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利用平顶激光实现精细加工

利用平顶激光实现精细加工:激光剥离 激光刻槽 激光钻孔 激光消融

传统的激光加工一般用高斯光束,高斯光束轮廓的激光加工时的缺点是能量不能精确地分配,下图以激光剥离薄膜为例,展示了高斯激光加工和平顶激光加工的对比。这里,被加工的薄膜材料仅在激光强度超过消融阈值的区域中实现完全消融。高于该阈值的任何能量都可能损坏下面的基板材料。高斯分布的下降沿的能量低于消融阈值,会产生热效应,这可能导致薄膜结构损坏。有研究表明,高斯光束中仅有36.8%的能量被有效地用于薄层的消融。平顶光斑可以显着地改善与消融阈值的这种能量匹配,借助于该消融阈值,可以减小高于阈值的过剩能量和下降沿中的过剩能量,避免对激光划线下方的基板和相邻区域的潜在损坏,大大提高加工效果。

图1.高斯光(左列)和平顶光(右列)激光束轮廓剥离剥离的原理:(a)激光束轮廓的横截面;(b)具有圆形和矩形激光足迹的烧蚀线;(c)加工材料系统横截面示意图

对于激光刻槽、激光划线、PCB钻孔、TSV硅通孔等应用,平顶光也能极大的改善加工效果。以激光刻槽为例,如果用高斯光刻槽,槽边缘往往不够陡峭,呈现V字形,而平顶光斑加工的槽侧边和底面都更加光滑,同时槽边非常陡直,接近一个凹字形。

平顶光斑加工的另一个优点是可以将激光足迹从圆形改变为正方形或矩形。通常,利用具有圆形覆盖区的脉冲激光进行结构化导致沿着烧蚀线的锯齿型图案,这会在薄膜中引起不希望的机械应力。为避免这种情况,在使用圆形高斯光束轮廓时,必须使用至少70%的高脉冲重叠。相比之下,矩形足迹可以产生具有非常小重叠的直壁,从而提高激光微加工的处理速度。

平顶光束整形器,光束整形DOE的特点:

高度均匀性

能够和振镜、场镜配合扫描

高效率/高光效,能量利用率最高95%

光斑边缘锐利,截止特性好

高能量阈值/高损伤阈值,工业级皮秒大功率激光器也可使用

任意光束形状

覆盖紫外到红外的所有激光波段,193nm to 10.6um

平顶光束整形器的应用:

高端激光精密加工: 激光钻孔,激光切割,激光刻槽,激光烧蚀,激光消融,激光快速成型

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