เป็นที่รู้กันว่าเลเซอร์ Femtosecond สามารถตัดวัสดุได้เกือบทุกชนิด และใช้ในการแปรรูปและผลิตจอแสดงผล เซมิคอนดักเตอร์ และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ หรือชิ้นส่วนสั่งทำพิเศษ ในความเป็นจริงแล้ว การตัดเฉือนด้วยเลเซอร์ขนาดเล็กของ femtosecond มีความแม่นยำมากกว่าและลดผลกระทบจากความร้อนบนวัสดุ ทำให้ได้ชิ้นส่วนที่มีคุณภาพสูงขึ้น ทีมแอมพลิจูดทำงานมาเป็นเวลาหลายปีในหนึ่งเดียวสำหรับเลเซอร์เฟมโตวินาที นั่นคือการแปรรูปแก้ว
เลเซอร์เฟมโตวินาทีสามารถปรับปรุงการตัดกระจกได้อย่างไร
ลักษณะเด่นของแก้วคือธรรมชาติที่แข็งและเปราะ ซึ่งเป็นความท้าทายในการประมวลผลที่สำคัญ เทคนิคการตัดกระจกเชิงกลแบบดั้งเดิม เช่น การตัดล้อเพชร การพ่นทราย หรือกระบวนการวอเตอร์เจ็ท ตัดไม่แม่นยำ ขอบขาดความสม่ำเสมอ และมีความเค้นที่ขอบตกค้างขนาดใหญ่และไม่สมมาตรในระหว่างกระบวนการตัด ส่งผลให้เกิดรอยแตกขนาดเล็ก ฝุ่น และเศษเล็กเศษน้อยบนกระจก ขอบกระจกที่ผ่านกระบวนการในลักษณะนี้ สำหรับการใช้งานหลายประเภท รอยแตกเล็กๆ ที่เกิดจากชิปและความเค้นเฉพาะจุดจะทำให้อุปกรณ์ทำงานล้มเหลว ดังนั้นจึงต้องมีการเจียรและขัดขอบหลังการผ่านเพื่อเสริมความแข็งแรงของขอบเพื่อให้ได้คุณภาพที่ยอมรับได้ นอกจากนี้ การประมวลผลล้อใบมีดเชิงกลยังต้องการสารเสริมบางอย่างเพื่อช่วยในการตัด ซึ่งอาจติดอยู่กับคมมีดที่ทำเสร็จแล้วและต้องการการดูแล เช่น การทำความสะอาดด้วยน้ำหรือการทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง กระบวนการบำบัดที่ตามมาและผลผลิตต่ำจะทำให้ต้นทุนของผลิตภัณฑ์แก้วสำเร็จรูปสูงขึ้น
นอกจากนี้ เมื่อกระจกชิ้นเดียวถูกทำให้บางถึงระดับไมครอน (กระจก UTG) วิธีการตัดเชิงกลแบบดั้งเดิมเหล่านี้จะไม่สามารถใช้ได้อีกต่อไป ข้อดีเฉพาะของเลเซอร์ที่เร็วมากทำให้สามารถแปรรูปวัสดุแก้วที่แข็ง เปราะ และบางเฉียบเหล่านี้ได้ และเลเซอร์เฟมโตวินาทีที่มีพารามิเตอร์ที่เหมาะสมสามารถตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยขอบจำนวนจำกัดในการผ่านครั้งเดียว นี่เป็นเรื่องจริงแม้กับกระจกหนา และเลเซอร์เฟมโตวินาทีเป็นทางเลือกแทนเทคนิคการตัดกระจกแบบอื่นๆ
การตัดกระจกด้วยเลเซอร์ Femtosecond: มันทำงานอย่างไร?
พัลส์เลเซอร์แบบสั้นเกินขีดรวมกับลำแสงแบบ Bezier สามารถใช้สำหรับการแปรรูปแก้วได้ ลำแสง Bessel มีช่วงเอวของลำแสงที่บางกว่าและมีความลึกโฟกัสยาวกว่าลำแสงแบบเกาส์เซียน และสามารถดูดซับพลังงานของคลื่นที่สั้นมากไปพร้อม ๆ กันตลอดความหนาทั้งหมดของกระจก การใช้ Pulse Bursts ช่วยให้กระจกถูกดูดซับได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยเลเซอร์ และส่งผลให้เกิดรอยร้าวที่จำเป็นในการตัดผ่านกระจกจากบนลงล่าง เลเซอร์เฟมโตวินาทีที่มีลำแสงแบบ Bessel สามารถใช้ตัดกระจกในแนวเส้นตรงหรือแนวโค้งได้
ทีมแอ็พพลิเคชัน Amplitude ได้พัฒนากระบวนการที่ใช้เลเซอร์ femtosecond เพื่อควบคุมทิศทางของการแตกหักอย่างแม่นยำและออปติกการประมวลผลกระจกที่มาพร้อมกัน และใช้การสร้างการแตกหักแบบขยายเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผลของกระบวนการตัดกระจก กระบวนการนี้สามารถใช้เพื่อตัดกระจกบางและบางเฉียบ (<200μm), thick glass (>2 มม.) และแม้แต่กระจกหลายชั้นหรือวัสดุโปร่งใสที่เปราะบางที่แยกออกได้ง่ายและมีความหยาบผิวต่ำ (<1μm) and no chips and chipping.
