火花飛濺的圖像以及大型的五軸激光系統(tǒng)的精確性已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)熟知的特點(diǎn)，正如設(shè)備制造商們?cè)诖笮凸ぞ哒�，比如在芝加哥每兩年舉行一次的IMTS上所展示的。最近，一系列新的激光工具已經(jīng)開始成為人們關(guān)注的中心，即激光微加工系統(tǒng)。
F? EAIL eABLBsx 這些激光產(chǎn)品為實(shí)現(xiàn)目前工業(yè)制造中復(fù)雜的要求提供了技術(shù)途徑。目前的工業(yè)制造中要求具有超高精度，工具尺寸幾乎是無窮小。制造業(yè)中日益嚴(yán)格的要求已成為事實(shí)，不論你是在一個(gè)硬幣大小的芯片上寫幾十億個(gè)電子指令還是在生產(chǎn)一根頭發(fā)絲大小的齒輪和支架。
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0^wJs 薄壁（0.010英寸）不銹鋼焊接的樣品，而后對(duì)管身和端蓋進(jìn)行拋光
WAWy 3 i WiBO8N,%` 激光微加工技術(shù)為一些用其他技術(shù)無法解決的問題提供了解決方案。比如，它使得加工過程無須進(jìn)行零件接觸，在零件上也沒有機(jī)械作用力，此外，它能夠得到幾乎是無窮小且不會(huì)破裂的工具�？梢允褂貌煌ㄩL的激光來加工特定的材料，而不影響同一個(gè)零件上的其他地方。激光器的能量可控性和輸出的一致性使得它可以得到微米量級(jí)的加工深度。對(duì)激光加工來說，材料的硬度不是一個(gè)重要的問題，這樣在陶瓷或者鉆石上鉆一個(gè)直徑為0.005英寸的孔，就和在不銹鋼、銅或FR4 PCB材料上鉆孔一樣了。因?yàn)榧す馐獍咝�，能量可控，所以利用激光來焊接精�?xì)部件，如箔這類金屬薄片，或者是進(jìn)行密封焊接都沒有問題。這樣，極小的孔，甚至是盲孔，使用合適的波長和光學(xué)元件也能夠很好的完成。激光技術(shù)最有用的特點(diǎn)之一就是激光束的波長。激光波長分為不同的顏色，可見光和不可見光。所有的材料吸收或者反射不同波長的光；硅，用于IC核心芯片（IC芯片的大腦）的制造，一般它不吸收大于1100 nm的光。玻璃，二氧化硅，或者常見的透明材料，能夠透過紅外波段的光（1064 nm），使得光波穿透材料且沒有任何影響。CO2激光，波長為10,600 nm，能夠被大部分的有機(jī)材料吸收而不管它們是什么顏色的。
B!iz=+RNC1 `Ir{ax&H.e 通常激光微加工系統(tǒng)利用了這些特點(diǎn)來做特別的工作。比如，在汽車收音機(jī)里的背光按鈕中包括了一個(gè)塑料按鈕，上面有一層白色油漆，在上面是一層黑色或者其他暗色。紅外波長的（1064nm）激光能去除黑色油漆，它會(huì)被激光吸收，但是，激光在白色油漆上被反射，這樣就不會(huì)破壞下面的白色。只要有一點(diǎn)光，你就能看到在“黑暗里發(fā)光”的收音機(jī)按鈕了。
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} QT[yw6Z 當(dāng)你有一系列多色的包裝用標(biāo)簽，需要寫“生產(chǎn)日期”和批號(hào)作為必要的永久標(biāo)記，在這里可使用CO2波長激光器（10,600 nm），它的光束可以被所有不論是白色的還是黑色的涂料和墨水吸收。
Th%2pwvER PY{])z3N 另一個(gè)問題是如何密封地焊接一個(gè)不銹鋼的可移植起博器，它必須在一個(gè)真空室內(nèi)被焊接。使用一個(gè)真空的手套盒，使用一套內(nèi)置的手套來加載和處理零件，在該設(shè)施的頂部插入玻璃窗，然后使用紅外波長（1064 nm）激光，它可以穿透玻璃，這樣就在真空腔內(nèi)的零件上得到了焊縫。
T#:n7$M|?A 5$;#=WAY 波長可選的加工過程的樣品。1064 nm激光燒蝕鑄�；衔�，但是保留了很小的焊線和焊點(diǎn)——IC失效分析
#G`U R gxf{/EjH 高頻且連續(xù)帶電的激光空腔，其調(diào)Q脈沖頻率范圍為1kHz到100kHz （有些脈沖激光甚至可以高達(dá)MHz范圍），而低頻脈沖激光器設(shè)計(jì)范圍為10Hz到100Hz。調(diào)Q頻率越低，停機(jī)時(shí)間就越長，每個(gè)脈沖的能量就越大。低的調(diào)Q頻率被用于切割，打孔和加工制造。高頻脈沖，其峰值功率較小，但是可用于焊接和熔化的平均功率更大，而切口和劃線不會(huì)受到熱影響區(qū)（HAZ）的負(fù)面效應(yīng)。
a W.[3M;?v i *9 Bu; 在脈沖激光器中，每次激光器調(diào)制脈沖，就有一次激光能量被送出。這些脈沖通常其能量層次要高于調(diào)Q激光器，而且對(duì)能量的控制要更好。脈沖激光器的脈沖能量十分連續(xù)，可被用于許多情況，或者是要求有精確的深度控制的情況，或者是要求在難以加工的材料中鉆深孔。
