UVレーザーの脆性材料への応用

レーザー製造技術は、レーザーの高エネルギーと材料間の物理的相互作用、材料の蒸発、アブレーション、改質などを利用して材料加工の効果を実現します。 現在、レーザー加工はさまざまな産業に急速に浸透していますが、依然として金属材料の加工が主流であり、レーザー加工用途全体の80％以上を占めています。 鉄、銅、アルミニウムおよびそれに相当する合金およびその他の金属は硬質材料のため、レーザー効果の役割が優れているため、レーザー加工を適用するのが簡単です。 一部の一般的な金属レーザー切断や溶接用途では、対応する光出力がわかればよいため、研究要件の処理はそれほど厳密ではありません。
しかし実際には、生活産業やハイエンド製造分野では、軟質材料、熱可塑性材料、感熱材料、セラミック材料、半導体材料、ガラスやその他の脆性材料など、非常に多くの非金属材料が使用されています。 これらの材料をレーザーで加工する場合、ビーム特性、アブレーション、材料破壊の制御に対する要件は非常に厳しく、多くの場合、マイクロナノメートルレベルの超微細加工を実現する必要があります。 一般的な赤外線レーザーの使用では効果を達成するのが難しいことがよくありますが、UV レーザーは非常に適した選択肢です。
紫外レーザー技術の応用
紫外レーザーとは、出力ビームが紫外スペクトルに位置し、肉眼では見えない光を指します。現在一般的な産業用紫外レーザーには、固体結晶紫外レーザーと気体紫外レーザーの 2 つがあります。 赤外線全固体レーザーは、紫外線レーザー出力を得るために3倍にすることができ、波長は355nm以上、パルス幅はナノ秒からピコ秒​​までの開発に成功しました。 ガス紫外線レーザーは一般にエキシマレーザーであり、眼科手術やチップフォトリソグラフィーに使用できます。 近年、ファイバーレーザーも紫外波長の製品が徐々に開発されており、ピコ秒紫外ファイバーレーザーが代表的です。
紫外レーザーは周波数変換による熱損失があるため、コストが依然として高く、より高出力にするか、ある程度の困難があるのが現状です。 紫外線レーザーは冷光源と考えられることが多いため、紫外線レーザー加工は冷間加工とも呼ばれ、脆性材料の加工に非常に適しています。
一般脆性材料のUVレーザー加工
ガラスは、ウォーターカップ、ワイングラス、容器からガラスジュエリーに至るまで、生活の中で大量に使用される素材ですが、ガラス上に模様を作るのは難しい問題が多く、従来の加工ではガラスが高率に損傷することがよくあります。 、UV レーザーは、ガラスの表面のマーキング、パターンの作成に非常に適しており、超微細な生産を実現できます。 紫外線レーザーマーキングは、これまでの加工精度が高くない、作図が難しい、ワークへのダメージ、環境汚染などの欠点を補い、その独自の加工利点により、さまざまな分野でガラス製品加工の新たなお気に入りとなっています。酒器、工芸品、ギフト業界に必要な加工ツールが含まれています。
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セラミックス素材は建築物、器具、装飾品などに数多く使われていますが、実は携帯電話事業でセラミック製のバックカバーを発売したり、移動体通信の分野でもセラミックスは電子機器に応用されることが多く、光通信、電子製品は、指紋認証システムのセラミックコア、セラミック基板、セラミックパッケージベース、セラミックカバーなどに広く使用されています。 これらのセラミック部品の製造はますます繊細になっており、現在では UV レーザー切断の使用がより理想的な選択肢となっています。 紫外線レーザーによるセラミックシートの加工精度は非常に高く、セラミックのクラックを発生させず、二次研削を必要とせずに成形できるため、今後の応用が期待されます。
紫外線レーザーウェーハ切断：サファイア基板の表面は硬く、一般的なナイフホイールでは切断が難しく、摩耗が多く、歩留まりが低く、切断チャネルは30μmを超えており、使用面積が減少するだけでなく、製品の生産量も減少します。 青色および白色 LED 産業の推進により、サファイア基板ウェーハ切断の需要が大幅に増加し、生産性と最終製品の合格率を向上させるために、より高い要件が求められています。 UVレーザー切断ウェーハは、高精度の切断、滑らかなカーフを実現し、歩留まりを大幅に向上させます。
石英の切断は業界で常に問題となっており、伝統的な加工方法で最も一般的に使用されているのは「ダイヤモンド石鋸刃」、つまり「ハード」なアプローチによる加工です。 石英は非常に脆く、加工難易度が非常に高く、ダイヤモンド砥石鋸刃は消耗品です。
紫外線レーザーは±0.02mmの超高精度を備えており、正確な切断ニーズを完全に保証できます。 石英の切断は、パワーを正確に制御することで切断面を非常に滑らかにすることができ、その速度は手作業に比べてはるかに速いです。 パラメータはフルデジタルディスプレイに表示され、コンピュータを介してさまざまなパラメータを正確に調整でき、正確かつ直感的で、開始の難易度は手動切断よりもはるかに低くなります。