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紫外激光精细加工的优势

发布时间:2021-07-28

  过去十年里激光加工技术快速进入到各个行业的制造生产中,成为一门新兴的受到广泛关注的工艺技术。激光核心技术、零部件、加工设备的国产化,使用成本大幅下降,让激光产业规模快速成长壮大。激光标刻、激光切割、激光焊接、激光打孔、激光清洗等主要工艺已经应用于金属制造、广告、玩具、医药、汽车、消费电子、通信、船舶海工、航空航天等众多产业里。

  激光发生器有许多种类,根据输出激光的功率、波长、性质差异可用于不同的应用场景。根据波长分,红外激光器是目前使用最为广泛的类型,特别是在钢铁金属上面拥有良好的吸收性,在一些玻璃、皮革布匹等非金属也能很好应用;绿光激光器可以很好应用于玻璃、水晶、亚克力等透明材料的打标、雕刻,在一些如PCB板、薄膜的电子产品元件上打标可有很好的效果;紫外激光器在塑料、纸盒包装、医疗器械、消费电子产品等的切割、打标应用效果良好,成为越来越受欢迎的一种激光器类型。
  紫外激光器性能
  紫外激光器目前主要有固体激光器和气体激光器两种,固体紫外激光产生的方法一般有两种,一是直接对红外固体激光器进行腔内或腔外3倍频或4倍频来得到紫外激光;二是先利用倍频技术得到二次谐波然后再利用和频技术得到紫外激光。气体紫外激光就是我们常说的准分子激光器,还可以进一步发展出极紫外激光,可用于医疗美容,最重要的应用是在集成电路的光刻机上。
  工业用的固体紫外激光器最常见的是波长355nm的产品,具有短波长、短脉冲、光束质量优异、高精度、高峰值功率等优点。紫外激光器与绿光、红外相比,具有更小的热效应,随着激光波长的变短,各种材料都具有更高的吸收率,所以紫外激光又被称为“冷光”,其加工材料又被称为“冷加工”。
近些年由于超短脉冲激光器快速发展,目前已经发展出成熟的固体紫外皮秒激光器、光纤紫外皮秒激光器,可实现更快、更精密的加工,但由于皮秒级的紫外激光器成本高,所以目前主流应用的仍然是纳秒级的紫外激光器。
  紫外激光器应用
  紫外激光器具有其它激光器所不具备的优势,能够限制热应力,在加工的时候,减少对工件的损坏,保持工件的完整性。紫外激光与很多材料发生作用时,不仅仅是用热量烧蚀、气化材料,其紫外辐射甚至直接改变分子链结构,在微纳级超精细加工热敏材料时,紫外激光具有明显的优势。在易燃材料、硬脆材料、陶瓷材料、玻璃、塑料、纸张等能实现很好的加工效果。
  随着近年红外皮秒激光器发展迅速,国产化也逐渐成熟,价格大幅下降,便出现了红外皮秒取代紫外纳秒激光器的说法。这两种激光器在精细加工上的对象固然有一定的重复性,比如屏幕玻璃切割、硅晶圆划片、蓝宝石切割,还有在材料上打微孔等。但是当前高功率红外皮秒激光器采购成本较高,国产品牌的都需要几十万,而高功率紫外纳秒只需要十万或者几万,同样能实现超精细加工的效果,在性价比上具有较大的优势。
  在易燃材料、陶瓷材料、塑料与纸张等非金属产品的激光加工,紫外激光吸收率更好,更具有优势。
  在一些软性塑料(软胶)和大量用作柔性电路板FPC,以及其基体材料的特殊聚合物,如聚酰亚胺,都不能通过红外激光处理,只能采用紫外激光进行精细加工。
  另外一种利用紫外激光器小型光束尺寸和低热应力属性的应用是微钻孔,包括贯穿孔、微孔和盲埋孔。紫外激光器系统通过聚焦垂直波束径直切割穿透基板来钻孔。依据所使用的材料,可以钻出小至10μm的孔。
  陶瓷材料已有数千年的发展历史,如今从日用品、装饰品到建筑、电子材料等,都可看到它的身影。上个世纪电子陶瓷应用逐渐成熟,应用范围更广,例如散热基板、压电材料、电阻、半导体应用、生物应用等,除了传统的陶瓷加工工艺外,陶瓷加工也因应用种类的增加,进而进入了激光加工领域。
  根据陶瓷对激光的吸收属性,以及电子陶瓷元器件的逐渐小型化,CO2激光、绿光加工陶瓷都难以达到要求,只有紫外激光能实现陶瓷精细加工,包括陶瓷的标刻、切割、打孔。CO2激光与紫外激光在陶瓷材料加工实际效果对比:
(图片来源:泰德激光)
  随着精细加工的要求越来越多,新一代消费电子产品更新迭代,陶瓷、玻璃等材料精密切割、标刻需求增加,紫外激光应用空间很大。目前国内有格镭、英谷、英诺、瑞丰恒、贝林、华日、罗根、南光高科等主要厂家做紫外激光器,预估2020年出货量将达到1.5万台。
  紫外激光器冷却设备
  目前工业加工用的紫外激光器主要功率从3瓦至30瓦不等,在精细加工的高要求下,对激光器的温控指标比较严格,为保证紫外激光器的可靠性光输出以及光源的寿命,往往需要配备高品质、高稳定性的冷却设备。


紫外激光冷水机

  广州特域机电有限公司作为一家在工业冷水机行业沉淀18年的企业,目前年总出货量超过7万台,在行业处于领先地位。其中针对紫外激光配套的RMUP机柜式系列,机身尺寸为5U/6U,体积小巧,温控精度达到±0.1度,为3瓦-15瓦紫外激光器提供机柜式结构冷水机解决方案,目前已广泛应用于各主要厂家的紫外激光加工,为紫外激光器保驾护航。
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