لیزرهای فمتوثانیه تقریباً هر ماده ای را برش می دهند و در پردازش و ساخت نمایشگرها، نیمه هادی ها و سایر قطعات الکترونیکی یا قطعات سفارشی استفاده می شوند. در واقع، میکروماشین لیزری فمتوثانیه دقیقتر است و تاثیر حرارتی روی مواد را به حداقل میرساند و در نتیجه قطعات با کیفیت بالاتری تولید میشوند. تیم Amplitude سال ها بر روی یک برنامه لیزر فمتوثانیه کار کرده است: پردازش شیشه.
لیزر فمتوثانیه چگونه می تواند برش شیشه را بهبود بخشد؟
ویژگی متمایز شیشه، ماهیت سخت و شکننده آن است که یک چالش مهم در پردازش است. روشهای سنتی برش شیشهای مکانیکی مانند برش چرخ الماس، سندبلاست یا فرآیندهای جت آب برش نادقیق، فاقد نظم در لبهها و تنشهای باقیمانده لبههای بزرگ و نامتقارن در طول فرآیند برش است که منجر به ایجاد ترکهای ریز، گرد و غبار و آوار بر روی لبه های شیشه به این روش پردازش می شود. برای بسیاری از کاربردها، ترکهای ریز ناشی از برادهها و تنشهای موضعی باعث خرابی دستگاه میشود و بنابراین باید برای تقویت لبهها برای دستیابی به کیفیت قابل قبول، سنگزنی و پرداخت لبههای پس از عبور انجام شود. علاوه بر این، پردازش چرخ چاقوی مکانیکی نیز به برخی از عوامل کمکی برای کمک به برش نیاز دارد، که ممکن است به لبه نهایی چسبیده و نیاز به درمان مانند تمیز کردن آب یا تمیز کردن اولتراسونیک داشته باشد. فرآیندهای تصفیه بعدی و بازده کم، هزینه محصول نهایی شیشه را افزایش می دهد.
علاوه بر این، هنگامی که تک تکه شیشه تا سطح میکرون (شیشه UTG) نازک شود، این روشهای سنتی برش مکانیکی دیگر قابل اجرا نخواهند بود. مزایای منحصر به فرد لیزرهای فوق سریع، پردازش این مواد شیشه ای سخت، شکننده و فوق نازک را ممکن می سازد و یک لیزر فمتوثانیه با پارامترهای مناسب می تواند با تعداد بسیار محدودی از لبه ها در یک پاس، به طور موثر برش دهد. این حتی برای شیشه های ضخیم نیز صادق است و لیزرهای فمتوثانیه جایگزینی برای سایر تکنیک های برش شیشه ارائه می دهند.
برش شیشه لیزری فمتوثانیه: چگونه کار می کند؟
پالس های لیزری فوق کوتاه همراه با پرتوی شبیه بزیه را می توان برای پردازش شیشه استفاده کرد. پرتو بسل دارای کمر پرتو نازکتر و عمق کانونی بلندتری نسبت به پرتو گاوسی است و قادر است به طور همزمان انرژی پالسهای فوق کوتاه را در کل ضخامت شیشه جذب کند. استفاده از Pulse Bursts به شیشه اجازه می دهد تا به طور موثرتری توسط لیزر جذب شود و منجر به ایجاد ترک های لازم برای برش شیشه از بالا به پایین شود. این لیزر فمتوثانیه با پرتوی بسل مانند را می توان به عنوان مثال برای برش شیشه در مسیرهای مستقیم یا منحنی استفاده کرد.
تیم کاربردهای Amplitude یک فرآیند مبتنی بر لیزر فمتوثانیه را برای کنترل دقیق جهت شکستگی و اپتیک پردازش شیشه همراه، و استفاده از تولید شکست طولانیتر برای بهبود راندمان پردازش فرآیند برش شیشه ایجاد کرده است. از این فرآیند می توان برای برش شیشه های نازک و فوق نازک (<200μm), thick glass (>2 میلی متر) و حتی شیشه چند لایه یا انواع مواد شفاف شکننده به راحتی جدا شده با زبری سطح کم (<1μm) and no chips and chipping.
