PulseEQ：熱損傷なしで最も繊細な材料を処理

Coherent PulseEQ技術がデリケートな素材を処理する際の熱による損傷をどのように防止するかをご覧ください

2021年7月13日、Coherent

今日の多くの製品、特にマイクロエレクトロニクスやディスプレイ製造では、薄く、機械的に繊細で、熱に弱い材料が組み込まれています。レーザは、次の3つの主な理由から、これらの種類の材料の処理（切断、マーキング、溶接など）に広く使用されるようになりました。第一に、レーザは、他のどのテクノロジーよりも小さく、より正確な機能を生成できます。第二に、非接触レーザ加工は、ワークピースに機械的な力を加えないため、ストレスや破損を引き起こす可能性がありません。最後に、正しく使用すると、処理中にレーザが部品を加熱する量を制限することができます。熱は部品に損傷を与えたり、何らかの形でその物理的特性を変化させたりする可能性があるため、これは重要です。

ホットトピック

メーカーが可能性の限界に挑戦し続け、スループットを向上させながらより複雑な部品を製造するにつれて、熱による損傷の問題はさらに重要になります。この典型的な例は、携帯電話のディスプレイの製造で発生します。これらは多くの場合、柔軟な有機ELモジュールに基づいています。これらを製造するために、大きなパネル上に複数のディスプレイが製造され、最終段階で個々の電話ディスプレイが切り取られます。

これらの切り欠きの形状は非常に複雑で、角が丸く、ボタンのくぼみがあり、カメラやその他のセンサー用の穴があります。また、切断加工方法で部品が過度に加熱されないようにすることが絶対に重要です。そうしないと、ディスプレイの外観（変色など）に影響を与えたり、機能を低下させたりする可能性があります。

この同じ問題が非常に多くの用途に影響を与えるため、レーザメーカーはしばらくの間それを処理するための技術を開発してきました。重要なブレークスルーの1つは、数年前の産業用超短パルス（USP）レーザの開発でした。これらは非常に短い光のバーストを提供するため、ほとんどの熱が部品に伝導される前に、材料が部品から蒸発します。

カーブのトラブル

しかし、最も要求が厳しく敏感な用途のいくつかでは、USPテクノロジーでさえ、部品への熱による損傷を完全に回避するために少しの助けが必要です。その理由を理解するために、角が曲がっている携帯電話のディスプレイを切り抜く例に戻りましょう。

これを行うには、レーザビームでパーツ表面の目的のカットパターンをトレースする必要があります。つまり、ビームをパーツに対して移動して、目的の形状をカットする必要があります。これは、電動プラットフォーム上でパーツを移動するか、スキャナーミラー（または両方の組み合わせ）を使用してレーザビームを移動することで実行できます。

いずれにしても、ビーム運動を生成する機械システムには質量があります。そして、それはそれを即座に停止または開始することができないことを意味します。方向を変えるには、加速または減速する必要があります。したがって、ビームが切断パターンの曲線部分に到達すると、車が曲がりくねった道を走るのと同じように、ビームは減速して曲線に入り、加速してそこから出てきます。

だから何だというのでしょうか。さて、レーザは一連の光のパルスを生成しています。そして、それらが前述の超短パルスであるか、より長いパルスであるかは関係ありません。いずれにしてもせよ、それらは通常、時間的に等間隔に配置されます。たとえば、100万分の1秒ごとに1パルスです（そうです、これらは非常に高速で、さらに高速です！）。

しかし、レーザが一定の繰り返し率でパルスを生成しているときに、モーションシステムが曲線を通過するとどうなるかに注目してください。ビームの動きが遅くなり、その後カーブを加速するため、パルスは直線部分を切断するときよりもパーツ上で互いに近くに配置されます。そしてそれは、レーザがその時点で部品にもう少し熱を送り込んでいることを意味します。これは好ましいことではありません。

固定パルスレートで動作するパルス発振レーザを使用すると、レーザビームが減速して湾曲した部分を切断したときに、パルス間の間隔が狭くなります。これにより、望ましくない熱が蓄積されます。PulseEQは、切断経路の形状に関係なく、一定のパルス間隔とパルスエネルギーを維持します。

PulseEQの力

概念的には、解決策は本当に簡単です。ビームが表面に対してどれだけ速く動いているかに関係なく、各パルスがワークピースに当たる場所の間の物理的な間隔が常に同じになるように、切断加工方法中にレーザパルスレートを調整するだけです。

もちろん、実際にそれを行うのは簡単ではありません。1つの理由として、USPレーザのパルス繰り返し率を下げると、パルスエネルギーが指数関数的に増加します。また、ビームが部品表面をどのくらいの速さで移動しているかをレーザに正確に伝える制御システムが必要です。次に、それに合わせてレーザパルスレートを調整する必要があります。

銅と液晶ポリマー（LCP）のラミネートでUSPレーザを使用して作成された湾曲したカット – 5G電話アンテナの可能な材料の組み合わせ。PulseEQがないと、レーザビームが遅くなるため、湾曲した部分に焦げが発生します。PulseEQにより、問題が完全に解決します。

そして、それはまさにPulseEQが達成することです。それを機能させ、正確かつ確実に機能させるための技術はたくさんあります。しかし、肝心なのは、PulseEQは、レーザがどの繰り返し速度で動作していても、パルスエネルギーを目的のレベルに一定に保つということです。また、レーザの繰り返し率を部品の動きに合わせることができます。そのため、スキャンパターンやスキャン速度がどのように見えても、作業面でのレーザ切断能力は常に同じです。これにより、レーザは、部品に熱による損傷を与えることなく、最も正確で要求の厳しい処理作業を実行できます。

PulseEQは、Coherentのレーザが非常に多くの異なる用途で可能な限り最高の結果を提供するのに役立つため、すべての産業用USPおよびナノ秒レーザで利用できるようにしました。