3C行业中的脆性材料激光加工 超快激光优势明显

6月14日，由中国高科技门户OFweek维科网及高科会主办，OFweek激光网承办的“OFweek 2019（第十五届）中国激光技术及工业应用论坛”在深圳前海华侨城JW万豪酒店正式举办。华工激光微加工事业部总经理张义出席了本次会议，为大家带来“3C行业中的脆性材料激光加工”的主题演讲，介绍了超快激光在脆性材料上的应用以及3C行业中的脆性材料加工。

以下为张义总经理的发言内容

演讲原文：

华工激光位于武汉光谷，创立于1971年，到现在已经有48年的历史。2000年在深交所上市，生产制造基地遍布全国各地，在苏州、深圳、宿迁都有生产基地，公司总部位于武汉，大功率设备的生产位于葛店基地。

纳秒，皮秒等超快激光主要体现在脉宽上有所差异。如PPT上右侧图形所示，皮秒激光的脉宽较短，而左侧的纳秒激光脉宽较长。由于这两种激光的脉宽特性，在材料加工过程中，皮秒激光可直接将材料由固体转化为气体，而纳秒激光则是需先转化为液体，再转化为气体。皮秒激光在电子－晶格热传导上可以基本忽略，相比于其他的纳秒激光、毫秒激光，实现了一种“冷”加工。

接下来我们主要谈一下超快激光在脆性材料的应用。根据脉冲能量大小的不同，可分为改质、裂纹、去除三类，裂纹主要应用在切割方面，去除主要用在材料的熔解上。

在改质的应用方面，目前已经是华工量产的一个业务，主要用于玻璃内部的二维码加工。利用一个极小的脉冲能量，改变加工区域内的折射率，从而形成一个小点，并且在此过程中对于二维码本身材质的性能、强度不会产生任何影响。由于二维码比较小，大概是0.2×0.2mm的面积，应用过程肉眼不可见，利用配套仪器可以对产品的生产过程进行追溯。

在裂纹的应用方面，分为两个部分。一个是隐切，通过使激光垂直作用于材料表面，在材料内部形成一个一个的光斑，后期使用机械方式或其他的方式可以使材料沿加工路径裂开得到裂片，这种隐切主要是应用在LED灯条方面。另一个是成丝。简单来说就是将一个圆形光斑通过DOE（Diffractive Optical Elements，衍射光学元件）整形成长丝状，用于连续切割，可以穿透物体一次性切透。材料方面厚度的选择可以在0.2－2mm之间。PPT右下角展示的是2mm的玻璃的一个切割效果图。

去除使用的脉冲能量和前面有所不同。前面提到的裂纹应用所用的脉冲能量并不高，它只会在切割的点位产生一些熔点，而不会对整个材料产生影响。而去除常用的是振镜，等于是把材料烧蚀，使用的脉冲能量比较大。它是一个从固态到气化的过程。主要应用有镀层油墨的去除，蓝宝石上PVD的去除，刻字，带有玻璃和蓝宝石上的挖槽，蓝宝石和玻璃的打孔，蓝宝石和玻璃的切割等方面。

下面我们来看应用实例。我们手机后面的薄片主要分为蓝宝石或玻璃两类，iPhone手机多用蓝宝石。如PPT所示，一整片蓝宝石晶圆通过一种吊篮装夹以后，进入下一步的去除应用，在相应位置生产出对应孔，并能做到崩边小于20μm，锥度小于两度，相当于垂直。同时，为了提高单位效率，我们会采用双头的裂缝光用于现有的切割，速度能达到两秒钟切一片，崩边可以做到小于10μm，锥度也可以做到两度。另外4pd（4 point bend，四点弯曲）的强度，我们可以做到600MPa以上。

蓝宝石摄像头窗口片的加工与手机薄片略有不同，主要区别在于晶圆是否带油墨。手机薄片的切割过程不存在伤害油墨的问题，而摄像头窗口片是镀完油墨再进行切割，这对工艺和技术的要求更高，可能存在油墨烧伤后造成漏光的问题。所以我们会针对蓝宝石窗口片加工采用新一代的应用技术，在光路上进行调整，能做到崩边和锥度跟以前一样，油墨损伤小于50μm。

以上是我做的一个简单分享，谢谢大家！