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短脉冲光纤激光微加工技术

导读: 在微加工方面,激光技术结合了高水平的加工质量和工业级别的高速度,这促使激光加工技术成为一项颇具吸引力的技术。

  在过去的几年中,光纤激光加工技术已经成为材料加工应用方面最热门的话题,它具有很好的插座能效,尺寸简洁,而且仅需少量维护工作,可靠性高。在大型加工应用中,光纤激光加工已经抢占了灯泵浦Nd:YAG激光器的市场,并且开拓了一些传统激光技术无法实现的新应用。

  由于电子产品市场变化很快,微加工工艺成为激光技术应用中快速增长的领域之一,主要的推动力来自手机和平面显示器,尤其是电视机。新产品型号的更换时间之快,使得人们需要一种通用的技术来将电脑设计直接转换成加工制造。印刷工业中发展起来的计算机直接制版技术(CTP)成为未来电子产品加工发展的模型。利用激光打标技术来直接刻画文本和图案已经成为激光技术在工业中的主要应用之一。类似的激光打标技术在印刷电路板(PCB)加工中可被用来增加、除去材料,或者对材料加热。在柔性基底材料上的印刷电子线路可以说是激光技术最适合的应用,因为它们与材料间无需物理接触,使得它们可以被应用到成卷生产中。柔性PCB新生产方法、超精细栅距互连的接合过程、薄膜制图法等等方面都可以利用基于激光的工具加以改进。

  连续输出和脉冲输出(毫秒量级)的光纤激光器能够提供精确且局域化的热源,它可被用于低温焊接和微焊接。因此,这项技术与标准的回流焊炉、热焊接和压焊技术相比更具有技术优势。通过进一步提高脉冲的峰值功率就能够达到烧蚀阈值。脉宽在微秒到纳秒范围的短脉冲激光器就能够很好地覆盖这个阈值范围。但是,热传导对于热敏性材料和/或高度集成的机器还是可能带来问题,理想的情况是能够将加工的范围限制在激光光斑范围内。

  超短脉冲激光器

  脉冲宽度在飞秒以及皮秒范围的超短脉冲激光器(USP),能够将能量很好地限制在激光光斑的附近。当功率密度达到每平方厘米内有几十个GW时,激光加工将实现“冷”烧蚀状态,也就是说,在这种情况下,大部分的材料从激光直射的区域直接蒸发。这样,在光斑附近可能产生的间接破坏就大大减少了,因为材料蒸发时间短,热量来不及传导。大部分被吸收的能量以动能的形成被烧蚀了的材料带走。不过可惜的是,目前超短脉冲激光器很难在工业生产中得到应用。主要的原因是,平均功率低导致加工速度慢,所以很难与自动化材料处理设备相结合,此外就是激光器体积比较大(专用的激光器都是搭建在光学平台上)。

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