超短脈衝雷射應用:盤點通快「三個十年」都有哪些布局?

2021-01-21 OFweek雷射

5G 通信, 7nm 光刻晶片,柔性顯示技術—— 這些在數十年前從未出現的詞彙,如今已成為時代的寵兒。一方面,這些日新月異的技術在不斷改變著我們的日常生活方式;另一方面,新材料的不斷出現、精密加工技術的更高要求,使得傳統加工技術面臨著嚴峻挑戰。超短脈衝雷射技術,正是在這樣的時代背景下一路闖進電子及通信工業應用,並在近年來實現井噴式的發展。


TruMicro 5000 工業級皮秒雷射器的研發,源於汽車工業的量產應用。羅馬不可能在一天之內建成,任何成果的最終呈現離不開長期的準備。通快,作為一家擁有百年歷史的德國傳統家族性企業,長期致力於為工業生產提供更優質穩定的雷射技術。2000 年是通快超短脈衝工業雷射技術的元年,在位於黑森林地區的施蘭貝格小鎮上,第一代基於碟片技術的工業皮秒雷射器 TruMicro 5000 項目順利開啟。與如今不同,當時絕大多數超短脈衝雷射器均位於實驗室中,此類雷射器距離滿足 7/24 的工業生產還很遙遠,在工業上也沒有對於超精密加工的大量需求,這意味著,公司將執行一個數年的無營收的投資項目。


第一、二代 TruMicro 5000


得益於家族企業的制度優勢——無需向股東解釋運營收益,可長期穩定執行研發決定,此項目從始至終一直被集團高度重視並持續注資,2003 年,第一臺原型機 Quattro 誕生;2009 年,隨著第二代 TruMicro 5000 系列正式發布,通快 TruMicro 5000 系列才成功的實現第一筆營收 —— 來自於汽車行業的噴油嘴鑽孔項目。傳統方式加工的噴油嘴,僅可局部浸潤氣缸,使得活塞工作比較低效;而使用超短脈衝可實現不同方向和孔徑的小孔,這使得噴油嘴浸潤氣缸方向極大優化,燃燒室效率提高 20%, 僅在德國,此項技術就減少了一千兩百萬噸汽車二氧化碳排放量,在 2013 年,通快 TruMicro 5000 同相關合作夥伴共同獲得德國未來獎。



TruMicro 系列迎來更多成員,與電子工業共同成長。2010 年後,隨著通信設備的攝像及娛樂功能越發豐富,新型非金屬材料成為電子設備廠商的選擇。藍寶石、新型脆性材料加工成為首先擁抱超短脈衝雷射技術的行業,TruMicro 5000 系列雷射器紅外產品與應時推出的 TopCleave 脆性材料切割鏡組,在行業內受到廣泛的好評。尤其在藍寶石材料的加工中,對於雷射器的單脈衝穩定性,平均功率穩定性,運行穩定性要求尤為苛刻。碟片雷射技術在設計之初就充分考慮到工業應用場景,碟片放大晶體擁有其他設計無法比肩的散熱特性,這極大保證了雷射器光學穩定性,而得益於在對於產品安全,生產穩定性要求更加嚴格,生產環境更加嚴苛的汽車工業生產的經驗,TruMicro 5000 系列的電子行業應用水到渠成,基本成為藍寶石加工工藝的指定雷射器品牌。


2014 年後,OLED 作為新一代顯示技術,在中小尺寸顯示中逐步對 TFT-LCD 技術進行替換,並向著柔性可摺疊的技術方向發展;另一方面高功率超短脈衝及短脈衝雷射在綠光與紫外的倍頻技術也日趨成熟。基於氣體雷射器的初代 OLED LLO(雷射剝離技術)產線一直是 OLED 從業者生產中的痛點——換氣頻率過高影響稼動, 運營成本大,損耗品儲存條件苛刻。DPSS 固體雷射器無需換氣且損耗件極少,TruMicro 系列的新成員——基於 DPSS 技術的高功率納秒紫外雷射器 TruMicro 7370 系列成功在 2015 年後全球範圍內的新 OLED LLO(雷射剝離技術)產線投產中,基本替代了上一代氣體雷射器,成為了新一代 LLO 雷射剝離技術領導者。為了滿足客戶對於產品功率的更高需求,2019 年,TruMicro 7370 在實現輸出功率雙倍升級後,正式更名為 TruMicro 8320/8340,為客戶進一步節約了設備空間與初期投資。


應用於 OLED LLO 的新一代 DPSS 解決方案


應用於 OLED LLO 的新一代 DPSS 解決方案的 TruMicro 7370 雷射器


而另一方面,針對 OLED 的超短脈衝雷射切割工藝,綠光與紫外版本的 TruMicro 5000 系列憑藉其多年積累的穩定性,良好的光束質量,在各行業的巨大裝機量中經驗豐富的售後團隊,已成為面板工廠對於此工藝的不二之選,實際裝機市佔率接近 100%。最新的 TruMicro 5000 系列實現了從紅外到紫外,從皮秒到飛秒的可選擇參數全覆蓋。


OLED 切割


新 TruMicro 5000


5G 時代的到來將激發更多超短脈衝雷射技術的潛在應用。針對7nm EUV極紫外光刻設備,通快已成為指定雷射器供應商。另一方面,為了滿足客戶對於低功率的皮秒及飛秒雷射產品的需求,給客戶提供最經濟優化的選擇,除了對於高功率,高設備表現力的超短脈衝雷射系列的不斷升級外, TruMicro  產品家族中功率最小的成員——TruMicro 2000 應運而生,基於光纖技術的 TruMicro 2000 參數十分靈活,脈寬可在 350fs~20ps 間動態可調,對於電子行業脆性材料切割,精密標記均有不凡表現, 2019 年全新升級後的 TruMicro 2000 可搭載最新 Top Weld 玻璃焊接鏡頭,可實現多種混合脆性材料焊接,為電子產品設計者提供了更多的加工可能性。


新 Top Weld 焊接頭


新 TruMicro 2000



通快超短脈衝產品系列將持續升級,助力更多行業發展。2020 年是通快超短脈衝雷射技術的第 20 個年頭,而超短脈衝雷射技術的發展趨勢並未減緩,通快探索超短脈衝雷射器的腳步愈發加快。位於慕尼黑的通快科研型高功率超短脈衝雷射器生產及研發中心的最新項目 Dira 不斷刷新著人們超短脈衝能量極限的認知,在協助諸多科研機構完成 ICS 逆康普頓散射,光參量啁啾脈衝放大,電子加速,極紫外 EUV 與 X 射線發生等科研應用之後,可在 1ps 下實現 1000W,200mJ 的最新科研型超短脈衝雷射器再一次刷新了對於超短脈衝雷射器的認知——要知道,普通的工業超短脈衝雷射器僅能實現不足 100W,單脈衝能量數百微焦(µJ)。


Dira 超高功率科研型超短脈衝雷射器系列


製造精密化是發展的必然趨勢,下一個十年,我們有理由相信超短脈衝雷射產品將應用于越來越多的工業製造。


來源:通快



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