皮秒激光器影響著特殊應(yīng)用領(lǐng)域
近日，三星、華為先后發(fā)布了折疊屏手機(jī)Galaxy Fold和HUAWEI Mate X，在點(diǎn)燃業(yè)界對(duì)手機(jī)新形態(tài)關(guān)注的同時(shí)，也讓OLED柔性屏成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。
相比傳統(tǒng)的LCD顯示結(jié)構(gòu)，以電流驅(qū)動(dòng)有機(jī)薄膜本身來(lái)發(fā)光的OLED屏幕響應(yīng)速度快，厚度也更薄（小于1.5mm）。這對(duì)用來(lái)支撐整個(gè)OLED的基板（透明塑料、玻璃、金屬箔）提出了超薄化要求。此外，OLED封裝對(duì)環(huán)境要求極為嚴(yán)格，需要隔絕氧氣和水汽，這也對(duì)密封的精密度提出了更高要求。要滿(mǎn)足如此高要求高精度的加工條件，超快激光加工技術(shù)成了最好的選擇。
超快激光加工原理
超快激光可以將光能集中在皮秒至飛秒的時(shí)間間隔內(nèi)，并將光聚焦到比頭發(fā)直徑還要小的超細(xì)微空間區(qū)域，使得電磁場(chǎng)的強(qiáng)度比原子核對(duì)其周?chē)娮拥淖饔昧€要高出數(shù)倍，從而實(shí)現(xiàn)許多地球上所不存在的、其他的方法也無(wú)法得到極端物理?xiàng)l件。同時(shí)，激光能量集中在如此短的時(shí)間內(nèi)，會(huì)獲得巨大的單脈沖能量和極高的峰值功率，高功率密度的激光脈沖能輕易地剝離外層電子，使電子脫離原子的束縛，形成等離子體。
由于激光與材料相互作用的時(shí)間極短，等離子體還沒(méi)來(lái)得及將能量傳遞給周?chē)牧希鸵呀?jīng)從材料表面被燒蝕掉，能在很大程度上避免長(zhǎng)脈寬、低強(qiáng)度激光造成材料熔化與持續(xù)蒸發(fā)現(xiàn)象（熱影響），確保了加工過(guò)程中不會(huì)對(duì)所涉及的空間范圍的周?chē)牧显斐捎绊懀蟠筇岣吡思庸べ|(zhì)量。超快激光加工也因此被稱(chēng)為“冷加工”。
此外，激光的非接觸式加工也可避免傳統(tǒng)機(jī)加方式切割容易發(fā)生崩邊、裂紋等問(wèn)題，具有精度高、不產(chǎn)生微裂紋、破碎或碎片問(wèn)題、邊緣抗破裂性高、邊緣保持了光學(xué)性能、無(wú)需沖洗、打磨、拋光等二次制造成本等優(yōu)點(diǎn)，降低成本的同時(shí)大幅提高了工件良率及加工效率。
當(dāng)前產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀簡(jiǎn)介
超快激光幾乎可加工所有的材料，包括金屬、半導(dǎo)體、鉆石、藍(lán)寶石、陶瓷、聚合物、復(fù)合材料和樹(shù)脂、光阻材料、薄膜、ITO膜、玻璃、太陽(yáng)能電池片等等。廣泛的適用性也為超快激光產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了巨大的市場(chǎng)容量，同時(shí)，伴隨著電子產(chǎn)品更新節(jié)奏加快，有著無(wú)可比擬優(yōu)勢(shì)的超快激光技術(shù)也獲得了更多的表現(xiàn)機(jī)會(huì)，超快激光器、精密激光加工設(shè)備也由此獲得長(zhǎng)足發(fā)展。
據(jù)OFweek研究中心數(shù)據(jù)顯示，全球工業(yè)激光器收入從2012年的23.4億美元增加至2017年的46.8億美元，近三年的市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)率分別為10.6％、24.2％和28.6％。其中超快脈沖激光器占比約為24％，預(yù)計(jì)2020年，全球超快脈沖激光器市場(chǎng)規(guī)模有望突破15億美元。
2012－2017年全球激光器市場(chǎng)規(guī)模及增長(zhǎng)率（單位：億美元）
數(shù)據(jù)來(lái)源：OFweek行業(yè)研究中心
目前超快激光器市場(chǎng)基本被國(guó)外公司主導(dǎo)，如美國(guó)相干、Spectra－Physics（光譜物理）、德國(guó)通快、EdgeWave、丹麥NKT光子等，他們占據(jù)全球近90％的市場(chǎng)份額。其中，創(chuàng)建于1961年的Spectra－Physics是第一家讓激光技術(shù)走向商業(yè)化的公司，憑借接近60年的技術(shù)積累成為全球頂尖的激光器供應(yīng)商之一。
國(guó)內(nèi)的超快激光研究起步較晚，但近年來(lái)政府、科研機(jī)構(gòu)及企業(yè)加強(qiáng)了對(duì)超快激光的重視程度，依靠政策傾斜及企業(yè)的大力投入，正在追趕國(guó)際先進(jìn)水平。在超快激光器方面，國(guó)內(nèi)的華日激光、大族激光、貝林激光、英諾激光、卓鐳激光、安揚(yáng)激光等，均致力于實(shí)現(xiàn)激光核心器件國(guó)產(chǎn)化。
