Anwendung von HF-CO₂-Lasern beim Schneiden und Formen nicht-metallischer Dünnschichten

Mit den jüngsten Fortschritten in der Filmtechnologie wurden nicht{0}}nichtmetallische Dünnfilme (normalerweise 0,1 mm bis 2 mm dick) in der 3C-Elektronik, bei Komponenten für militärische Zwecke- und in der Automobilherstellung weit verbreitet eingesetzt. Diese vielseitigen Folien erfüllen wichtige Funktionen, einschließlich der Abschirmung elektromagnetischer Interferenzen (EMI), wasserdichter Versiegelung, Wärmeableitung, Isolierung und Oberflächenschutz/-dekoration.

Aufgrund der komplexen Formen und der hohen Präzision, die erforderlich sind, stoßen herkömmliche mechanische Schneidwerkzeuge und Stanzformen häufig an erhebliche Einschränkungen. Folglich hat sich das RF-CO₂-Laserschneiden und -Umformen als die bevorzugte berührungslose Bearbeitungslösung herausgestellt.

CO₂-Laser arbeiten mit einer Ausgangswellenlänge von 10,6 µm, einem Spektralbereich, in dem die meisten nicht-metallischen Materialien hohe optische Absorptionsraten aufweisen.

HF-CO₂-Laserquelle der YL-Serie

Wie es funktioniert:

Der Laserstrahl wird aufgeweitet und auf die Folienoberfläche fokussiert. Die intensive thermische Energie verdampft das Material im Brennpunkt sofort und ermöglicht präzise und gratfreie Schnitte über verschiedene benutzerdefinierte Geometrieprofile.

Derzeit werden in der Filmverarbeitung hauptsächlich zwei Arten von CO₂-Lasersystemen eingesetzt:

1. Galvanometer (Galvo)-Scansysteme: Ideal für die Hochgeschwindigkeits- und Präzisions-Mikrobearbeitung.
2. Flying Optics CNC-Schneidsysteme: Geeignet für größere Formate und direktes Konturschneiden.

Unter diesen haben sich HF--angeregte Diffusions-gekühlte Slab-Wellenleiter-CO₂-Laser aufgrund ihrer überlegenen Strahlqualität, hohen Spitzenleistung, kompakten Stellfläche und wartungsfreien-Langlebigkeit zum Industriestandard entwickelt.

Das Ersetzen des traditionellen Stanzens durch RF-CO₂-Laserschneiden bietet mehrere deutliche betriebliche Vorteile:

• Werkzeugloser und digitaler Workflow:Computergenerierte Designs machen physische Formen überflüssig, was die Werkzeugkosten drastisch senkt und die Zeit bis zur Markteinführung verkürzt. Es übernimmt nahtlos sowohl das Rapid Prototyping als auch die Serienproduktion.
• Benutzerfreundlichkeit (WYSIWYG):Die Softwareintegration „What You See Is What You Get“ reduziert den Qualifikationsbedarf der Bediener und senkt die Arbeitskosten.
• Kosten-Effektiv und wartungsfrei-Kostenlos:Versiegelte HF-Laserquellen benötigen keine Verbrauchsgase und gewährleisten so einen langfristig stabilen Betrieb bei minimalem Wartungsaufwand.

Eine hochwertige -Qualitätsverarbeitung-, die sich durch saubere Kanten, keine Sägespuren-, minimale Hitze-beeinflusste Zonen (HAZ), kleine Schnittfugenverjüngungen und schlackenfreie Oberflächen- auszeichnet, hängt von der Optimierung mehrerer kritischer Parameter ab:

Wellenlängenauswahl
Kommerzielle HF-CO₂-Laser emittieren typischerweise über vier Primärwellenlängen: 10,6 µm, 9,3 µm, 10,2 µm und 9,6 µm. Da organische Polymere (z. B. PET, PI, PP) sehr wellenlängen-empfindlich sind, wirkt sich die Wahl der optimalen Wellenlänge direkt auf die Energieabsorption und die Schnittqualität aus.(Hinweis: Hochwertige RF-CO₂-Laser bieten eine wartungsfreie-Lebensdauer von über 20.000 Stunden, die durch einfaches Nachfüllen von Gas und routinemäßige Wartung auf über 100.000 Stunden verlängert werden kann.)

Optimierung der Laserleistung
HF-CO₂-Laser reichen von einigen Watt bis hin zu Kilowatt. Um die optische Stabilität und die Strahlkonsistenz aufrechtzuerhalten, wird die Arbeitsleistung typischerweise bei gehaltenNEINmehr als 80 % der maximalen Nennleistung des Lasers.

Fokussierungsoptik und Brennweite
Die Brennweite bestimmt direkt die Spotgröße:

• Fliegende Optiksysteme:Verwenden Sie typischerweise Objektive mit einer Brennweite von 1,0 bis 2,5 Zoll. Meniskuslinsen werden im Allgemeinen Plankonvexlinsen vorgezogen, da sie kleinere fokussierte Punktgrößen erzeugen.
• Galvo-Scansysteme:Verwenden Sie F-Theta-Feldobjektive mit Brennweiten von 80 mm bis 160 mm. Für ultrafeine Mikromuster-werden telezentrische Scanobjektive empfohlen, um einen senkrechten Strahleinfall über das Feld sicherzustellen.

Verarbeitungsgeschwindigkeit und Pulsfrequenz

Die Schnittgeschwindigkeit bestimmt den Wärmeenergieeintrag und die WEZ-Größe:

• Fluggeschwindigkeit der Optik:Typischerweise > 100 mm/s.
• Galvo-Scangeschwindigkeit:Typischerweise > 500 mm/s.

Notiz:Bei ultrahohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten (mehrere Meter/Sekunde) ist die Anpassung der Pulsmodulationsfrequenz des Lasers an die Scangeschwindigkeit von entscheidender Bedeutung, um gezackte Kanteneffekte zu vermeiden.

Einstellung der Fokusposition

Trotz der geringen Schichtdicke wirkt sich die optimale Fokusplatzierung (Oberseite, Mitte, Unterseite oder positive/negative Defokussierung) erheblich auf die Schnittgeschwindigkeit und Kantenschärfe aus.

Strahlqualität (M2) und Modus

Für die hochpräzise Filmverarbeitung wird ein Einzelmodus-Strahl (TEM00) mit einem kleinen Strahlqualitätsfaktor (M2 < 1,5) bevorzugt. Ein kleinerer M2-Wert führt zu einem engeren Brennfleck, einer höheren Leistungsdichte und einer schmaleren Schnittfuge.

Unterstützen Sie die Gasauswahl

Hilfsgas (Luft, N₂, O₂) erfüllt mehrere Schlüsselrollen:

1. Entfernt Verbrennungsrauch und Schmutz aus der Schneidzone.
2. Schützt die Fokussieroptik vor Verschmutzung.
3. Unterdrückt Verkohlung/Verbrennung oder unterstützt die Energieeinkopplung je nach Materialbedarf.