超快雷射微加工整形原理

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实验样品资讯材质：萤光晶片实验设备：紫外飞秒秒雷射切割机实验目的将材料上进行蚀刻，蚀刻深度为20um，蚀刻图形为0.728*0.728mm的方形框间距为0.049mm 将材料进行全切，切割图形为0.728*0.728mm的方形框间距为0.049mm 效果外观（为蚀刻39um）本图为附加吹气降温后效果；并且初步手动裂片39um参数切割参数功率（%）频率（kHz）实际功率（w）切割次数切割速度（mm/s）焦点位置（mm）填充间距（mm）填充圈数跳转延时（ms）效率 60 250 7.2w 100 1000 -0 0 0 0.2 — 现存问题与后续措施评估与效能优化：目前仅完成初步的效果与效率评估。后续计画增加辅助冷却气体以加速降温、减少热影响，并藉此减小跳转延时。功率控制与残渣处理：切割功率过大会导致材料表面融化并产生黑边。针对此问题，预计在机台设备添加高压吹气，以减少残渣堵塞切割道，避免影响光路传输。光斑调整与制程改善：目前最大功率仅能开至 80%，且仍会出现轻微黑边。后续需要减小光斑大小（缩小焦斑），以达到制程的实际需求。效果外观（为蚀刻20um） 39um参数切割参数功率（%）频率（kHz）实际功率（w）切割次数切割速度（mm/s）焦点位置（mm）填充间距（mm）填充圈数跳转延时（ms）效率 40 250 4.8w 80 800 -0 0 0 0.2 — 现存问题与后续措施评估与效能优化：目前仅完成初步的效果与效率评估。后续计画增加辅助冷却气体以加速降温、减少热影响，并藉此减小跳转延时。功率控制与光路优化：加工功率不可过大，否则会导致光斑与切割道随之变大。后续预计在机台设备添加高压吹气，以减少残渣堵塞切割道，避免影响光路传输。光斑调整与制程改善：目前最大功率仅能开至 80%，且仍会出现轻微黑边。后续需要减小光斑大小，以符合制程的实际需求。效果外观（为蚀刻45um） 39um参数切割参数功率（%）频率（kHz）实际功率（w）切割次数切割速度（mm/s）焦点位置（mm）填充间距（mm）填充圈数跳转延时（ms）效率 70 250 8.4w 120 1000 -0 0 0 0.2 — 现存问题与后续措施评估与效能优化：目前仅完成初步的效果与效率评估。后续计画增加辅助冷却气体以加速降温、减少热影响，并藉此减小跳转延时。功率控制与光路优化：在调整制程时，不可盲目增加切割次数（这只会降低加工效率），应以适当提升功率为主。同时，预计在机台设备添加高压吹气，以减少残渣堵塞切割道，避免影响光路传输。光斑调整与制程改善：目前加工后会产生轻微黑边，且蚀刻边缘会出现发白现象。后续需要减小光斑大小，以改善边缘外观并达到品质需求。效果外观（为全切）39um参数切割参数功率（%）频率（kHz）实际功率（w）切割次数切割速度（mm/s）焦点位置（mm）填充间距（mm）填充圈数跳转延时（ms）效率 80 250 9.6w 250 1000 -0 0 0 0.2 现存问题与后续措施评估与效能优化：目前仅完成初步的效果与效率评估。后续计画增加辅助冷却气体以加速降温、减少热影响，并藉此减小跳转延时。功率控制与光路优化：目前全切效果不理想，在尚未切断前材料即出现发黑、发白现象，且产品已有破碎与裂痕的迹象。针对此问题，机台设备预计添加高压吹气，以减少残渣堵塞切割道，避免影响光路传输。光斑调整与制程改善：现阶段的加工效率过久、耗时过长。后续需要透过减小光斑大小，来提高能量密度与加工速度，以达到实际的产能需求。结论一、紫外雷射全切之加工瓶颈分析由於产品材料本身对紫外雷射（UV Laser）的吸收率低，导致全切加工难以在合理的效率内完成。在尝试全切的过程中，主要面临以下两大物理特性冲突：材料脆性与热应力限制：本产品属於脆性材质，不可使用过高功率，否则会直接导致融边或材料崩裂。然而，在尚未切断前，产品就极易从中间产生裂缝。复合材料能量吸收异常：在进行全切时，材料表面会出现大面积发黑与发白的现象。此情况是由於复合材料减少了对雷射能量的吸收，制程上被迫只能加大瞬态功率，进而引发严重的热影响。二、微细蚀刻道之光学硬体改善对策针对目前蚀刻道要求较小的限制，现有设备的加工能力已达瓶颈，必须评估进行机台配件的硬体整改。后续规划导入「小焦距场镜（小镜头）搭配扩束镜」的架构，藉此有效减小光斑大小（缩小焦斑）。必要时，将进一步加装「光闸圈（Aperture）」以修饰光束质量，从根本上解决高功率带来的崩边问题并满足微细线宽的需求。 https://www.steo.com.tw/cn/hot_535878.html 光通讯晶圆紫外飞秒切割 2026-06-30 2027-06-30

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首页最新消息技术新知超快雷射微加工整形原理 [2024-08-19]

超快雷射微加工整形原理

非热吸收机制

极高的瞬时峰值功率（达数兆瓦范围）可同时吸收多个光子。
当脉冲持续时间短於材料的特徵振动松弛时间时，这种吸收机制发挥作用。

利用超快雷射，两个主要机制主要负责将吸收从热态转移到非热态：

非热吸收机制非常重要，因为它可以减少材料的热损伤，使得加工更精细、控制更佳、微加工更加精确。

超快雷射微加工整形原理

在超短脉冲雷射加工中，通过使用具有以下特性的雷射，可以在高效材料去除率的同时，实现对周围非加工区域的最小热损伤：

通过使用具有更高峰值功率的短脉冲来增加光通量（W/cm²）
使用更具可聚焦性的光束（较低的M²值）来增加光通量
使用较短波长来改善光束质量和吸收
增加脉冲能量或脉冲重复频率；这将提高处理效率，因为两者都会增加雷射的平均功率
改善光束指向稳定性以实现一致的加工效果

实验范例回顾

聚合物微铣削／金属微铣削／陶瓷微铣削

这使得每次脉冲去除的材料体积能够被精确控制，从而实现高解析度加工和高质量的表面处理。紫外雷射在大面积结构化和三维微加工方面表现卓越。先进的光束照明和投影技术可以实现目标区域边缘锐利且能量密度均匀的分布，从而精确控制每次脉冲去除的材料体积，实现高解析度加工和高质量表面处理。

实验制作流程

典型的去除速率在 0.05 - 1.5 μm/脉冲之间。
当需要重复单一图案时，可以在光罩中设置一组阵列特徵，利用光束的大横截面同时加工多个特徵。
通过协调光罩和工件的运动，可以创建大型且复杂的图案。

结论

必须仔细调整光学参数和加工速度，以优化特定的微加工任务。

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