09年度激光回顾专题


1.激光清洗技术在石材行业清洗中的应用
激光清洗技术是近10年来飞速发展的新型清洗技术，它以自身的许多优点在众多领域中逐步取代传统清洗工艺。本文介绍了激光清洗的原理和激光清洗的一些典型应用，展示了激光清洗这一"绿色"清洗技术广阔的发展前景。
激光清洗就其清洗机理而言，可分为两大类：一类是利用清洁基片（也称为母体）与表面附着物（污物）对某一波长激光能量，具有差别很大的吸收系数。辐射到表面的激光能量，大部分被表面附着物所吸收，使之受热或气化蒸发、或瞬间膨胀，并被表面形成的蒸气流带动脱离物体表面，达到清洗目的。而基片由于对该波长的激光吸收能量极小，不会被损伤。对此类激光清洗，选择合适的波长和控制好激光能量，是实现安全高效清洗的关键。另一类是适用于清洁基片与表面附着物的激光能量吸收系数差别不大，或基片对涂层受热形成的酸性蒸气较敏感，或涂层受热后会产生有毒物质等情况的清洗方法。
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激光清洗设备

微水刀激光器切割


2.激光加工改善LED芯片效率
目前，照明工业有一些明显的局限性。白炽灯泡效率很低，灯泡将多达90%能量转变为热能，从灯丝上散发出来。虽然节能灯（又称“紧凑型荧光灯”）的销路似乎更好（因为灯管的寿命更久，也更有效率），但是它并不是长久之计，因为它含有汞，所以会给清理和销毁带来一定的问题。
目前在许多国家中，人们正开展国家级的发展计划，以期扩大LED作为照明手段的应用范围。这些国家包括美国以及亚洲地区中一些具有很大的技术发展潜力的国家，如日本、台湾、韩国和中国。由于灯光照明占了总耗电量的20%，这些发展计划旨在大规模节约能源，帮助消费者降低耗电成本，通过减少废气的排放降低温室效应，来改善环境。然而，在HB-LED照明市场的最大推动力是它们能够适应一些新的应用，在这些新应用中，有可能传统照明设备具有明显的劣势，也可能LED所具有的可靠性以及其他特殊的因素使得传统设备无法与之抗衡。随着HB-LED市场的迅速增长，微水刀激光器的市场也有望快速提高。
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3.激光应用于药片打孔加工
用于口服的药片和胶囊，其结构日益复杂，这使得制药商能够生产更多有用的药物以服务大众。激光打标和微加工技术在一些药物的生产上扮演了重要角色。
激光药片打孔系统其主要的功能组成部件由美国Control Micro Systems公司制造，该公司（网址www.cmslaser.com）位于佛罗里达州Winter Park。如图2所示，这个特殊的构造采用了两个激光打孔平台，能够对药片进行单面，或者双面打孔。功率在100W至500W的脉冲CO2激光器被用来进行加工，因为它的输出波长在10.6m，几乎能够被应用于药物的所有有机物吸收。而许多有机物是不吸收1.06 m激光的。这些有机物还能够很好地吸收紫外光，但是紫外激光器无法提供足够的功率以得到所需的生产率。在这项应用中，使用脉冲式激光更为合适，因为它能够输出更高的峰值功率，峰值功率高就使得加工速度更快，脉冲的激光还能够降低由加热带来的负面效果，如材料变色或者碎屑的产生。
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激光药片打孔

叶片激光仿形熔铸接长


4.激光熔敷焊技术在航空发动机生产中的应用
激光熔敷( 焊) 技术能用于高温合金、钛合金、镁合金和合金钢零件的表面局部强化，修复零件磨损表面，消除零件的铸造缺陷，愈合零件服役产生的早期热裂纹。目前世界发达国家都将激光加工技术广泛应用于航空发动机的制造和修复过程。在中国，自1990 年起激光熔敷技术就开始应用于航空发动机生产，当时主要解决某航空发动机涡轮转子叶片叶尖磨短接长问题，经过十多年的发展，激光熔敷技术已经用在各种航空发动机叶片与部件的强化与修复上。
航空发动机高压涡轮I 级叶片，在高温高速工作条件下，热膨胀伸长和湍流震动以及外封严环上的燃灰沉积等原因均会引起叶片与封严环的接触磨损，从而导致叶片叶尖磨短。据计算，叶片叶尖每磨短0. 1 mm，燃气温度升高10 ℃。某新型高推比发动机验证机的叶片叶尖被磨短0. 7 ～1. 2 mm 左右，温升达100 ℃ 左右，由此引起叶片及其热端部件热损伤，发动机的动力性能下降，更换新叶片不仅价格昂贵而且很难及时获得。采用激光仿形熔铸技术可以将磨短叶尖接长。
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5.激光加工在非晶硅薄膜太阳能电池制造中的应用
太阳能电池是利用光电转换原理将太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件，这种光电转换过程通常叫做“光生伏特效应”，因此太阳能电池又称为“光伏电池”。在过去的5年里，太阳能电池的开发应用已逐步走向商业化和产业化；太阳能电池已经在我国和一些国家大批量生产和应用；同时科研人员正在开发光电转换率更高、成本更低的太阳能电池。可以预见，太阳能电池在人们的生产、生活中很可能成为替代煤和石油的重要能源之一。
非晶硅薄膜太阳能电池简目前可生产的太阳能电池主要有多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池。多晶硅太阳能电池和单晶硅太阳能电池受上游晶体硅材料供应的短缺，导致越来越多的晶硅太阳能电池生产设备产量不足，不断上涨的晶硅价格也限制了晶硅太阳能电池的发展。
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刻蚀后的效果

