雷射在加工中的應用

2019-03-25

雷射是有理論準備和生產實踐迫切需要的背景下應運而生的，它一問世。就獲得了異乎尋常的飛快發展。雷射的發展不僅使古老的光學科學和光學技術獲得了新生，而且導致整個一門新興科學技術的出現—雷射技術。目前，雷射技術的應用已廣泛深入到工業、農業、軍事、醫學乃至社會的各個方面，對人類社會的進步正在起著越來越重要的作用，已成為當今新技術革命的帶頭技術」之一。
1. 雷射加工技術的優勢
加工領域是雷射技術應用的最大領域。
雷射加工技術。利用雷射束與物質相互作用的特性對材料進行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工，以及作為光源識別物體等的一門技術，已成為工業生產自動化的關鍵技術。雷射具有的寶貴特性—相干性好、單色性好、方向性好、亮度高，決定了雷射在加工領域存在優勢:
①無接觸加工。對工件無直接衝擊，因此無機械變形，並且高能量雷射束的能量及其移動速度均可調，因此可以實現多種加工的目的;
②可以對多種金屬、非金屬加工。特別是可以加工高硬度、高脆性、及高熔點的材料;
③可以通過透明介質對密閉容器內的工件進行各種加工;
④雷射加工過程中。雷射束能量密度高，加工速度快，並且是局部加工，對非雷射照射部位沒有或影響極小，因此，其熱影響區小，工件熱變形小，後續加工量小;
⑤雷射加工過程中無」刀具』.磨損。無『切削力」作用於工件;
⑥雷射束易於導向、聚焦實現作各方向變換。極易與數控系統配合、對複雜工件進行加工，因此它一種極為靈活的加工方法;
⑦使用雷射加工。生產效率高，質量可靠，經濟效益好。
2. 雷射加工技術在電子工業中的應用
不產生機械擠壓或機械應力，雷射加工技術屬於非接觸性加工方式。特別符合電子行業的加工要求。另外，還由於雷射加工技術的高效率、無污染、高精度、熱影響區小，因此在電子工業中得到廣泛應用。
2.1雷射微調
雷射微調技術可對指定電阻進行自動精密微調。精度可達0.01%一0.002%比傳統方法的精度和效率高，成本低。集成電路、傳感器中的電阻是一層電阻薄膜，製造誤差達上15一20%只有對之進行修正，才能提高那些高精度器件的成品率。雷射可聚焦成很小的光斑，能量集中，加工時對鄰近的元件熱影響極小，不產生污染，又易於用計算機控制，因此可以滿足快速微調電阻使之達到精確的預定值的目的加工時將雷射束聚焦在電阻薄膜上，將物質汽化。微調時首先對電阻進行測量，把數據傳送給計算機，計算機根據預先設計好的修調方法指令光束定位器使雷射按一定路徑切割電阻，直至阻值達到設定值，同樣可以用雷射技術進行片狀電容的電容量修正及混合集成電路的微調。優越的定位精度，使雷射微調系統在小型化精密線形組合信號器件方面提高了產量和電路功能。
2.2雷射劃片
雷射劃技術是生產集成電路的關鍵技術。其劃線細、精度高(線寬為15-25μm槽深5-200μm加工速度快(可達200mm/成品率達 99.5%以上。集成電路生產過程中，一塊基片上要製備上千個電路，封裝前要把它分割成單個管芯。傳統的方法是用金剛石砂輪切割，矽片表面因受機械力而產生輻射狀裂紋。用雷射劃線技術進行劃片，把雷射束聚焦在矽片表面，產生高溫使材料汽化而形成溝槽。通過調節脈衝重疊量可精確控制刻槽深度，使矽片很容易沿溝槽整齊斷開，也可進行多次割劃而直接切開。由於雷射被聚焦成極小的光斑，熱影響區極小，切劃50μm深的溝槽時，溝槽邊25μm地方溫升不會影響有源器件的性能。雷射劃片是非接觸加工，矽片不會受機械力而產生裂紋。因此可以達到提高矽片利用率、成品率高和切割質量好的目的還可用於單晶矽、多晶矽、非晶矽太陽能電池的劃片以及矽、鍺、砷化稼和其他半導體襯底材料的劃片與切割。
