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深度解讀

激光刻蝕設備的發展在於市場與研發

來源:元祿光電2019-05-13 我要評論(0 )   

激光是一種通過受激輻射產(chan) 生的光放大,通過刺激原子導致電子躍遷釋放輻射能量而產(chan) 生的具有同調性(Coherence)的增強光子束,其

激光是一種通過受激輻射產(chan) 生的光放大,通過刺激原子導致電子躍遷釋放輻射能量而產(chan) 生的具有同調性(Coherence)的增強光子束,其特點包括發散度極小、亮度(功率)很高、單色性好、相幹性好等。產(chan) 生激光需要“激發來源”、“增益介質”、“共振結構”這三個(ge) 要素。


1916年愛因斯坦描述了原子的受激輻射與(yu) 自發輻射的關(guan) 係以來,人們(men) 便開始猜想,激光是否可用來加強廣場;1958年美國科學家根據氖光燈泡照射一種稀土晶體(ti) 時候發出鮮豔的、始終聚集在一起的強光現象提出了激光原理,即物質在受到與(yu) 其分子固有振蕩頻率相同的能量激發時,都會(hui) 產(chan) 生這種不發散的強光--激光;1960年美國科學家梅曼利用高強閃光燈來刺激紅寶石,由此產(chan) 生了0.6943微米的激光,世界上第一束激光,激光因此從(cong) 科學理論階段進入到實驗物理階段,自此以後激光技術便是多點開花,並從(cong) 實驗物理階段進入到應用階段,並迅速走紅,被譽為(wei)  20世紀以來最偉(wei) 大的發明之一,稱之為(wei) 最快到刀、最準的尺,現如今的日常工業(ye) 生產(chan) 過程中已經無法脫離激光技術衍生出來的激光加工設備,成了一種重要的加工工具,覆蓋到軍(jun) 工、航空航天、汽車製造、醫療、電子製造、光伏生產(chan) 等多領域當中。

 

伴隨著時間的演進,人類在激光領域內(nei) 的探索也在不斷突破,並取得了傲人的成果,如光纖激光、CO2激光、綠光、藍光、紫外光、深紫外光、X射線激光等等,為(wei) 各種商業(ye) 、醫療、工業(ye) 應用提供了強大的後援支撐。在發展不同波段激光同時,也在不斷探索激光的應用,如激光切割、激光焊接、激光打標、激光覆熔、激光打孔等,而激光刻蝕也正是在此階段伴隨著市場需求應運而生,並迅速躥紅,衍生出多種應用,覆蓋到電子、光伏、醫療、新能源等多領域中。


在激光刻蝕應用不斷縱向發展的同時,激光科學家、工程師們(men) 未曾落下對激光技術原理的開發,將激光技術朝向更高亮度、超短脈衝(chong) 時間方向發展,取得了可喜的成績,並以此來反饋市場,作用於(yu) 市場,市場經濟效應下有反饋大研發和科學原理突破上,形成閉環,最終形成了一條完整的激光產(chan) 業(ye) 鏈,由科學基礎、科學材料、科學原理、科學技術、科學應用、科學實驗技術、市場經濟反饋等形成產(chan) 業(ye) 鏈中的不可或缺的重要組成部分,而其中的每一個(ge) 產(chan) 業(ye) 應用又形成小的產(chan) 業(ye) 鏈,作用於(yu) 市場,反饋到科研,無數個(ge) 閉環產(chan) 業(ye) 鏈圍繞在大的產(chan) 業(ye) 鏈環境下,就好像是相對論裏麵的引力作用,誰也離不開誰,但又相對獨立,相互影響。

 

我們(men) 試著以激光刻蝕的發展應用來探討激光加工技術的工業(ye) 應用發展趨勢,試圖向大家推廣激光刻蝕應用,並希望客人能夠提供相互合作、配合研發的機會(hui) ,從(cong) 一種工具的角度出發解決(jue) 問題,並反饋到激光刻蝕工具工藝研發與(yu) 改善。

 

激光刻蝕設備的原理是利用激光光束燒蝕材料表麵,並汽化材料,從(cong) 而達到材料去除、刻蝕的目的,可根據材料對波長吸收的特性選擇使用不同波段的激光如1064nm532nm355nm激光等,不同的波長針對不同的材料和加工用途。如玻璃材料上的導電ITO材料通常選擇1064nm的可調脈寬激光刻蝕、電致色玻璃行業(ye) 采用532nm綠光激光刻蝕FTO等、銅薄膜材料選用355nm紫外激光刻蝕等。

