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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
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脈衝雷射 可區分為Q開關雷射以及鎖模雷射 Q開關雷射:產生之脈衝寬度為ns等級 鎖模雷射:產生之脈衝寬度為ps~fs等級 根據調變機制不同,兩者皆可分為主動式以及被動式 左圖為主動式,右圖為被動式Q開關雷射原理簡介Q開關雷射特性 調變共振腔內之Q值 Q值與腔內的損耗成反比 當增益大於損耗,及有脈衝輸出 主動式Q開關雷射示意圖 Q開關雷射原理 鎖模雷射原理簡介前言 當加工需要更短的脈衝時,鎖模雷射之價值就此體現 鎖模鎖的是縱模(頻域性質),非橫模(光斑空間分部) 厚度100 um之不鏽鋼鑽孔效果 高斯坐標中的雷射橫模分佈圖 雷射共振腔模態(增益頻寬、 縱向模) 模態之相位若模態間有固定的相位關係即為鎖模雷射最小脈衝寬度時間積帶寬(TBP) 鎖模是使得雷射器中振蕩的各縱模相位保持恆定。 縱模相位鎖定後,雷射在時域上是一個光脈衝。 相位鎖定的縱模越多,光脈衝越窄。 Q開關與鎖模雷射的差別 Q開關雷射之脈衝寬度為ns等級,鎖模則為ps至fs等級 Q開關本質上是被調製的連續光(Modulated CW),其縱模相位是隨機的→鎖模脈衝的縱模相位是鎖定的,可通過傅立葉轉換脈衝的頻域→時域 鎖模雷射之重複頻率符合共振腔長 鎖模雷射與主控震盪器的功率放大器MOPA (Master Oscillator Power-Amplifier) :主控振盪器的功率放大器 由種子光源加上放大器之系統,即可稱為MOPA 業界常泛指MOPA為Mode-locked,亦約定成俗 MOPA之Q開關雷射系統架構圖 https://www.steo.com.tw/hot_501912.html 脈衝雷射:Q開關雷射、鎖模雷射 2024-11-11 2025-11-11
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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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