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中功率CO2激光器为多种应用提供服务

内容提要:中功率CO2激光器为多种应用提供服务
 
文章内容:

大部分用于包装应用的聚合物膜的红外吸收光谱包括很多个峰值。因此, 激光器波长中的微小偏移会对吸收效率造成巨大的影响。而且,由于包装涉及的膜非常薄,通常只吸收小部分的入射激光功率,因此吸收效率的小幅上升就可能会大大提高加工速度和效率。因此,虽然采用传统10.6μm波长的CO2激光器最常用于包装应用,但是经证实用于某些塑料材料(尤其是聚丙烯和双向拉伸聚丙烯 (BOPP)时,输出为10.2μm 的CO2激光器的加工速度更快且效果更胜一筹。同样,用于聚酰亚胺(PI)、硅胶、三氯化聚乙烯(PET)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)时,输出为9.3μm的CO2激光器表现出更快的加工速度和更胜一筹的效果。Coherent生产了可选择10.6μm、10.2μm或9.3μm输出的J系列CO2激光器, 专门用于满足这些应用的需求。

  

  CO2激光器的另一项重要用途是切割用于智能手机和其他手持设备显示屏的薄玻璃板。传统的机械切割不适合切割厚度在1mm以下的玻璃板。特别是, 机械切割可能产生崩边、形成碎片,还可能留下明显的机械应力,导致玻璃较容易打碎。所有这些问题都使得必须进行进一步的后加工,而后加工势必需要花费时间和增加生产成本。

  用CO2激光器切割玻璃则属于无接触的加工,完全消除了崩边和碎裂问题。而且,激光器切割本质上不会对玻璃造成残余应力,从而增加了玻璃的边缘强度,这使得激光器切割玻璃所能承受的压力是机械切割玻璃的2到3倍。

  在激光器划片的技术中,CO2激光器光束集中于玻璃的表面,然后进行移动以实现连续切割。使用的10.6μm光线会引起局部的快速加热。接着,液体或气体的喷射可用于快速冷却玻璃,在玻璃中产生通常约100μm深的连续裂纹。玻璃接着会从机械滚筒或切碎机棒下通过,沿着相应的裂纹线分割玻璃。这种分割方法不会产生碎片,且垂直于表面。

  智能手机、平板电脑和电视机平板显示器的亮度和分辨率也越来越高,而成本却比以往更低。实现这点的关键技术就是采用高级偏振膜。具体而言,在基于LCD的显示屏中,显示屏对比率、视角、分辨率和亮度最终都受到这些偏振膜质量的限制。传统的机械(刀片)切割偏振膜再次表现出了多种局限性,而CO2激光器切割却能够逐渐降低生产成本和提高设备质量。

  机械切割偏振膜的主要缺点是需要大量的后期加工。具体而言,后期加工包括打磨边缘和清理切割碎片。机械切割的另一个局限性是加工利用率较低。尤其是偏振膜通常从一大卷膜被切割为带有圆角的较小矩形。这类圆角形无法通过在卷膜上进行一系列的横向和纵向直线切割制造出来,因此无法使用传统的切条机等。更不必说,各个形状的图形必须单独切割,导致各切割图形间都剩下了少量未使用的材料。

  CO2激光器切割解决了以上两个问题。特别是这类切割的边缘质量更好且不会产生大量的污染颗粒。而采用扫描光学元件,则可在不停止滚动的情况下实现圆角切割。比起机械切割,激光器切割造成的切口较窄,因此卷膜整个宽度的整体切割精密度要更好。这样,切割图形就能更加紧密地嵌套在一起,减少了昂贵偏振膜的浪费。

  中功率CO2激光器值得注意的最后一个应用就是低温共烧陶瓷(LTCC)的钻孔。这类材料越来越广泛地应用于微电子基片,特别是用于构造多层薄设备, 例如闪存RAM。LTCC包括一层绿色(未燃烧)陶瓷,通常厚度为50μm到250μm 之间,下层是厚度约40μm到60μm的三氯化聚乙烯(PET)磁带层。

  为进行电路跟踪,磁带层上网印了导电材料。此时,要制造所谓的“过孔”洞以在各层之间进行电连接或通过各层传导热。制造过孔后,要移除载体膜以进行层压和烧制。

  这些过孔的直径通常约100μm;一般情况下,采用机械方式按所需的比率钻取或打出这一大小的洞很不划算。因此, 现在LTCC中几乎所有的过孔钻取都是采用CO2激光器完成的。

  这类过孔钻取通常通过 PET 载体完成,而激光器比较有利的是不会融化大量的PET,另外还可以制造粘附在陶瓷上的重铸环,使得在不损坏基片的情况下难以将基底和基片分开。

  PET对9.3μm波长的吸收能力远远高于对10.6μm波长的吸收能力,而陶瓷本身对这两种波长的吸收能力都非常强。因此,较短的激光器波长可以被吸收,无法通过材料传播很远。这就缩小了融化区并降低了粘附力,因此可干净地从陶瓷上清除载体。

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  总而言之,中功率(100W到 500W) CO2激光器经济实惠且可提供更好的效果,现在已广泛用于切割、打孔、打标和钻孔。板条放电设计最新的进展进一步提高了中功率 CO2激光器的可靠性和性能,并进一步降低了其总拥有成本。

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