E%tGwbi7 fH6mv0 激光器的脈寬是在設(shè)計(jì)激光器腔體時(shí)就固定了的，很可能這是在微加工中最為重要的特性之一。在激光器的每個(gè)脈沖中，不論它是調(diào)Q激光器（工作在1KHz到100KHz）或者是脈沖激光器（工作在1Hz到100Hz），都有一個(gè)周期時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)脈沖的實(shí)際能量被釋放。這段時(shí)間間隔對(duì)激光器系統(tǒng)的任何過程來說都是至關(guān)重要的。如果脈寬很短，少于60納秒，在目標(biāo)材料上就會(huì)有燒蝕或者汽化過程產(chǎn)生，熱影響區(qū)域很小。許多關(guān)鍵的微加工過程可能對(duì)激光通過附近的區(qū)域或者組件沒有熱影響。在使用中的電氣設(shè)備上可以直接得到激光切口，而除了所需要的效果外，不會(huì)對(duì)它的電氣特性帶來其他改變。
NKJ+DD:' oBqWIXM 更長的脈寬，大于100 ns，每個(gè)脈沖有更小的峰值功率，但是因?yàn)槟芰吭谀抢锏臅r(shí)間更長，所以這些脈沖可以提供在很多激光應(yīng)用中有用的特性。當(dāng)材料過于敏感，而不能忍受更短脈寬的更高能量的沖擊，比如鉆石打孔或者切割，或者材料需要吸收更多熱量或激光來獲得切割和劃線時(shí)更干凈的邊緣質(zhì)量，如ITO微修時(shí)所要求的那樣，更長脈寬就是有利而非有害的了。
f 3t&Bcw$ N-cLp}D}WB 激光束一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)就是不論光束有多�。ㄉ踔列∮�25微米），它都不會(huì)在工件內(nèi)破裂，它也不會(huì)在零件內(nèi)部加工時(shí)變鈍。這種非接觸式的加工特點(diǎn)有著許多方面的優(yōu)勢(shì)。
0g&#hW};[6 }k7t#O 零件上沒有應(yīng)用任何力矩，所以只需很少量且不昂貴的固定裝置。許多系統(tǒng)都不使用固定裝置：零件被放置在視覺系統(tǒng)中，確定了位置和角度后被輸入發(fā)射激光的計(jì)算控制系統(tǒng)，而后對(duì)零件進(jìn)行加工。其他系統(tǒng)允許操作員在攝像機(jī)下放置一個(gè)零件，然后CAD圖像被“拖動(dòng)和放置”到正確的位置，然后進(jìn)行零件加工。
)*tV }}4u>1,~ 無限小的加工工具的想法很合乎人們的需要，因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的加工，特別是微加工中，工具越小，相應(yīng)的困難就越大。傳統(tǒng)的工具會(huì)斷裂，小的鉆頭會(huì)折彎或者移位，而銑刀甚至放電加工中的電極只對(duì)某一些最小特征尺寸起作用。
)~CnDk}^R =MCQNyf+ 利用改變波長和光學(xué)裝置，激光光斑大小可被調(diào)整到任意尺寸。小到25微米的切口寬度和小到25微米的小孔都成為可能，此外，通過使用掩膜和象平面的光學(xué)裝置，可以實(shí)現(xiàn)特征尺寸在微米甚至亞微米量級(jí)。
ICxj $b 6r3.%V.& 許多微加工應(yīng)用涉及了精確的深度控制（達(dá)微米和亞微米精度），例如潤滑油膜的凹腔，或者是液體循環(huán)設(shè)備的柔性材料上打的溝道。
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gDc \n}@}E L 脈寬和熱影響區(qū)效應(yīng)的實(shí)例——陶瓷上的15微米的小孔。
&Bfgvws; 左邊的小孔是由皮秒紫外激光得到的，右邊是由飛秒紫外激光得到的。
Aq~}<qkIF+ wx2 EMr 其他的例子可能需要在微米量級(jí)的誤差內(nèi)移除物質(zhì)層以保護(hù)下面的部分，例如在一個(gè)微型多層混合電路版中去掉銅的一層，而不破壞下面的其他層。另一個(gè)例子是在多線電纜中去除外面的絕緣層而不影響里面電線的絕緣性，而且整條電纜直徑只有200微米，絕緣層的厚度在微米量級(jí)。
$~s|%>@ d} {d5 -_a 太硬而不能用傳統(tǒng)技術(shù)來加工的材料是激光微加工的主要備選材料。比如鉆石，它被用于工業(yè)領(lǐng)域的很多場(chǎng)合，也被用于珠寶業(yè)和化妝品業(yè)。激光技術(shù)被用于生產(chǎn)水噴嘴，以及用于拉絲的硬模。對(duì)于水切割系統(tǒng)中的噴嘴，利用激光技術(shù)，小孔被打在一個(gè)鉆石嵌入頭上。這些噴嘴要承受的壓力超過55,000 psi，水的流速為3000 ft/s。小孔直徑范圍為50-400微米。
~n<U8cm O q` Z_ Bw 為了得到很細(xì)的絲，人們通過拉絲硬模對(duì)材料進(jìn)行撥絲作業(yè)；這就是為什么在這些條件下要選擇金剛石。
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