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精选干货|飞秒激光切割机在超薄金属箔中的应用

精选干货|飞秒激光切割机在超薄金属箔中的应用

作者:
天弘激光
来源:
天弘激光
发布时间:
2021/01/27
【摘要】:
随着人们生活水平的提高,对我们所生活的空间要求也越来越高,如通讯,我们要求超高清度、高响应速度、安全可靠、保密通讯,这就对通讯基础设施提出了更高的要求,为此,人类科学家突破了4G通讯的障碍,开发出5G通讯,并得以平民化应用,科技推动了5G发展。在安全层面上,国家保密通讯尤为突出,我国也展开了一系列的量子保密通讯研发与投入,并走在向世界前列,为国家安全通讯迈出了重要一步,这得益于航空航天、卫星、通讯
随着人们生活水平的提高,对我们所生活的空间要求也越来越高,如通讯,我们要求超高清度、高响应速度、安全可靠、保密通讯,这就对通讯基础设施提出了更高的要求,为此,人类科学家突破了4G通讯的障碍,开发出5G通讯,并得以平民化应用,科技推动了5G发展。在安全层面上,国家保密通讯尤为突出,我国也展开了一系列的量子保密通讯研发与投入,并走在向世界前列,为国家安全通讯迈出了重要一步,这得益于航空航天、卫星、通讯等多领域的科学技术突破表现。
 
而这一系列的科技跨越,不仅仅是单一领域的科学技术突破,更带动了一系列的产业化科学突破,如卫星、航空航天、通讯、5G等领域应用最为广泛材料之一的超薄金属材料,铜箔、铝箔、不锈钢箔、镍合金箔、钛合金箔等。
 
超薄金属
超薄金属在航空航天、卫星、通讯、5G等领域有种非同寻常的应用,好比是人类的血管,分布广泛,作用重大。在早期,对超薄金属材料的要求相对单一,保证导通性就好,但随着技术的不断提高,轻薄化、导电性能、高精度等特性也逐渐提上日程,对超薄金属提出了更高的要求,要求无毛刺、无变形、超细线宽、超高精度、超薄材料,这些高标准要求,对加工工具也提出了更高要求。
 
在超薄金属材料,铜箔、不锈钢箔、钛合金箔、镍合金箔等材料加工工具领域中,采用的是刀模切割或化学蚀刻方式实现,随着需求的不断提升,尤其是在5G、航空航天、卫星等领域的高标准要求下,传统工艺模式逐渐显现出疲软。如刀模切割会产生变形和毛刺残留,会影响到产品性能;化学蚀刻方式加工需要网版,尤其是对于多规格的材料加工所需网版数量大,不利于多种类产品加工,另外化学蚀刻对于环境是污染较为严重,特别是在环保管控的压力下,越来越多的化学蚀刻加工厂撤离,给加工企业造成了不小的困扰。在此前提条件下,一种利用激光切割超薄金属箔的工艺方式进入相关领域,为行业的发展带来了新的思路。
 
在激光切割行业中,适合于超薄金属箔材料切割的种类也分为红外纳秒激光切割、纳秒紫外激光切割以及超快激光切割等。激光切割超薄金属箔的优势在于不受图形的限制,可随时导入CAD图纸或在软件绘制图形切割,方便快捷,周期短。但激光切割铜箔、不锈钢箔、镍合金箔也存在传统工艺的问题,并且也有新的问题产生。
 
纳秒红外激光切割机
可采用低功率脉冲红外激光切割机或MOPA红外激光切割机,这类型激光切割超薄金属箔的优势在于速度快,缺点是容易使得材料受热变形、毛刺、碳化等。不过相比较于纳秒紫外或超快激光切割机,纳秒红外激光切割机可加工材料的厚度较厚,一般适用于0.2mm以上金属箔加工,特别是对于加工速度要求高、精度要求低的客户,适合于采用纳秒红外激光切割不锈钢箔、铜箔、镍合金箔等,并且设备的成本低,使用寿命长,适合0.2mm以上金属箔的切割。
 
纳秒紫外激光切割机
采用10W以上纳秒紫外激光切割机,切割超薄金属箔的优势在于切割无变形,无毛刺,缺点是会有碳化,材料越厚,碳化程度越明显,部分有肉眼可见的烟尘黑边,可在超声波清洗条件下去除,高倍放大镜下会有毛刺。相比较于纳秒红外激光切割机,单脉冲能量小,切割速度相对较低,不适合切割较厚的金属箔,适合于0.1mm以下材料加工。另外,纳秒紫外激光切割机适合于多层材料加工,如多层铜箔紫外激光切割,或是铝箔加一层PET薄膜切割,适用于纳秒紫外激光切割机加工。
 
超快激光切割机
超快激光切割机是指采用超短脉冲激光切割设备,通常有皮秒红外、紫外激光切割机以及飞秒红外激光切割机等。
 
飞秒激光切割机是指采用脉冲激光时间为飞秒段的超快激光,根据材料特性可选择1030nm、515nm或315nm波段激光,目前国产设备搭载中以1030nm以及515nm波段飞秒激光为主。广泛应用于切割、刻蚀、打孔、微纳导流划线等应用中,其加工特性在于对材料的热影响小,与材料作用时间超短,在某些材料上低于材料分子间的布朗运动时间,因此热影响超小,也就不会造成超薄金属材料变形、产生毛刺、颗粒粉尘等。
 
归纳总结,超快飞秒激光切割机在超薄金属箔方面的优势在于精度高,适合于微细精密加工;紫外激光切割机适合于精密加工,多层材料加工,小于0.1mm以下材料加工;红外激光切割机适合于0.2mm以上较厚超薄材料加工,对精度要求不高的材料加工。
 
飞秒激光切割机的灵活性高,不仅限于超薄金属材料切割,也可针对多层材料的刻蚀或材料表面的微纳导流结构加工,如硅片划线、不锈钢光栅、陶瓷划线、薄膜材料划线、玻璃划线等。

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