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紫外雷射加工应用案例:各式材料雷射切割、雷射雕刻、雷射标记、雷射钻孔、雷射移除等4
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超锋科技股份有限公司 238 新北市新北市树林区东丰街49巷45号
一、什么是紫外线飞秒雷射切割技术(一)飞秒雷射的独特魅力飞秒雷射,作为雷射领域的「爆超高速先锋」,脉冲宽度在飞秒量级(1 飞秒= 10^-15 秒)。这意味著它能在极短的时间内释放出巨大的能量,产生极高的峰值功率。想像一下,一道闪电在瞬间释放出比太阳表面还要高的能量密度,飞秒雷射就有这样的「爆发力」。如此强大的能量,使得它在与材料相互作用时,能够展现出与传统雷射截然不同的效果。(二)紫外线波段的独特优势紫外线雷射,波长处於100 - 400 奈米之间,相较於其他波段的雷射,它具有更高的光子能量。这就好比一个小个子却拥有大力士的力量,虽然身材小,但能量十足。在切割过程中,短波长让它能够更精准地聚焦到材料表面,如同用最细的针去绣花,实现高精度的加工,为制造精密零件提供了可能。(三)切割原理大揭秘当紫外线飞秒雷射照射到材料表面时,极短的脉冲持续时间让能量迅速集中在极小的区域。材料表面的原子或分子瞬间吸收大量能量,发生电离,形成等离子体。等离子体就像一个能量「海绵」,迅速吸收后续的雷射能量,温度急剧升高,导致材料迅速蒸发和气化,从而完成切割。这种基於多光子电离和雪崩电离的切割方式,避免了传统热加工中热扩散对材料周边区域的影响,大大提高了切割精度,就像用一把无形的「超精细剪刀」,精确地裁剪材料。   紫外雷射超快雷射切割多层硬脆+薄膜材料 二、紫外线飞秒雷射切割技术的显著优势(一)高精度,微米世界的「精准舞者」凭藉短脉冲和短波长的特性,紫外线飞秒雷射切割能够实现极小的光斑尺寸,达到微米甚至亚微米等级的切割精度。在微电子装置加工领域,此优势尤为突出。例如,晶片的制造对精度要求极高,紫外线飞秒雷射切割可以像雕刻艺术品一样,在微小的晶片上进行精细加工,确保晶片的性能稳定,满足现代电子装置日益小型化和精细化的需求。(二)低热影响区,热敏感材料的「贴心保护者」对於一些对热敏感的材料,如生物材料、半导体材料等,传统加工方法可能会因为热扩散而导致材料性能劣化。而紫外线飞秒雷射切割的短脉冲能量沉积方式,使得热扩散时间极短,热影响区极小。就像给材料穿上了一件「隔热防护服」,在加工过程中有效避免了材料因受热而产生的性能变化,为生物医学和半导体等领域的材料加工提供了可靠的技术保障。(三)高加工效率,工业化生产的「得力助手」虽然飞秒雷射的单脉冲能量较低,但它的高重复频率特性让它在单位时间内能够输出大量的脉冲。透过合理设定参数和最佳化光束整形技术,紫外线飞秒雷射切割能够实现较高的加工效率。在工业化生产中,这意味著能够在更短的时间内完成更多的加工任务,提高生产效率,降低生产成本,为企业带来更大的经济效益。(四)广泛的材料适应性,材料加工的「万能钥匙」无论是金属材料、非金属材料,还是有机材料、无机材料,紫外线飞秒雷射都能与之「友好互动」,实现有效的切割加工。这种广泛的材料适应性,使得它在许多领域都能大显身手。从航空航太领域的高性能材料切割,到光学领域的玻璃、晶体加工,紫外线飞秒雷射切割技术都能发挥重要作用,成为材料加工领域的「万能钥匙」。三、紫外线飞秒雷射切割技术的多元应用领域(一)微电子领域:晶片制造的「幕后英雄」在积体电路制造过程中,紫外线飞秒雷射切割技术可用於晶片的划片、封装接脚的切割等关键工序。