將獨(dú)特的電光調(diào)制器與高功率 CO2 激光器配合使用，可提供更高的速度和精度，助力徹底改變多項(xiàng)切割、鉆孔和雕刻應(yīng)用。

Coherent 高意在微電子生產(chǎn)、醫(yī)療器械制造等眾多領(lǐng)域的激光調(diào)制器技術(shù)上實(shí)現(xiàn)最新突破，對(duì)于一些要求極其嚴(yán)苛、大批量的材料加工任務(wù)而言，可提高吞吐量并降低成本。具體來(lái)說(shuō)，Coherent 高意的新型 CO? 激光電光開(kāi)關(guān)使得可以使用更高功率的激光器(高達(dá) 1 kW)，從而加速許多涉及聚合物、復(fù)合材料、有機(jī)物和陶瓷等非金屬的鉆孔、切割和雕刻工藝。

在這篇文章中，我們將了解調(diào)制器的工作原理，以及這項(xiàng)新技術(shù)如何幫助許多制造商大幅降低成本。

了解調(diào)制器

光調(diào)制器是一種用于根據(jù)施加的電信號(hào)來(lái)控制激光的脈沖波形和/或功率的器件。在最簡(jiǎn)單的實(shí)施中，可以按需阻擋或傳輸連續(xù)波(恒定輸出)激光束，且傳輸水平可變。

最廣泛用于此目的的兩項(xiàng)技術(shù)是聲光調(diào)制器 (AOM) 和電光調(diào)制器 (EOM)。聲光調(diào)制器包含一個(gè)透明晶體，其上附有一個(gè)壓電換能器。向換能器施加射頻信號(hào)會(huì)在晶體內(nèi)產(chǎn)生聲波。這繼而會(huì)使材料的折射率發(fā)生周期性變化，其作用類(lèi)似于衍射光柵。

改變輸入信號(hào)會(huì)改變聲波的振幅。這會(huì)導(dǎo)致更多或更少的光從主光束衍射出來(lái)，并射入到衍射級(jí)中。調(diào)制就是這樣實(shí)現(xiàn)的。

電光調(diào)制器使用電光晶體。當(dāng)這種材料被施加電壓時(shí)，就會(huì)旋轉(zhuǎn)線(xiàn)偏振輸入激光的偏振面。通過(guò)將線(xiàn)性偏振器放置在晶體的輸出端，就能在施加的電壓發(fā)生變化時(shí)實(shí)現(xiàn)光束調(diào)制。

聲光調(diào)制器和電光調(diào)制器的幾乎所有運(yùn)行特性和實(shí)用特性都存在差異。這使得這兩項(xiàng)技術(shù)分別成為某些特定應(yīng)用的理想選擇。與高通量材料加工相關(guān)的一些關(guān)鍵參數(shù)包括：

與聲光調(diào)制器相比，電光調(diào)制器的上升時(shí)間更快，但調(diào)制速度卻更慢，這似乎令人難以理解。下圖提供了這些術(shù)語(yǔ)的定義，應(yīng)該有助于闡明這個(gè)問(wèn)題。

調(diào)制器主要輸出參數(shù)的定義。如圖所示，上升時(shí)間和下降時(shí)間與調(diào)制速度沒(méi)有直接關(guān)系。

過(guò)孔鉆取

可得益于電光調(diào)制器特定特性的一種應(yīng)用是微電子制造中的“過(guò)孔”鉆取。過(guò)孔是在印刷電路板 (PCB) 上制作出的小孔，以使印刷電路板的不同層之間能夠進(jìn)行電氣連接。

PCB 板變得越來(lái)越小，以適應(yīng)更高的設(shè)備小型化要求，對(duì)于智能手機(jī)、5G 收發(fā)器和可穿戴設(shè)備等設(shè)備尤其如此。這些更加小型化的設(shè)備通常采用先進(jìn)的封裝技術(shù)，例如高密度互連 (HDI) PCB 和 IC 基板。這些技術(shù)所需的過(guò)孔比傳統(tǒng)方法所能實(shí)現(xiàn)的小很多，而激光器是制作這些新型電子封裝所需的小孔的絕佳工具。

CO? 激光器廣泛用于商用過(guò)孔鉆取系統(tǒng)，因?yàn)檫@些激光器能夠高效地加工許多電子封裝使用的材料，例如 FR4、PTFE、玻璃纖維復(fù)合材料和陶瓷。這些激光器甚至能夠燒蝕銅跡線(xiàn)。

CO? 激光器能夠鉆取出直徑約為 30 μm 的過(guò)孔。通過(guò)使用聲光調(diào)制器，這些系統(tǒng)能夠以超過(guò) 5,000 個(gè)過(guò)孔/秒的速度運(yùn)行。雖然這聽(tīng)起來(lái)已經(jīng)很了不起，但電子制造商還希望獲得更快的速度。

其中的原因很簡(jiǎn)單：提高吞吐量意味著成本會(huì)降低。

提高過(guò)孔鉆取吞吐量

典型的高速過(guò)孔鉆取系統(tǒng)將激光束分裂為四個(gè)獨(dú)立激光束。與使用單一光束相比，這樣可使整體吞吐量提高四倍。

將光束分裂為更多獨(dú)立光束可進(jìn)一步提高速度。但是，分裂光束也會(huì)使激光功率分散給各個(gè)光束。而且，各個(gè)光束需要一定量的功率來(lái)進(jìn)行鉆孔。

對(duì)此，顯而易見(jiàn)的解決方案是提高激光功率。在這方面，大多數(shù) CO? 激光過(guò)孔鉆取系統(tǒng)使用的聲光調(diào)制器存在局限性，因?yàn)槁暪庹{(diào)制器無(wú)法處理功率超過(guò) 300 W 左右的 CO? 激光。將 300 W 的光束分裂超過(guò)四次后，每個(gè)光束將無(wú)法獲得足夠的功率來(lái)完成鉆孔過(guò)程。

1 kW CO? 激光器可提供足夠的功率，支持將光束分裂多次，并實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體制造商所需的吞吐量提升。但是，這種方法需要使用能夠處理 1 kW 左右的 CO? 激光功率才會(huì)有效果。目前尚未有能夠做到這一點(diǎn)的聲光調(diào)制器，因此 Coherent 高意的 CO? 激光器電光開(kāi)關(guān)采用了 EOM 技術(shù)。

適合各種應(yīng)用的調(diào)制器

聲光調(diào)制器和電光調(diào)制器各有用途。因此，Coherent 高意提供可直接集成聲光調(diào)制器的低功率 (<50 W) CO? 激光器，例如 DIAMOND Cx-10 和 DIAMOND Cx-10LDE+。這些激光器適用于不需要很高吞吐量或?qū)Τ杀靖鼮槊舾械膽?yīng)用。現(xiàn)在，我們的 CO? 激光器電光開(kāi)關(guān)使系統(tǒng)制造商能夠支持需要很高吞吐量和高功率(高達(dá) 1000 W)激光器的應(yīng)用。我們制造的其他產(chǎn)品可使這款電光調(diào)制器如虎添翼，例如，在鉆孔、切割和打標(biāo)應(yīng)用中，我們的防飛濺和防碎片涂層可延長(zhǎng)因暴露于金屬飛濺和碎片而需要經(jīng)常清潔的 CO? 激光器光學(xué)元件的使用壽命。

審核編輯 黃宇