飞秒激光器在材料加工和工业制造应用

2020-05-25 10:00
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脆性材料加工

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        激光在光学透明或半透明的脆性材料加工有着广泛的应用。例如,智能手机、电子书、平板电脑等消费类电子设备中,需要将保护玻璃和蓝宝石等脆性材料进行精确地切割成各种形状。
       与长脉冲激光器不同,超快激光器聚焦于玻璃内部,只有聚焦体积邻近的局部区域会通过非线性光来吸收激光能量。因此,加工范围受到极大的约束,目标的其它部分不会受到影响,可以高质高速地在化学强化玻璃、非强化玻璃和蓝宝石等透明脆性材料中加工曲线和内部封闭形状。
       超短脉冲紧密聚焦于玻璃的大部分或表面,每平方厘米的功率密度超过数太瓦,引发复杂多样的工艺,如同时多光子吸收、雪崩和碰撞电离,造成对玻璃基质高度局域化的破坏,同时几乎不存在能量沉积(只有几微焦甚至更少)。由于每次脉冲所用能量=适度,对该部位(甚至是聚焦体积)造成的热影响可以忽略不计。这一方法通常被称为“冷消融”,可以用来制造3D结构。和其他微制造技术相比,皮秒激光微制造透明材料具有独特优势。
应用领域:防护玻璃盖板、光学晶体盖板、蓝宝石镜片、摄像头滤光片、光学晶体棱镜等透明脆性无机材料激光加工。
  科韵光电针对面板行业激光切割开发的皮秒激光超快切割系统,其玻璃面板切割设备可对各种玻璃面板进行快速切割,包括单层和双层玻璃组合产品,具有尺寸精度高、崩边小、速度快,可进行异形切割等特点。

半导体晶圆划片切割

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       半导体(semiconductor),指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。
       常用半导体材料分为元素半导体和化合物半导体。
       元素半导体是由单一元素制成的半导体材料,主要有硅、锗、硒等,以硅、锗应用最广。
      化合物半导体即是指由两种或两种以上元素以确定的原子配比形成的化合物,并具有确定的禁带宽度和能带结构等半导体性质。
      随着高集成度和高性能的半导体晶圆需求的不断增长,以及晶圆趋向于轻薄化,传统的很多加工方式已经不再适用,激光消融切割晶圆技术和激光隐形切割技术有了大幅度的应用。
       激光改质切割是使用特定波长的激光束通过透镜聚焦在晶圆内部,产生局部形变层即改质层,该层主要是由孔洞、高位错密度层以及裂纹组成。改质层是后续晶圆切割龟裂的起始点,可通过优化激光和光路系统使改质层限定在晶圆内部,对晶圆表面和底面不产生热损伤,再借用外力将裂纹引导至晶圆表面和底面进而将晶圆分离成需要的尺寸。
      改质切割工艺在半导体封装行业内可应用于MEMS芯片、FRID芯片、SIM芯片、存储芯片、SiC芯片等。
传统的晶圆切割通常使用刀轮,刀轮切割主要通过其稳定、高速的旋转对晶圆进行磨削,切割过程中需要使用冷却液降低温度和带走碎屑。
激光切割技术具有诸多独特的优势:
1.非接触式加工:激光的加工只有激光光束与加工件发生接触,没有刀削力作用于切割件,避免对加工材料表面造成损伤。
2.加工精度高,热影响小:脉冲激光瞬时功率极高、可瞬间完成加工且热影响区域极小,确保高精密加工,小热影响区域。
3.加工效率高,经济效益好:激光加工效率往往是机械加工效果的数倍且没有耗材无污染。