东莞市盛雄激光设备有限公司供稿
1.什么是皮秒
皮秒激光,即指其激光发射脉冲宽度时间为皮秒数量级,我们用来加工蓝宝石的皮秒激光器脉冲宽度为6~10ps,脉冲重复频率为400~600kHz,峰值功率达MW级。
亚皮秒也是一种时间量度单位,严格意义脉冲宽度应介于500ps~1ns之间的激光才能称之为亚皮秒激光。
目前市场上切割蓝宝石基片需要吹氮气冷却的激光器其脉冲宽度为0.2ms, 重复频率为100 Hz, 峰值功率仅为KW级,与皮秒激光相比,两者的脉冲宽度相差高达10000000倍,峰值功率相差高达1000倍。
温馨提示:实际市场上有些激光公司所谓的亚皮秒激光,其跟皮秒激光根本不是同一概念,其实质是混淆视听,只是为了在推销机器时提高价格而已。
2.切割原理对比
皮秒激光:气化切割方式
脉冲激光在高峰值功率激光束照射下,材料被高峰值功率瞬间加热迅速升高至气化温度而无明显融化,使得材料以气体的形式从材料表面逸出。激光束经过高速位移的扫描振镜反射后经平场镜聚焦在蓝宝石表面,多次重复转圈运动,逐渐蚀刻蓝宝石,材料可完全切透分离,所以可以实现材料的自动化上下料。
光纤激光: 热熔切割方式
准连续激光平均功率相对较低,被激光照射处的材料首先产生热熔融化,在高纯氮气(或其他惰性气体)气体流的作用下,熔融的材料由切口底部排出。其中氮气作用有两种:1.冷却;2.加速排屑,提高切透力。
激光束经过导光系统进入切割头,经切割头中透镜聚焦于蓝宝石表面,使该处材料迅速熔化,形成孔洞,随平台的移动,形成切口,借助向下扫的氮气流将熔化的材料吹除。切割时激光与氮气的作用产生瞬间即热即冷,容易挂渣,使得材料不能彻底切割开分离,故不能实现自动化上下料。
3.切割构型对比
4. 峰值功率对比
以切割0.3mm厚度蓝宝石为例
皮秒激光(100W)
脉冲宽度:10ps
使用功率:48W(双头加工,单头功率24W)
脉冲频率:600kHz
单脉冲能量= 使用功率÷脉冲频率=24W ÷ 600kHz=40μЈ
峰值功率=单脉冲能量÷脉冲宽度 =40μЈ÷10ps=4×1000000W=4000000W
光纤激光(150W)
脉冲宽度:135us
使用功率:50W
脉冲频率:750Hz
单脉冲能量= 使用功率÷脉冲频率=50W ÷ 750Hz=66667μЈ
峰值功率=单脉冲能量÷脉冲宽度=66667μЈ ÷135us=494W
5.切割效率对比
皮秒激光设备:全自动化上下料
13000粒/23小时
(以厚度0.3mm、直径为10mm圆为例)
光纤激光设备:人工手动上下料
5000粒/23小时
(以厚度0.3mm、直径为10mm圆为例)
皮秒激光切割排版
皮秒激光切割蓝宝石排版示意图
蓝宝石 蓝宝石
皮秒激光切割蓝宝石排版紧凑,无需切割引线,最大化利用蓝宝石材料
6.切割锥度对比
以切割0.3mm厚度蓝宝石片为例,规格12.3*12.3。
下图分别为皮秒激光与光纤激光切割的蓝宝石边缘投影图。皮秒激光切割蓝宝石锥度<11°;光纤激光切割蓝宝石锥度<7°。
7. 切割效果对比
蓝宝石小粒:12.3*12.3
光纤激光切割的蓝宝石边缘发黄,皮秒激光切割的蓝宝石边缘不变色
正面直线边缘对比
皮秒激光切割
结论:
1、皮秒激光切割的蓝宝石直线边缘整齐光滑
2、光纤激光切割的蓝宝石边缘呈锯齿,且边缘线条发黑
正面崩边对比
结论:
1、放大1000倍观测,正面崩边均小于10um。
2、皮秒激光切割的蓝宝石边缘局部偶尔有崩边锯齿,所以整体静压强度会很高。
3、光纤激光切割的蓝宝石整个正面边缘都是锯齿和裂纹,所以力学强度会大幅下降。
背面边缘效果对比
皮秒激光切割蓝宝石背面边缘(崩边<30 um)
皮秒激光切割的蓝宝石背面边缘整齐,光纤激光切割所得的边缘呈锯齿线条。
光纤激光切割蓝宝石背面边缘(崩边<30 um)
不似皮秒激光采取快速多次填充式切割,光纤激光切割蓝宝石采取“一刀切穿”模式,切割锥度小,不易区分切割正面与背面。
热影响区域对比
皮秒激光切割 光纤激光切割
8.静压强度对比
皮秒激光切割产品 (静压强度>10Kg)
光纤激光切割产品(静压强度<5Kg)
落球测试:7g 、60cm (皮秒激光与光纤激光切割的蓝宝石均通过)
9.小结
文章链接:
http://www.laserfair.com/ebook/201512/pdf/f1.pdf