Izvēloties keramikas lāzergriešanas mašīnu, daudzi inženieri pieņem, ka lielāka lāzera absorbcija automātiski nozīmē vieglāku apstrādi. Patiesībā lāzera griešanas veiktspēja ir atkarīga no līdzsvara starp lāzera absorbciju, siltumvadītspēju, siltuma izplešanos un izturību pret plaisām.
Lai gan silīcija nitrīds (Si₃N4) labāk absorbē lāzera enerģiju nekā alumīnija oksīds (Al2O3), tas joprojām ir viens no visgrūtāk apstrādājamajiem inženierijas keramikas izstrādājumiem, jo tas ir ļoti jutīgs pret termisko spriegumu.
Šajā rakstā ir salīdzināti QCW šķiedru lāzeri, 355 nm UV nanosekundes lāzeri un pikosekundes lāzeri rūpnieciskai ražošanai.
Materiāla īpašības, kas ietekmē lāzergriešanu
| Īpašums | Alumīnija oksīds (Al2O3) | Silīcija nitrīds (Si₃N4) | Ietekme uz lāzergriešanu |
| 1064 nm absorbcija | 5–10% | 25–40% | Alumīnija oksīdam bieži ir nepieciešams absorbējošs pārklājums; Si₃N₄ absorbē labāk, bet attīsta daudz lielāku termisko spriegumu. |
| 355 nm absorbcija | 40–50% | 50–65% | UV apstrāde ir efektīva abiem materiāliem, ar nedaudz labāku Si₃N4 absorbciju. |
| Termiskā izplešanās | 7–8 ppm/grāds | 2,8–3,3 ppm/grāds | Mazāka izplešanās rada lielāku atlikušo spriegumu un plaisu risku. |
| Siltumvadītspēja | 22–32 W/m·K | 16–22 W/m·K | Si₃N4 lēnāk izkliedē siltumu, palielinot siltuma uzkrāšanos. |
1. QCW 1064 nm šķiedras lāzers
Alumīnija oksīds
Nobriedis ražošanas process
Plašs apstrādes logs
Stabila kontūru griešana
Augsta produktivitāte
Galvenais ierobežojums ir zema infrasarkanā starojuma absorbcija, ko parasti atrisina ar absorbējošu pārklājumu pirms griešanas.
Grūtības pakāpe: ★★☆☆☆
Silīcija nitrīds
Lai gan Si₃N₄ labāk absorbē infrasarkano gaismu, tas ir daudz vairāk pakļauts termiskai plaisāšanai.
Tipiskas problēmas ietver:
Caur-biezuma mikroplaisām
Malu šķeldošana
Aizkavēta plaisāšana
Samazināts griešanas ātrums seklās{0}}slāņa skenēšanas dēļ
Procesa logs ir ievērojami šaurāks nekā alumīnija oksīdam.
Grūtības pakāpe: ★★★★★
2. 355 nm UV nanosekundes lāzers
Alumīnija oksīds
UV lāzergriešana jau ir nobriedis rūpniecisks risinājums.
Tipiskās priekšrocības ietver:
Mazs HAZ
Stabila mikro{0}}urbumu apstrāde
Zema šķeldošanās
Augsta ražošanas raža
Grūtības pakāpe: ★★☆☆☆
Silīcija nitrīds
UV lāzeri ievērojami samazina termiskos bojājumus, bet nevar pilnībā novērst termisko stresu.
Rūpnieciskajai ražošanai parasti ir nepieciešams:
Lielāka lāzera jauda (20–30 W)
Vairāku-pāreju sekla griešana
Augstas-tīrības slāpekļa palīggāze
Optimizētas dzesēšanas stratēģijas
Salīdzinot ar alumīnija oksīdu, apstrādes laiks parasti ir par 50–100% garāks.
Grūtības pakāpe: ★★★★☆
3. Pikosekundes lāzers
Alumīnija oksīds
Pikosekundes lāzeri nodrošina:
Gandrīz{0}}nulle HAZ
Nav pārstrādāta slāņa
Lieliska malu kvalitāte
Stabila precīza apstrāde
Grūtības pakāpe: ★★☆☆☆
Silīcija nitrīds
Ultraīsie impulsi ievērojami samazina plaisu veidošanos, bet Si₃N₄ joprojām prasa:
Zemāka impulsa enerģija
Vairāk skenēšanas caurlaižu
Ilgāks apstrādes laiks
Ražošanas efektivitāte parasti paliek par 30% zemāka nekā alumīnija oksīds.
Grūtības pakāpe: ★★★☆☆
Grūtības salīdzinājums
| Pieteikums | Vieglāks materiāls |
| QCW kontūru griešana | Al₂O3 |
| UV precīza griešana | Al₂O3 |
| Mikro-urbumu urbšana | Al₂O3 |
| Īpaši-plānas pamatnes | Al₂O3 |
| Pikosekundes precīza apstrāde | Al₂O3 (nedaudz) |
Kāpēc silīcija nitrīds ir grūtāks?
Lielākais izaicinājums nav lāzera absorbcija.
Tā vietā silīcija nitrīds apvieno vairākas nelabvēlīgas īpašības:
Zemāka siltumvadītspēja
Īpaši zema termiskā izplešanās
Augsts atlikušais termiskais spriegums
Lielāka plaisu jutība
Šaurāks procesa logs
Tā rezultātā, pat izmantojot UV vai pikosekundes lāzerus, ražotājiem parasti ir nepieciešams:
Vairāk griešanas piespēļu
Zemāka enerģija vienā piegājienā
Spēcīgāka dzesēšana
Ilgāks apstrādes laiks
Šie faktori padara Si₃N4 ievērojami grūtāk apstrādājamu nekā alumīnija oksīds masveida ražošanā.
Ieteicamie lāzera risinājumi
| Pieteikums | Ieteicamais risinājums |
| Izmaksu{0}}efektīva kontūru griešana | 150 W QCW šķiedras lāzers + alumīnija oksīds |
| Precīza mikro{0}}apstrāde | 355 nm UV nanosekundes lāzers |
| Plānas Si₃N₄ pamatnes | 20–30 W UV lāzers + vairāku -pāreju griešana + slāpekļa palīgs |
| Augstākās uzticamības Si₃N₄ komponenti | 355 nm pikosekundes lāzers + uzlabota dzesēšana |
Secinājums
Lai gan silīcija nitrīds absorbē lāzera enerģiju efektīvāk nekā alumīnija oksīds, tā vājā siltuma izkliede un ārkārtīgi augstā jutība pret termisko spriegumu padara to par vienu no vissarežģītākajiem keramikas izstrādājumiem lāzera apstrādei.
Augstas -ražības rūpnieciskai ražošanai 355 nm UV lāzeri joprojām ir vēlamais risinājums precīzai Si₃N₄ apstrādei, savukārt QCW šķiedru lāzeri ir labāk piemēroti augstas-efektivitātes alumīnija oksīda apstrādei.
Nepieciešams lāzera risinājums progresīvai keramikai?
YCLASERspecializējas Al₂O3, Si3N4, AlN, ZrO2, SiC, DBC un DPC keramikas substrātu precīzā lāzergriešanā. Mēs piedāvājam bezmaksas paraugu testēšanu, procesa optimizāciju un pielāgotus lāzera risinājumus gan prototipu veidošanai, gan masveida ražošanai.Sazinieties ar mums, lai apspriestu jūsu pieteikumu.
