Обзор: Что такое УФ-лазер ?
Лазеры широко классифицируются как лазеры непрерывного действия (CW), которые излучают свет непрерывно, или импульсные лазеры, которые излучают свет импульсами. Разработка лазеров для микрообработки имеет два основных направления: одно — сокращение длины волны лазера, а другое — сокращение длительности лазерного импульса .
УФ-лазеры являются частью направления, направленного на сокращение длин волн лазеров. УФ-лазер с длиной волны 355 нм нашей компании может выполнять более точное изготовление, чем лазеры с большей длиной волны, такие как лазеры YAG и CO 2 .
Классификация УФ-лазеров
Преимущества УФ-лазерной обработки
УФ-лазер имеет два основных преимущества по сравнению с более длинноволновыми лазерами.
1. Возможна обработка точнее, так как диаметр фокуса можно сделать меньше при использовании фокусирующей линзы.
Как правило, минимальный диаметр сфокусированного лазера примерно равен его длине волны. Следовательно, лазер с более короткой длиной волны позволяет изготавливать более точные структуры, поэтому развитие лазерного генератора направлено на сокращение длины волны лазера.
2. Возможна эффективная лазерная обработка, поскольку энергия фотонов высока.
Обычно энергия фотона обратно пропорциональна его длине волны. Следовательно, чем короче длина волны, тем выше энергия.
Это еще одна причина, по которой разработка лазерного генератора направлена на более короткие длины волн лазера.
Даже алмаз, самый твердый материал в мире, можно обрабатывать, потому что он напрямую поглощает энергию УФ-лазера.
Сапфир нельзя обрабатывать YAG-лазером, поскольку энергия фотонов недостаточно высока, чтобы вызвать поглощение. Хотя СО 2 лазер может вызвать поглощение за счет колебаний решетки кристалла, он может оставить много трещин и зон термического влияния из-за термической обработки. Однако, поскольку УФ-лазер имеет высокую энергию фотонов, при использовании фокусирующей линзы происходит поглощение и может выполняться обработка.
Особенности УФ-лазерной микрообработки Orbray
Мы уже много лет используем лазерную обработку для огранки алмазов при производстве алмазных игл, а также для сверления сапфира, рубина и керамики. Поскольку в последние годы возрос спрос клиентов на отверстия меньшего диаметра, мы представили УФ-лазер (длина волны: 355 нм) раньше, чем другие производители, чтобы обеспечить прецизионную микрообработку.
Основная технология нашей компании (резка, шлифовка и полировка) основана на обработке твердых материалов, и мы можем предложить лучшие решения для таких материалов, как сапфир, рубин, алмаз и керамика. Материалы можно полировать после лазерной микрообработки для окончательной отделки.
Положение УФ-лазера среди других технологий микрообработки
В этой таблице микрообработка УФ-лазером сравнивается с другими процессами микрообработки. Для сравнения в таблице использован пример обработки микроотверстий в сапфире, серийно выпускаемый нашей компанией.
| Процессы микропроизводства |
Минимальный диаметр |
Максимальное соотношение сторон |
Шероховатость поверхности |
Поврежденный участок при обработке |
Коническая или не конусная поверхность |
|---|---|---|---|---|---|
| Ультразвуковая обработка |
500 мкм |
10 |
Грубый |
Существовать |
неконусный |
| СО 2 лазер |
500 мкм |
10 |
Грубый |
Существовать |
конический |
| бурение |
150 мкм |
4~20 |
Грубый |
Существовать |
неконусный |
| Взрыв песка |
100 мкм |
2~4 |
Грубый |
Существовать |
Конический |
| УФ-лазер |
60 мкм |
30 |
Гладкий |
Маленький |
неконусный |
| 0,5 мкм |
0 |
Гладкий |
Очень маленький |
неконусный |
|
| Сухое травление |
0,01 мкм |
1 |
Очень гладкий |
Никто |
неконусный |
Сапфир — твердый, хрупкий материал, который легко ломается, и в нем очень трудно образовать микроотверстия, особенно отверстия диаметром менее 100 мкм. Ультразвуковая обработка и CO 2 -лазеры могут создавать отверстия только с минимальным диаметром 500 мкм. А когда дело доходит до механического сверления, создать само сверло сложно, а наименьший возможный диаметр по-прежнему составляет всего 150 мкм. Кроме того, несколько отверстий не могут быть изготовлены последовательно из-за фрикционного износа сверла.
