材 料 加 工

在材料加工領(lǐng)域，皮秒脈沖激光器被認(rèn)為是優(yōu)于納秒激光器的新工具。皮秒脈沖的使用減少了材料的熱損傷，從而使激光能夠更廣泛地滲透到制造業(yè)領(lǐng)域，例如用于打標(biāo)、鉆孔和切割。

盡管如此，由于飛秒激光技術(shù)的特性及其對(duì)材料加工的顯著改進(jìn)，使得飛秒激光器在許多應(yīng)用中已經(jīng)成為“必須”的工具。IMRA America公司在2002年首次生產(chǎn)出用于材料加工的微焦量級(jí)的商業(yè)化飛秒FCPA激光器。[2]基于光纖技術(shù)，F(xiàn)CPA成為構(gòu)建高峰值功率、高平均功率和高脈沖能量飛秒激光器的常用手段。

大體上說(shuō)，飛秒脈沖激光器對(duì)熱影響區(qū)（HAZ）減少的水平，是其他激光器無(wú)法比擬的。接近手術(shù)水平地將能量輸送到工件，為FCPA在精密消費(fèi)電子零件制造（包括顯示器行業(yè)）領(lǐng)域的應(yīng)用打開(kāi)了大門。

飛秒激光器在切割硅晶圓方面的應(yīng)用一直備受關(guān)注，因?yàn)轱w秒激光脈沖的高峰值功率，可用于消融硅晶圓和其他沉積在硅晶圓表面的材料，并且對(duì)相鄰組件的影響或熱損傷最小。通常，這些硅晶圓預(yù)先配置了切割通道。這些通道也用于芯片分割之前的探測(cè)和測(cè)試。因此，切割通道填充有傳感器和探測(cè)點(diǎn)。在這種情況下，飛秒光束用于去除那些附加的表面層，同時(shí)支持硅晶圓的隱形切割。由于飛秒激光脈沖在堅(jiān)硬、透明藍(lán)寶石襯底中獨(dú)特的強(qiáng)非線性吸收，飛秒激光器也是從藍(lán)寶石晶圓中分離出高亮度LED芯片的理想選擇。

玻 璃 加 工

一直以來(lái)，消費(fèi)電子行業(yè)切割和加工玻璃的主要方法都是機(jī)械方法。然而，使用飛秒脈沖激光加工玻璃的應(yīng)用正在興起。通孔鉆孔是一個(gè)例子，利用飛秒光束輻照玻璃，引起折射率變化。然后在酸浴中刻蝕玻璃，去除被輻照區(qū)域。這些零件用于多芯片平臺(tái)，產(chǎn)生高密度和快速芯片連接結(jié)構(gòu)，使得垂直集成IC成為可能。

另一種應(yīng)用是在玻璃上刻圖和去除薄膜，就像對(duì)導(dǎo)電氧化銦錫（ITO）薄膜、電致變色薄膜和其他薄膜所做的處理一樣。

玻璃焊接也是一個(gè)感興趣的話題，因?yàn)樗皇褂谜澈蟿┗蛱盍?。這一點(diǎn)對(duì)于微電子封裝行業(yè)非常重要，因?yàn)樗藘?nèi)部污染和除氣的問(wèn)題，并且省去了吸氣劑的使用（專門添加的物質(zhì)用于吸收這些不需要的物質(zhì)）。在這個(gè)過(guò)程中，兩個(gè)玻璃零件光學(xué)接觸，并暴露于飛秒激光束中：飛秒脈沖的高峰值功率在玻璃中引起多光子吸收，局部熔化玻璃，以此將兩個(gè)零件焊接在一起，并產(chǎn)生持久的氣密封（見(jiàn)圖2）。

從頂部看到，兩個(gè)玻璃基板已經(jīng)通過(guò)飛秒激光焊接，留下四條由光學(xué)條紋包圍的垂直焊接線；插圖所示為其中一條線的特寫，表明焊縫寬度為100μm。

汽 車 行 業(yè)

飛秒脈沖激光在制造業(yè)的應(yīng)用將持續(xù)發(fā)展和擴(kuò)張。由于汽車行業(yè)需要高穩(wěn)定性、高可靠性以及創(chuàng)新性，因此飛秒脈沖激光備受汽車行業(yè)的關(guān)注。例如，目前飛秒激光器已經(jīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)零件（包括活塞）的大批量處理（見(jiàn)圖3）。

一家主流汽車制造商生產(chǎn)的飛秒激光紋理加工的活塞；表面紋理應(yīng)用于裙邊區(qū)域，以減少摩擦，提升潤(rùn)滑功能。

提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的努力，正在推動(dòng)減輕車輛重量和提高運(yùn)行效率方面的工作。發(fā)動(dòng)機(jī)由更輕的鋁合金制成，而表面紋理和排線被應(yīng)用于移動(dòng)部件，以減少摩擦同時(shí)提高耐久性。這些合金的使用，迫切需要減少磨損和延長(zhǎng)使用壽命的工程解決方案。與其他技術(shù)相比，例如機(jī)械刻劃表面、長(zhǎng)脈沖激光打標(biāo)，或者表面噴丸處理，飛秒激光交叉排線能夠有效地?cái)U(kuò)散相關(guān)油膜，并且顯著改善油保留。

這種紋理通常應(yīng)用于活塞的裙部區(qū)域，經(jīng)歷大部分接觸，結(jié)果表明在2000rpm的轉(zhuǎn)速時(shí)，可減少高達(dá)25%的摩擦。飛秒激光器的使用還避免了劃線區(qū)域毛刺的形成，從而省去了對(duì)去毛刺工藝的需求，進(jìn)一步提高了制造效率。

FCPA在從醫(yī)療到汽車等各個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域的商業(yè)化，一直是可靠和創(chuàng)新產(chǎn)品工程的驅(qū)動(dòng)力。特定應(yīng)用的可靠性、激光行業(yè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試協(xié)議的發(fā)展相結(jié)合，使得飛秒激光在要求嚴(yán)苛的應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)不間斷運(yùn)行成為可能。