它的高精度和低热影响区特点,能够有效提升晶片的制造良率和性能稳定性。在微机电系统(MEMS)加工中,也能实现复杂微结构的精确切割和加工,为微电子技术的发展提供了强有力的支持,是晶片制造背后的「幕后英雄」。(二)生物医学领域:医疗创新的「神奇手术刀」在生物医学材料加工方面,如生物可降解材料的切割、微流控晶片的制造等,紫外线飞秒雷射切割技术能够满足对材料精度和生物相容性的严格要求。在眼科手术中,利用飞秒雷射进行角膜切割,就像使用一把极其精准的“隐形手术刀”,能够实现更精确的手术操作,降低手术风险,提高手术效果,为患者带来光明和希望。(三)航空航太领域:高性能材料加工的「秘密武器」航空航太领域所使用的许多高性能材料,如钛合金、碳纤维复合材料等,具有高强度、高硬度和耐高温等特性,传统加工方法难以满足其加工要求。紫外线飞秒雷射切割技术能够对这些材料进行高精度切割,并且在切割过程中不会引入额外的应力和损伤,保证了材料的性能和结构完整性。在航空发动机叶片的加工中,能够实现复杂型面的精确切割和修整,成为航空航天领域高性能材料加工的「秘密武器」。(四)光学领域:光学元件制造的「精细工匠」在光学元件制造中,如玻璃、晶体等材料的切割和加工,对精度和表面品质要求极高。紫外飞秒雷射切割技术能够实现高精度的切割和表面品质控制,透过精确控制雷射参数,还可以实现对光学元件的微纳结构加工,为新型光学元件的研发和制造提供了有力的技术支持,如同一位技艺精湛的“精细工匠”,打造出高品质的光学元件。四、紫外线飞秒雷射切割技术面临的挑战与未来展望(一)设备成本高昂,限制应用的「拦路虎」目前,紫外线飞秒雷射切割设备涉及复杂的雷射产生技术、光束整形技术和高精度的运动控制技术等,设备研发和制造成本较高,这在一定程度上限制了其在一些对成本敏感的领域的广泛应用。降低设备成本,成为了推动该技术更广泛应用的关键议题之一。(二)加工效率有待提高,发展路上的「小阻碍」虽然紫外线飞秒雷射切割技术在加工精度和品质方面具有显著优势,但在某些大规模生产场景下,与传统切割技术相比,其加工效率仍有待进一步提高。透过优化雷射参数、改进加工制程和开发更有效率的光束传输系统等方式,有望提升加工效率,克服此发展过程中的「小阻碍」。(三)加工过程监测与控制难度大,技术提升的「硬骨」由於紫外线飞秒雷射切割过程是一个极其快速且复杂的物理过程,涉及光与物质的相互作用、等离子体的产生和演化等多个物理现象,对加工过程的即时监测和精确控制难度较高。目前,缺乏有效的线上监控和回馈控制手段,难以实现对加工品质的全面、精确控制。攻克这项技术难题,将有助於进一步提升紫外线飞秒雷射切割技术的应用水准。 https://www.steo.com.tw/cn/hot_531536.html 紫外线飞秒雷射切割技术:精密材料微加工 2026-03-30 2027-03-30
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随著雷射技术的不断发展,不同功率、波长以及频率的雷射不断被推向市场。根据光源与物质的作用特点,将选用特定的雷射器,如红外线雷射主要用於钢铁、铜和铝等金属零件的焊接、切割等加工;绿光雷射可用於太阳能电池划片、掺杂、 3C电子和半导体铜箔切割、焊接以及晶圆退火等加工;紫外线雷射可用於塑胶、纸盒包装、医疗器材、消费性电子产品等的切割、打标。紫外线脉冲雷射具有短波长、短脉冲、光束品质优、高峰值功率等优点,与绿光、红外线相比,具有较小的热效应等优势。近年紫外线雷射加工广泛幅射至医疗、日用、航太、半导体、电子等领域。