При пескоструйной очистке можно сформировать отверстия диаметром 100 мкм, но соотношение сторон ограничено 2-4 из-за пределов долговечности маски. Кроме того, все четыре процесса изготовления часто вызывают микротрещины вокруг отверстия.
Для сравнения, УФ-лазер нашей компании может достигать минимального диаметра 60 мкм и максимального соотношения сторон 30.
Наш обрабатывающий станок оснащен специальной оптической системой, которая может облучать материал лазером за очень короткое время.
Поэтому можно получить гладкую обрабатываемую поверхность с минимальным тепловым воздействием. Фактическая шероховатость поверхности Ra составляет 0,5 мкм. Кроме того, в то время как лазерная обработка обычно оставляет поверхность материала с конической стенкой, наша машина может придать поверхности перпендикулярную стенку.
Кроме того, можно полировать поверхность отверстия, комбинируя наши основные технологии резки, шлифовки и полировки.
Для изготовления отверстия меньшего диаметра можно выбрать фемтосекундный лазер. Минимально возможный диаметр составляет 0,5 мкм, а максимальное соотношение сторон — 20. Подробную информацию о фемтосекундном лазере см. Сухое травление может создавать очень маленькие наноотверстия, но из-за пределов стойкости фоторезиста максимальная глубина отверстия ограничена 1-кратным диаметром отверстия. Более того, поскольку инженерные проекты часто меняются на этапе прототипирования, дополнительные фотошаблоны, необходимые для каждого изменения, увеличивают первоначальную стоимость. У нас есть проверенный опыт производства как инженерных образцов, так и серийного производства прецизионных промышленных и потребительских деталей. Мы можем производить сложные формы с использованием данных САПР и числового программного управления. Мы работаем с нашими клиентами, начиная с этапа проектирования, испытаний образцов и заканчивая серийным производством. Мы также можем обрабатывать материалы, предоставленные заказчиком. Пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам за вашими потребностями в микрообработке.
Возможность обработки УФ-лазером
В случае обработки сапфира возможности лазерной обработки следующие:
＜Обработка микроотверстий＞
- Минимальный диаметр: 60 мкм
- Максимальное соотношение сторон: 30
- Шероховатость поверхности: Ra=0,5 мкм
(с УФ-лазерной обработкой)
＜Микроструктуры＞
- Минимальная ширина линии обработки: 100 мкм
- Максимальное соотношение сторон: 10
- Шероховатость поверхности: Ra=0,5 мкм
(с УФ-лазерной обработкой) - Максимальный размер образца: 300 мм x 200 мм
Приложения и примеры
Сапфир через пластину
225 микроотверстий диаметром 100 мкм в 4-дюймовой сапфировой пластине толщиной 0,5 мм . Используется для сквозных сапфировых отверстий.
Микроотверстие с высоким соотношением сторон в сапфире
Отверстие с чрезвычайно высоким соотношением сторон: диаметр φ0,18 мм, длина 5,6 мм, соотношение сторон 31. Используется для прецизионных деталей производственного оборудования.
Алмаз в форме звезды
Вырез в форме звезды из алмаза толщиной 0,7 мм. Острые углы аккуратно обработаны.
Шероховатость поверхности алмаза лазерной резки
В случае алмаза можно получить гладкую поверхность со средней шероховатостью Ra 0,5 мкм.
