雷射技術助力電子製造與材料加工-高功率基模固體倍頻雷射器及其應用

2021-01-07 美通社

上海2011年1月28日電 /美通社亞洲/ -- 雷射應用一般是根據市場需求開發的，而開發雷射應用需要先選擇合適的雷射光源，到目前為止，可供選擇的高功率基模綠光雷射器非常少。即將參展2011年慕尼黑上海雷射、光電展的美國光波公司（展位號E4.4412）推出的高功率雷射端泵固體雷射將會給工業雷射行業帶來新的希望，其技術被廣泛應用於電子製造與材料加工，足以引起全世界相關行業的關注。這種雷射器是基於光纖耦合端面泵浦、聲光調Q固體雷射器，光束質量接近衍射極限，脈衝能量穩定性極好，後一階段的雷射微納加工將沿著高效方向發展，最終將顯著降低雷射微加工時間成本。即使在一些現有設備上面，更換為高功率雷射器固體雷射器，也有希望大幅度提高現有設備加工效率。

30W基模調Q綠光雷射器和70W基模調Q綠光雷射器為美國光波公司推出的兩款高功率基模固體雷射器，其中70W基模調Q綠光雷射器，也許就是目前世界較高水平工業雷射器，雷射技術在電子及材料加工的應用優勢大大提高了相關領域的生產效率並節省了成本，其所呈現的經濟效益和市場前景，備受行業矚目。

應用一：電子領域的PCB切割

PCB雷射切割的難點有三個：發黑、效率、PCB板子厚度範圍，其實紫外和綠光都能夠很好地用於切割PCB板子，只是需要選擇合適的加工參數，在都可以做到不發黑條件下，綠光無疑優勢更為明顯：

1. 成本優勢   PCB雷射切割設備一旦被採用，將是大量上線的設備，採購成本和使用成本上必須有所考慮。我們遵從一切從客戶角度甚至最終用戶角度考慮，在滿足客戶使用要求的前提下，儘可能選擇高性價比方案，綠雷射器成本明顯低於紫外雷射器，532nm國產振鏡足夠勝任，該振鏡比進口紫外振鏡相比，成本急劇降低，532nm平場鏡頭相比紫外平場鏡頭也是如此。

2. 平均功率優勢  在相同採購成本前提下，綠光平均功率顯然比紫外大很多，PCB板子切割畢竟需要去除一些材料，這需要相當的平均功率來平衡，因此，平均功率高的綠光，在切割效率上比紫外要快很多，直接提高雷射切割效率，降低切割時間成本。

對於1MM以下的PCB板子，雷射焦點位置無須改變即可切割，對於更厚的板子，則需要焦點上下移動，需要進一步做工藝實驗。

應用二：電子領域的高端陶瓷劃片與鑽孔

陶瓷是電子行業非常重要的絕緣和導熱材料，應用非常廣泛，陶瓷雷射加工可以簡單的劃分為低端的陶瓷加工、中高端陶瓷加工。目前常採用的雷射源有二氧化碳雷射器、燈泵固體雷射器、二極體側泵固體雷射器、光纖雷射器、紫外雷射器等。用戶要求不同，選擇不同的雷射器。

筆者需要強調的是，精密雷射加工中，越小的劃片線寬，能夠使得雷射能量的利用較大化，採用相同的雷射功率，線寬越小，能量利用率就越高。而基模高功率綠光，由於光束質量接近衍射極限，因此可以獲得非常小的線寬和較長的焦深、

型號為AWAVE-532-30W-50K的聲光調Q綠光雷射器，刻劃氧化鋁陶瓷，線寬20微米以內，深度可達200微米甚至更深，速度可達70mm/S，如果刻劃深度控制在100微米，那麼其線速度可達120mm/S以上。

