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相干超短脉冲激光器赋能5G时代,助力LCP天线高精密切割

来源:相干激光2020-07-16 我要评论(0 )   

由于5G手机在工作时使用的频率更高(如微波和毫米波),并且需要同时利用来自不同发射机的信号,所以5G手机需要物理结构更复杂(形状为2D甚至3D)的小型化天线,以支持M...

由于5G手机在工作时使用的频率更高(如微波和毫米波),并且需要同时利用来自不同发射机的信号,所以5G手机需要物理结构更复杂(形状为2D甚至3D)的小型化天线,以支持MIMO(多输入多输出)多天线技术。MIMO技术和天线数量明显相关,例如,8X8MIMO就是有8个发射端天线,8根手机端天线。已有的智能天线已经可以支持2x2甚至4x4MIMO功能,但是5G手机天线对多路技术的要求更高。


天线由层压基板制作而成,层压基板包括绝缘体(例如液晶聚合物LCP或改性聚酰亚胺mPI)铜层,多数情况下还包括一个粘合层。在制造过程中,层压基板必须安装在载体基板上。
在天线切割和划线领域,激光加工是很好的选择。内置调Q纳秒激光器已经可以提供加工所需的空间分辨率。但由于铜和聚合物的烧蚀阈值差别很大,纳秒激光器无法通过一个连贯过程完成整个加工工艺。此外,为了达到更好的加工效果,激光通量需要提高到烧蚀阈值的10倍及以上,但这样会增大切面宽度和热影响区。因此,通过纳秒激光器进行天线加工时必须通过两个独立的制程、两种不同的激光设置进行加工,但这种复杂的加工方式需要全程专业化监测,才能保证加工过程平稳运行。
在充分减少热影响区方面,使用更短(例如皮秒)的脉冲宽度和/或更短的波长是两种行之有效的方法。超短脉冲(USP)激光器的优点在于,大部分激光脉冲能量还没来得及扩散就已被溅射出的材料带走了。此外,超短脉冲激光器能提供较高的脉冲重复频率,可支持快速多次加工,进一步减少热影响区。
众所周知,使用紫外(UV)等较短的波长可减少热影响区,高能光子可以直接破坏聚合物和其他材料中的原子键,在形成很少甚至没有热影响区以及更少材料碎片的同时直接将材料气化。

皮秒紫外激光器集短脉冲宽度和短波长于一身,因此,是对天线进行微加工的理想选择。最近,工业用超短脉冲紫外激光器的平均功率有所提高,可满足5G天线切割等应用所需的高产能需求。例如,Coherent相干公司的HyperRapidNXT超短脉冲紫外激光器,在355nm波长下的输出功率可达30瓦,可实现每秒数米的高速加工,仅需对样品进行10次左右的扫描即可满足最新的天线加工需求。


HyperRapidNXT激光器采用Coherent相干公司先进的PulseEQ脉冲控制技术,可根据外部触发信号的需求产生同步、恒定的激光脉冲,能够实现高精度微加工并最大程度减少热影响区域(HAZ),是各种精密微加工工艺的理想光源选择;凭借出色的无抖动/精准触发性能以及先进的脉冲能量控制功能,HyperRapidNXT可以和现有最先进的扫描振镜及运动平台高速同步配合使用,使系统集成商充分受益!
当激光通过振镜在材料表面扫描复杂图形进行加工时,直线和曲线部分的切换必然造成扫描速度的变化,使用固定的脉冲重复频率,会使激光在曲线部分逗留时间过长而造成切割拐角的热影响区域扩大。而使用PulseEQ后,激光器的脉冲重复频率受控于扫描振镜,重要的是,无论扫描速度如何,单脉冲能量都保持在恒定水平。这样可以保证在切割轮廓的各个角落都能提供同样高的切割质量。同时,扫描振镜的控制卡可以通过算法改变激光器的重复频率,保证激光脉冲的空间分布以达到直线和曲线部分的切割效果相同。
使用固定的脉冲重复频率,激光在曲线部分逗留时间过长,影响拐角的切割质量。

 

使用 PulseEQ 后,单脉冲能量保持恒定水平,保证直线和曲线部分达到同样高的切割质量。

 

HyperRapid NXT用于5G LCP天线切割和钻孔。左图所示的高切割质量必须通过Hyper Rapid NXT的Pulse EQ技术实现

对于5G手机天线常用的MPI和LCP等材料的切割而言,HyperRapidNXT无疑是理想的激光光源,可以满足加工所需的高精确空间分辨率以及最小热影响区需求。


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