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紫外雷射加工應用案例:各式材料雷射切割、雷射雕刻、雷射標記、雷射鑽孔、雷射移除等4
https://www.steo.com.tw/ 超鋒科技股份有限公司
超鋒科技股份有限公司 238 新北市新北市樹林區東豐街49巷45號
實驗樣品資訊 材質:螢光晶片 實驗設備:紫外飛秒秒雷射切割機 實驗目的 將材料上進行蝕刻,蝕刻深度為20um,蝕刻圖形為0.728*0.728mm的方形框 間距為0.049mm 將材料進行全切,切割圖形為0.728*0.728mm的方形框 間距為0.049mm 效果外觀(為蝕刻39um)本圖為附加吹氣降溫後效果;並且初步手動裂片39um參數 切割參數 功率(%)   頻率 (kHz) 實際功率(w) 切割次數 切割速度(mm/s) 焦點位置 (mm) 填充間距 (mm) 填充圈數 跳轉延時(ms) 效率 60 250 7.2w 100 1000 -0 0 0 0.2 — 現存問題與後續措施 評估與效能優化:目前僅完成初步的效果與效率評估。後續計畫增加輔助冷卻氣體以加速降溫、減少熱影響,並藉此減小跳轉延時。 功率控制與殘渣處理:切割功率過大會導致材料表面融化並產生黑邊。針對此問題,預計在機台設備添加高壓吹氣,以減少殘渣堵塞切割道,避免影響光路傳輸。 光斑調整與製程改善:目前最大功率僅能開至 80%,且仍會出現輕微黑邊。後續需要減小光斑大小(縮小焦斑),以達到製程的實際需求。 效果外觀(為蝕刻20um) 39um參數 切割參數 功率(%)   頻率 (kHz) 實際功率(w) 切割次數 切割速度(mm/s) 焦點位置 (mm) 填充間距 (mm) 填充圈數 跳轉延時(ms) 效率 40 250 4.8w 80 800 -0 0 0 0.2 — 現存問題與後續措施 評估與效能優化:目前僅完成初步的效果與效率評估。後續計畫增加輔助冷卻氣體以加速降溫、減少熱影響,並藉此減小跳轉延時。 功率控制與光路優化:加工功率不可過大,否則會導致光斑與切割道隨之變大。後續預計在機台設備添加高壓吹氣,以減少殘渣堵塞切割道,避免影響光路傳輸。 光斑調整與製程改善:目前最大功率僅能開至 80%,且仍會出現輕微黑邊。後續需要減小光斑大小,以符合製程的實際需求。 效果外觀(為蝕刻45um) 39um參數 切割參數 功率(%)   頻率 (kHz) 實際功率(w) 切割次數 切割速度(mm/s) 焦點位置 (mm) 填充間距 (mm) 填充圈數 跳轉延時(ms) 效率 70 250 8.4w 120 1000 -0 0 0 0.2 — 現存問題與後續措施 評估與效能優化:目前僅完成初步的效果與效率評估。後續計畫增加輔助冷卻氣體以加速降溫、減少熱影響,並藉此減小跳轉延時。 功率控制與光路優化:在調整製程時,不可盲目增加切割次數(這只會降低加工效率),應以適當提升功率為主。同時,預計在機台設備添加高壓吹氣,以減少殘渣堵塞切割道,避免影響光路傳輸。 光斑調整與製程改善:目前加工後會產生輕微黑邊,且蝕刻邊緣會出現發白現象。後續需要減小光斑大小,以改善邊緣外觀並達到品質需求。 效果外觀(為全切)39um參數 切割參數 功率(%)   頻率 (kHz) 實際功率(w) 切割次數 切割速度(mm/s) 焦點位置 (mm) 填充間距 (mm) 填充圈數 跳轉延時(ms) 效率 80 250 9.6w 250 1000 -0 0 0 0.2 現存問題與後續措施 評估與效能優化:目前僅完成初步的效果與效率評估。後續計畫增加輔助冷卻氣體以加速降溫、減少熱影響,並藉此減小跳轉延時。 功率控制與光路優化:目前全切效果不理想,在尚未切斷前材料即出現發黑、發白現象,且產品已有破碎與裂痕的跡象。針對此問題,機台設備預計添加高壓吹氣,以減少殘渣堵塞切割道,避免影響光路傳輸。 光斑調整與製程改善:現階段的加工效率過久、耗時過長。後續需要透過減小光斑大小,來提高能量密度與加工速度,以達到實際的產能需求。 結論一、 紫外雷射全切之加工瓶頸分析由於產品材料本身對紫外雷射(UV Laser)的吸收率低,導致全切加工難以在合理的效率內完成。在嘗試全切的過程中,主要面臨以下兩大物理特性衝突: 材料脆性與熱應力限制:本產品屬於脆性材質,不可使用過高功率,否則會直接導致融邊或材料崩裂。然而,在尚未切斷前,產品就極易從中間產生裂縫。 複合材料能量吸收異常:在進行全切時,材料表面會出現大面積發黑與發白的現象。此情況是由於複合材料減少了對雷射能量的吸收,製程上被迫只能加大瞬態功率,進而引發嚴重的熱影響。 二、 微細蝕刻道之光學硬體改善對策針對目前蝕刻道要求較小的限制,現有設備的加工能力已達瓶頸,必須評估進行機台配件的硬體整改。後續規劃導入「小焦距場鏡(小鏡頭)搭配擴束鏡」的架構,藉此有效減小光斑大小(縮小焦斑)。必要時,將進一步加裝「光閘圈(Aperture)」以修飾光束質量,從根本上解決高功率帶來的崩邊問題並滿足微細線寬的需求。 https://www.steo.com.tw/hot_535878.html 光通訊晶圓紫外飛秒切割 2026-06-30 2027-06-30
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相關連結:https://laser.ofweek.com/2024-06/ART-8100-2400-30636956.html

