Keraamilise laserlõikusmasina valimisel eeldavad paljud insenerid, et suurem laseri neeldumine tähendab automaatselt lihtsamat töötlemist. Tegelikkuses sõltub laserlõikamise jõudlus laseri neeldumise, soojusjuhtivuse, soojuspaisumise ja pragunemiskindluse vahelisest tasakaalust.
Kuigi räninitriid (Si₃N4) neelab laserenergiat paremini kui alumiiniumoksiid (Al2O3), on see äärmise termilise pinge tundlikkuse tõttu endiselt üks raskemini töödeldavaid keraamikaid.
Selles artiklis võrreldakse tööstuslikuks tootmiseks mõeldud QCW kiudlasereid, 355 nm UV-nanosekundilasereid ja pikosekundeid lasereid.
Materjali omadused, mis mõjutavad laserlõikamist
| Kinnisvara | Alumiiniumoksiid (Al2O3) | Räninitriid (Si₃N4) | Mõju laserlõikamisele |
| 1064 nm neeldumine | 5–10% | 25–40% | Alumiiniumoksiid nõuab sageli absorbeerivat katet; Si₃N₄ neelab paremini, kuid tekitab palju suurema termilise pinge. |
| 355 nm neeldumine | 40–50% | 50–65% | UV-töötlus on efektiivne mõlema materjali puhul, veidi parem neeldumine Si₃N4 puhul. |
| Soojuspaisumine | 7–8 ppm/kraad | 2,8–3,3 ppm/kraad | Väiksem paisumine põhjustab suuremat jääkpinget ja pragunemisohtu. |
| Soojusjuhtivus | 22–32 W/m·K | 16–22 W/m·K | Si₃N4 hajutab soojust aeglasemalt, suurendades soojuse akumuleerumist. |
1. QCW 1064 nm kiudlaser
Alumiiniumoksiid
Küps tootmisprotsess
Lai töötlemisaken
Stabiilne kontuuri lõikamine
Kõrge tootlikkus
Peamine piirang on madal infrapuna neeldumine, mis tavaliselt lahendatakse enne lõikamist absorbeeriva kattega.
Raskusaste: ★★☆☆☆
Räninitriid
Kuigi Si₃N4 neelab infrapunavalgust paremini, on see termiliselt pragunemisele palju altid.
Tüüpilised probleemid hõlmavad järgmist:
Läbi-paksusega mikropraod
Serva purustamine
Hilinenud pragunemine
Vähendatud lõikekiirus madala{0}}kihi skaneerimise tõttu
Protsessi aken on oluliselt kitsam kui alumiiniumoksiidil.
Raskusaste: ★★★★★
2. 355 nm UV-nanosekundiline laser
Alumiiniumoksiid
UV-laserlõikus on juba väljakujunenud tööstuslik lahendus.
Tüüpilised eelised hõlmavad järgmist:
Väike HAZ
Stabiilne mikro{0}}aukude töötlemine
Madal hakkimine
Kõrge toodangu saagikus
Raskusaste: ★★☆☆☆
Räninitriid
UV-laserid vähendavad oluliselt termilisi kahjustusi, kuid ei suuda termilist stressi täielikult kõrvaldada.
Tööstuslikuks tootmiseks on tavaliselt vaja:
Suurem laseri võimsus (20–30 W)
Mitme-käiguga madalraie
Kõrge -puhtusastmega lämmastiku abigaas
Optimeeritud jahutusstrateegiad
Võrreldes alumiiniumoksiidiga on töötlemisaeg tavaliselt 50–100% pikem.
Raskusaste: ★★★★☆
3. Pikosekundiline laser
Alumiiniumoksiid
Pikosekundilised laserid pakuvad:
Ligi{0}}null HAZ-i
Uuesti valatud kihti pole
Suurepärane serva kvaliteet
Stabiilne täppistöötlus
Raskusaste: ★★☆☆☆
Räninitriid
Ultralühikesed impulsid vähendavad oluliselt pragude teket, kuid Si₃N₄ nõuab siiski:
Madalam impulsi energia
Rohkem skaneerimispääse
Pikem töötlemisaeg
Tootmise efektiivsus jääb üldiselt 30% madalamaks kui alumiiniumoksiidil.
Raskusaste: ★★★☆☆
Raskuste võrdlus
| Rakendus | Lihtsam materjal |
| QCW kontuuri lõikamine | Al2O3 |
| UV täpsusega lõikamine | Al2O3 |
| Mikro-aukude puurimine | Al2O3 |
| Ultra{0}}õhukesed aluspinnad | Al2O3 |
| Pikosekundiline täppistöötlus | Al₂O3 (veidi) |
Miks on räninitriid keerulisem?
Suurim väljakutse ei ole laseri neeldumine.
Selle asemel ühendab räninitriid mitmeid ebasoodsaid omadusi:
Madalam soojusjuhtivus
Äärmiselt madal soojuspaisumine
Kõrge jääksoojuspinge
Suurem pragude tundlikkus
Kitsam protsessi aken
Seetõttu vajavad tootjad tavaliselt isegi UV- või pikosekundiliste laserite puhul:
Rohkem lõikamiskäike
Madalam energia läbipääsu kohta
Tugevam jahutus
Pikem töötlemisaeg
Need tegurid muudavad Si3N4 masstootmises oluliselt raskemaks töödelda kui alumiiniumoksiidi.
Soovitatavad laserlahendused
| Rakendus | Soovitatav lahendus |
| Kulus{0}}kontuuride lõikamine | 150 W QCW kiudlaser + alumiiniumoksiid |
| Täpne mikro{0}}töötlus | 355 nm UV-nanosekundiline laser |
| Õhukesed Si₃N4 substraadid | 20–30 W UV-laser + mitmekäiguline lõikamine + lämmastikuabi |
| Suurima töökindlusega Si₃N₄ komponendid | 355 nm pikosekundiline laser + täiustatud jahutus |
Järeldus
Kuigi räninitriid neelab laserenergiat tõhusamalt kui alumiiniumoksiid, muudab selle halb soojuse hajumine ja äärmiselt kõrge termilise stressi tundlikkus selle lasertöötluse jaoks üheks kõige keerulisemaks keraamikaks.
Suure tootlikkusega{0}}tööstusliku tootmise jaoks jäävad 355 nm UV-laserid Si₃N₄ täppistöötluse eelistatud lahenduseks, samas kui QCW kiudlaserid sobivad paremini suure-efektiivsusega alumiiniumoksiidi töötlemiseks.
Kas vajate täiustatud keraamika jaoks laserlahendust?
YCLASERon spetsialiseerunud Al₂O3, Si3N4, AlN, ZrO2, SiC, DBC ja DPC keraamiliste substraatide täppis-laserlõikamisele. Pakume tasuta proovide testimist, protsesside optimeerimist ja kohandatud laserlahendusi nii prototüüpimiseks kui ka masstootmiseks.Taotluse arutamiseks võtke meiega ühendust.