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超快激光刻蝕機600*1200mm

最初的激光刻蝕設備應用單一,甚至在激光圈子內(nei) 都有一個(ge) 統一的名稱即觸摸屏激光刻蝕機,應用單一,僅(jin) 針對觸摸屏行業(ye) 單一用途,隨著市場應用需求的不斷提升,傳(chuan) 統工藝的限製,新的應用逐漸被開發,如光伏行業(ye) 激光刻蝕、傳(chuan) 感器行業(ye) 激光刻蝕、電致色玻璃激光刻蝕、發光玻璃激光刻蝕等等,除了一些導電材料的刻蝕,也逐漸應用到無機材料的刻蝕領域中如氧化鈦、氧化鋯激光刻蝕等,為(wei) 激光刻蝕設備的應用打開了新的大門。

 

而隨著市場應用的需求逐步提升,對激光刻蝕設備的要求也在不斷增加,以鈣鈦礦電池為(wei) 例,早期的太陽能光伏電池采用納秒級別的1064nm紅外以及納秒532nm515nm綠光即可滿足,主要針對單層導電材料的刻蝕,如ITOFTO、矽片劃線等,而鈣鈦礦電池市場中的需求則朝向多層材料、超精細激光刻蝕的需求發展,對激光也提出了更高的要求,納秒級別的激光技術已經無法滿足加工需求。一種超短脈衝(chong) 、高頻率、高單脈衝(chong) 能量的激光器引入到鈣鈦礦電池加工當中,如皮秒綠光激光刻蝕機、紅外飛秒激光刻蝕機等。

 

在引入初期,采用的均來自進口激光器,如相幹、光譜物理、通快等公司,其特點是貴,對於(yu) 用戶來說承擔的費用太高,不適合前期投入的研發與(yu) 生產(chan) ,因而轉向對國產(chan) 超快激光器的開發,並逐漸通過在工藝中的使用完善核心器件,針對性更高,最終形成了一整套完整的鈣鈦礦電池激光刻蝕產(chan) 線,這也是國產(chan) 設備的特色,哪裏有問題哪裏去修改,直到滿足客人需求為(wei) 止,響應速度快、價(jia) 格便宜,是攻城拔寨的利器。

 

自應用到鈣鈦礦電池激光刻蝕項目中後,超快激光刻蝕設備的應用又可以向無機電池、有機電池以及航空領域、環保領域、醫療領域等多方麵發展,得益於(yu) 超短脈衝(chong) 、高頻率、高能量的激光技術突破,以此為(wei) 基礎,元祿光電從(cong) 鈣鈦礦電池激光刻蝕應用後輻射到有機太陽能電池、航空航天、醫療應用領域中,為(wei) 超精細線寬激光刻蝕提供了解決(jue) 方案。

以航空航天為(wei) 例,利用超短脈衝(chong) 激光刻蝕設備在藍寶石玻璃上劃線,線寬小於(yu) 20微米,深度5微米,間隔500微米,邊緣無毛刺,與(yu) 納秒光源相比,線寬、間隔均可滿足要求,但納秒激光做出深度一致性差,毛刺較為(wei) 嚴(yan) 重,而超快激光刻蝕設備能有效解決(jue) 這一問題,這也是既市場應用反饋到激光刻蝕設備前端激光技術超快應用發展又回過頭作用於(yu) 開發市場應用的典型案例,這樣的案例在激光刻蝕設備中體(ti) 現的淋漓盡致,這樣的循環發展,相互推動,相互影響條件下的小型激光產(chan) 業(ye) 鏈還有許許多多,如激光打孔設備、激光調阻設備等都在向前推進,作用於(yu) 市場,同時又從(cong) 市場經濟中反饋到產(chan) 品完善、產(chan) 品研發上,從(cong) 而推動整個(ge) 行業(ye) 的健康發展,形成一個(ge) 完整的產(chan) 業(ye) 鏈。

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玻璃激光刻蝕

這條產(chan) 業(ye) 鏈的構成結構可以是某個(ge) 方麵突出帶動其他小產(chan) 業(ye) 的發展,也可以是是市場作用下的推進,更是技術研發突破帶來的紅利,正如激光刻蝕設備一樣,設備的出現作用到某一領域,而領域的延伸使得激光刻蝕機能夠向光寬廣的領域發展,從(cong) 而反饋到研發、改善,在此作用到市場應用,一種良性循環。因此在激光刻蝕設備的趨勢上不僅(jin) 僅(jin) 是在研發上要下工夫、投入人力、物力、財力,同樣要在市場開拓上投入更多的精力,要讓客人參與(yu) 到前端研發當中,以解決(jue) 客人的問題為(wei) 導向,相互促進,共通成長。

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