È noto che i laser a femtosecondi tagliano quasi tutti i materiali e sono utilizzati nella lavorazione e produzione di display, semiconduttori e altri componenti elettronici o parti personalizzate. Infatti, la microlavorazione laser a femtosecondi è più precisa e riduce al minimo l'impatto termico sul materiale, ottenendo parti di qualità superiore. il team di Amplitude ha lavorato per anni su un'applicazione per i laser a femtosecondi: la lavorazione del vetro.
In che modo i laser a femtosecondi possono migliorare il taglio del vetro?
La caratteristica distintiva del vetro è la sua natura dura e fragile, che pone una sfida di lavorazione significativa. Le tradizionali tecniche di taglio meccanico del vetro, come il taglio con mola diamantata, la sabbiatura o i processi a getto d'acqua, tagliano in modo impreciso, mancano di regolarità nei bordi e presentano sollecitazioni sui bordi residue ampie e asimmetriche durante il processo di taglio, con conseguenti microfessure, polvere e detriti sul bordi di vetro lavorati in questo modo. Per molte applicazioni, minuscole crepe causate da scheggiature e sollecitazioni localizzate causeranno il guasto del dispositivo, pertanto è necessario eseguire la levigatura e la lucidatura dei bordi post-passaggio per rafforzare i bordi e ottenere una qualità accettabile. Inoltre, la lavorazione meccanica della ruota di coltello richiede anche alcuni agenti ausiliari per favorire il taglio, che possono aderire al bordo finito e richiedere un trattamento come la pulizia con acqua o la pulizia a ultrasuoni. I successivi processi di trattamento e le basse rese aumenteranno il costo del prodotto di vetro finito.
Inoltre, quando il singolo pezzo di vetro viene assottigliato a livello di micron (vetro UTG), questi tradizionali metodi di taglio meccanico non saranno più applicabili. I vantaggi unici dei laser ultraveloci consentono di lavorare questi materiali di vetro duri, fragili e ultrasottili e un laser a femtosecondi con parametri appropriati può tagliare efficacemente con un numero molto limitato di bordi in un unico passaggio. Questo vale anche per il vetro spesso e i laser a femtosecondi offrono un'alternativa ad altre tecniche di taglio del vetro.
Taglio laser del vetro al femtosecondo: come funziona?
Gli impulsi laser ultrabrevi combinati con un raggio simile a Bezier possono essere utilizzati per la lavorazione del vetro. Il raggio di Bessel ha una vita del raggio più sottile e una profondità focale maggiore rispetto a un raggio gaussiano ed è in grado di assorbire simultaneamente l'energia di impulsi ultracorti lungo l'intero spessore del vetro. L'uso di Pulse Burst consente al vetro di essere assorbito in modo più efficiente dal laser e provoca le crepe necessarie per tagliare il vetro dall'alto verso il basso. Questo laser a femtosecondi con un raggio simile a Bessel può essere utilizzato, ad esempio, per tagliare il vetro in traiettorie diritte o curve.
Il team delle applicazioni di Amplitude ha sviluppato un processo basato su laser a femtosecondi per controllare con precisione la direzione della frattura e l'ottica di lavorazione del vetro associata e per utilizzare la generazione di fratture estese per migliorare l'efficienza di elaborazione del processo di taglio del vetro. Il processo può essere utilizzato per tagliare vetro sottile e ultrasottile (<200μm), thick glass (>2 mm) e persino vetro multistrato o una varietà di materiali trasparenti fragili facilmente separabili con bassa rugosità superficiale (<1μm) and no chips and chipping.
La caratteristica fondamentale del processo è che l'energia laser a femtosecondi assorbita dal vetro produce una fessura estesa che supera di gran lunga la dimensione del punto di impatto effettivo. Questa funzione accelera notevolmente il tempo di elaborazione e aumenta l'efficienza dell'utilizzo della potenza del laser. Per una gamma di tipi e spessori di vetro (<1 mm nanolaminate glass, for example), the use of sub-picosecond or femtosecond pulses can produce longer extended cracks for more efficient processing. For cutting thin glass, cutting speeds in excess of ~1 m/s along a straight line and in excess of 100 mm/s for curved parts can be achieved with laser power of only 10 W. For ultra-thin glass, cutting energy of no more than 40 μJ can result in a chipped edge of less than 1 μm.
The process can also be used to cut thick glass or multilayer glass (>1 mm) in una sola passata. studi sperimentali eseguiti dal team di elaborazione Amplitude hanno dimostrato che il parametro di elaborazione più efficiente consiste nel generare un treno di impulsi (Burst) da 4 a 6 impulsi con una distribuzione dell'energia sub-impulso piatta. In combinazione con determinate configurazioni ottiche, è possibile lavorare vetri di spessore superiore a 2 mm in un'unica passata. Per questo studio è stato utilizzato un laser Amplitude Tangor, dotato della funzione Femtoburst ™️, che consente all'utente di programmare le singole ampiezze sub-impulso nel modello di burst per modulare con precisione la distribuzione dell'energia del burst per uno studio dettagliato dell'assorbimento di energia del materiale personalizzato .
Per chi è il taglio del vetro laser a femtosecondi?
Questo processo può essere utilizzato in una varietà di applicazioni come i produttori di display per dispositivi mobili che utilizzano vetro più sottile o vetro multistrato (ad es. LCD) e nell'elettronica di consumo in cui il vetro rivestito viene spesso utilizzato e spesso deve essere lavorato con angoli curvi, sagomati forme e tagli, e le caratteristiche di elaborazione a impulsi brevi degli impulsi a femtosecondi possono ridurre efficacemente la zona interessata dal calore dello strato rivestito. Molti metodi laser meccanici o di altro tipo non sono in grado di fornire il livello di precisione e qualità richiesto per tali prodotti. La nostra tecnologia può essere utilizzata anche per tagliare vetri più spessi per l'industria medica o persino vetri temperati per la protezione dello schermo o per l'industria automobilistica.
Inoltre, con lo sviluppo della tecnologia a foro passante in vetro (TGV) negli ultimi anni, sarà la direzione e la tendenza a utilizzare substrati a foro passante in vetro in schede adattatrici per pacchetti integrati 3D, MEMS e Mini LED/Micro LED, ecc. Inoltre, vi è anche una richiesta speciale di tipi di fori con rapporto profondità-diametro elevato nella comunicazione ottica, nell'elettronica di consumo, nei bio-chip, ecc. Nella tecnologia TGV, il modulo di elaborazione del raggio Bessel è uno strumento indispensabile, utilizzando questa tecnologia è possibile ottenere micron o addirittura sub-micron, super 250, 000 per centimetro quadrato foro passante ad altissima densità, quindi l'elaborazione densa e ad alta velocità del foro passante in vetro richiede 1. il microforo tra l'elaborazione laser non può apparire nello stress termico causato da micro-fessure, 2. la spaziatura dei fori deve essere controllata con precisione. I laser a femtosecondi offrono una larghezza di impulso ridotta per controllare il microcracking (<350fs) while providing an excellent solution to precisely control the position accuracy of the trigger pulse on the material using the FemtoTrig® feature developed by Amplitude's technical team, synchronized with the oscillator clock (fosc:40Mhz, jitter. 25ns) to achieve higher machining position accuracy (100m/ s, Position Error: 2.5um) while maintaining a constant single pulse energy (RMS <1% energy fluctuation) for high speed pulse machining.