คุณลักษณะสำคัญของกระบวนการนี้คือ พลังงานเลเซอร์เฟมโตวินาทีที่กระจกดูดซับไว้จะสร้างรอยร้าวที่ยาวเกินกว่าขนาดของจุดตกกระทบจริง คุณสมบัตินี้ช่วยเร่งเวลาการประมวลผลและเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานเลเซอร์อย่างมาก สำหรับกระจกประเภทต่างๆ และความหนา (<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 มม.) ในหนึ่งรอบ การศึกษาเชิงทดลองที่ดำเนินการโดยทีมกระบวนการแอมพลิจูดแสดงให้เห็นว่าพารามิเตอร์การประมวลผลที่มีประสิทธิภาพที่สุดคือการสร้างพัลส์เทรน (Burst) 4 ถึง 6 พัลส์ที่มีการกระจายพลังงานพัลส์ย่อยแบบราบ เมื่อใช้ร่วมกับการกำหนดค่าออปติกบางอย่าง กระจกที่มีความหนามากกว่า 2 มม. สามารถประมวลผลได้ในครั้งเดียว สำหรับการศึกษานี้ มีการใช้เลเซอร์ Amplitude Tangor พร้อมกับคุณสมบัติ Femtoburst ™️ ซึ่งช่วยให้ผู้ใช้สามารถตั้งโปรแกรมแอมพลิจูดของพัลส์ย่อยแต่ละรายการในรูปแบบการระเบิดเพื่อปรับการกระจายพลังงานการระเบิดอย่างแม่นยำสำหรับการศึกษาโดยละเอียดของการดูดซับพลังงานของวัสดุที่กำหนดเอง .
การตัดกระจกด้วยเลเซอร์ femtosecond เหมาะกับใคร?
กระบวนการนี้สามารถนำไปใช้ได้หลากหลาย เช่น ผู้ผลิตจอแสดงผลอุปกรณ์พกพาที่ใช้กระจกบางลงหรือกระจกหลายชั้น (เช่น LCD) และในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคที่มักใช้กระจกเคลือบและต้องแปรรูปด้วยมุมโค้ง รูปทรงโค้งมน รูปร่างและการตัด และลักษณะการประมวลผลพัลส์สั้นของเฟมโตวินาทีสามารถลดโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนของชั้นเคลือบได้อย่างมีประสิทธิภาพ วิธีการเชิงกลหรือเลเซอร์อื่นๆ จำนวนมากไม่สามารถให้ระดับความแม่นยำและคุณภาพที่จำเป็นสำหรับผลิตภัณฑ์ดังกล่าวได้ เทคโนโลยีของเรายังสามารถใช้เพื่อตัดกระจกที่หนาขึ้นสำหรับอุตสาหกรรมการแพทย์ หรือแม้แต่กระจกนิรภัยสำหรับปกป้องหน้าจอหรืออุตสาหกรรมยานยนต์
นอกจากนี้ ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีรูทะลุกระจก (TGV) ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา จะเป็นทิศทางและแนวโน้มในการใช้พื้นผิวรูทะลุกระจกในบอร์ดอะแดปเตอร์แพคเกจรวม 3 มิติ, MEMS และ Mini LED/Micro LED เป็นต้น นอกจากนี้ ยังมีความต้องการพิเศษสำหรับประเภทรูที่มีอัตราส่วนความลึกต่อเส้นผ่านศูนย์กลางสูงในการสื่อสารด้วยแสง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ชิปชีวภาพ ฯลฯ ในเทคโนโลยี TGV โมดูลประมวลผลลำแสง Bessel เป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้ การใช้เทคโนโลยีนี้สามารถบรรลุ ไมครอนหรือแม้แต่ซับไมครอน ซุปเปอร์ 250,000 ต่อตารางเซนติเมตร รูพรุนที่มีความหนาแน่นสูงเป็นพิเศษ ดังนั้นการประมวลผลรูทะลุกระจกที่หนาแน่นและความเร็วสูงจึงต้องการ 1. รูไมโครระหว่างการประมวลผลด้วยเลเซอร์ไม่สามารถ ปรากฏในความเครียดจากความร้อนที่เกิดจากการแตกร้าวขนาดเล็ก 2. ต้องควบคุมระยะห่างของรูอย่างแม่นยำ เลเซอร์ Femtosecond มีความกว้างของพัลส์ที่แคบเพื่อควบคุมไมโครแคร็กกิ้ง (<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.