而國(guó)內(nèi)的激光設(shè)備商中，大族激光、華工激光能提供全產(chǎn)線(xiàn)激光設(shè)備，利用資本優(yōu)勢(shì)及技術(shù)積累，在精密加工領(lǐng)域有著出色表現(xiàn)，而如德龍激光、盛雄激光、聯(lián)羸激光、逸飛激光等中小企業(yè)，也各自在脆性材料加工、動(dòng)力電池焊接等細(xì)分領(lǐng)域有不俗表現(xiàn)。
在光源選擇方面，與飛秒激光相比，皮秒激光不需要為了放大而展寬和壓縮脈沖，因此皮秒激光器的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本效益更高，性能更可靠，并且已足以勝任當(dāng)前市面上高精度、無(wú)應(yīng)力的微細(xì)加工。因此當(dāng)前皮秒激光器是超快激光加工的主流光源，飛秒激光器的市場(chǎng)還需1－2年的成長(zhǎng)時(shí)間。
紫外皮秒新方案
盡管從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，超快、超強(qiáng)是激光發(fā)展的兩大趨勢(shì)，飛秒激光甚至是比飛秒激光更快的下一代超超快激光，將在未來(lái)的醫(yī)療、科研應(yīng)用上具有更大的優(yōu)勢(shì)，但眼下更值得關(guān)注的仍是皮秒激光產(chǎn)品。
今年2月初，在激光器領(lǐng)域耕耘近60年的Spectra－Physics發(fā)布了首款具有顛覆性性?xún)r(jià)比的工業(yè)紫外皮秒激光器——IceFyre 355－30。據(jù)介紹，這款激光器能輸出波長(zhǎng)為355nm、平均功率大于30W、峰值脈沖能量大于60μJ、重復(fù)頻率可調(diào)范圍從單脈沖到3MHz的紫外激光。
Spectra－Physics紫外皮秒激光器IceFyre 355－30
同時(shí)，IceFyre 355－30還具有TimeShift? ps可編程脈沖靈活性、按需脈沖和位置同步輸出（PSO）觸發(fā)功能，提供前所未有的多功能性。TimeShift? ps可編程脈沖功能，可在一次脈沖串中通過(guò)調(diào)整脈沖串形狀、脈沖間隔和脈沖數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活的脈沖串模式操作，并且全部提供高紫外功率。
IceFyre 355－30是當(dāng)前市面上尺寸最小的紫外皮秒激光器。它將電源與激光頭合為一體置于堅(jiān)固而緊湊的封裝中，易于集成到機(jī)械工具上，使用更為便捷。此外，該激光器通過(guò)了廣泛的環(huán)境檢驗(yàn)測(cè)試，可靠性極高。該激光器實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)和計(jì)算機(jī)控制，在全天候運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，功率和光束指向穩(wěn)定性極為出眾，其高精確度和重復(fù)性十分適合要求嚴(yán)苛的應(yīng)用領(lǐng)域，如5G柔性印刷電路（FPC）、平板OLED顯示器、太陽(yáng)能電池、陶瓷、塑料以及其他材料和設(shè)備的高產(chǎn)量制造中的冷微加工。
Spectra－Physics激光器高級(jí)副總裁兼總經(jīng)理Dave Allen 表示：“IceFyre 355－30重新定義了紫外皮秒工業(yè)激光器的市場(chǎng)。憑借性能、穩(wěn)定性與低成本的組合極其引人注目，這款新型激光器將成為大批量精密制造、消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品中的應(yīng)用以及可再生能源和工業(yè)應(yīng)用的推動(dòng)者。”
據(jù)悉，Spectra－Physics的IceFyre 355－30激光器將于2019年3月20日至22日在慕尼黑上海光博會(huì)上展出。在以往國(guó)內(nèi)外企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)中，國(guó)產(chǎn)品牌往往主打性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)，而當(dāng)國(guó)外品牌也推出具有“能顛覆整個(gè)產(chǎn)業(yè)的”性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品時(shí)，國(guó)內(nèi)企業(yè)該何去何從？超快激光是否將步入性?xún)r(jià)比時(shí)代？讓我們拭目以待。
