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紫外激光器熱影響區(qū)域小，在晶圓切割、陶瓷切割、玻璃切割、線路板切割行業(yè)受寵
發(fā)布時(shí)間：2019/11/19
隨著消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)需求量大幅增加，產(chǎn)品小型化、快速化及零件價(jià)格高昂，傳統(tǒng)加工方式已經(jīng)無法滿足客戶對(duì)精度和良率的更高的要求，激光切割技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。伴隨著紫外激光器的逐漸成熟，且穩(wěn)定度增加，激光加工產(chǎn)業(yè)已從紅外激光轉(zhuǎn)向紫外激光。同時(shí)，也因?yàn)樽贤饧す馄鞯膽?yīng)用越來越普及，使得激光應(yīng)用邁向更廣闊的領(lǐng)域。
激光經(jīng)過聚焦后照射到材料上，使被切割材料溫度急速升高，然后使之熔化或汽化。隨著激光與被切割材料的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在切割材料上形成切縫從而達(dá)到切割的目的。傳統(tǒng)二氧化碳(CO2)激光切割由于光斑大、熱影響范圍大、切邊不平滑、發(fā)黑，因此主要用于木材、布料、塑料及較厚的金屬材料加工，而且熱效應(yīng)較大。在切割更精密的材料時(shí)通常選擇紫外激光作為切割光源，與YAG和CO2激光通過熱效應(yīng)來切割不同，紫外激光直接破壞被加工材料的化學(xué)鍵，從而達(dá)到切割目的, 這是一個(gè)“冷”過程，熱影響區(qū)域小；另外紫外激光的波長(zhǎng)短、能量集中，切縫寬度小，因此在精密切割和微加工領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
激光切割的切縫寬度同光束模式、偏振性和聚焦后光斑直徑有直接的關(guān)系。實(shí)際切割中采用TEM00模，圓偏振，但激光的模式通常都并非理想的基模，當(dāng)功率增大或者使用時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生變化。光斑直徑是指光強(qiáng)降落到中心值的1/e2的點(diǎn)所確定的范圍，這個(gè)范圍內(nèi)包含了光束能量的86.5%，理想情況下直徑范圍內(nèi)的激光可以實(shí)現(xiàn)切割，范圍外的不與材料發(fā)生作用，則切縫寬度等于光斑直徑。但實(shí)際中由于材料的導(dǎo)熱性、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等參數(shù)的不同，以及激光功率的變化，切縫寬度是不等于光斑直徑的，它們的關(guān)系要依據(jù)激光能量的輸入和材料性質(zhì)而定。但在絕大多數(shù)情況下，切縫寬度是略大于光斑直徑，減小光斑直徑，就減小了切縫的寬度。
在激光切割中，聚焦后的光斑直徑當(dāng)然是越小越好，這樣切縫寬度就會(huì)越小，相同的條件下就可以使晶圓做到更高的集成度。設(shè)激光的束腰半徑為ω0，光束質(zhì)量因子為M2，激光波長(zhǎng)為λ，聚焦鏡焦距為f，擴(kuò)束鏡準(zhǔn)直倍率為A，由激光原理可得激光經(jīng)過擴(kuò)束鏡后和聚焦鏡后，束腰半徑和焦深分別為：
式中激光的波長(zhǎng)λ和光束質(zhì)量因子M2由激光器來決定，可以選擇短波長(zhǎng)和較小M2的激光器來減小光斑尺寸，另一方面通過減小聚焦鏡的焦距和調(diào)整擴(kuò)束鏡倍數(shù)來得到較小的光斑尺寸。但是減小聚焦鏡焦距的同時(shí)焦深會(huì)縮短，不過在劃片切割時(shí)并不需要太大的焦深，只有當(dāng)穿透切割較厚的晶圓時(shí)需要考慮焦深的問題，因此要根據(jù)實(shí)際要求合理地選擇聚焦鏡焦距和擴(kuò)束鏡倍數(shù)。因此紫外激光可達(dá)到更小的光斑(幾個(gè)微米)，切割道更窄、熱影響范圍小、切邊平滑，且因?yàn)槊}沖能量高，可對(duì)物體進(jìn)行離子化式切割，故可切割高反射材料。
