Je známo, že femtosekundové lasery řežou téměř jakýkoli materiál a používají se při zpracování a výrobě displejů, polovodičů a dalších elektronických součástek nebo dílů na zakázku. Mikroobrábění femtosekundovým laserem je ve skutečnosti přesnější a minimalizuje tepelný dopad na materiál, což má za následek vyšší kvalitu dílů. tým Amplitude roky pracoval na jedné aplikaci pro femtosekundové lasery: zpracování skla.
Jak mohou femtosekundové lasery zlepšit řezání skla?
Charakteristickým znakem skla je jeho tvrdá a křehká povaha, což představuje významnou výzvu při zpracování. Tradiční mechanické techniky řezání skla, jako je řezání diamantovým kotoučem, pískování nebo procesy vodním paprskem, řežou nepřesně, postrádají pravidelnost na hranách a mají velké a asymetrické zbytkové napětí na hraně během procesu řezání, což má za následek mikrotrhliny, prach a nečistoty na okraje takto zpracovaného skla. U mnoha aplikací způsobí drobné praskliny způsobené třískami a lokalizovaným napětím selhání zařízení, a proto je nutné provést broušení a leštění hran, aby se hrany zpevnily, aby bylo dosaženo přijatelné kvality. Kromě toho mechanické zpracování nožových kotoučů také vyžaduje některé pomocné prostředky na pomoc při řezání, které se mohou přilepit na hotovou hranu a vyžadují úpravu, jako je čištění vodou nebo čištění ultrazvukem. Následné procesy úpravy a nízké výtěžky zvýší cenu hotového skleněného výrobku.
Navíc, když je jeden kus skla ztenčen na mikronovou úroveň (UTG sklo), tyto tradiční mechanické metody řezání již nebudou použitelné. Jedinečné výhody ultrarychlých laserů umožňují zpracovávat tyto tvrdé, křehké a ultratenké skleněné materiály a femtosekundový laser s odpovídajícími parametry dokáže efektivně řezat s velmi omezeným počtem hran v jediném průchodu. To platí i pro silné sklo a femtosekundové lasery nabízejí alternativu k jiným technikám řezání skla.
Řezání skla femtosekundovým laserem: Jak to funguje?
Pro zpracování skla lze použít ultrakrátké laserové pulsy kombinované s Bézierovým paprskem. Besselův paprsek má tenčí pás paprsku a delší ohniskovou hloubku než Gaussův paprsek a je schopen současně absorbovat energii ultrakrátkých pulzů po celé tloušťce skla. Použití Pulse Bursts umožňuje účinnější absorpci skla laserem a vede k prasklinám potřebným k proříznutí skla shora dolů. Tento femtosekundový laser s Besselovým paprskem lze použít například k řezání skla v přímých nebo zakřivených trajektoriích.
Aplikační tým Amplitude vyvinul proces založený na femtosekundovém laseru pro přesné řízení směru lomu a související optiky pro zpracování skla a pro použití rozšířeného generování lomu ke zlepšení efektivity zpracování procesu řezání skla. Tento proces lze použít k řezání tenkého a ultratenkého skla (<200μm), thick glass (>2 mm) a dokonce i vícevrstvé sklo nebo různé snadno separovatelné křehké průhledné materiály s nízkou drsností povrchu (<1μm) and no chips and chipping.
Klíčovým rysem procesu je, že energie femtosekundového laseru absorbovaná sklem vytváří rozšířenou trhlinu, která daleko přesahuje velikost skutečného bodu dopadu. Tato funkce výrazně zrychluje dobu zpracování a zvyšuje efektivitu využití výkonu laseru. Pro řadu typů a tlouštěk skla (<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) v jednom průchodu. experimentální studie provedené týmem procesu Amplitude ukázaly, že nejúčinnějším parametrem zpracování je generování sledu pulsů (Burst) 4 až 6 pulsů s plochou distribucí energie dílčích pulsů. V kombinaci s určitými optickými konfiguracemi lze jedním průchodem zpracovat sklo silnější než 2 mm. Pro tuto studii byl použit laser Amplitude Tangor vybavený funkcí Femtoburst™️, která uživateli umožňuje naprogramovat jednotlivé amplitudy dílčích pulzů ve vzoru výbuchu, aby přesně moduloval distribuci energie výbuchu pro detailní studii přizpůsobené absorpce energie materiálu. .
Pro koho je řezání skla femtosekundovým laserem určeno?
Tento proces lze použít v různých aplikacích, jako jsou výrobci displejů pro mobilní zařízení, kteří používají tenčí sklo nebo vícevrstvé sklo (např. LCD), a ve spotřební elektronice, kde se často používá sklo s povlakem a musí být často zpracováno se zakřivenými rohy, tvarovanými tvary a řezy a charakteristiky zpracování krátkých pulzů femtosekundových pulzů mohou účinně snížit tepelně ovlivněnou zónu potažené vrstvy. Mnoho mechanických nebo jiných laserových metod nemůže zajistit úroveň přesnosti a kvality požadované pro takové produkty. Naší technologií lze také řezat silnější skla pro lékařský průmysl nebo i tvrzená skla pro ochranu displeje nebo automobilový průmysl.
Navíc s rozvojem technologie skleněného průchozího otvoru (TGV) v posledních letech bude směr a trend používat skleněné průchozí substráty v 3D integrovaných deskách adaptérů, MEMS a Mini LED/Micro LED atd. Kromě toho existuje také zvláštní poptávka po typech otvorů s vysokým poměrem hloubky k průměru v optické komunikaci, spotřební elektronice, biočipech atd. V technologii TGV je modul zpracování Besselova paprsku nepostradatelným nástrojem, pomocí této technologie lze dosáhnout mikronů nebo dokonce submikronů, super 250,000 na centimetr čtvereční průchozí otvor s ultra vysokou hustotou, takže husté a vysokorychlostní zpracování průchozího otvoru skla vyžaduje 1. mikrootvor mezi laserovým zpracováním nemůže objevují se při tepelném namáhání způsobeném mikrotrhlinami, 2. musí být přesně řízena rozteč otvorů. Femtosekundové lasery nabízejí úzkou šířku pulzu pro kontrolu mikrotrhlin (<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.