超锋的紫外超快雷射在覆铜板(DBC)去除、PBC开窗、飞行打标、线材标记、PCB/FPC切割、木材切割、石墨打孔和玻璃加工等应用领域均有成熟的工艺表现。

紫外线雷射的四大加工制程应用案例

2.1 雷射去除(减材)

2.1.1 雷射覆铜板去除

覆铜板由於其具有良好的导热性能和导电性,是重要的电子封装材料,传统的覆铜层去除主要透过覆膜显影、蚀刻完成,流程复杂繁琐。为优化覆铜板铜层去除步骤,使用紫外超快雷射进行覆铜去除,去除效果良好,铜层去除比较干净,与陶瓷相比底色差别不大,正反面雕刻,陶瓷未产生裂痕。

  

2.1.2 雷射PCB板开窗开槽
 
PCB上导线覆有油漆层,可防止短路对装置造成伤害。所谓开窗就是去掉导线上的油漆层,让导线裸露以便上锡处理。选用超快紫外雷射可以实现PCB板表面油漆层的去除,透过调整雷射参数还可以控制不同铜层的去除,实现精确开窗加工。下图为PCB板雷射开槽前后对比。
 

 
2.2 雷射标记雕刻

  
2.2.1 雷射线材绝缘层标记
 
缆线产业为了使产品能够清楚分辨品牌、种类、规格等,常常会在线缆上进行标识,传统的标识方式是采用油墨喷码机进行喷码,这种方式不仅成本高而且污染大,并且油墨在线缆表面的附著性较差,经过机械运输、环境老化、人为擦碰后容易被磨损破坏,难以满足产业的实际需求。雷射标记可以有效解决油墨喷码机的难题,且雷射塑胶标记的线条均匀、清晰,可读性更高。选用超快紫外雷射在线缆上进行雷射标记,搭配大幅面场镜,可在线上缆上实现字元的清晰标记,加工125mm幅面的字元仅需0.2s,可跟随管线工作,与工业自动化配合进行飞行打标,满足产线高节拍要求。
 

 
除了常规线材的标记,使用紫外线雷射在电线和电缆上直接印刷也在航空和航太工业中得到了OEM和最终用户的广泛测试和接受,该领域的线材标记一直被国外公司垄断,为了推进航空航天领域线材标记,采用紫外超快雷射在电线绝缘层上进行字元标记,标记所用线缆为航空航太领域专用线材(电线规格BMS),在2000mm/s的运动速度下单次加工即可在电线上实现字元的清晰标记,字元标记深浅均一、线条均匀,边缘无烧蚀发黑现象。
 


航太线缆加工效果(左)相机拍摄;(右)显微镜观察

 

2.2.2 玻璃雷射雕刻标记
 
璃制品广泛用於建筑、日用、医疗、化学、家居等领域,在玻璃上雕刻、印刷、镭射图案、花纹已经是一种很常见的技术。选用超快紫外雷射可在玻璃表面或内层进行图形、文字、LOGO等个性加工,效果可呈现白色或黑色,标示精细、清晰美观。相较於普统超快雷射标记,紫外雷射加工效率较高,在玻璃打标领域,紫外雷射加工性价比更高。
 

玻璃标记效果内部标记(左);表面标记(右)
 
2.2.3 医疗器材雷射雕刻打标
 
雷射是符合医疗产业FDA和MDR标准的打标技术,可实现在所有医疗设备和器械上打标唯一设备识别码(UDI)。医疗器材上的雷射打标可以获得耐灭菌消毒的永久标识,采用紫外超快雷射可以在医疗器材上获得永久和高对比度的标识,加工图案例大小的幅面仅用15s左右,加工效率高。可於矽胶上进行雷射雕刻标记,不锈钢上进行全黑雷射雕刻。
 
 
2.2.4 其他非金属雷射标记
 
在日常生活中,为了让产品能够清楚分辨品牌、种类、日期等,常常会在包装上进行防伪标识,采用超快紫外雷射加工可以轻松实现塑胶包装袋、试剂盒、胶带、瓶盖等的标记。下列常见的泛用塑胶接科进行雷射雕刻切割: PE、PP、PS、PVC、ABS、PMMA等 2、工程塑胶: 【泛用类工程塑胶】PA、POM、PBT、PC等 【高性能工程塑胶】PPS、PEEK、PAR等 3、弹性体: TPU、TPS等 4、合胶: PC
 
医疗产品外壳雷射雕刻/瓶盖雷射雕刻/胶带薄膜雷射标记
 

2.3 紫外雷射切割
       

2.3.1 PCB雷射切割
 
PCB板结构复杂、精细,雷射加工技术可实现此类材料的精密雷射切割,选用超快紫外雷射对1.2mm厚度的PCB板进行加工,切割断面光滑。雷射切割软板与硬板效果同样卓越
 

PCB板雷射切割效果(左)相机拍摄;(右)显微镜观察断面图
 
2.3.2 紫外雷射木材切割
 
紫外线雷射作为一种冷光源在切割加工上具有其独特的优势,超锋超快紫外雷射雷射器在薄木片上进行特定图形切割可以实现材料的雷射精密加工,雷射切割后的木材边缘无发黑烧焦现象,切割面光滑无毛刺,美观较好,在木制工艺品加工方面具有极高的性价比
 

木材雷射切割效果图
 

2.4 雷射钻孔-雷射石墨片钻孔 雷射碳纤维切割
      

石墨片是一种全新的导热散热材料,屏蔽热源与组件的同时可改善消费性电子产品的性能。紫外雷射可在石墨片上进行阵列钻孔加工,透过螺旋线的方式进行加工,加工1,600个孔仅在10秒以内。
  

石墨片阵列雷射钻孔加工效果(左)相机拍摄;(右)显微镜观察
   

  

上述几个案例分别列举了超快紫外雷射在移除、标记、切割、钻孔等领域的全应用,为材料雷射微加工提供了应用解决方案。

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