ویژگی کلیدی این فرآیند این است که انرژی لیزر فمتوثانیه ای که توسط شیشه جذب می شود، ترک گسترده ای ایجاد می کند که بسیار بیشتر از اندازه نقطه برخورد واقعی است. این ویژگی زمان پردازش را به میزان قابل توجهی سرعت می بخشد و کارایی مصرف انرژی لیزر را افزایش می دهد. برای طیف وسیعی از انواع شیشه و ضخامت (<1 mm nanolaminate glass, for example), the use of sub-picosecond or femtosecond pulses can produce longer extended cracks for more efficient processing. For cutting thin glass, cutting speeds in excess of ~1 m/s along a straight line and in excess of 100 mm/s for curved parts can be achieved with laser power of only 10 W. For ultra-thin glass, cutting energy of no more than 40 μJ can result in a chipped edge of less than 1 μm.
The process can also be used to cut thick glass or multilayer glass (>1 میلی متر) در یک پاس. مطالعات تجربی انجام شده توسط تیم فرآیند Amplitude نشان داده است که کارآمدترین پارامتر پردازش، تولید یک قطار پالس (Burst) از 4 تا 6 پالس با توزیع انرژی زیر پالس مسطح است. در ترکیب با پیکربندیهای نوری خاص، شیشههای ضخیمتر از ۲ میلیمتر را میتوان در یک پاس پردازش کرد. برای این مطالعه، از لیزر Amplitude Tangor مجهز به ویژگی Femtoburst™️ استفاده شد که به کاربر اجازه میدهد تا دامنههای زیر پالس منفرد را در الگوی انفجار برنامهریزی کند تا توزیع انرژی انفجاری را دقیقاً تعدیل کند تا یک مطالعه دقیق از جذب انرژی مواد سفارشیسازی شده را تعدیل کند. .
برش شیشه با لیزر فمتوثانیه برای چه کسانی مناسب است؟
این فرآیند را می توان در کاربردهای مختلفی مانند تولید کنندگان نمایشگر دستگاه های تلفن همراه که از شیشه های نازک تر یا شیشه های چند لایه (مثلاً LCD) استفاده می کنند، و در لوازم الکترونیکی مصرفی که اغلب از شیشه روکش دار استفاده می شود و اغلب باید با گوشه های منحنی و کانتور پردازش شوند، استفاده شود. شکلها و برشها و ویژگیهای پردازش پالس کوتاه پالسهای فمتوثانیه میتواند به طور موثر ناحیه تحت تأثیر حرارت لایه پوشش داده شده را کاهش دهد. بسیاری از روش های لیزری مکانیکی یا دیگر نمی توانند سطح دقت و کیفیت مورد نیاز برای چنین محصولاتی را فراهم کنند. فناوری ما همچنین می تواند برای برش شیشه های ضخیم تر برای صنعت پزشکی یا حتی شیشه های سکوریت شده برای محافظت از صفحه نمایش یا صنعت خودرو استفاده شود.
علاوه بر این، با توسعه فناوری سوراخهای شیشهای (TGV) در سالهای اخیر، جهت و روند استفاده از بسترهای سوراخدار شیشهای در تختههای آداپتور پکیج یکپارچه سه بعدی، MEMS و Mini LED/Micro LED و غیره تبدیل شده است. علاوه بر این، تقاضای ویژه ای برای انواع سوراخ های نسبت عمق به قطر بالا در ارتباطات نوری، لوازم الکترونیکی مصرفی، تراشه های زیستی و غیره وجود دارد. در فناوری TGV، ماژول پردازش پرتو Bessel یک ابزار ضروری است، با استفاده از این فناوری می توان به دست آورد. میکرون یا حتی زیر میکرون، فوق العاده 250،000 در هر سانتی متر مربع با چگالی فوق العاده بالا از طریق سوراخ، بنابراین پردازش متراکم و با سرعت بالا از سوراخ شیشه ای نیاز به 1. میکرو سوراخ بین پردازش لیزری نمی تواند در تنش حرارتی ناشی از میکرو ترک ظاهر می شود، 2. فاصله سوراخ ها باید دقیقاً کنترل شود. لیزرهای فمتوثانیه پهنای پالس باریکی را برای کنترل میکروکراک ارائه می دهند.<350fs) while providing an excellent solution to precisely control the position accuracy of the trigger pulse on the material using the FemtoTrig® feature developed by Amplitude's technical team, synchronized with the oscillator clock (fosc:40Mhz, jitter. 25ns) to achieve higher machining position accuracy (100m/ s, Position Error: 2.5um) while maintaining a constant single pulse energy (RMS <1% energy fluctuation) for high speed pulse machining.