隨著雷射技術的不斷發展,不同功率、波長以及頻率的雷射不斷被推向市場。根據光源與物質的作用特點,將選用特定的雷射器,如紅外線雷射主要用於鋼鐵、銅和鋁等金屬零件的焊接、切割等加工;綠光雷射可用於太陽能電池劃片、摻雜、 3C電子和半導體銅箔切割、焊接以及晶圓退火等加工;紫外線雷射可用於塑膠、紙盒包裝、醫療器材、消費性電子產品等的切割、打標。紫外線脈衝雷射具有短波長、短脈衝、光束品質優、高峰值功率等優點,與綠光、紅外線相比,具有較小的熱效應等優勢。近年紫外線雷射加工廣泛幅射至醫療、日用、航太、半導體、電子等領域。

超鋒的紫外超快雷射在覆銅板(DBC)去除、PBC開窗、飛行打標、線材標記、PCB/FPC切割、木材切割、石墨打孔和玻璃加工等應用領域均有成熟的工藝表現。

紫外線雷射的四大加工製程應用案例

2.1 雷射去除(減材)

2.1.1 雷射覆銅板去除

覆銅板由於其具有良好的導熱性能和導電性,是重要的電子封裝材料,傳統的覆銅層去除主要透過覆膜顯影、蝕刻完成,流程複雜繁瑣。為優化覆銅板銅層去除步驟,使用紫外超快雷射進行覆銅去除,去除效果良好,銅層去除比較乾淨,與陶瓷相比底色差別不大,正反面雕刻,陶瓷未產生裂痕。

  

2.1.2 雷射PCB板開窗開槽
 
PCB上導線覆有油漆層,可防止短路對裝置造成傷害。所謂開窗就是去掉導線上的油漆層,讓導線裸露以便上錫處理。選用超快紫外雷射可以實現PCB板表面油漆層的去除,透過調整雷射參數還可以控制不同銅層的去除,實現精確開窗加工。下圖為PCB板雷射開槽前後對比。
 

 
2.2 雷射標記雕刻

  
2.2.1 雷射線材絕緣層標記
 
纜線產業為了使產品能夠清楚分辨品牌、種類、規格等,常常會在線纜上進行標識,傳統的標識方式是採用油墨噴碼機進行噴碼,這種方式不僅成本高而且污染大,並且油墨在線纜表面的附著性較差,經過機械運輸、環境老化、人為擦碰後容易被磨損破壞,難以滿足產業的實際需求。雷射標記可以有效解決油墨噴碼機的難題,且雷射塑膠標記的線條均勻、清晰,可讀性更高。選用超快紫外雷射在線纜上進行雷射標記,搭配大幅面場鏡,可在線上纜上實現字元的清晰標記,加工125mm幅面的字元僅需0.2s,可跟隨管線工作,與工業自動化配合進行飛行打標,滿足產線高節拍要求。
 

