セラミック基板のレーザー加工と応用
レーザー技術は、アルミナおよび窒化アルミニウムセラミック基板を処理するために電子産業で広く使用されており、30年以上の歴史があります。セラミック基板を独立した部品に分割するために、一連の部分的な（通過していない）高公差の穴をレーザーでスクライブ（ドリル）することができます。これらの穴は基板の深さの約3分の1であり、後で破裂するための優先的な断層線を生成します。他の技術を使用して、基板上のビア、スロット、トポグラフィ、および微細パターンを処理することも可能です（図1）。
一般的に使用されているセラミックの吸収特性により、CO2レーザーが最適なレーザーになっています。パルスCO2レーザービームのエネルギーはセラミック表面で吸収され、それによって局所的な加熱、溶融、気化を引き起こします。図2は、アルミナの0.0045インチのスクライブラインの上面図を示しています。これは、熱影響部のため、ガウスビームエネルギープロファイルの低エネルギーエッジの下で、比較的長いパルス（厚さに応じて約75〜300m）の間を示しています。 （HAZ）局所的な融解によって引き起こされます。
長年、CO2レーザーが長いシフトで機能する場合、ガスとエネルギーの面で多くのリソースを消費し、メンテナンス計画が必要になります。さらに、このアプリケーションで通常使用されるパルスパラメータは、密閉管CO2レーザー技術が適していないことを意味します。全体として、何年にもわたる大幅な改善の後、CO2レーザーは、信頼性とメンテナンスの問題の点で他の技術にまだ遅れをとっています。メンテナンス中、これらのレーザーのビーム品質は簡単に変更できます。達成できる最小のスポットサイズも、長波の影響を受けやすくなります。個々に、セラミックのレーザービーム吸収特性は、この技術がこの市場に長い間影響を与えることを可能にしてきました。
基板上の処理パス
新しいマーキング技術
Nd：YAGレーザーをスクライビングプロセスに適用する以前の試みは、1.064μmの吸収が弱すぎたために失敗しました。目的の効果を生み出すのに十分なエネルギーが表面層に堆積していませんでした。この目的のために、Synchron Laser Service（米国ミシガン州サウスライオンにある）は、より短い波長範囲のセラミックによるレーザー光の吸収を強化する表面処理技術を開発しました。このプロセスは、セラミック表面にすばやくわずかに浸り、必要な溶融と気化を生成するのに十分短い距離で近赤外線レーザーパルスの堆積エネルギーを強化します。この特許出願中の表面処理技術とSPIレーザー（英国サザンプトンにある）ファイバーレーザー技術を組み合わせると、達成されるプロセス性能は、CO2レーザーで達成できるプロセス性能をはるかに上回ります（図3）。
表面処理により、ファイバーレーザービームがセラミック上面に溶け込み、穴あけプロセスが開始されます。レーザーパルスと材料表面の間の相互作用の強化されたパワーは、一貫した表面スポットサイズを保証するカスタマイズされた高解像度ビームデリバリーシステムと組み合わされて、セラミック基板上でより小さなトポグラフィを実現できることを意味します（図4）。 Synchronは、さらに細かいスクライビングを処理できることを期待して、他の既存のレーザー技術も検討しましたが、結論として、独自の方法で目標速度を達成できる技術はなく、場合によっては少なくとも10倍遅くなります。
光ファイバーレーザー
CO2レーザーと比較して、ファイバーレーザーはより優れた一貫性と信頼性を示し、破壊後のエッジ品質を3倍以上改善するなど、より細かいトポグラフィーを処理できます（図3および図4）。図5は、達成可能なエッジ品質をさらに示しています。ここでは、矢印の形状をカットして作成された元のエッジについて説明します。重要なことに、新しいプロセスは、CO2レーザーでは達成できない生産速度を達成することさえできます。
0.0150インチの厚さのアルミナ基板では、スクライビング速度は1分あたり1300インチを超え、CO2レーザー（両方とも30％の深さ）の約2倍ですが、加工速度は少なくとも平均であり、ほとんどの場合です。速度がCO2レーザーを超えています。 Synchronによると、レーザーの代わりにモバイル制御システムを使用することで、生産が制限されています。
