超快激光开辟加工应用新天地

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1、超快激光开辟加工应用新天地·自1960年代激光技术问世以来，其应用范围早已愈来愈广，激光在加工方面具有加工精细、生产效率高、适用范围广及易自动化等优点，因此对很多应用产业包括印刷电路板、太阳能电池和平面显示器产业等，特别具有影响力。而受近年3C产品朝向「轻薄短小」与「多功整合」发展趋势影响，「微制程」更成为电子产业再升级的关键，而激光具有可在物件极微小区域范围内进行加工动作的特性，可用来取代一些传统制程所无法完成的工作项目，因此特别受到广泛注目。　　微激光加工制程技术依激光光脉冲宽度可区分为：飞秒级（fs）、皮秒级(ps)及奈秒级(ns)激光等，深圳市星鸿艺激

2、光科技有限公司专业生产激光打标机，激光焊接机,深圳激光打标机,东莞激光打标机一般次皮秒级和飞秒级属於超快激光加工。飞秒级激光由美国Clark-MXR公司生产的激光加工机为主，产品尺寸精度可达奈米等级(约50nm)。相较於传统激光(奈秒级)容易发生热效应的微裂缝、融熔残渣、重铸区、精度差的缺点激光打标机，飞秒激光所具备的超强、超快、超微物理特性，使其在IC半导体、显示器、生医、太阳光电、微机电等产业深具突破性的应用潜力。　　超短脉冲激光(或称超快激光)之所以能达成高品质之微加工制程乃因於此超短脉冲於加工物质上的作用机制。超短脉冲的光交互作用机制与传统激光脉冲完全

3、不同，以下我们将基於相同的微加工过程而唯有脉冲时间不同的基础下做详细比较。　　首先，我们可以了解微加工的品质强烈地取决於工件上的热堆积程度，或更精准地说是依热的能量所留在材料上所带来的破坏。而超短脉冲则远远比任何标准要来的短的多，所以能量并没有足够的时间经由热传导等机制扩散至加工点外的区域。如此高的能量在如此快的时间内聚积在材料中，将导致所谓电浆化的反应，此电浆随即从材料中以高能量气体形式带着大部分的热能飞散而出。过程中，材料是由固态不经液态直接转换成气态溅散，所以几乎没残留什麽热在材料上，加工品质因此非常理想。没有任何激光打标机其他的加工模式能够产生如此高的

4、能态，所以拥有此独特能力的超快激光才能达成有别於传统激光加工所达不到的加工精度。　　首先我们要先了解传统激光加工的原理，如此我们才能更进一步理解超快激光加工技术的不同之处。当然我们必须阐明这些是很复杂的，甚至有些部分在物理上来说都还不是完全地被了解了。尽管如此，我们确实了解到极短脉冲在物质上的交互作用与传统激光加工是完全不一样的。例如，我们已经知道超快激光脉冲在物质的交互作用上具有极高的再现性(我们将在後面讨论其原因)，这一发一发具再现性的结果也使得微加工能获得极高的品质。　　首先要从了解一些我们不是那麽熟悉的时间尺度开始，以下是一些短时间的尺度定义：毫秒、微

5、秒、奈秒、皮秒及飞秒。飞秒是奈秒的百万分之一。是的！那是一个非常快的时间，所以我们称其为＂超快＂。一般常见的传统激光加工机的激光脉冲大约是几个奈秒，所以飞秒激光的脉冲大约仅有百万分之一，那麽短、那麽快！·为了方便讨论的缘故，我们较武断地将光与物质的交互作用物理机制分成两种时间范围，一种是激光脉冲非常非常短(称为超短或超快脉冲)，而另一种则是没那麽短(相对上称其为长脉冲)。一般将超短或超快脉冲定义为小於大约10皮秒甚至短於一个皮秒，而大於10皮秒则归类於长脉冲。长脉冲激光可能是连续波、半连续波或是Q开关激光，只要他们发出的激光光符合我们此处的定义。　　事实上，目

6、前市面上几乎所有商用激光激光打标机都属於我们所定义的长脉冲激光的范畴，就让我们先来看看长脉冲激光的加工机制。长脉冲与物质交互作用的基本方式为藉由激光所带来的热堆积在脉冲时域内扩散至材料上，如图一所示。技术上来说，激光的脉冲宽度比热扩散时间来的长，若是做激光焊接，这将是一个很好的现象，但对其他大多数微加工来说，周围材料上热扩散的效应就不是我们所乐见的了。为甚麽呢？以下我们来探讨许多会因热扩散伤害到加工品质的因素。图1长脉冲雷射加工物理机制　　热扩散会降低微加工制程上的效率，因为将能量带离加工点，而使其降低了原本应完全用来移除材料的能量。试想一下，若是水桶中有个洞

7、不断地让水漏出来，就得补更多的水来平衡所漏出的部分。当材料的热传导系数愈高，就像是水桶中的洞愈大，就得补愈多的水进桶中把他补满。　　1热扩散也会降低聚焦点(加工点)的温度，导致加工温度只略高於材料熔点。材料的移除是基於高能集中於加工使其熔融部分进而蒸发，如图一所示，溅射出来的微珠会再掉落回加工务表面进而污染样品，此污染物甚至可能相当大。因为残留的温度更会使其牢牢地黏附在加工件上，使得清理上非常困难，甚至造成加工件的破损。　　2热效应亦会降低加工精度。一般来说，热会从聚焦点往外扩散，使得熔融区域将远大於雷射聚焦点尺寸，因此很难做到微细加工。换句话说，材料的移除飞

8、溅区将不仅局限於光束本身的聚焦点大小，