フェムト秒レーザーは、ほぼあらゆる材料を切断できることが知られており、ディスプレイ、半導体、その他の電子部品やカスタム部品の加工や製造に使用されています。 実際、フェムト秒レーザー微細加工はより正確で、材料への熱影響が最小限に抑えられるため、より高品質の部品が得られます。 Amplitude チームは、フェムト秒レーザーの 1 つの用途であるガラス加工に長年取り組んできました。
フェムト秒レーザーはガラスの切断をどのように改善できるのでしょうか?
ガラスの特徴は硬くて脆いことであり、これが加工上の大きな課題となります。 ダイヤモンド ホイール切断、サンドブラスト、ウォーター ジェット プロセスなどの従来の機械的ガラス切断技術では、切断が不正確で、エッジに規則性がなく、切断プロセス中に大きく非対称な残留エッジ応力が発生するため、ガラス表面に微細な亀裂、塵、破片が発生します。このようにしてガラスのエッジを加工します。 多くのアプリケーションでは、チップや局所的な応力によって生じる小さな亀裂がデバイスの故障の原因となるため、許容可能な品質を達成するためにエッジを強化するためにパス後のエッジ研削と研磨を実行する必要があります。 さらに、機械式ナイフホイールの加工には、切断を補助する補助剤も必要です。補助剤が完成した刃先に付着する可能性があり、水洗浄や超音波洗浄などの処理が必要になります。 その後の処理プロセスと歩留まりの低さにより、完成したガラス製品のコストが増加します。
さらに、一枚のガラスがミクロンレベルまで薄くなると（UTGガラス）、これらの従来の機械的切断方法は適用できなくなります。 超高速レーザーの独自の利点により、これらの硬くて脆い極薄ガラス材料の加工が可能になり、適切なパラメータを備えたフェムト秒レーザーを使用すると、シングルパスで非常に限られた数のエッジを効果的に切断できます。 これは厚いガラスにも当てはまり、フェムト秒レーザーは他のガラス切断技術の代替手段となります。
フェムト秒レーザーによるガラス切断: どのように機能するのでしょうか?
超短レーザーパルスとベジェ状ビームを組み合わせてガラス加工に使用できます。 ベッセル ビームは、ガウス ビームよりもビーム ウエストが細く、焦点深度が長く、ガラスの厚さ全体に沿って超短パルスのエネルギーを同時に吸収できます。 パルス バーストを使用すると、ガラスがレーザーによってより効率的に吸収され、ガラスを上から下まで切断するのに必要な亀裂が生じます。 ベッセル状のビームを備えたこのフェムト秒レーザーは、たとえば、直線または曲線の軌道でガラスを切断するために使用できます。
Amplitude アプリケーション チームは、フェムト秒レーザー ベースのプロセスを開発しました。これにより、破壊の方向と付随するガラス加工光学系を正確に制御し、拡張された破壊生成を使用してガラス切断プロセスの処理効率を向上させることができます。 このプロセスは、薄いガラスや極薄いガラスの切断に使用できます (<200μm), thick glass (>2mm）、さらには複層ガラスや、表面粗さが低いさまざまな容易に分離できる脆性透明材料（<1μm) and no chips and chipping.
このプロセスの主な特徴は、ガラスに吸収されたフェムト秒レーザーのエネルギーが、実際の衝突点のサイズをはるかに超える広範囲の亀裂を生成することです。 この機能により、処理時間が大幅に短縮され、レーザー電力の使用効率が向上します。 さまざまなガラスの種類と厚さに対応 (<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 mm) を 1 回のパスで加工します。 Amplitude プロセス チームが行った実験研究では、最も効率的な処理パラメータは、フラットなサブパルス エネルギー分布を持つ 4 ～ 6 パルスのパルス列 (バースト) を生成することであることがわかりました。 特定の光学構成と組み合わせると、2 mm を超える厚さのガラスを 1 回のパスで処理できます。 この研究では、フェムトバースト ™️ 機能を備えた Amplitude Tangor レーザーが使用されました。これにより、ユーザーはバースト パターン内の個々のサブパルス振幅をプログラムして、カスタマイズされた材料のエネルギー吸収を詳細に研究するためにバースト エネルギー分布を正確に変調できます。 。
フェムト秒レーザーによるガラス切断は誰のためのものですか?
このプロセスは、薄いガラスや多層ガラス (LCD など) を使用するモバイル デバイスのディスプレイ メーカーや、コーティングされたガラスがよく使用され、湾曲したコーナーや輪郭のある加工が必要な家庭用電化製品など、さまざまな用途に使用できます。フェムト秒パルスの短パルス処理特性により、コーティング層の熱影響部を効果的に低減できます。 機械的またはその他のレーザーによる方法の多くは、そのような製品に必要なレベルの精度と品質を提供できません。 当社の技術は、医療産業用の厚いガラスや、画面保護や自動車産業用の強化ガラスの切断にも使用できます。
また、近年のガラススルーホール技術（TGV）の発展に伴い、3D集積パッケージアダプタボードやMEMS、ミニLED/マイクロLEDなどにガラススルーホール基板を使用する方向性とトレンドとなります。さらに、光通信、家庭用電化製品、バイオチップなどでは、深さと直径の比率が高い穴タイプに対する特別な需要もあります。TGV 技術では、ベッセル ビーム加工モジュールが不可欠なツールであり、この技術を使用することで次のことが可能になります。ミクロン、さらにはサブミクロン、平方センチメートル当たり超250、000という超高密度スルーホールなので、ガラススルーホールの高密度かつ高速加工には1が必要です。レーザー加工では不可能な微細穴間のガラススルーホール2. 穴の間隔は正確に制御する必要があります。 フェムト秒レーザーは、微細亀裂を制御するために狭いパルス幅を提供します (<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.