2.3雷射精密焊接
雷射焊接是用雷射束照射材料使之熔化而不汽化。冷卻後成為
一塊連續的固體結構。焊接速度快、深度/寬度比高、工件變形小;不受電磁場影響，雷射在室溫、真空、空氣及某種氣體環境中均能施焊，並能通過玻璃或對光束透明的材料進行焊接;可焊接難熔材料如欽、石英等，並能對異性材料施焊;可進行微型焊接;可對難以接近的部位，施行非接觸遠距離焊接，具有很大的靈活性;雷射束易實現光束按時間與空間分光，能進行多光束同時加工及多工位加工，為更精密的焊接提供了條件。電子元器件製造過程中需要點焊、密封焊、疊焊，由於元器件不斷向小型化發展，要求焊點小、焊接強度高、焊接時對周圍熱影響區小。傳統的焊接工藝難以滿足需要，而雷射焊接可以實現。顯像管電子槍組裝採用雷射點焊工藝後，質量大大提高，目前彩色顯像管生產線幾乎都裝備了脈衝雷射點焊機。計算機鍵盤的字鍵簧片採用雷射點焊工藝可使擊打壽命超過2千萬次。小型航空繼電器採用雷射密封焊工藝後，其泄露率降低。光通訊中有許多同軸器件，如光隔離器、光纖禍合器等，為了保證光信號衰減小於0.ldb要求在焊接時器件的圓周畸變量小於1μm中心偏移量小於0.2μm因此必須採用沿圓周多點同步焊接，雷射很容易經過分束後通過光纖傳輸實現多點同步加工，能量可精密控制，解決了傳統加工方法難以解決的問題。
2.4雷射精細打孔
雷射打孔技術的原理簡單。做法方便，利用雷射的相干性，用光學系統把它聚焦成很微小的光點(直徑小於1微米)這相當於「微型鑽頭」其次，雷射在聚焦的焦點上的雷射能量密度很高，普通雷射器產生的能量可達109J/cm2足以在材料上留下小孔。打出的小孔孔壁規整，沒有什麼毛刺。質量不僅非常好，特別是打大量同樣的小孔時，還能保證多個小孔的尺寸形狀統一，而且鑽孔速度快，生產效率高。微電子電路集成度不斷提高，為了提高電路板布線密度，要使用多層印刷電路板，板上鑽成千上萬個小孔，層間互連的微通道技術顯露出越來越高的重要性。通道的直徑一般為0.025-0.25mm用傳統的機械鑽孔或沖孔工藝不僅價格昂貴，難以保證質量，更不可能加工盲孔。用雷射不但可以加工出高質量的小孔和盲孔，而且可以加工任意形狀的孔或進行電路板外形輪廓切割。全固化的紫外波段雷射器，可在計算機控制下通過掃描振鏡系統對電路板進行鑽孔、刻線或切割等精細加工，50μ厚的聚酞亞胺薄膜上打直徑30μ的孔，每秒可以打約250個孔。
2.5雷射打標
雷射打標是利用高能量密度的雷射對工件進行局部照射。使表層材料汽化或發生顏色變化的化學反應，從而留下永久性標記的一種打標方法。雷射打標有雕刻和掩模成像兩種方式:掩模式打標用雷射把模版圖案成像到工件表面而燒蝕出標記。雕刻式打標是一種高速全功能打標系統。雷射束經二維光學掃描振鏡反射後經平場光學鏡頭聚焦到工件表面，計算機控制下按設定的軌跡使材料汽化，可以打出各種文字、符號和圖案等，字符大小可以從毫米到微米量級，雷射標記是永久性的不易磨損，這對產品的防偽有特殊的意義。已大量用在給電子元器件、集成電路打商標型號、給印刷電路板打編號等。近年來紫外波段雷射技術發展很快，由於材料在紫外波雷射作用下發生電子能帶躍遷，打破或削弱分子間的結合鍵，從而實現剝蝕加工，加工邊緣十分齊整，因此在雷射標記技術中異軍突起，尤其受到微電子行業的重視。準分子雷射打標是近年來發展起來的一項新技術，可實現亞微米打標，已廣泛用於微電子領域。

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