数字化与数据化思维在激光加工装备中的应用及发展方向

激光精密微细加工设备较多，主要应用如下。

1.凹版压印辊激光并行高速精密刻蚀设备

随着高质量工业激光光源制造水平的不断成熟，激光加工工艺不断完善，数字化激光加工装备不仅成为传统制造行业（产业链最长的纺织行业、印刷行业、钢铁行业）转型升级的原动力，而且也必将成为新兴产业（微电子行业、显示器行业、芯片制造行业、航空航天等行业）的核心加工工具之一。同时，数字化的理念、数据流的思想也逐渐融入激光加工装备的系统中。在工业化进程的不断推进中，加工数据将呈现指数级的增长。因此，大能量、高速的激光光源，激光束并行传输的高速控制单元，加工激光束的高速运动机构将成为支撑海量激光加工数据传输的重要物理设施，也构成高速激光并行加工的核心技术。

目前，在凹版印刷行业中，压印辊的制备工艺逐渐被激光精密刻蚀技术所取代。激光刻蚀出来的高质量压印辊分辨率已经提升到20000dpi。然而这种高端压印辊以及制备此类压印辊的设备几乎被国外（美国、德国）完全垄断。主要原因一方面是制备该压印辊的控制技术复杂，另一方面也就是最主要的问题在于激光精密加工效率较低。因此并行加工技术已经成为此类激光装备的核心技术。

通过采用大能量高重复频率的皮秒激光光源结合激光光束的多通道分束技术，高速扫描技术以及多运动机构的协同控制技术，将为此类设备的国产化和高端压印辊的制备提供有力的技术支撑，从而打破在印刷行业、纺织行业等此类高端设备完全依赖进口的局面。

通过对上述核心技术的研发，此类高端激光压印辊设备的性能指标将获得大幅度的提升，具体指标如下。

（1）激光光源：10 ps，100 W，2 MHz的皮秒光源；500 ns，2000 W峰值功率，2 MHz的纳秒光源。

（2）聚焦点尺寸：10～30μm。

（3）点间距：5μm。

（4）灰度分级：25级。

（5）单向扫描速度：大于10 m/s。

2.PCB/陶瓷电路板高速激光精密加工装备

随着微电子技术的飞速发展，以及大规模与超大规模集成电路的广泛应用，印制电路板（PCB）的制造逐步向集成化、微型化发展。因此PCB的精密制造成为支撑微电子行业的基石。

PCB的制造是指在覆铜箔板上，有选择地进行微孔加工、蚀刻布线、安装器件等加工。激光作为一种非接触型的绿色加工工具，在PCB的切割、打微孔领域起到越来越重要的作用，并成为PCB加工的主流手段。

随着激光加工精度的不断提高，高的加工速度、高的加工精度、海量的加工数据，以及更低的加工成本，将成为PCB加工设备的主要发展方向。因此，更高重复频率的光源、并行加工的方式、快速扫描的运动机构，以及加工区域热效应的有效控制成为提升该领域激光加工装备的技术核心。具体加工装备的指标如下。

（1）激光光源。

纳秒紫外：～50 W，flex材料，微钻孔。

皮秒紫外：～20 W，绝缘基底，盲孔加工。

飞秒绿光：～10 W，wafer的切割。

（2）扫描用光学系统。

既要速度也要范围：振镜+AOD的模式。

振镜提供：快速的光束定位。

AOD提供：超快光束运动和精密加工。

（3）加工尺寸。

切割，裂片：小于30μm。

钻微孔：～10μm。

微连接：小于1μm。

3.5G通信模块激光高速精密焊接装备

激光通信技术已经进入了5G时代，伴随着通信速率越来越高，应用端对通信光模块的制造精度和封装工艺水平要求也越来越高。激光精密加工技术及装备正成为5G通信模块封装和制造的核心加工装备，也是5G通信模块制程工艺中不可缺少的环节。例如，同轴器件激光精密焊接、PCB&FPC的激光切割、激光紧密锡焊、激光二维码标刻，等等。(www.xing528.com)

在众多激光精密加工工艺中，5G通信模块同轴器件的激光精密焊接技术难度较大，也是保证5G模块通信光信号耦合效率及通信质量的核心单元技术。该器件焊接的精度（包括轴向、径向、角度位移）直接影响器件的耦合效率，5μm的焊接偏差将导致50%的耦合效率的下降，因此在该器件的焊接过程中，3个（多个）焊点的一致性（位置的对称性、能量的平衡性、焊接过程中的同时性）是非常重要的技术指标。光束分束技术、能量精确控制技术、脉冲时序同步技术、焊接光斑形状对焊点形貌的影响等方面是支撑此类应用激光装备的核心技术。