激光的工作模式有兩種，第一種為被加工物放置在XY運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，激光聚焦后直接加工；第二種為被加工物加工時(shí)不移動(dòng)，激光通過振鏡移動(dòng)，在被加工物表面進(jìn)行加工。如圖1所示，圖1(a)因?yàn)榭刹捎媒咕噍^短的聚焦鏡，因此可達(dá)到較小的光斑直徑；圖1(b)因?yàn)檎耒R的運(yùn)動(dòng)速度較平臺(tái)的移動(dòng)速度快，搭配XY移動(dòng)平臺(tái)，搭配切割圖檔分圖的技術(shù)，可將激光應(yīng)用范圍由打標(biāo)拓展出更廣的應(yīng)用，但由于紫外激光的光斑較小，因此在振鏡及平臺(tái)的精度控制需要達(dá)到微米級(jí)的要求。
紫外激光晶圓切割
藍(lán)寶石基板表面堅(jiān)硬，一般刀輪很難對(duì)其進(jìn)行切割，且磨耗大，良率低，切割道更大于30 μm，不僅降低了使用面積，而且減少了產(chǎn)品的產(chǎn)量。在藍(lán)白光LED產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)下，藍(lán)寶石基板晶圓切割的需求量大增，對(duì)提高生產(chǎn)率、成品合格率提出了更高的要求。元祿光電經(jīng)過多年大力研發(fā)激光晶圓切割機(jī)，現(xiàn)可獲得更窄的切割光斑，精準(zhǔn)的定位及高速度的切割，可為市場(chǎng)上提供更多的選擇。效果圖見圖2。
紫外激光陶瓷切割
陶瓷在人類歷史中一直占據(jù)重要的角色，從日用品、裝飾用品到工業(yè)應(yīng)用，都可看到它的足跡。上個(gè)世紀(jì)電子陶瓷應(yīng)用逐漸成熟，應(yīng)用范圍更廣，例如散熱基板、壓電材料、電阻、半導(dǎo)體應(yīng)用、生物應(yīng)用等，除了傳統(tǒng)的陶瓷加工工藝外，陶瓷加工也因應(yīng)用種類的增加，進(jìn)而進(jìn)入了激光加工領(lǐng)域。按照陶瓷的材料種類可分為功能陶瓷、結(jié)構(gòu)陶瓷及生物陶瓷?？捎糜诩庸ぬ沾傻募す庥蠧O2激光、YAG激光、綠光激光等，但是隨著元器件逐漸小型化，例如陶瓷電阻由0204的尺寸縮小到01005，以及YAG激光或光纖激光加工已經(jīng)無法滿足其要求，因此紫外激光加工成為必要的加工方式，他可對(duì)多類陶瓷進(jìn)行加工。CO2激光加工與紫外激光加工的陶瓷切割效果對(duì)比圖見圖3。
紫外激光玻璃切割
除了上述的應(yīng)用外，紫外激光的應(yīng)用在智能型手機(jī)崛起的帶動(dòng)下，也逐漸有了發(fā)展的空間。過去因?yàn)槭謾C(jī)的功能不多，而且激光加工的成本高昂，激光加工在手機(jī)的市場(chǎng)中占有的地位并不多，但是現(xiàn)在智能型手機(jī)的功能多，整合性高，在有限的空間內(nèi)要整合數(shù)十種的傳感器及上百個(gè)功能器件，且組件成本高，因此對(duì)于精度、良率及加工要求均大大增加，紫外激光在手機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展出多種應(yīng)用。
