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
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切割参数 |
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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 |
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60 |
250 |
7.2w |
100 |
1000 |
-0 |
0 |
0 |
0.2 |
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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
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切割参数 |
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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 |
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40 |
250 |
4.8w |
80 |
800 |
-0 |
0 |
0 |
0.2 |
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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
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切割参数 |
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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 |
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70 |
250 |
8.4w |
120 |
1000 |
-0 |
0 |
0 |
0.2 |
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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
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切割参数 |
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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 |
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80 |
250 |
9.6w |
250 |
1000 |
-0 |
0 |
0 |
0.2 |
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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。