アルミナと窒化アルミニウムのセラミックは、この新しい方法で処理できます。アルミナを使用する場合、プロセスは最大約0.060インチの基板の厚さに制限されますが、より長い時間は、より過酷なアプリケーションではより厚い材料を必要とします。より厚い基板は、たとえば高輝度LEDアプリケーションで、より多くの熱放散を提供することもできます。
レーザー加工150mwカラス対策 レーザー
窒化アルミニウムセラミックは、熱伝導率が高いため、一般にアルミナよりも処理が難しいため、処理には比例して大きな電力が必要です。一方、ビームの最も密度の高い部分のみが必要なプロセスを生成できるため、より微細な形態を実現でき、材料の高い熱伝導率により、ビームエネルギープロファイルの両側のHAZが最小限に抑えられます。この新しい方法を使用した最初の結果は優れており、この材料を使用したプロセスは依然として微調整できます。
工芸品の改善
ファイバーレーザーは、一連の独自の特性を提供でき、幅広い材料加工で使用されます。たとえば、信頼性の高いガウスビームプロファイル（TEM00）は、表面で一貫したスポットサイズを達成および維持するために重要です。ファイバーレーザーはこの点で優れた性能を発揮し、すべての出力パワーは特に高品質のビーム分布を示すため、（独立した）大きな作動距離が可能になります。もう一つの利点は、小さなスポットサイズと高品質の光線が焦点で高輝度光に変換されることです。これにより、信頼性の高い処理、高精度、最小のHAZが実現されます。
ファイバーレーザーは、次のいくつかの方法で運用コストを大幅に削減できます。メンテナンスコストの削減、位置合わせやキャリブレーションの要件なし、稼働時間の延長、高歩留まりでの生産品質の向上。ファイバーレーザーはコンパクトで耐久性があるため、最も困難な産業環境に適しています。
Synchronの独自技術は、業界の新しい技術進歩の分野を突破します。つまり、家電製品の製造における他の材料の処理に匹敵することはできません。業界の巨人は比較的少なく、競争のコストが高い一方で、顧客のニーズの変化に柔軟に対応する必要があります。このような状況に直面すると、技術の進歩は重要な市場の獲得につながる可能性があります。 。
ファイバーレーザーと独自の表面改質技術の組み合わせによって達成されたプロファイルサイズの縮小は、電子製品グレードのセラミック処理のより細かいスクライビングへの扉を開きます。通常、月間出力は1,000万個を超え、携帯電話や音楽のニーズを簡単に満たすことができます。プレーヤー。バックライトおよび自動車用途向けの大規模な家電製品向けの高密度LEDの生産ニーズ。実際、一部の業界では、セラミック基板の穴を0.003インチ未満にする必要があり、精度は0.0005インチよりも優れています。CO2レーザーでこの解像度を達成するのは簡単ではありませんが、Synchronの新しい方法は大量生産でこのレベルに達しました（図6）。
表面処理は、スプレー、浸漬、または圧延が可能であり、多くの乾燥時間を必要としません。セラミック表面処理を適用しても、他のプロセスステップは増加しません。これは、確立されたCO2処理プロセスでは、一部のタイプのコーティングステップ（通常はスパッタ防止層）がより一般的であるためです。さらに、新しいプロセスによって生成された残留物は、活性が低く、量が少ないため、飛沫の問題が解消されるだけです。5000mw高出力レーザー
セラミック基板のより微細な形態をより高速で処理することは、設計、性能、およびコストの点でエレクトロニクス産業に利点をもたらします。ファイバーレーザーは、実行可能な競争に必要な重要な基準（通常、効果的な光学性能、プロセスの柔軟性、高出力、長期的なシステム操作、および信頼性）の間でより良いバランスを実現するのに役立ちます。 Synchronの場合、ファイバーレーザーは、以前は達成できなかったレベルのセラミック処理性能を確保するのに役立ちます。
