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電子加工新聞

超短脈衝激光器助力5G智能製造

星之球科技 來源:國際工業(ye) 激光2020-08-02 我要評論(0 )   

第五代移動通信技術(英語:5thgenerationmobilesnetworks簡稱5G)是最新一代蜂窩移動通信技術,其性能目標是高數據速率、減少延遲、節省能源、降低成本、提高係統容量和...

第五代移動通信技術(英語:5thgenerationmobilesnetworks簡稱5G)是最新一代蜂窩移動通信技術,其性能目標是高數據速率、減少延遲、節省能源、降低成本、提高係統容量和大規模設備連接。


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由於(yu) 5G手機在工作時使用的頻率(如:微波和毫米波)相較傳(chuan) 統頻率更高,且需要滿足可以同時利用來自不同發射機的信號的要求,所以5G手機需要體(ti) 積更小、物理結構更複雜(平麵和立體(ti) 結合)、小型化的天線,並配合支持MIMO(MultiInputMultiOutput,多輸入多輸出)的多天線技術。截至目前,現在市麵上的智能天線可以支持2x2或者4x4MIMO功能,然而5G手機天線對多路技術的則要求更高。


眾(zhong) 所周知,天線是由層壓基板製作而成,這種層壓基板包括基於(yu) 絕緣體(ti) (例如液晶聚合物LCP或改性聚酰亞(ya) 胺mPI)的銅層,在多數情況下,還包括一個(ge) 粘合層。在製造過程中,層壓基板必須安裝在特定基板或其他載體(ti) 上。


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Coherent 相幹公司 HyperRapid NXT 超短脈衝(chong) 紫外激光器


顯然,在進行必要的切割/劃線(劃線也稱為(wei) 吻切,這種工藝可在不破壞底層的情況進行有選擇性的剝層)時,激光加工是十分合適的選擇。雖然內(nei) 置調Q納秒激光器已經可以提供切割/劃線所需的空間分辨率,但由於(yu) 銅和聚合物的燒蝕閾值差別很大,納秒激光器無法通過一氣嗬成的連貫過程完成整個(ge) 加工工藝。通常情況下,較好的加工參數要求約7倍於(yu) 燒蝕閾值的激光通量。而將通量提高到閾值的10倍及以上卻並不會(hui) 提高加工速度,而隻會(hui) 增大切麵寬度和熱影響區域(HAZ)範圍。熱影響區在熱加工中,是指切麵、劃線或孔附近的材料由於(yu) 熱效應而降解的範圍,例如:紙張和塑料的炭化區域、陶瓷的玻璃相形成區或半導體(ti) 的熔化區。


對於(yu) 手機天線之類的小型電磁設備而言,必須盡量減少熱影響區從(cong) 而避免功能受損,比如:燒融黏連可能導致短路、過大的熱影響還可能會(hui) 降低設備可靠性,同時還會(hui) 縮短使用壽命。然而,如果僅(jin) 根據銅的加工閾值優(you) 化納秒激光參數,則難以有效降低聚合物的熱影響區。因此,天線加工必須通過兩(liang) 個(ge) 獨立的製程和兩(liang) 種不同的激光設置進行加工。但這種方式要求整個(ge) 加工過程需要在專(zhuan) 業(ye) 化監測之下,防止出現加工錯誤,從(cong) 而保證加工過程平穩運行,優(you) 化加工成本。


在充分減少熱影響區方麵,更短(例如皮秒)的脈衝(chong) 寬度或更短的波長通常被認為(wei) 是兩(liang) 種行之有效的方法。超短脈衝(chong) (USP)激光器的優(you) 點在於(yu) ,大部分激光脈衝(chong) 能量在還沒來得及擴散的時候就已被濺射出的材料帶走。此外,雖然超短脈衝(chong) 激光器通常情況下擁有的脈衝(chong) 能量較低,但同時也能提供較高的脈衝(chong) 重複頻率,因此可支持快速多次加工,同時進一步減少熱影響區問題。


眾(zhong) 所周知,使用紫外(UV)等較短的波長可減少熱影響區。這是因為(wei) 高能光子可以直接破壞大多數材料中的原子鍵,所以某些材料可通過光解加工(一種冷加工方式)而不是熱加工來去除。


皮秒紫外激光器集短脈衝(chong) 寬度和短波長於(yu) 一身,因此,是對天線進行微加工的理想選擇。最近,工業(ye) 用超短脈衝(chong) 紫外激光器的平均功率有所提高,可滿足5G天線切割等應用所需的高產(chan) 能需求。例如,Coherent相幹公司的HyperRapidNXT超短脈衝(chong) 紫外激光器,在355nm波長下的輸出功率可達30W,可以在每秒數米的掃描速度下,對樣品進行10次左右的激光掃描,即意味著可以達到加工市場最新的天線的需求。


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當激光在材料表麵掃描複雜圖形進行加工時,直線和曲線部分的切換必然造成掃描速度的變化,使用固定的脈衝(chong) 重複頻率,會(hui) 使激光在曲線部分逗留時間過長而造成切割拐角的熱影響區域擴大。盡管超短脈衝(chong) 紫外激光器產(chan) 生的熱負荷很小,但脈衝(chong) 之間過多的重疊可能導致熱量積聚和以及較大的熱影響區,因此上述操作可能會(hui) 帶來問題。


HyperRapidNXT采用Coherent相幹公司先進的PulseEQ脈衝(chong) 控製技術,可以實時控製脈衝(chong) 速率,並與(yu) 掃描振鏡信號同步,這樣可以確保脈衝(chong) 與(yu) 脈衝(chong) 的重疊率保持一致。同樣重要的是,PulseEQ還可以對單個(ge) 脈衝(chong) 能量進行實時控製,從(cong) 而解決(jue) 在一些情況下,脈衝(chong) 重複頻率變化導致的單脈衝(chong) 能量跟隨變化問題。


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HyperRapid NXT 用於(yu) 5G LCP 天線切割和鑽孔。左圖所示的高切割質量必須通過 Hyper Rapid NXT 的 Pulse EQ 技術實現。


5G網絡正朝著網絡多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向發展。隨著各種智能終端的普及,麵向2020年及以後,移動數據流量將呈現爆炸式增長。Coherent相幹公司新一代工業(ye) 級高功率皮秒激光器HyperRapidNXT憑借更加強大的靈活性和穩定性獲得市場青睞,並且最近成功斬獲某國際知名手機品牌重要訂單。



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