من المعروف أن ليزر الفيمتو ثانية يقطع أي مادة تقريبًا ، ويتم استخدامه في معالجة وتصنيع شاشات العرض وأشباه الموصلات والمكونات الإلكترونية الأخرى أو الأجزاء المخصصة. في الواقع ، تعتبر المعالجة الدقيقة بالليزر للفيمتوثانية أكثر دقة وتقلل من التأثير الحراري على المادة ، مما ينتج عنه أجزاء عالية الجودة. لقد عمل فريق Amplitude لسنوات على تطبيق واحد لليزر femtosecond: معالجة الزجاج.
كيف يمكن لليزر الفيمتو ثانية تحسين قطع الزجاج؟
السمة المميزة للزجاج هي طبيعته الصلبة والهشة ، والتي تشكل تحديًا كبيرًا في المعالجة. تقنيات قطع الزجاج الميكانيكي التقليدية مثل قطع عجلة الماس أو السفع الرملي أو عمليات نفث الماء بشكل غير دقيق ، وتفتقر إلى الانتظام في الحواف ، ولها ضغوط كبيرة وغير متكافئة للحواف المتبقية أثناء عملية القطع ، مما يؤدي إلى حدوث شقوق دقيقة وغبار وحطام على حواف الزجاج المجهزة بهذه الطريقة. بالنسبة للعديد من التطبيقات ، فإن الشقوق الصغيرة الناتجة عن الرقائق والضغوط الموضعية ستسبب فشل الجهاز ، وبالتالي يجب إجراء طحن وتلميع ما بعد التمرير لتقوية الحواف لتحقيق جودة مقبولة. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب معالجة عجلة السكين الميكانيكية أيضًا بعض العوامل المساعدة للمساعدة في القطع ، والتي قد تلتصق بالحافة النهائية وتتطلب معالجة مثل تنظيف المياه أو التنظيف بالموجات فوق الصوتية. ستؤدي عمليات المعالجة اللاحقة والإنتاجية المنخفضة إلى زيادة تكلفة المنتج الزجاجي النهائي.
بالإضافة إلى ذلك ، عندما يتم تخفيف قطعة الزجاج المفردة إلى مستوى الميكرون (زجاج UTG) ، لن تكون طرق القطع الميكانيكية التقليدية هذه قابلة للتطبيق. تجعل المزايا الفريدة لليزر فائق السرعة من الممكن معالجة هذه المواد الزجاجية الصلبة والهشة والرقيقة للغاية ، ويمكن أن يقطع ليزر الفيمتو ثانية مع المعلمات المناسبة بشكل فعال مع عدد محدود جدًا من الحواف في ممر واحد. هذا صحيح حتى بالنسبة للزجاج السميك ، كما أن ليزر الفيمتوثانية يوفر بديلاً لتقنيات قطع الزجاج الأخرى.
قطع الزجاج بالليزر الفيمتو ثانية: كيف يعمل؟
يمكن استخدام نبضات الليزر فائقة القصر مع حزمة شبيهة بشعاع بيزير لمعالجة الزجاج. يتميز شعاع Bessel بخصر شعاع أرق وعمق بؤري أطول من شعاع Gaussian ، وهو قادر على امتصاص طاقة النبضات فائقة القصر في نفس الوقت على طول سماكة الزجاج بالكامل. يسمح استخدام Pulse Bursts بامتصاص الزجاج بشكل أكثر كفاءة بواسطة الليزر وينتج عنه التشققات اللازمة لقطع الزجاج من أعلى إلى أسفل. يمكن استخدام ليزر الفيمتو ثانية مع شعاع شبيه بالبيسل ، على سبيل المثال ، لقطع الزجاج في مسارات مستقيمة أو منحنية.
