону теплового впливу шару з покриттям. Багато механічних або інших лазерних методів не можуть забезпечити рівень точності та якості, необхідні для таких виробів. Нашу технологію також можна використовувати для різання більш товстого скла для медичної промисловості або навіть загартованого скла для захисту екрана чи автомобільної промисловості.
Крім того, з розвитком технології скляних отворів (TGV) в останні роки напрямком і тенденцією буде використання скляних підкладок із наскрізними отворами в 3D інтегрованих пакетних адаптерних платах, MEMS і Mini LED/Micro LED тощо. Крім того, існує також особливий попит на типи отворів з високим співвідношенням глибини до діаметра в оптичному зв’язку, побутовій електроніці, біочіпах тощо. У технології TGV модуль обробки променя Бесселя є незамінним інструментом, використовуючи цю технологію, можна досягти мікрон або навіть субмікрон, супер 250,000 на квадратний сантиметр наскрізний отвір надвисокої щільності, настільки щільна та високошвидкісна обробка скрізного отвору вимагає 1. мікроотвор між лазерною обробкою не може з'являються в термічній напрузі, спричиненій мікротріщинами, 2. відстань між отворами має бути точно контрольованою. Фемтосекундні лазери пропонують вузьку ширину імпульсу для контролю мікротріщин (<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.
