激光烧蚀

激光烧蚀方法

虽然激光烧蚀在许多应用中具有类似的优势，但该技术可通过多种方法发挥作用， 具体取决于激光器类型、材料本身和工作要求。 不过，从广义上讲，所有烧蚀工艺都是通过光热或光消融相互作用进行的。 二者同时出现在一个工艺中的情况并不罕见。

在光热加工中，材料通过强烈、空间受限的加热被去除掉。 本质上，物质会被快速加热，直到材料沸腾或升华（直接从固体转化为气体或等离子体，而无需经过中间的液相）。  

光热加工通常会向工件中注入一定热量。 因此，它通常不用于热敏部件（具有高导热性的材料）或较小的工件（热量很容易到达部件的其他区域）。 光热加工通常提供相对较快的材料去除速率，这使其适用于高产量生产应用和覆盖面积大的应用。

第二种方法是光消融，是指直接破坏将材料结合在一起的分子或原子键，而不是加热它。 这使它成为一种“冷”加工。 通常有两种方法可以实现这种键破坏。 

• 第一种方法依赖于光子在材料中的线性吸收，这需要光子的能量大于材料的化学键能。 这实际上总是依赖于紫外 (UV) 激光器，因为只有紫外光子才能提供足够的能量来破坏大多数固体的键。 这是因为光子能量随着波长的减小而增加，而紫外光的波长比可见光或红外光的波长短。
• 引起光消融的第二种方法是，使用峰值脉冲功率足够高的激光器以驱动非线性吸收。 在这种“多光子”加工中，即使材料在该激光波长下通常是透明的，它仍然会吸收激光能量。 驱动非线性吸收所需的峰值功率通常只能使用超短脉冲 (USP) 激光器来实现。 

光消融适用于精度要求非常高的应用，以及 HAZ 非常小（通常只有几十微米）的应用。 但它的材料去除速率通常远低于光热烧蚀。 USP 源通常比用于光热加工的激光器更大、更昂贵。 

适用于多种应用的多种激光器

几乎所有激光切割和钻孔工艺都可以视为烧蚀。 但是，将此讨论局限于涉及选择性材料去除或表面结构成型的应用，而不是贯穿切割，非常有用。 对范围广泛的烧蚀应用进行分类的一种方法是按材料分类。 

金属： 金属烧蚀用于许多不同的工业应用。 其中一些涉及从金属零件的表面去除异物。 例如，烧蚀掉铁锈、腐蚀、油漆或其他涂层。 这也可能包括在涂漆、涂层、粘合或其他工艺之前，清除零件表面的油、粘合剂或其他不需要的污染物。  

理想情况下，用于此类烧蚀的激光源将被异物吸收，但不会被下面的金属吸收。 这使得清洁表面相对容易，而且没有损坏零件的风险。 这类应用通常使用光纤、二氧化碳或纳秒脉宽二极管泵浦固态 (DPSS) 激光器，具体取决于所涉及的确切材料。

对于用于工业打标甚至装饰目的的金属激光蚀刻和内雕，其目的是去除零件本身的材料。 此类应用通常使用光纤激光器或纳秒 DPSS 激光器，其通常输出绿光或紫外光。 后者特别适合较薄、精密或热敏部件。 对于对热更敏感的金属烧蚀应用，有时会使用 USP 激光器。 

半导体： 半导体材料激光烧蚀的主要应用是在微电子电路制造过程中在晶圆上蚀刻或内雕标记。 这主要通过输出绿光或紫外光的纳秒 DPSS 激光器来实现，因为大多数半导体至少在这些光源的红外基波波长下呈某种程度的透明。

USP 有时用于各种半导体的精密微结构成型，主要是在研究环境下； 还可用于生产集成电路故障分析（解封装）过程中的精密材料去除。 

玻璃： 玻璃的应用范围非常广泛，玻璃激光烧蚀的应用也同样多种多样。 装饰性蚀刻应用（例如在水杯、酒杯、马克杯、瓶子等上进行个性化蚀刻或制作图案）几乎普遍使用二氧化碳激光器进行。 更高精度的玻璃蚀刻任务（包括对用于半导体、显示屏和制药行业的产品与容器打标）通常使用二氧化碳或 UV DPSS 激光器。 

另一个重要的玻璃激光烧蚀应用是“微流体”设备的生产。 这些玻璃基板包含小通道（亚毫米横截面），通过这些通道可以精确控制流体流动。 微流体构成了所谓的“芯片实验室”设备的基础，用于包括 PCR 扩增和 DNA 分析在内的技术。 UV DPSS 和 USP 激光器可用于这些通道的高精度烧蚀。 

通常，激光用于烧蚀玻璃基板表面上的通道。 然后将其粘合到另一块玻璃上，形成一个内部通道。 但是，使用 USP 激光器甚至可以直接在固体玻璃基板中形成内部通道。 这是 USP 激光器的独特功能。 

聚合物： 在许多不同的行业中，也使用激光烧蚀聚合物。 例如，高精度激光烧蚀可用于对医疗植入物的表面进行纹理化处理，以及选择性地去除医疗器械上的聚合物涂层。 在微电子封装中，激光烧蚀用于在封装在聚合物树脂中的系统级封装 (SiP) 器件周围“挖沟”。 这是在切割（分离成单独的器件）之前完成的。 这些应用所涉及的聚合物种类繁多，加上对加工速度和其他因素的不同要求，意味着精密聚合物烧蚀会用到几乎每种类型的激光器。

另一种重要的聚合物烧蚀工艺是母线绝缘剥离。 这种应用使用二氧化碳激光器从铜导体上快速去除塑料绝缘体。 

聚合物蚀刻和内雕（尤其是亚克力材料加工）也广泛用于室内和室外标识的制作。 同样，这几乎完全是通过基于二氧化碳激光器的系统完成的。 它们还可以对有机材料进行蚀刻和内雕，包括木材和皮革，以及石头。 

身体组织： 有相当多的外科手术和治疗性医疗手术都依赖于激光烧蚀。 这包括 LASIK 和 PRK，它们都使用准分子激光来烧蚀和重塑角膜。 每年在全世界范围内，这两种手术的数量超过 100 万例。 

在许多其他外科和牙科应用中，激光被用于烧蚀软组织和硬组织。 其中包括肿瘤切除、良性前列腺增生 (BPH) 治疗、碎石术（肾结石消融术）、颌面外科手术和各种形式的神经外科手术。 

多种 DPSS 激光器（包括 Er:YAG、Nd;YAG、Ho;YAG 和铥光纤激光器 (TFL)）被用于大多数外科手术应用。 所有这些激光器都会产生高功率中红外输出（接近水吸收峰值），它们的光也可以通过光纤传输。 这允许使用微创手术器械高效、高度选择性地去除组织。 

二氧化碳激光器不易通过光纤传输，广泛应用于口腔外科和耳鼻喉科。 二氧化碳激光器的巨大优势在于它能够烧蚀和凝固组织。 这减少了手术过程中的失血，并有助于患者快速康复。

Coherent 高意使烧蚀变得轻松

相干公司支持从开发到生产的激光烧蚀应用。Coherent 高意实验室在许多不同材料的烧蚀方面拥有丰富的经验，并提供可用于测试和开发工艺配方的几乎所有激光器类型。 

Coherent 高意针对工业和科学蚀刻应用提供范围广泛的产品。 这几乎包括所有类型的激光源、OEM 激光引擎（集成了激光、光束传输系统和控制器），以及完整的成套式激光器。 对于医疗烧蚀应用，我们为医用激光器和完整手术系统制造商提供激光增益和非线性晶体、光束传输光纤，以及完整的光纤组件。