發布日期：2022-10-09 點擊率：72
9月17-19日，第十一屆全國激光加工產業論壇在廣東中山舉行。在激光精密制造技術及裝備分論壇上，IPG在《激光光源在精密加工中的應用》的主題演講中，除了對相關的脈沖激光器進行介紹外，還介紹了IPG享有盛譽、極具革命性的創新設計——QCW準連續光纖激光器及其對陶瓷、藍寶石等材料的應用。
氧化鋁（多晶Al2O3）和氮化鋁（AlN）被公認為是超級導熱材料，廣泛用于各行各業，例如LED、RF、微波封裝等。在這些行業中，鉆孔速度與成型速度將直接影響生產成本。單晶Al2O3，也就是我們通常所說的藍寶石，硬度特別高，僅次于鉆石。與傳統的光學玻璃相比，藍寶石不僅更堅固，更耐劃，而且光傳輸從紫外線到近紅外，導熱性能也極佳，已經大量應用于LED行業。它的另一個增長點是消費電子行業，可用于制造手機攝像頭、功能鍵甚至是整個顯示屏。
與傳統的大規模生產應用例如鈑金切割相比，進行精密加工時所需用到的設備及工藝更強調精確度以及嚴謹的進程控制。由于這些應用往往對熱能很敏感，對精確度有極高的要求，所以，所選激光器的類型、規格、光學系統及硬件配置對于穩定的規模生產而言至關重要。QCW準連續光纖激光器提供了改良的、更加靈活的激光源，在降低成本的同時，為客戶提供了滿意的加工速度和質量，可替代昂貴的皮秒激光系統。
工藝
我們通過兩種準連續激光器：YLM-150-1500-QCW和YLR-300-3000-QCW，對氧化鋁、氮化鋁、藍寶石等材料進行鉆孔、劃線與切割。
YLM-150-1500-QCW采用單模光纖，芯徑14μm，最大峰值功率1.5kW，平均輸出功率150W，連續模式時最高可達250W
YLR-300-3000-QCW采用多模光纖，芯徑50μm，最大峰值功率3kW，平均輸出功率300W
脈沖周期在10μs至50ms范圍內可調，實際范圍取決于操作模式及參數設置
熱加工時脈沖周期相對較長，基板的局部溫度超過熔點，輔助氣體（如空氣、氮氣、氧氣或氬氣）以物理形式清理基板上的熔融物。
光束通過帶有一定焦距的準直鏡（一般焦距范圍為50-150mm）經聚焦后至切割頭。聚焦鏡的焦距根據所需應用進行調整，一般為50-200mm。輔助氣體經過切割頭，經過與光束同軸的噴嘴排出。噴嘴的直徑以及噴嘴到目標之間的距離取決于所需應用，但直徑和距離通常均為0.5-1mm。用戶可以通過設定脈沖周期、重復頻率、峰值功率、平均功率（占空比）、切割速度、氣體類型及壓力等操作參數，控制熱響應區。
鉆孔
用光纖激光器鉆孔時，一個脈沖一個孔，所以準連續光纖激光器在鉆孔速度上極具優勢。我們選取了厚度為635μm的氧化鋁（96%），以300孔/s的速度打孔，孔間距為150μm，基板在光束下方以45mm/s的速度線性移動，單模光纖，脈沖周期200μs。當然，脈沖周期越短，鉆孔速度就越快，直至達到最大化。這也就是說，操作過程中存在一個平衡鉆孔質量、脈沖能量及脈沖周期的最佳峰值功率。一般來說，基板越厚，脈沖能量就越高，和/或脈沖周期也就越長。
圖1所示為鉆孔的入口端及出口端。鉆孔出口端以顯微鏡手動測量為22±3μm，入口端為49±3μm?；逶诓僮髑耙呀涍^覆壓，打孔后進行清潔/拋光。
圖1 635μm氧化鋁（96%）鉆孔，300孔/s
在實際應用中，除了能夠很好地燒蝕之外，我們還要能夠調整孔的大小。通常情況下，高功率密度能產生穩定的燒蝕，然后在氧化鋁上形成孔。然而，對于氧化鋁這樣不易燒蝕的材料而言，僅僅依賴高功率密度就是不夠的，尤其是所需焦斑小于常規尺寸時。另一方面，用大幅提高峰值功率的方法來改善燒蝕，其結果往往會同時影響成孔質量，所以人們常常用覆壓涂層的方法來輔助氧化鋁表面的燒蝕。（IPG微系統已經推出了一種新的解決方案，通過改進激光工藝的方式加強燒蝕，無需覆壓，但在某些時候可能還是需要用涂層來改善整體質量，減少渣屑。）
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