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用於雷射切割和深孔鑽孔的貝索透鏡應用說明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://wavelength-oe.com/zh-TW/bessel-lens/

圖1:貝塞爾透鏡產品概要


貝索透鏡軸錐透鏡和兩組聚焦鏡。准直光穿過軸錐透鏡形成貝索光束(Bessel Beam),該光束是非衍射的並且具有同心環,每個同心環具有彼此相同的功率。 環直徑隨著焦深的變化而變化,但環厚度保持不變。 這種類型的環聚焦光束更適合具有直徑與長度深度比的材料加工應用。

圖1顯示了貝索透鏡的基本光學設計原理。 整個鏡頭由一組軸錐透鏡和兩組聚焦透鏡組成。


圖 2:貝塞爾透鏡光學設計


工作原理

通過軸錐透鏡產生的貝索光束產生沒有衍射特性的橫向光能量分佈。 在光束會聚的位置,會產生較長的無衍射區域(圖2),其中光束能量密度不隨傳播距離而變化。將軸錐透鏡與聚焦透鏡相結合(圖 3),可以獲得高能貝塞爾光束(圖 4)。

貝索光束光學系統的美妙之處在於,只需調整輸入光束直徑的大小即可調節輸出光束焦深(DOF)。 由於輸入光束直徑和輸出光束自由度之間存在近似線性關係(圖 5),我們的貝索透鏡是滿足您需求的解決方案。

貝塞爾透鏡5
圖3:貝索光束區域分佈


圖 4:貝索光束光學系統佈局


圖 5:(a) 貝索區能量密度分佈模擬圖
(b) 輸出光束的光束輪廓分析(FWHM)


圖 6:(a) 縱向剖面與自由度的關係圖,以及 (b) 輸出光束尺寸 (FWHM) 與輸入光束直徑的關係圖


應用領域

貝索透鏡適用於現代工業應用的雷射切割和深孔鑽孔,滿足多功能性、高效率和精密材料加工的要求。這些鏡頭是針對需要小聚焦光斑尺寸和長焦深的雷射加工技術專業領域的獨特解決方案。它與雷射切割系統集成,可對聚焦光束進行高度定位和嚴格的方向控制,為切割鋼材、玻璃和其他材料提供靈活性。內置補償機制允許客戶進行調整以滿足他們所需的光學性能。

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