CO2激光切割機-機床行業(yè)百科-機床商務網

1基本信息

.簡介

.陶瓷基板加工應用

.新劃線技術

.工藝改進

2其他

3適用行業(yè)

1基本信息

簡介

非金屬激光打標領域常見的有固體激光打標機和氣體激光打標機（CO2激光切割機）非金屬激光切割機一般靠激光電源帶動激光管發(fā)光，通過幾個反光鏡的折射，使光線傳輸到激光頭，再由激光頭上安裝的聚焦鏡將光線匯聚成為一點，而這一點可以達到很高的溫度，從而將材料瞬間升華為氣體，由抽風機吸走，這樣就達到切割的目的；一般激光切割機使用的激光管內填充的主要氣體為CO2，因此這種激光管成為CO2激光管，而使用這種激光管的激光切割機稱之為CO2激光切割機。

陶瓷基板加工應用

為了將陶瓷基板分為獨立部分，可使用激光打標機刻劃（打鉆）一系列局部（未通）高公差孔洞。這些孔洞大約深入基板三分之一，生成后期破裂的優(yōu)先斷層線。使用其它技術，也可以在基板上加工通路、槽孔、確定形貌和精細圖案。

由于常用陶瓷具有吸收的特性，CO2 激光器已經成為激光器的選擇。脈沖CO2 激光器光束的能量在陶瓷表面被吸收，因此產生局部加熱、熔化和汽化。圖2顯現(xiàn)出氧化鋁內0.0045英寸劃線的頂視圖，表明在使用相對較長脈沖期間（大約 75-300m，視厚度而定），在高斯光束能量分布圖中的低能量邊緣之下，因局部熔化造成的熱影響區(qū)域（HAZ）。

多年以來，CO2 激光器以長時間班次工作時，在氣體和能量方面將消耗大量資源，還要求制定維護計劃。另外，典型用于這種應用的脈沖參數意味著密封管CO2 激光器技術不太合適。整體來說，在經過多年大量改進時，CO2 激光器在可靠性和維護問題方面仍然位于其它技術之后。在維護期間，這些激光器的光束質量還是易于變化；可以達到的小光點大小也易于受到長波影響。單獨來講，陶瓷的激光器光束吸收特性使這種技術影響該市場領域很長時間。

新劃線技術

以前試圖將Nd:YAG激光器應用于劃線工藝中沒有成功，因為1.064 μm的吸收太弱；沒有足夠能量沉積在表面層產生需要的效果。為此，Synchron Laser Service公司（位于美國密執(zhí)安州South Lyon）開發(fā)了表面處理技術，以在更短波長范圍內加強陶瓷對激光器光線的吸收。這種工藝快速并微微浸入陶瓷表面并在足夠短的距離加強近紅外激光器脈沖的沉積能量，以產生必要的熔化和汽化。將這種正在申請的表面處理技術和SPI Lasers（位于英國Southampton）的光纖激光器技術相組合，其實現(xiàn)的工藝性能遠遠超出使用CO2激光打標機所能達到的工藝性能。
表面處理大大加強了光纖激光器光束融入到陶瓷頂部表面之內，以開始打鉆過程。激光器脈沖與材料表面之間相互作用的加強動力，結合了確保表面光點大小持續(xù)一致的定制高解析度光束傳遞系統(tǒng)，這意味著可以在陶瓷基板實現(xiàn)更小的形貌。Synchron也考慮了一些現(xiàn)有其它激光器技術，希望可以加工甚至更精細的劃線；但結論是：沒有一種技術能以其*方式達到目標速度，在一些情況下至少要慢10倍。

與CO2 激光器相比，光纖激光器展示出更佳的一致性和可靠性，可以加工更精細的形貌，包括破裂之后邊緣質量提高三倍以上。圖5進一步展示了可以達到的邊緣質量，在此描述切割箭頭形狀產生的原邊緣。重要的是，新工藝甚至可以達到采用CO2 激光器時無法實現(xiàn)的生產速度。

在0.0150英寸厚的氧化鋁基板上，劃線速度每分鐘超過1300英寸，大約是CO2 激光器的兩倍（都深入30%）；但機加工速度至少是平均值，在大多數情況下速度超過CO2 激光器。根據Synchron的情況，是由于采用移動控制系統(tǒng)而非激光器，才導致產量受限。

