Femtosekundenlaser können bekanntermaßen fast jedes Material schneiden und werden bei der Bearbeitung und Herstellung von Displays, Halbleitern und anderen elektronischen Komponenten oder kundenspezifischen Teilen eingesetzt. Tatsächlich ist die Femtosekundenlaser-Mikrobearbeitung präziser und minimiert die thermische Auswirkung auf das Material, was zu qualitativ hochwertigeren Teilen führt. Das Amplitude-Team arbeitet seit Jahren an einer Anwendung für Femtosekundenlaser: der Glasbearbeitung.
Wie können Femtosekundenlaser das Glasschneiden verbessern?
Das charakteristische Merkmal von Glas ist seine harte und spröde Beschaffenheit, die eine erhebliche Herausforderung bei der Verarbeitung darstellt. Herkömmliche mechanische Glasschneidetechniken wie Diamantscheibenschneiden, Sandstrahlen oder Wasserstrahlverfahren schneiden ungenau, es mangelt an Regelmäßigkeit an den Kanten und es kommt zu großen und asymmetrischen Restkantenspannungen während des Schneidvorgangs, was zu Mikrorissen, Staub und Ablagerungen auf dem Glas führt Auf diese Weise bearbeitete Glaskanten. Bei vielen Anwendungen führen winzige Risse, die durch Späne und örtliche Spannungen verursacht werden, zum Ausfall des Geräts. Daher müssen Kanten nach dem Durchgang geschliffen und poliert werden, um die Kanten zu stärken und eine akzeptable Qualität zu erzielen. Darüber hinaus sind bei der maschinellen Messerradbearbeitung auch einige Hilfsmittel zur Unterstützung des Schneidens erforderlich, die an der fertigen Kante haften bleiben und eine Behandlung wie Wasserreinigung oder Ultraschallreinigung erfordern können. Nachfolgende Behandlungsprozesse und geringe Ausbeuten erhöhen die Kosten des fertigen Glasprodukts.
Darüber hinaus sind diese herkömmlichen mechanischen Schneidmethoden nicht mehr anwendbar, wenn das einzelne Glasstück auf Mikrometerebene verdünnt wird (UTG-Glas). Die einzigartigen Vorteile ultraschneller Laser ermöglichen die Bearbeitung dieser harten, spröden und ultradünnen Glasmaterialien, und ein Femtosekundenlaser mit geeigneten Parametern kann in einem einzigen Durchgang effektiv mit einer sehr begrenzten Anzahl von Kanten schneiden. Dies gilt selbst für dickes Glas, und Femtosekundenlaser bieten eine Alternative zu anderen Glasschneidtechniken.
Femtosekundenlaser-Glasschneiden: Wie funktioniert es?
Zur Glasbearbeitung können ultrakurze Laserpulse in Kombination mit einem Bezier-ähnlichen Strahl eingesetzt werden. Der Bessel-Strahl hat eine dünnere Strahltaille und eine größere Brennweite als ein Gauß-Strahl und ist in der Lage, gleichzeitig die Energie ultrakurzer Impulse über die gesamte Dicke des Glases zu absorbieren. Die Verwendung von Pulse Bursts ermöglicht eine effizientere Absorption des Glases durch den Laser und führt zu den Rissen, die erforderlich sind, um das Glas von oben nach unten zu durchschneiden. Dieser Femtosekundenlaser mit einem Bessel-ähnlichen Strahl kann beispielsweise zum Schneiden von Glas in geraden oder gekrümmten Bahnen verwendet werden.
Das Anwendungsteam von Amplitude hat einen Femtosekundenlaser-basierten Prozess entwickelt, um die Bruchrichtung und die dazugehörige Glasbearbeitungsoptik präzise zu steuern und durch erweiterte Brucherzeugung die Bearbeitungseffizienz des Glasschneideprozesses zu verbessern. Mit dem Verfahren lässt sich dünnes und ultradünnes Glas schneiden (<200μm), thick glass (>2 mm) und sogar mehrschichtiges Glas oder eine Vielzahl leicht trennbarer spröder transparenter Materialien mit geringer Oberflächenrauheit (<1μm) and no chips and chipping.