手機(jī)玻璃的主要應(yīng)用分為兩部份：手機(jī)面板玻璃和ITO玻璃?，F(xiàn)在手機(jī)玻璃仍是采用傳統(tǒng)機(jī)械加工方式，隨著玻璃的厚度越來越薄，表面強(qiáng)度越來越高，機(jī)械加工逐漸產(chǎn)生瓶頸，而激光加工對(duì)于薄玻璃的處理較機(jī)械加工有優(yōu)勢(shì)，除了加工速度快，非接觸加工，對(duì)玻璃表面不產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，木森科技在玻璃加工投入大量研發(fā)，可加工主流玻璃廠的高強(qiáng)化玻璃，可在中國(guó)及臺(tái)灣兩地同時(shí)進(jìn)行開發(fā)工藝，縮短開發(fā)時(shí)程，見圖4、5。
紫外激光ITO干蝕刻
智能型手機(jī)的最大特色就是觸屏的功能，電容式觸摸屏可以做到多點(diǎn)觸控，對(duì)應(yīng)電阻式觸摸屏，其壽命更長(zhǎng)、反應(yīng)更快，因此電容式觸摸屏已成為智能型手機(jī)選擇的主流。圖6為紫外激光蝕刻ITO線路。
過去ITO線路的蝕刻采用的方式為濕蝕刻的方式，采用黃光制程制作線路，再經(jīng)由蝕刻液去除表面的ITO膜形成線路，不但耗時(shí)且造成污染。采用紫外激光切割具有下列特點(diǎn)：
1) 品質(zhì)佳：采用國(guó)際先進(jìn)技術(shù)的紫外雷射器，具有光束質(zhì)量好、聚焦光斑小、功率分布均勻、熱效應(yīng)小、切縫寬度小、切割品質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)；
2) 精度高：配合高精度的振鏡和平臺(tái)，精度控制在微米量級(jí)；
3)無污染：以激光將ITO移除，無化學(xué)藥劑，對(duì)環(huán)境無污染，對(duì)操作人員無危害，環(huán)保安全；
4) 速度快：直接將CAD圖形加載后即可作業(yè)，不須曝光顯影等制程，免除光罩制作費(fèi)用及時(shí)間，加快開發(fā)速度；
5) 低成本：不需要黃光及濕制程設(shè)備，較原有濕制程生產(chǎn)線降低超過30%建置成本，生產(chǎn)過程無其他耗材，降低生產(chǎn)成本。
紫外激光線路板切割
線路板采用激光進(jìn)行切割最早是用于柔性線路板切割，因?yàn)榫€路板的種類繁多，早期加工均采用模具成型，但是模具的制作費(fèi)用高昂且制作周期長(zhǎng)，因此采用紫外激光加工可以免去模具制作的成本及周期，大幅度提升樣品制作的時(shí)間。但是由于過去紫外激光的功率低及價(jià)格高昂，用于印刷線路板的應(yīng)用較少，同時(shí)印刷線路板的制作精度要求不高，因此紫外激光在印刷線路板的加工一直無法突破。
瑞豐恒紫外激光線路板切割，解決了紫外激光無法應(yīng)用于印刷線路板切割的瓶頸，速度快，精度高，切割邊緣非常平滑及極小的熱影響區(qū)，并大幅度提高客戶良率，使印刷線路板加工成本大大降低。效果圖見圖7。
晶圓切割、陶瓷切割、玻璃切割、線路板切割、瑞豐恒推薦Excellent Ⅱ 355系列8W-10W水冷式紫外激光器
1. 激光波長(zhǎng)354.7nm，重復(fù)頻率覆蓋范圍寬（單脈沖至200kHz）
2. 優(yōu)越的光束質(zhì)量（M2<1.2)，在所有頻率范圍內(nèi)都嚴(yán)格保證；脈沖寬度<16ns@40k，加工時(shí)熱影響區(qū)域很小
3. 獨(dú)特的調(diào)Q控制技術(shù)，適合各種激光應(yīng)用控制需求；在線刷新諧波控制技術(shù)，超長(zhǎng)時(shí)間的功率穩(wěn)定性
4. 全數(shù)字智能電源控制技術(shù)，操作簡(jiǎn)單、方便監(jiān)控
5. 支持與計(jì)算機(jī)通信，可通過RS232外部控制激光器
6. 一體化設(shè)計(jì)，方便設(shè)備集成
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關(guān)鍵詞： 紫外激光器,晶圓切割、,陶瓷切割,玻璃切割,線路板切割
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