طور فريق تطبيقات Amplitude عملية تعتمد على الليزر فيمتو ثانية للتحكم بدقة في اتجاه الكسر وبصريات معالجة الزجاج المصاحبة ، واستخدام توليد الكسور الممتدة لتحسين كفاءة معالجة عملية قطع الزجاج. يمكن استخدام هذه العملية لقطع الزجاج الرقيق والفائق الرقة (<200μm), thick glass (>2 مم) وحتى زجاج متعدد الطبقات أو مجموعة متنوعة من المواد الشفافة القابلة للفصل بسهولة مع خشونة سطح منخفضة (<1μm) and no chips and chipping.
السمة الرئيسية لهذه العملية هي أن طاقة ليزر الفيمتوثانية التي يمتصها الزجاج تنتج صدعًا ممتدًا يتجاوز بكثير حجم نقطة التأثير الفعلية. تعمل هذه الميزة على تسريع وقت المعالجة بشكل كبير وزيادة كفاءة استخدام طاقة الليزر. لمجموعة من أنواع الزجاج وسماكاته (<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 مم) في مسار واحد. أظهرت الدراسات التجريبية التي أجراها فريق عملية Amplitude أن معامل المعالجة الأكثر كفاءة هو توليد قطار نبضي (انفجار) من 4 إلى 6 نبضات مع توزيع طاقة نبضي فرعي مسطح. بالاقتران مع تكوينات بصرية معينة ، يمكن معالجة الزجاج الذي يزيد سمكه عن 2 مم في مسار واحد. في هذه الدراسة ، تم استخدام ليزر Amplitude Tangor ، المجهز بميزة Femtoburst ™ ، التي تسمح للمستخدم ببرمجة سعة النبضة الفرعية الفردية في نمط الاندفاع لتعديل توزيع طاقة الاندفاع بدقة من أجل دراسة مفصلة لامتصاص طاقة المواد المخصصة .
لمن هو قطع الزجاج بالليزر الفيمتو ثانية؟
يمكن استخدام هذه العملية في مجموعة متنوعة من التطبيقات مثل مصنعي شاشات الأجهزة المحمولة الذين يستخدمون زجاجًا أرق أو زجاجًا متعدد الطبقات (مثل LCD) ، وفي الإلكترونيات الاستهلاكية حيث غالبًا ما يتم استخدام الزجاج المطلي ويجب معالجته غالبًا بزوايا منحنية ومحيط الأشكال والقطع ، وخصائص معالجة النبضات القصيرة لنبضات الفمتوثانية يمكن أن تقلل بشكل فعال المنطقة المتأثرة بالحرارة للطبقة المطلية. لا تستطيع العديد من طرق الليزر الميكانيكية أو طرق الليزر الأخرى توفير مستوى الدقة والجودة المطلوبين لمثل هذه المنتجات. يمكن أيضًا استخدام تقنيتنا لقطع الزجاج السميك للصناعة الطبية أو حتى الزجاج المقسى لحماية الشاشة أو صناعة السيارات.
بالإضافة إلى ذلك ، مع تطور تقنية ثقب الزجاج (TGV) في السنوات الأخيرة ، سيكون الاتجاه والاتجاه لاستخدام ركائز الزجاج من خلال الفتحات في لوحات محول الحزمة المتكاملة ثلاثية الأبعاد ، و MEMS و Mini LED / Micro LED ، إلخ. بالإضافة إلى ذلك ، هناك أيضًا طلب خاص لأنواع الفتحات ذات النسبة العالية من العمق إلى القطر في الاتصالات الضوئية ، والإلكترونيات الاستهلاكية ، والرقائق الحيوية ، وما إلى ذلك. ميكرون أو حتى شبه ميكرون ، سوبر 250 ، 000 لكل سنتيمتر مربع كثافة عالية جدًا من خلال ثقب ، لذا تتطلب المعالجة الكثيفة وعالية السرعة من خلال ثقب الزجاج 1. ثقب صغير بين المعالجة بالليزر لا يمكن تظهر في الإجهاد الحراري الناجم عن الكراك الصغير ، 2. يجب التحكم بدقة في تباعد الثقوب. توفر ليزر الفيمتو ثانية عرض نبضة ضيق للتحكم في التكسير الدقيق (<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.