可以采用這種時新的方式加工氧化鋁和氮化鋁陶瓷。采用氧化鋁時，工藝限制多達到大約0.060英寸的基板厚度，雖然在更長時間需要加工條件嚴苛應用中的的更厚材料。更厚的基板也可以提供更多散熱，例如對于高亮度LED應用中的情況。

氮化鋁陶瓷一般比氧化鋁更難加工，因為熱傳導性更好，因此加工要求具有成比例的更大功率。另一方面，可以達到更精細的形貌，因為只有光束的高密度部分才能產生需要的工藝，而材料的高導熱性低程度降低了光束能量分布圖兩側的HAZ。使用這種新方法的初步結果優(yōu)良，采用這種材料的工藝仍然可以微調。

工藝改進

光纖激光器可以提供一系列*的性能，應用于廣泛的材料加工。例如，可靠的高斯光束分布圖（TEM00）對于表面達到和維護持續(xù)一致的光點大小十分重要。光纖激光器在這一方面表現(xiàn)良好，所有輸出功率展示出特別的光束分布，因此允許工作距離大（獨立）。另一種優(yōu)點是小光點尺寸和光束轉換為焦點的高亮度光，實現(xiàn)可靠加工，度高，HAZ小。

光纖激光器能通過以下幾種方式共同實現(xiàn)大程度的降低運營成本：降低維護成本、沒有對準或校準要求、更長正常運行時間以及在更高產量時提高生產質量。光纖激光器結構緊湊，結實耐用，因此適合具挑戰(zhàn)的工業(yè)環(huán)境。
Synchron的專有技術突破了工業(yè)中技術進步的新領域，即在消費電子產品生產中不能匹配其它材料的加工。行業(yè)*相對較少，一方面競爭成本高，另一方面還需要對客戶需求保持靈活變化，面對這種境況，任何工藝進步都可能導致贏得重要市場。

組合光纖激光器和專有表面修改工藝實現(xiàn)的形貌尺寸降低，為電子產品級陶瓷加工更精細劃線開啟了大門，每月產量通常超過1000萬件，輕松滿足蜂窩式電話和音樂播放器以及用于背光和汽車應用的高密度LED的大規(guī)模消費電子產品的生產需要。事實上，一些工業(yè)正在要求陶瓷基板孔洞<0.003英寸，度優(yōu)于0.0005英寸，采用CO2 激光打標機不容易達到這種解析度，但是Synchron的新方法已經在大規(guī)模生產中達到這種水平。

表面處理可以采用噴涂、浸入或輥壓，不需要大量烘干時間。應用陶瓷表面處理不會增加其它工藝步驟，因為一些類型的涂布步驟（通常是防飛濺層）對于已經建立的CO2 加工工藝比較常見。另外，新工藝產生的殘余物活性更低，數量更少，只會消除飛濺問題。

以更高速度加工陶瓷基板更精細的形貌，在設計、性能和成本方面為電子工業(yè)帶來了優(yōu)點。光纖激光器可以幫助在可行的競爭要求的重要標準之中達到更好平衡：通常是有效光學性能、工藝靈活性、高產量、長時間系統(tǒng)正常運行以及可靠性。對于Synchron的情況，光纖激光器有助于確保達到以前無法實現(xiàn)的陶瓷加工性能水平

2其他

工業(yè)應用

世界臺CO2激光切割機是二十世紀七十年代的誕生的。三十多年來,由于應用領域的不斷擴大,CO2激光切割機不斷改進,國際國內已有多家企業(yè)從事生產各種CO2激光切割機以滿足市場的需求,有二維平板切割機、三維空間曲線切割機、管子切割機等。根據美國激光工業(yè)應用雜志“Industrial LaserSolution”2000年度報告統(tǒng)計：1999年*共銷售的激光切割系統(tǒng)（主要是CO2激光切割系統(tǒng)）為3325臺,共11.74億美元。雖然激光切割的發(fā)展趨勢較快,但應用水平與發(fā)達國家相比差距較大。至2003年我國已在工業(yè)生產中使用的CO2激光切割系統(tǒng)累計已達500臺左右,約占*正運行系統(tǒng)總量的1.5%。