激光加工设备的选购指南

　　激光加工设备在微电子行业中主要用于打孔、调阻、划片、打标、封口。涉及的加工材料主要包括陶瓷基板(氮化铝、氧化铝等)、金属材料(二氧化硅、金锡、镍镉等)。面对品种繁多、价格昂贵、技术含量高的激光加工设备，如果选择不当，不仅造成巨大的浪费，而且会影响正常生产，造成更大的损失。因此，如何选择合适的激光加工设备，使这些设备在生产中发挥巨大的作用，这是首先要认真考虑的问题。

确定产品的工艺要求

　　不同种类的激光加工设备都有一定的加工范围。在选择设备之前，首先要确定典型加工工件的加工范围和工艺要求。在实际生产中，激光打标需要快速的走线速度、96%的厚膜氧化铝陶瓷划片需要较高的激光能量，薄膜氧化铝陶瓷的切割需要高精度的加工对位能力，这些不同需求分布在较宽的加工范围内，包括CO2激光加工、红外激光加工、紫外激光加工等多种不同原理的加工方式。因此，针对不同产品的确定产品加工要求以选型合适的加工方式，是正确选择激光加工设备的前提。

选择适合的激光器

　　激光器作为激光加工设备的核心部件，在整个激光加工过程中起着非常重要的作用。选择适合产品工艺的激光器需要对激光器本身的原理以及参数有一定的认识。在实际使用过程中，通过对激光器参数的优化，还可以在一定范围获得更为的加工效果。激光器的选型可以从波长、脉宽和峰值功率等参数来确定。

　　1、波长：

　　波长是激光的固有属性之一，激光按照波长，由长到短可以分为远红外激光、红外激光、绿光激光、紫外激光及深紫外激光。激光加工设备激光波长的选择首先要视材料而定，任何材料都有其固有的光谱特性，选择吸收率高的波长激光，能有效提升加工效率。

　　波长也决定了光子的能量和激光的聚焦能力。一般而言，波长越长，光子能量越大，聚焦性能越差;波长越短，光子能量越小，聚焦性能越好。因此，针对厚度较厚的材料加工，一般选择波长较长的激光;针对精度要求较高的加工，一般选择波长较短的激光。例如，厚膜陶瓷基板，一般选用红外激光加工，而针对薄膜陶瓷基板，一般紫外激光是较优的选择。

　　2、脉宽：

　　脉宽，顾名思义是激光脉冲的宽度，即指单个激光脉冲持续的时间。按照脉宽，激光可分为毫秒激光、微妙激光、纳秒激光、皮秒激光、飞秒激光和阿秒激光。目前阿秒激光尚处于实验室阶段，尚未进入工业应用领域。

　　一般而言，激光脉宽越短，激光的峰值功率越高，激光破坏材料的能力越强。以皮秒激光为例，单脉冲能量一般是数百微焦，但由于其作用时间仅10^-12秒，因此，其峰值功率级别可达到兆瓦。因此，皮秒激光可使几乎所有的固体材料在瞬间完成气化或等离子化，从而有效去除材料。作为对比，红外CO2激光、光纤激光，一般是毫秒/微秒级别的激光，其峰值功率一般较低，因此往往只能以热熔方式(材料由固态变化为液态)加工。

　　3、重复频率：

　　重复频率，即激光在单位时间射出的脉冲数。以激光加工设备的特性而言，一般重复频率越高，激光脉冲能量越小，重复频率越低，激光的脉冲能量则越高。

　　因此，当材料厚度较厚，或者需要完成切割、钻孔等加工时，往往选择低频模式加工;而当材料厚度较薄，或者需要完成刻蚀、打标等加工时，往往高频模式能带来较高的效率和更加平顺的加工效果。

　　4、单脉冲能量&峰值功率：

　　当材料厚度较厚，或者需要完成切割、钻孔等加工时，往往选单脉冲能量较高或峰值功率较高的激光加工设备来加工;而当材料厚度较薄，或者需要完成刻蚀、打标等加工时，对激光的单脉冲能量、峰值功率没有太高的要求。

激光加工设备软件系统的选择

　　激光加工设备一个好的软件系统，往往冠以“友好”这样的修饰词，主要是说软件界面看的明白，便于操作。但所谓“友好”，实际也是目前设备软件的一般要求。软件的真正内核，实则在于电气控制、工艺方案的集中体现。

　　以打标机为例，以其光学配置而言，实则也具备一定的钻孔、切割能力。但打标机的软件功能单一，基本忽略打孔、切割的操作要求。再例如图形的处理，由于激光光斑有一定的尺寸。加工过程中激光光斑运动的尺寸(或平台运动的尺寸)，与CAD图纸，往往是有细微的差异的(外扩或者内缩)。软件是否能按照光斑大小，较为简便的操作来实现这种差异补偿，实则为软件价值的体现之一。

激光加工设备加工效率的控制

　　激光加工设备的加工效率，即指材料被去除的效率，一般而言，该效率由几个因素决定：

　　1、材料对加工用激光的吸收率

　　材料对激光的吸收率越高，则光能转化为热能的比例就越高。材料就能相对更加GX的被去除。还是以金属铜为例，红外激光加工，反射率极高，吸收率底，因此加工的效率一般不高，甚至无法加工;而选用紫外激光或绿光激光，则有条件做较为GX的加工。

　　2、材料破坏模式及材料特性

　　激光去除材料，一般的破坏方式，按照能量由低到高，一般可分为“溶化(固态到液态)”、“汽化(固态到气态)”和“固态到离子态”三种方式。对应加工效率，溶化高于汽化，而固态到离子态的变化，其效率是Zdi的。实际加工过程中，亦伴随着材料内部的热传导，例如聚合物材料，对热敏感，热扩散迅速。这样的特性会加速激光热熔式的加工，表征为效率的提升。

　　3、加工模式和辅助

　　激光加工设备加工效率一定程度上，受加工模式和一些辅助工艺的影响。

　　加工模式，主要由设备硬件结构决定，例如针对一些薄材料，激光加工设备采用“平台不动，控制光斑移动”的方式加工，效率往往高于“光斑不动，控制平台移动”的方式。

　　辅助工艺，以陶瓷基板加工为例说明，一般使用紫外激光加工陶瓷基板时，由于加工局部位置的温度极高，因此在加工位置为产生大量等离子体(空气被电离产生等)。这些等离子体一定程度上影响光束传输，继而影响能量传输。基于这样的机理，加工时如果能对加工位置做吹气等辅助处理，则能一定程度上提升能量传输效率，继而提升激光加工设备的加工效率。类似的工艺还包括吹加氧气、氮气等。但具体结果，与材料亦有直接关系。