PulseEQ: 加工精密材料而不产生热损伤

探索 Coherent PulseEQ 技术如何在加工精细材料时防止热损伤   

2021 年 7 月 13 日相干公司

今天的许多产品,特别是在微电子显示屏制造领域,都需要用到纤薄的、具有脆弱机械特性的或热敏感的材料。 出于三个主要原因,激光已广泛用于加工(切割、打标、焊接等)这些类型的材料。 首先,与任何其他技术相比,它们可以产生更小、更精确的特征。 其次,它们不会对工件施加机械力,因此不会引入任何应力或造成任何破损的机会。 最后,如果使用得当,可以限制激光在加工过程中对零件的加热程度。 这很重要,因为热量会损坏零件或以某种方式改变其物理特性。  

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随着制造商不断超越极限,以持续提高的产量生产更加复杂的零件,热损坏问题变得越来越重要。 手机显示屏的生产就是这样一个典型示例。 这些显示屏通常基于柔性 OLED 模块。 为了生产它们,需要在一个大面板上制造多个显示屏,然后在最后阶段切割出各个手机显示屏。

这些切口的形状可能非常复杂,有圆角、按钮凹痕以及相机和其他传感器的孔。 此外,绝对至关重要的是,切割过程不能过度加热零件,否则可能会影响显示效果(如变色)甚至降低功能性。 

由于这同一问题会影响非常多的应用,因此一段时间以来,激光器制造商一直在开发技术来解决这个问题。 几年前工业超短脉冲 (USP) 激光器的成功开发成为了一次重要的突破。 它们会非常短暂地爆发出一束光,以至于在大部分热量有时间传导到零件之前,零件上的材料就会被蒸发。 

曲线难题

但是,对于一些要求非常严苛和敏感的应用,即使是 USP 技术也需要一些帮助,才能完全避免零件受到热损伤。 为了理解其中的原因,让我们回到切割弯角手机显示屏的示例。 

为此,激光束需要在零件表面描绘出所需切割图案的轨迹,换句话说,光束需要相对于零件进行移动,以便切割出想要的形状。 这可以通过在机动平台上移动零件来完成,或者,通过使用扫描镜移动激光束来完成(或二者相结合)。

无论哪一种方式,制造光束运动的机械系统都有质量。 而且,这意味着它不能立即停止或启动。 为了改变方向,它必须加速或减速。 因此,当光束到达切割图案中的弯曲部分时,将减速进入曲线,然后重新加速离开曲线。就像汽车在弯路上行驶一样。

那又如何呢? 激光会产生一系列光脉冲。 而且,它们是前面提到的超短脉冲还是更长的脉冲都没有关系。 无论哪一种,它们的时间间隔通常都是均匀的,例如,每百万分之一秒一个脉冲(是的,它们就是如此之快,甚至更快!)。 

但是,请看一下当激光以固定重复频率产生脉冲时,运动系统穿过曲线会发生什么。 由于光束运动减慢,然后重新加速以穿过曲线,因此,与切割直线部分时相比,脉冲在零件上彼此更靠近。 这意味着激光此时会将更多热量泵入零件中。 这可不是什么好事。

 

无论何种形状均保持恒定的脉冲间隔和脉冲能量
使用以固定脉冲频率运行的脉冲激光器,当激光束减速以切割弯曲部分时,脉冲间隔会更近。 这会导致一些不良的热积聚。 无论切割路径的形状如何,PulseEQ 都能保持恒定的脉冲间隔和脉冲能量。

 

PulseEQ 有多酷?

从概念上讲,这种解决方案非常简单。 只需在切割过程中调整激光脉冲频率,以便每个脉冲击中工件的位置始终保持相同的物理间隔,而不论光束相对于表面移动的速度有多快。

当然,在现实生活中这样做并不简单。 原因之一是,当您降低 USP 激光器上的脉冲重复频率时,脉冲能量呈指数增加。 此外,您还需要一个控制系统,时刻准确地告知激光器光束在零件表面上的移动速度。 然后,需要调整激光脉冲速率与之匹配。 

 

PulseEQ 可以消除弯曲边缘上的炭化现象
使用 USP 激光在铜和液晶聚合物 (LCP) 层压板中进行弯曲切割,该层压板是 5G 手机天线的一种可行的材料组合。 如果没有 PulseEQ,由于激光束会在弯曲部分减速,因此这里会发生一定的碳化。 PulseEQ 完全消除了这个问题。

 

而且,这些正是 PulseEQ 能够完成的任务。 有很多技术可以使其发挥作用,而且既精确又可靠。 但是,归根结底,无论激光器以何种重复频率运行,PulseEQ 都能将脉冲能量稳定地保持在所需的水平。 此外,它还可以使激光重复频率与零件运动相匹配。 因此,无论扫描模式和扫描速度如何,工作表面的激光切割功率始终保持不变。 这使激光能够执行非常精确和苛刻的加工任务,而不会对零件产生任何热损伤。 

由于 PulseEQ 可以帮助相干激光器在如此之多的不同应用中实现尽可能好的结果,因此我们已将其装备于所有工业 USP纳秒激光器上。

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