SPI脉冲激光器雕刻银饰制品


6.光纤激光器应用于金属雕刻
金属雕刻是激光打标领域的一项典型应用，即用激光光束将特定部分的金属材料去除，从而实现想要达到的效果或标识。在金属雕刻应用中，激光光束就像雕刻时使用的凿刀，将多余的金属材料凿掉。激光金属雕刻分为浅雕和深雕两种。通常浅雕的雕刻深度为5～25祄；深雕的深度一般较深，具体深度取决于不同的材料、所用激光的功率以及雕刻的时间。
光纤激光器是过去5年中发展起来的一项新技术，具有可靠高、免维护以及光斑模式好等特点，已经在雕刻领域获得了广泛应用。与其他类型的激光器相比，光纤激光器由于具备脉宽短、重复频率高、峰值功率大等优点，在雕刻加工时，大大减少了热效应带来的负面影响，使得加工品质更加卓越，加工效率也大大提高。
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7.紫外激光器：智能手机制造中的利器
出于制造成本考虑，制造商需要生产功能更强大、但更小和更节能的设备，因此，激光技术在半导体以及微电子制造过程中的作用正在急剧增强。与现有的智能手机相比，下一代产品需要具备更强大的处理能力和高质量显示屏，而且这种趋势日益显著。零部件制造商已经逐渐转向具备高分辨率、高能量以及低损伤加工特性的紫外（UV）和深紫外（DUV）激光器来实现智能手机的生产。
智能手机所需的小物理尺寸与高性能需要较薄的内存晶片（用于先进的封装）以及组成低电介质的晶片，以改进功耗。这两种晶片对传统模具切割（采用锯）方式提出了挑战。特别是，低电介质具备高多孔性、柔软性以及低粘附性，令传统的锯切割难以应对。目前， “半切割”的激光划片已经成为用于切割低电介质最普遍的方法。
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LDI工作原理

激光检测


8.MIT与OPH 将病原体激光检测方案带到亚洲
7月2日消息，Micro Imaging Technology, Inc宣布与香港 OPH 有限公司建立了战略经营发展关系。OPH 将帮助该公司在亚洲寻找一位制造业合作伙伴。此外，OPH 还将通过其销售渠道为 MIT 1000 微生物快速鉴定系统开发亚洲市 PH 将与 MIT 目前的经销商密切合作，并会与 MIT 共同挑选确定其它战略合作伙伴，以拓展该公司 MIT 1000 产品在亚洲地区的业务。
OPH 有限公司主席大卫.哈里斯表示，“MIT 1000 技术是微生物病原体快速检测领域一个真正的革命性进步。”哈里斯先生进一步声称，“我们非常高兴能与 MIT 建立伙伴关系，将这些不可思议的技术革新带给亚洲的生产商与消费者。MIT 1000 系统速度快、准确性高并且能够节省费用，这些特点将帮助食品与药品制造商改善运营效率与财务状况，有助于提高这些制造商全球供应链的整体安全程度。”
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9.湿式VS干式切割--水刀引导式激光为微加工带来了福音
在过去的数年中，激光在许多应用中越来越流行，主要是由于它们具备柔性及加工速度。然而，今天传统激光器已经达到了它们的极限，在面对更精密的应用如晶圆划片时，会产生显著的污染，较低的生产率，以及热量问题。而一种新的方法能够克服这些问题，通过将激光束同水刀结合起来。通过利用水，切割深度得到增加，污染被防止，热影响也不复存在了。和传统基于激光的技术相比的不同，水刀导引激光在目前无法通过激光完成的应用中获得了成功。
激光通过镜片聚焦，使得焦点处的能量密度足够烧蚀材料。对于材料加工来说，焦点控制系统对于使激光正确作用于工件来说是必要的，因为景深是有限的。因此工作区域一般来说小于1mm（见图1，左）。这即使对低功率，有限衍射的激光而言也是一个问题。
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水刀引导式激光切割

不同能量激光加工出的孔型


10.激光在高密度PCB制造中的应用
便携多功能电子产品对印刷电路板(PCB)的要求很高。为了能将众多元器件紧密互联在有限面积内，并保持线路工作稳定。其电路板密度越来越高，如：孔径和线宽进一步缩小，相互之间距离与精度不断提高，径深比不断加大。电路层数可达十层以上。在同一层板上的微孔数达50000多个而间距却小到0.05mm，孔径要求小于150μm。这样的印刷电路板若采用机械钻削，存在钻头材质、冷却、排屑、加工定位等难以克服的困难，而应用激光加工则可较好地满足质量要求。
高密度PCB板是多层结构，它由绝缘树脂掺以玻璃纤维材料相隔，其问插入铜箔导电层。再经层压黏合而成。图1所示为4层板切面。激光加工的原理是利用激光柬聚焦在PCB表面，使材料瞬间烧熔、汽化形成小孔。由于铜和树脂是两种不同的材料，铜箔的熔化温度达1084℃，而绝缘树脂的熔化温度只有200～300℃。因此应用激光打孔时需对光束波长、模式、直径和脉冲等参数进行合理选取和精确控制。
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