超快激光加工的一個重要特性在于與材料的作用時間極短,在材料內(nèi)部形成的熱擴散距離短,因此顯著降低了熱影響區(qū)(HAZ)的形成。以有機材料為例,超快激光加工的熱影響區(qū)通常在5~20 μm左右。
然而正因為飛秒激光的單脈沖能量(Pulse Energy)相對較低,如果提高脈沖的重復(fù)頻率(Repetition Rate)來提高加工速度,單個脈沖帶來的低熱量也會因為脈沖重復(fù)頻率不斷疊加,加大了熱影響區(qū)域的形成,失去了超快激光加工低熱影響區(qū)域的特性。
這一矛盾制約了飛秒激光脈沖對材料的加工效率。所以在目前工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中,一些切割、鉆孔等微加工工藝仍然采用納秒激光,但其所帶來的熱影響區(qū)是無法達到超快激光加工的級別的。同樣以有機材料為例,納秒激光加工的熱影響區(qū)通常大于50 μm。
超快激光加工技術(shù)領(lǐng)域:
1、超快激光隱形切割技術(shù)
隨著手機等智能設(shè)備功能的不斷完善,顯示屏幕的尺寸和形狀變得多樣化,全面屏更是成為屏幕發(fā)展的主流方向。為了預(yù)留元件空間及減少碎屏的可能,屏幕非直角切割變得十分必要。超快激光隱形切割作為激光應(yīng)力切割技術(shù)的延伸,可在透明材料內(nèi)部誘發(fā)微小裂紋,微小裂紋在外力的引導(dǎo)下逐漸沿激光掃描路徑延展,實現(xiàn)透明材料的分離。
2、隨著對電子器件小型化與靈活性要求越來越高,催生了柔性電子這一新的應(yīng)用領(lǐng)域。柔性AMOLED屏幕的驅(qū)動系統(tǒng)——柔性薄膜晶體管(thin film transistor, TFT),要求其溝道長度小于10 μm,微納米圖案化是溝道制造的核心。
超快激光直寫技術(shù)主要利用材料對超快激光的非線性吸收,在作用區(qū)域引發(fā)物理化學(xué)性能變化,通過控制光束掃描實現(xiàn)二維或三維成型加工。超快激光直寫技術(shù)不需要掩膜,其加工分辨率可達到納米量級,“冷”加工機制特別適合對耐熱性差的柔性有機材料進行微納結(jié)構(gòu)加工。超快激光直寫還可用于微電路的制作,在敷銅層或鍍金層上直接加工出所需的圖案化線路,成為基于柔性有機聚合物基底的電子器件制造中具有優(yōu)勢的加工手段。
3、超快激光脈沖沉積技術(shù)
具有特定功能的薄膜材料是制造先進電子器件的基礎(chǔ),而柔性電子對薄膜厚度和質(zhì)量提出了更高的要求。
超快激光脈沖沉積技術(shù)因其高質(zhì)量的薄膜生長能力而備受關(guān)注,超快激光的高功率密度特性可以使任何難熔性材料氣化,而超短脈沖特性又使得它與材料作用時產(chǎn)生的顆粒更加細小,因此在薄膜制備特別是高熔點材料的薄膜制備方面具有重要意義。