一樣的原因，採用35W綠光用於氮化鋁陶瓷鑽孔，可以獲得出乎意料的鑽孔效率和質量。

應用三：太陽能領域的矽片劃片與鑽孔

矽、陶瓷、玻璃屬於比較難加工材料，高功率基模綠光證實非常適合於這些材料的加工，這些材料的雷射器加工，同時具備雷射微加工和雷射宏觀加工性質，一方面需要很好的雷射模式和高峰值功率，聚焦光斑比較小，另一個方面需要比較高的平均功率，也就是筆者指出的，將來的雷射加工，要具備高效特點。

對於比較厚的矽片，目前還是採用金剛石砂輪劃片的方式，存在耗材和水汙染，對于越來越薄的矽片，機械劃片越來越不適應了，雷射劃片的優勢就越來越明顯，雷射劃片是非接觸加工，不存在裂片的問題。高功率綠光用於矽片劃片和晶元劃片，是一個很好的解決方案。一方面矽對於綠光的吸收率非常高，與紫外用於矽片劃片效果幾乎沒有差別，但是由於雷射功率高很多，因此劃片效率要高很多，另採購和使用成本，如前所述，並不增加甚至要低一些。

矽片打孔的需求越來越多，採用40W以上功率的高功率綠光用於矽片鑽孔，可以獲得滿意的質量和鑽孔效率。目前採用的方案包括振鏡掃描或者平臺移動兩種方案。

應用四：材料加工領域的薄金屬片切割與鑽微孔

1mm以上的厚金屬，是大功率紅外雷射器的天下，對於1mm以下的金屬薄片的切割和鑽孔，高功率調Q基模固體雷射器（紅外、綠光、紫外），由於具備雷射微加工和雷射宏觀加工能量雙重特點，可以部分涉足比較高端的領域。例如，不鏽鋼深雕、銅材雷射加工、不鏽鋼薄片切割和鑽孔等，由於這方面實驗數據不多，因此留待以後美國光波的系統集成客戶去探索，期待這方面的更多成功案例。

研發此款固體雷射器的美國光波公司立足創新，不斷刷新端泵調Q基模固體雷射器的雷射功率水平，目前可提供20W、25W、30W、35W、50W基模端泵綠光雷射器用於工業市場，75W、100W單模調Q綠光作為技術儲備，沒有向市場推廣。

美國光波公司將在2011年慕尼黑上海雷射、光電展（展位號：E4.4412）上展出更多新款產品！從即日起所有新老客戶均可以登陸網站www.laserchina.net進行觀眾預登記。輸入美國光波公司的展臺號碼： E4.4412 ，即可在現場獲得展會紀念品並參與現場抽獎。

關於慕尼黑上海雷射、光電展

作為中國領先的雷射、光學、光電展，慕尼黑上海雷射、光電展(LASER World of PHOTONICS CHINA)自2006年起每年在中國上海舉辦，展會匯聚行業領袖與技術精英，全方位展示業內各種設計新穎、科技領先的創新產品、全新有效的解決方案和緊跟潮流的應用技術，短短五年已迅速成長為中國雷射和光電領域的頂級展會。2011年盛會將有近350家來自雷射生產工程、雷射器及光導發光原件、光學和光學生產技術、光信息與通信技術、機器視覺、測試測量等雷射、光學等領域的國內外知名企業參展，展示面積達到23,000平方米。預計將吸引28,000名觀眾前來參觀。德國、日本等國家展團也將再度隆重獻演LASER World of PHOTONICS CHINA。詳情見：www.laserchina.net

德國慕尼黑國際博覽集團簡介

慕尼黑國際博覽集團是世界領先的展覽公司之一，每年在全球範圍內舉辦近40個博覽會，涉及行業包括資本貨物、消費品和高科技。每年有100多個國家的30,000多家企業來到慕尼黑參展，觀眾遍及全球200多個國家和地區，總人數超過200萬。此外，集團還在亞洲、俄羅斯、南北美洲舉辦各類專業博覽會。慕尼黑在全球89個國家擁有6家子公司和66個代表處，集團網絡覆蓋全球。

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