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超快、超精密光束转向技术在微材料加工中的发展

时间:2021-04-19 来源:新特光电 访问量:1052

具有声光偏转器和可配置驱动器的飞秒激光束的高精度转向可为微材料和微电子制造商提供最快的处理速度。制造商在设计微材料加工设备时必须考虑众多因素的复杂相互作用。在最简单的层面上,最终的结果往往归结为激光的极精确定位,以便以尽可能高的速率进行激光切割,激光钻孔,激光划线或激光打标。对于当前用于智能手机,平板电脑,可穿戴设备和物联网(IoT)设备的集成电路,所需的光束转向精度可能令人吃惊:加工设备必须能够钻出微孔并划出小于10μm的沟槽。用于微电子产品激光加工的光斑放置要求精度仅在几微米范围内,而几乎没有热影响区(HAZ)。此外,显示器制造商必须以不断缩小的分辨率在越来越大的基板上准确地放置和维修像素电路,从历史上看,用于微电子学和微材料加工的工业系统已经合并了线性平台,以在激光束下移动大型基板,该基板可以是玻璃,硅,印刷电路板(PCB)或其他材料。随着对越来越小的光斑尺寸和更精确的放置要求的增加以及激光脉冲频率的增加,工具制造商在检流计上安装了一对反射镜,以在x和y方向上控制激光束。但是,振镜最终在机械上受到反射镜质量和伺服器速度的限制。结果,当激光脉冲频率超过1MHz时,振镜就难以跟上并保持光斑放置精度。由于镜子的线性运动,“随机”进入变得特别困难。

近年来,随着超快脉冲激光器和1至5MHz脉冲频率的推出,声光偏转器(AODF)与振镜的组合使光束转向变得更快,更准确。AODF使用晶体和RF频率的换能器来产生压缩波,这些压缩波像光栅一样衍射激光束。改变那些压缩波的RF频率等效于改变光栅的间距。在微材料加工中,角度会快速变化,从而在微秒内重新定向脉冲。但是,AODF会增加系统的成本,并且偏转角度有限,会在较小的电弧(4至30 mrad)上“摆动”。此外,AODF所要获得的速度和准确性的内在优势,需要一个高性能的RF驱动器和一个高速接口来定义信号频率,所传递的激光功率(振幅)和均匀的相位。在许多应用中,所提供的增加的成本和复杂性完全可以通过工具性能的其他无法实现的改进来证明。

声光偏转器原理图

声光偏转器原理图

飞秒激光脉冲重复频率现在为5到10MHz,可以容纳小于10µm的光斑大小。随着成本的降低,生产设备供应商越来越多地将这些激光器集成到新的工具设计中。皮秒和飞秒激光的高峰值脉冲能量会导致激光波长处的烧蚀,该波长可能是IR,可见光或UV。烧蚀使多余的材料升华,这是一种纯净的解决方案,消除了后处理并改善了深度控制。

一些供应商选择紫外激光器是因为它们具有减小光斑尺寸和HAZ的出色能力。例如,英国古奇公司的4200系列AODF经过优化,可精确控制紫外激光。该产品的中心频率为210MHz,RF带宽为130MHz,在整个30mrad的扫描角度下,衍射效率通常为83%。现在,许多OEM制造商正在将其用于最新的微电子处理工具。

英国古奇声光偏转器AODF

英国古奇声光偏转器AODF

对于XY光束转向系统,需要一对AODF-每个轴一个。指导每个设备的控制器之间的时序必须严格同步,这一点很重要。声光偏转器(AODF)6000系列的驱动器功能之一是使用单个驱动程序系统一次即可独立控制两个AOD。AODF 6000驱动器用单个设备代替了两个驱动器及其相应的放大器,该设备由两个独立的15 W射频输出通道和双快速并行接口组成,该接口可以同时控制具有顺序或预加载制造模式的两个光束。因此,AODF 6000系列驱动器可以实现比单个RF驱动器高两倍的性能,并降低了功耗,占用空间和成本。

声光偏转器AODF驱动器

英国古奇声光偏转器AODF 6000系列驱动器

AODF 6000系列驱动器提供三个频段范围(20到150MHz,40到245MHz或140到450MHz)。默认情况下,驱动程序以独立模式运行,该模式由高速并行接口控制。此外,主机PC可以通过USB接口和简单的命令集来控制设备,从而可以根据具体情况控制和优化不同的功能。例如,具有相位控制的多路复用器模式可以使两个相同的输出信号动态地同相移相,以控制两个元件的相控阵AODF。波形可以预加载并全速播放以执行所需的消融模式。多音调配置使每个通道能够独立生成具有单独定义的幅度和相位的多个独特音调,以有效地将单个输入光束分成多个光束。

声光偏转器设备已经使用了三十多年。激光脉冲能量和重复频率高于1MHz的最新进展已导致对高速精确光束控制的需求。我们的AODF设备非常适合此应用。我们新的AODF驱动器的速度和可重新配置性功能是用于控制超高性能,高精度OEM应用(包括通过钻孔,微加工系统和光学检查系统)中的AODF设备的下一代解决方案。AODF 6000系列驱动器信息可在此处在线获得。

考虑购买的总体价值与构建自己的复杂光束转向解决方案相比,新特光电可能是个不错的选择。寻找一站式服务的技术专家,新特光电可以就诸如激光类型(波长,脉冲持续时间,光束形状)和材料特性(热,机械和光学)等关键细节,为您提供整套声光或电光系统组件的建议,欢迎联系我们。

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