通过对上述核心技术的研发，须在激光能量的动态分配、脉冲的实时调控、焊接工艺参数的精确控制方面实现突破，具体指标如下。

（1）分束的能力：3束。

（2）子光束的能量一致性：大于99%。

（3）焊接点的深径比：大于80%。

（4）焊接直径误差：小于0.05 mm。

（5）焊接深度误差：小于0.02 mm。

4.显示屏激光精密修复设备

显示材料技术是信息产业的重要组成部分。OLED具有比LCD更快的响应速度、更广的视角、更高的色彩饱和度和更宽的工作温度范围。OLED构造相对简单，在重量、厚度上与TFT-LCD相比更轻薄，还可以实现柔性显示和透明显示。随着市场化需求的持续推进和消费类电子产品的不断升级，AMOLED屏将逐渐成为主流显示器件并不断扩大市场份额。

然而，AMOLED制程工艺的改善是一个长期、持续的过程。短时间内由于制程工艺等原因，AMOLED屏在点亮时屏上可能会有一些异常亮点缺陷。AMOLED显示器件能显示出视场的明暗以及丰富的色彩变化，这是因为面板上每个R、G、B子像素能根据驱动电路独立地进行相应的明暗变化显示。生产过程中不可避免存在缺陷的子像素，例如亮点、暗点、闪点、碎亮点等，这些缺陷会导致部分区域显示不良。通过激光修复或淡化后，可提升面板良品率，降低面板企业的生产成本。而当亮度变化时，亮点与周围像素对比度高，人眼很容易就能察觉到屏上的亮点缺陷，从而影响显示效果和用户体验。由于这些异常亮点缺陷的存在，可能会使AMOLED屏的品质等级下降甚至报废，直接影响良品率和出货。

AMOLED屏的亮点缺陷修复原理是将屏点亮以后，利用AOI监测找到亮点缺陷在屏上的位置，采用自动对焦系统确定亮点缺陷方位，将高重复频率、高峰值功率、高光束质量的固体激光束聚焦到该子像素对应的阴极区或TFT（薄膜晶体管）电路进行切割作业，使其子像素两侧电势差为零，电路断路，将缺陷像素处于不导通状态，将亮点缺陷修复成暗点，最小切割精度可达到±1μm。

激光精密加工技术及其装备已经成为AMOLED屏亮点缺陷修复的核心工艺，并支撑AMOLED屏的良品率提升。其中激光功率的稳定性控制系统，光强空间的匀化系统，高精度的缺陷定位系统，以及配套的激光精密修复参数成为支撑此工艺的核心技术。围绕AMOLED的修复要求，相关技术指标如下。

（1）自动显微对焦系统设计，利用AOI功能自动寻找不良点并精确定位，定位精度控制在±5μm以内。

（2）高稳定性纳秒激光器，可调节光斑大小，最小切割线宽1μm，切割精度±1μm。

（3）采用高功率密度激光辐射能够在短时间内完成消光性能良好的金属沉积薄膜，沉积宽度不大于2μm，沉积厚度在500～7000Å之间可调，沉积电路阻值小于50Ω，实现导通。

5.5G天线LCP材料激光精密加工装备

LCP是一种热塑树脂聚合物，它具有良好的耐热性、低吸湿性、低吸湿膨胀系数（CHE）、低热膨胀系数（CTE）及良好的介电性能。然而，在激光加工时，LCP材料极易出现碳化现象，材料的结构性破坏容易改变LCP的吸湿性、热膨胀性，同时对于热塑成型后的薄膜或者柔性板的结构强度以及高频特性均有影响。采用超快（281fs/350fs）激光加工能缓解加工中的碳化程度，远远超过材料（LCP）损伤阈值的极高的单脉冲能量（GW），可以使材料瞬间气化，由于激光作用于材料的时间极短，加工产生的热量和残渣通过飞溅的形式迅速离开工件表面，热量来不及传到材料周边，从而获得较小的热影响区以达到低碳化或无碳化的加工效果。但是，针对不同尺寸、幅面加工要求的材料，激光的加工参数如重复频率、功率、离焦量、扫描速度、填充方式等对实际加工效果均有影响。

围绕LCP材料的加工的要求，相关技术指标如下。

（1）LCP材料切缝宽度：不大于20μm。

（2）热影响区宽度：不大于10μm。

（3）切割速度：不小于1 m/s。

（4）同步10焊点以上的焊点直径：不大于100μm。

（5）焊接速度：不小于120点/s。

6.激光宏制造设备

（1）高性能、动态焦点激光切割设备。（具体指标由应用确定）

（2）高性能激光焊接设备。（具体指标由应用确定）

（3）高速、高性能激光熔覆设备。（具体指标由应用确定）

（4）高性能激光清洗设备。（具体指标由应用确定）