 
除了常規線材的標記,使用紫外線雷射在電線和電纜上直接印刷也在航空和航太工業中得到了OEM和最終用戶的廣泛測試和接受,該領域的線材標記一直被國外公司壟斷,為了推進航空航天領域線材標記,採用紫外超快雷射在電線絕緣層上進行字元標記,標記所用線纜為航空航太領域專用線材(電線規格BMS),在2000mm/s的運動速度下單次加工即可在電線上實現字元的清晰標記,字元標記深淺均一、線條均勻,邊緣無燒蝕發黑現象。
 


航太線纜加工效果(左)相機拍攝;(右)顯微鏡觀察

 

2.2.2 玻璃雷射雕刻標記
 
璃製品廣泛用於建築、日用、醫療、化學、家居等領域,在玻璃上雕刻、印刷、鐳射圖案、花紋已經是一種很常見的技術。選用超快紫外雷射可在玻璃表面或內層進行圖形、文字、LOGO等個性加工,效果可呈現白色或黑色,標示精細、清晰美觀。相較於普統超快雷射標記,紫外雷射加工效率較高,在玻璃打標領域,紫外雷射加工性價比更高。
 

玻璃標記效果內部標記(左);表面標記(右)
 
2.2.3 醫療器材雷射雕刻打標
 
雷射是符合醫療產業FDA和MDR標準的打標技術,可實現在所有醫療設備和器械上打標唯一設備識別碼(UDI)。醫療器材上的雷射打標可以獲得耐滅菌消毒的永久標識,採用紫外超快雷射可以在醫療器材上獲得永久和高對比度的標識,加工圖案例大小的幅面僅用15s左右,加工效率高。可於矽膠上進行雷射雕刻標記,不鏽鋼上進行全黑雷射雕刻。
 
 
2.2.4 其他非金屬雷射標記
 
在日常生活中,為了讓產品能夠清楚分辨品牌、種類、日期等,常常會在包裝上進行防偽標識,採用超快紫外雷射加工可以輕鬆實現塑膠包裝袋、試劑盒、膠帶、瓶蓋等的標記。下列常見的泛用塑膠接科進行雷射雕刻切割: PE、PP、PS、PVC、ABS、PMMA等 2、工程塑膠: 【泛用類工程塑膠】PA、POM、PBT、PC等 【高性能工程塑膠】PPS、PEEK、PAR等 3、彈性體: TPU、TPS等 4、合膠: PC
 
醫療產品外殼雷射雕刻/瓶蓋雷射雕刻/膠帶薄膜雷射標記
 

2.3 紫外雷射切割
       

2.3.1 PCB雷射切割
 
PCB板結構複雜、精細,雷射加工技術可實現此類材料的精密雷射切割,選用超快紫外雷射對1.2mm厚度的PCB板進行加工,切割斷面光滑。雷射切割軟板與硬板效果同樣卓越
 

PCB板雷射切割效果(左)相機拍攝;(右)顯微鏡觀察斷面圖
 
2.3.2 紫外雷射木材切割
 
紫外線雷射作為一種冷光源在切割加工上具有其獨特的優勢,超鋒超快紫外雷射雷射器在薄木片上進行特定圖形切割可以實現材料的雷射精密加工,雷射切割後的木材邊緣無發黑燒焦現象,切割面光滑無毛刺,美觀較好,在木製工藝品加工方面具有極高的性價比
 

木材雷射切割效果圖
 

2.4 雷射鑽孔-雷射石墨片鑽孔 雷射碳纖維切割
      

石墨片是一種全新的導熱散熱材料,屏蔽熱源與組件的同時可改善消費性電子產品的性能。紫外雷射可在石墨片上進行陣列鑽孔加工,透過螺旋線的方式進行加工,加工1,600個孔僅在10秒以內。
  

石墨片陣列雷射鑽孔加工效果(左)相機拍攝;(右)顯微鏡觀察
   

  

上述幾個案例分別列舉了超快紫外雷射在移除、標記、切割、鑽孔等領域的全應用,為材料雷射微加工提供了應用解決方案。

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