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LIDE - 激光诱导深度蚀刻

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创新
50 μm到500 μm的薄片玻璃在很多工业领域有着巨大的应用潜力。但传统的机械切割与钻孔工艺导致了玻璃基板中大量的微裂隙与内应力残存,这使得薄片玻璃在微加工领域常常举步维艰。LPKF Vitrion 5000激光系统应用最新的LIDE(激光诱导深度蚀刻)工艺,通过非接触式精密激光使玻璃材料的微加工工艺达到前所未有的加工效率与生产质量。LIDE工艺让微系统领域的一些新设计成为可能,有着颠覆式创新整个产业链的潜力。

技术
传统加工工艺的局限性
•以传统工艺的机械切割和钻孔方式加工薄片玻璃通常引起微裂隙和内应力残存,这些因素会导致产品质量下降甚至元件的失效。质量的缺陷导致工业微系统领域使用玻璃材料并不理想。
•特别是对于厚度50μm至500μm的薄片玻璃基材,微系统领域应用常需的高孔径板厚比结构加工难以实现。这种嵌入式结构应用需要绝对细微和精密的加工技术。
•由于玻璃基材的易碎特性导致加工速度太慢而成本过高。


解决方案
LPKF公司最新研发的激光诱导深度蚀刻技术(LIDE)仅需两道工艺步骤即可解决难题。首先,根据设计图形对加工玻璃进行选择性激光改性,其所需的激光辐射源于经过特殊研发的专用光源。 加工时激光聚焦在部件(玻璃)内部,可产生对全厚度的改性效果。
激光改变了被加工材料的光化学属性,使其可以在接下来的工艺中进行有选择性的化学蚀刻。改性区域的被蚀刻速度远远高于未被改性过的材料。玻璃在蚀刻槽内的时间被精确控制以恰好产生设计需求的结构尺寸。



玻璃通孔TGV操作模式 

LPKF Vitrion 5000配备了高速气浮运动轴。在TGV操作模式中,高速运动轴做曲径路线扫描整个玻璃基材。系统根据TGV的设计图形发射激光脉冲与此同时运动轴全速移动。 这意味着激光脉冲的发射速度极快,因此在此种工作模式下激光处理速度可以达到每秒钟5000个玻璃通孔—可处理的玻璃材料厚度最高可达500 µm。

激光加工后,玻璃上的大量改性点可分布在最大510 mm x 510 mm区间内。这些点的位置误差±5 µm(Cpk >1.33)。改性区域在随后的蚀刻工艺中可以产生盲孔或通孔。改性区域无需其他任何措施即可通过蚀刻工艺从玻璃上下两侧同时移除, 产生沙漏形状的孔。

在玻璃的一侧使用保护膜可以在蚀刻过程中产生V形孔。 一般孔的锥度区间在3° 到 8°,这取决于玻璃属性和蚀刻材料的化学成分。

应用实例
玻璃基材上的微孔以及微孔组成的图形;质量绝佳,无任何微裂隙
每个微孔改性仅需单脉冲激光;微孔在随后的蚀刻制程中成形



微切割模式

LPKF Vitrion 5000系统也可操作为微切割模式。 在这种情况下,激光束按照任意的二维刀具轨迹移动。 激光脉冲均匀分布于这条轨迹上,被改性的区域延伸成了一个面,从玻璃一侧到另一侧。
和TGV模式一样,在蚀刻工艺中改性过的玻璃区域被移除。其移除的最小区域是10µm。 厚度不超过500 µm的玻璃,切削模式的改性速度最快可达100 mm/s。

应用实例

超薄玻璃器件中的微流控通道
微流控芯片
用于被动微定位的玻璃弹簧MEM 器件


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