微米级飞秒激光钻孔

时间:2024年04月29日 来源:

激光是作为继原子能、计算机、半导体之后,人类的又一重大发明。激光是指原子受激辐射产生的光,具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的特性。激光的良好性能使其在工业、通信、医学、等领域具备较高的应用高价值。飞秒激光精细微加工领域技术门槛高,涉足企业不多,公司竞争力强劲。激光行业中宏观加工市场规模较大,参与竞争的企业数量较多。激光精细微加工领域技术门槛较高,起步较晚,参与竞争的企业数量较少。飞秒激光微加工是通过高光子能量或者高峰值功率和物质发生相互作用,可以在很短的时间内将物质的分子健直接破坏从而改变局部材料的特性而实现加工目的。飞秒激光适用于在各类金属、非金属、复合材料等多种材料上进行盲孔/异型孔等结构的可控锥度精细加工。微米级飞秒激光钻孔

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目前用于眼科屈光诊疗的全飞秒激光应该是飞秒技术在医疗中应用的成熟的设备之一。还有扩张器、内窥镜和导管等的加工等等。还有在医学诊疗方面,与长脉冲激光相比,飞秒激光能量高度集中,作用期间几乎没有热量传输效应,因此也不会引起周围环境温度的上升,这在激光手术医疗应用方面非常重要。数度的温度上升一方面会在瞬间变成压力波传到神经细胞产生痛感,另一方面可能会对生物体组织造成致命伤害。因此,飞秒激光可以实现无痛和无损伤的安全诊疗。广东超精密飞秒激光COF Bonding Tool飞秒激光作为超短脉冲激光的典型,具有超短脉宽、超高峰值功率的特点。

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飞秒激光技术在3C产业中的应用。飞秒激光作为超短脉冲激光的典型,具有超短脉宽、超高峰值功率的特点,其加工对象广,尤其适合加工蓝宝石、玻璃、陶瓷等脆性材料和热敏性材料,因此适合于电子产业微细加工行业应用。主要原因是从去年开始的指纹识别模组在手机上的应用带动了飞秒激光设备的采购。指纹模组涉及到激光加工的环节有:①晶圆划片、②芯片切割、③盖板切割、④FPC软板外形切割钻孔、⑤激光打标等。其中主要是蓝宝石/玻璃盖板和IC芯片的加工。苹果6从2015年开始正式使用指纹识别同时带动了一批国产品牌的普及,目前指纹识别渗透率不足50%,因此用于加工指纹识别模组的激光机仍有较大发展空间。同时,激光机还可以应用于PCB钻孔、晶圆划片切割等,应用领域在不断拓宽。尤其是随着未来手机中蓝宝石和陶瓷等高附加值脆性材料的应用,激光加工设备将成为3C自动化设备中重要的组成部分。我们认为在3C自动化加工设备领域,飞秒激光未来或将扮演重要而深刻的角色。

飞秒激光技术在航空发动机制造上的应用:长久以来,我国发动机制造技术始终是制约航空航天事业发展的瓶颈,产品的质量不过关来自两方面:一是材料技术;二是材料加工技术。飞秒激光钻孔恰恰解决了这个难题!在航空航天领域,燃气涡轮是发动机的三大关键部件之一,其性能直接决定了发动机的好坏。然而航空发动机的涡轮叶片工作温度至少为1400摄氏度,因此必须对高温部件,尤其是叶片必须使用精确的冷却技术。叶片冷却一般通过大量不同直径的气膜孔来实现,孔径约为100~700微米,且空间分布复杂,多为斜孔,角度为15°到90°不等,为了提高冷却效率,开孔形状往往成扇形或者矩形,这给加工带来极大的难度。目前主流的方法是高速电火花,但工具电极制造极为困难,加工好的部件易磨损,加工速度慢,排除孔内的加工屑比较困难,不易散热,根本不适合大批量生产。此外,现代发动机叶片表面通常要覆盖一层热障涂层、一般是陶瓷材料,采用传统电火花无法加工,是未来先进发动机制造的关键技术。随着未来发动机叶片材料逐渐走向非金属化,电火花加工更不靠谱,而飞秒激光加工具有材料适应广、定位精度高、无机械变形、无直接接触等各种优点,非常适合加工微型孔。飞秒激光尤其适合加工蓝宝石、玻璃、陶瓷等脆性材料和热敏性材料,因此适合于电子产业微细加工行业应用。

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飞秒激光加工应用于金属掩模板加工:新加坡南洋科技大学VenkatakrishnanK等人利用飞秒激光直写方法制作了以金属薄膜为吸收层、石英为基底的金属掩模板,并将前入射与后入射两种方案做了比较,发现采用前入射的方法能够得到更小的特征尺寸和好的边缘质量。并且利用飞秒激光超衍射极限加工有效地修补了金属镉掩模板的缺陷,修复的线宽达到小雨100nm的精度。目前构建的飞秒激光修正光掩模板工具已在IBM的伯林顿、福蒙特州的掩模制作设备中运行。这对微电子技术的发展将具有重要意义。飞秒激光器及激光加工设备已经在消费电子触摸屏模组生产、半导体晶圆划片等3C制造领域崭露头角。北京超精密飞秒激光异形孔

飞秒激光钻孔技术可被运用于核聚变上,核聚变中的点火靶球具有充气微孔,需求高精度及数量多来控制精确度。微米级飞秒激光钻孔

与传统激光加工方法相比,飞秒激光加工具有以下优点:高精度:飞秒激光器能够产生极短的脉冲,使得加工过程中的能量传输更加精确,因此可以实现非常精细的切割线条和小尺寸的孔径。低热影响:由于飞秒激光脉冲的极短时间尺度,加工过程中的热影响区域极小,几乎可以忽略不计。这样就可以避免氮化硅等材料发生热应力导致的裂纹或变形问题,保证加工质量。高加工效率:飞秒激光器的高能量密度使得加工速度相对较快,可以在短时间内完成复杂的切割和打孔任务。这提高了生产效率并降低了加工成本。适用性广:飞秒激光加工技术不仅适用于氮化硅,还可以用于其他高硬度、脆性或热敏感的材料,如玻璃、陶瓷和聚合物等。无需后加工:由于飞秒激光加工过程中几乎没有产生热影响区域,因此通常不需要进行额外的表面处理或后加工步骤,从而节省了时间和成本。微米级飞秒激光钻孔

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