Das Hauptmerkmal des Prozesses besteht darin, dass die vom Glas absorbierte Femtosekunden-Laserenergie einen ausgedehnten Riss erzeugt, der weit über die Größe des tatsächlichen Auftreffpunkts hinausgeht. Diese Funktion beschleunigt die Bearbeitungszeit erheblich und erhöht die Effizienz des Laserstromverbrauchs. Für eine Reihe von Glasarten und -stärken (<1 mm nanolaminate glass, for example), the use of sub-picosecond or femtosecond pulses can produce longer extended cracks for more efficient processing. For cutting thin glass, cutting speeds in excess of ~1 m/s along a straight line and in excess of 100 mm/s for curved parts can be achieved with laser power of only 10 W. For ultra-thin glass, cutting energy of no more than 40 μJ can result in a chipped edge of less than 1 μm.
The process can also be used to cut thick glass or multilayer glass (>1 mm) in einem Durchgang. Experimentelle Studien des Amplitude-Prozessteams haben gezeigt, dass der effizienteste Verarbeitungsparameter darin besteht, eine Impulsfolge (Burst) aus 4 bis 6 Impulsen mit einer flachen Subimpuls-Energieverteilung zu erzeugen. In Kombination mit bestimmten optischen Konfigurationen können Gläser mit einer Dicke von mehr als 2 mm in einem Durchgang bearbeitet werden. Für diese Studie wurde ein Amplitude Tangor-Laser verwendet, der mit der Femtoburst™️-Funktion ausgestattet ist, die es dem Benutzer ermöglicht, die einzelnen Subpulsamplituden im Burst-Muster zu programmieren, um die Burst-Energieverteilung für eine detaillierte Untersuchung der maßgeschneiderten Materialenergieabsorption präzise zu modulieren .
Für wen eignet sich das Femtosekundenlaser-Glasschneiden?
Dieses Verfahren kann in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise bei Herstellern von Displays für mobile Geräte, die dünneres Glas oder mehrschichtiges Glas (z. B. LCD) verwenden, und in der Unterhaltungselektronik, wo häufig beschichtetes Glas verwendet wird und häufig mit gebogenen Ecken und Konturen verarbeitet werden muss Formen und Schnitte sowie die Kurzpulsverarbeitungseigenschaften der Femtosekundenpulse können die Wärmeeinflusszone der beschichteten Schicht wirksam reduzieren. Viele mechanische oder andere Laserverfahren können nicht die für solche Produkte erforderliche Präzision und Qualität bieten. Mit unserer Technologie können auch dickeres Glas für die Medizinindustrie oder sogar gehärtetes Glas für den Displayschutz oder die Automobilindustrie geschnitten werden.
Darüber hinaus wird mit der Entwicklung der Glas-Durchkontaktierungstechnologie (TGV) in den letzten Jahren die Richtung und der Trend zur Verwendung von Glas-Durchkontaktierungssubstraten in 3D-Adapterplatinen für integrierte Gehäuse, MEMS und Mini-LED/Mikro-LED usw. bestimmt sein. Darüber hinaus besteht auch eine besondere Nachfrage nach Lochtypen mit hohem Tiefen-Durchmesser-Verhältnis in der optischen Kommunikation, Unterhaltungselektronik, Biochips usw. In der TGV-Technologie ist das Bessel-Strahlverarbeitungsmodul ein unverzichtbares Werkzeug, das mit dieser Technologie erreicht werden kann Mikron oder sogar Submikron, super 250,000 pro Quadratzentimeter Durchgangsloch mit ultrahoher Dichte, so dass eine dichte und schnelle Verarbeitung von Glasdurchgangslöchern erforderlich ist. 1. Mikroloch zwischen der Laserbearbeitung ist nicht möglich 2. Der Lochabstand muss genau kontrolliert werden. Femtosekundenlaser bieten eine schmale Pulsbreite zur Kontrolle von Mikrorissen (<350fs) while providing an excellent solution to precisely control the position accuracy of the trigger pulse on the material using the FemtoTrig® feature developed by Amplitude's technical team, synchronized with the oscillator clock (fosc:40Mhz, jitter. 25ns) to achieve higher machining position accuracy (100m/ s, Position Error: 2.5um) while maintaining a constant single pulse energy (RMS <1% energy fluctuation) for high speed pulse machining.
