Femtosekundlasere er kendt for at skære stort set ethvert materiale, og de bruges til forarbejdning og fremstilling af skærme, halvledere og andre elektroniske komponenter eller brugerdefinerede dele. Faktisk er femtosekund lasermikrobearbejdning mere præcis og minimerer den termiske påvirkning af materialet, hvilket resulterer i dele af højere kvalitet. Amplitude-teamet har arbejdet i årevis på én applikation til femtosekundlasere: glasbehandling.
Hvordan kan femtosekundlasere forbedre glasskæring?
Glass karakteristiske kendetegn er dets hårde og skøre natur, hvilket udgør en betydelig forarbejdningsudfordring. Traditionelle mekaniske glasskæringsteknikker såsom diamantskæring, sandblæsning eller vandstråleprocesser skærer upræcist, mangler regelmæssighed i kanterne og har store og asymmetriske resterende kantspændinger under skæreprocessen, hvilket resulterer i mikrorevner, støv og snavs på kanter af glas behandlet på denne måde. Til mange applikationer vil bittesmå revner forårsaget af spåner og lokaliserede spændinger forårsage fejl på enheden, og derfor skal der udføres post-pass kantslibning og polering for at styrke kanterne for at opnå acceptabel kvalitet. Derudover kræver mekanisk knivhjulsbearbejdning også nogle hjælpemidler til at hjælpe med at skære, som kan klæbe til den færdige kant og kræve behandling såsom vandrensning eller ultralydsrensning. Den efterfølgende behandlingsproces og lave udbytte vil øge prisen på det færdige glasprodukt.
Når det enkelte stykke glas er fortyndet til mikronniveau (UTG-glas), vil disse traditionelle mekaniske skæremetoder desuden ikke længere være anvendelige. De unikke fordele ved ultrahurtige lasere gør det muligt at behandle disse hårde, sprøde og ultratynde glasmaterialer, og femtosekundlasere med passende parametre kan skære effektivt med et meget begrænset antal kanter i en enkelt gennemløb [1]. Dette gælder selv for tykt glas, hvor femtosekundlasere tilbyder et alternativ til andre glasskæreteknikker.
Femtosekund laserglasskæring: Hvordan virker det?
Ultrakorte laserimpulser kombineret med en Bezier-lignende stråle kan bruges til glasbehandling. Bessel-strålen har en tyndere stråletalje og længere brændvidde end en Gauss-stråle og er i stand til samtidig at absorbere energien fra ultrakorte pulser langs hele glassets tykkelse. Brugen af Pulse Bursts tillader glasset at gennemgå en mere effektiv laserabsorption og resulterer i de revner, der kræves for at skære gennem glasset fra top til bund. Ved at bruge denne femtosekundlaser med en Bessel-lignende stråle kan der eksempelvis udføres glasskæring, uanset om banen er lige eller buet.
Amplitude-applikationsteamet har udviklet en femtosekund laserbaseret proces til præcist at kontrollere retningen af bruddet og den medfølgende glasbehandlingsoptik og til at bruge udvidet brudgenerering til at forbedre bearbejdningseffektiviteten af glasskæringsprocessen. Processen kan bruges til at skære tyndt og ultratyndt glas (<200μm), thick glass (>1 mm) eller endda flerlagsglas eller en række let adskillelige skøre gennemsigtige materialer med lav overfladeruhed (<1μm) and no chips and chipping.
Det vigtigste ved processen er, at femtosekund-laserenergien absorberet af glasset producerer en udvidet revne, der langt overstiger størrelsen af det faktiske anslagspunkt. Denne funktion fremskynder behandlingstiden betydeligt og øger effektiviteten af laserstrømforbruget. Til en række glastyper og -tykkelser (<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 of more than ~1 m/s along a straight line and more than 100 mm/s for curved parts can be achieved with a laser power of only 10 W. For ultra-thin glass, cutting energies of less than 30 uJ can yield cut edges with chipping of less than 0.5 um. The process can also be used to cut thick glass or multiple layers of glass (>1 mm) i en enkelt passage.
Eksperimentelle undersøgelser udført af Amplitude-procesteamet har vist, at den mest effektive behandlingsparameter er at generere et burst på 4 til 6 impulser med en flad energifordeling af sub-impulserne. I kombination med visse optiske konfigurationer kan en glastykkelse på 3 mm behandles i én omgang. Til denne undersøgelse blev der brugt en Amplitude Tangor-laser udstyret med Femtoburst™️-funktionen, som gør det muligt for brugeren at programmere de individuelle sub-pulsamplituder i burst-mønsteret til præcist at modulere burst-energifordelingen til en detaljeret undersøgelse af materialets energiabsorption på en skræddersyet måde.
Hvem er femtosekund laserglasskæring til?
Processen kan bruges i en række forskellige applikationer, såsom producenter af mobilenheder, der bruger tyndere glas eller flerlagsglas, og i forbrugerelektronik, hvor belagt glas ofte bruges og ofte skal behandles med buede hjørner, konturformer og snit og hvor de korte pulsbehandlingsegenskaber af femtosekundpulserne effektivt kan reducere den varmepåvirkede zone af belægningslaget. Mange mekaniske eller andre lasermetoder kan ikke give det præcisions- og kvalitetsniveau, der kræves for sådanne produkter. Vores teknologi kan også bruges til at skære tykkere glas til den medicinske industri eller endda hærdet glas til skærmbeskyttelse eller bilindustrien.
Derudover vil det med udviklingen af glasgennemhulsteknologi (TGV) i de senere år være retningen og trenden at bruge glasgennemhullede substrater i 3D integrerede pakkeadapterkort, MEMS og Mini LED/Micro LED mv. Derudover er der også en særlig efterspørgsel efter hultyper med højt dybde-til-diameter-forhold i optisk kommunikation, forbrugerelektronik, bio-chips osv. I TGV-teknologien er Bessel strålebehandlingsmodul et uundværligt værktøj, ved at bruge denne teknologi kan opnås mikron eller endda sub-mikron, super 250,000 pr. kvadratcentimeter ultrahøj tæthed gennemgående hul, så tæt og højhastighedsbehandling af glas gennemgående hul kræver 1. mikrohul mellem laserbehandlingen kan ikke vises i den termiske spænding forårsaget af mikrorevner, 2. skal hulafstanden kontrolleres præcist. Femtosekundlasere tilbyder en smal pulsbredde for at kontrollere mikrokrakning (<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 (<4% energy fluctuation) for high speed pulse machining.
Amplitudes tekniske team og procesteams udvikler og forbedrer femtosekund laserbehandlingsmetoder ved at inkorporere og løbende afdække materialets indre egenskaber og ved at tilpasse matchende optiske moduler og laserløsninger for at opnå lasermaterialebehandlingsresultater af højere kvalitet. Applikationslaboratoriet i Suzhou, Kina kan give kunder prøvebehandlingstests for at verificere teknologiens gennemførlighed, og også give kunder og partnere samarbejdsudvikling af femtosecond laserapplikationsteknologi og praktisk træning i femtosecond laserbehandling. Ved aktivt at åbne op for samarbejde med kinesiske universiteter og forskningsinstitutioner sigter vi mod at udvikle flere lokale talenter.
