华中科技大学机械科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
针对Al5083纳秒激光划片过程中产生沟槽和凸起两种轮廓的问题, 研究了不同工艺参数下产生轮廓与映射声信号的关系。开展Al5083薄板纳秒紫外脉冲激光划片试验, 观察轮廓的微观形貌, 探究轮廓形成机制; 采集声发射信号, 小波包变换后分析声信号的差异性, 并开展支持向量机分析。微观观测结果表明, 凸起轮廓的成形机制包括熔融金属溅出受阻和凝固时产生的大量气孔。声信号分析结果显示, 沟槽轮廓对应的小波包分解系数的方差和包络面积显著高于凸起轮廓; 以小波包分解后的频谱为特征向量, 添加标签后使用高斯核支持向量机分类, 分类准确度达92.57%, 验证了小波包变换和支持向量机的结合在基于声信号的轮廓监测中的可行性, 为构建基于声发射的激光划片监测系统提供可行的技术路径。
激光划片 声发射 小波包变换 支持向量机 laser scribing acoustic emission wavelet packet transformation support vector machine
1 重庆大学 机械与运载工程学院，重庆400044
2 中国科学院 光学系统先进制造技术重点实验室，吉林长春130033
3 哈尔滨工业大学 机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001
反应烧结碳化硅（Reaction Bonded SiC， RB-SiC）因具有密度小、导热系数大、热稳定性好等优异性能，被公认为是理想的空间大型反射镜制造材料。然其成形后在表面精密加工过程中易引入加工损伤，故本文开展柔性刻划实验，探究砂带柔性磨削工艺对该材料加工性能的影响。通过刚性/柔性两种接触状态下单颗金刚石磨粒刻划RB-SiC材料的对比实验研究，获得柔性刻划下平均亚表面损伤率为0.677，而刚性刻划下为0.823。基于此，开展不同法向压力、磨粒角度、刻划速度等条件下的正交刻划实验研究，结果表明，法向压力与磨粒角度对材料损伤的影响更为重要；同时，随着法向压力的增大、磨粒角度的减小以及刻划速度的增大，材料损伤程度增加。最后，通过多颗金刚石磨粒刻划实验研究，得出结论：与单颗金刚石磨粒刻划相比，材料表面无严重破碎及损伤，且亚表面损伤层深度小于10 μm。该研究将为砂带柔性磨削加工反应烧结碳化硅材料提供基础指导。
反应烧结碳化硅 金刚石磨粒 损伤 刻划力 RB-SiC diamond grain damage scribing force 光学 精密工程
2022, 30(14): 1704
合肥鑫晟光电科技有限公司，MDL技术部，合肥230012
通过对切割工艺进行实验设计，基于多刀头自动切割机的特点及同一刀头走形重复精度高且误差小的理论前提，使用同刀轮辅助裂片工艺进行研究。结果显示，在同刀轮辅助的裂片作用下，通过控制切割工艺，切割良率得到有效提升；通过调整辅助切割线的位置及切割压力，波浪纹的发生率得到有效控制。研究得出结论：1.在后切刀轮经过交叉点后，高速移动时直线性得不到保证，波浪纹可能发生；2.保证先切刀轮正常切割，降低后切刀轮的刀压及追加辅助切割线，可以降低交叉点对后切刀轮的不利影响；3.采用同一刀轮作为辅助刀轮，辅助裂片精度由0.5 mm大幅度提升到10 μm以内，波浪纹不良率从0.1%降低到0.01%。
薄膜晶体管液晶显示器 液晶玻璃 刀轮 切割工艺 不良改善 TFT-LCD LCD glass wheel scribing process defect improvement
1 华北光电技术研究所, 北京 100015
2 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
针对InSb探测器芯片,基于紫外皮秒激光器搭建了定制化的光学平台和振镜系统。通过固定激光脉冲的重复频率,探讨了低能量多刀数以及高能量少刀数等工艺条件,获得了适合InSb探测器芯片激光划片的工艺条件。结果表明,热影响与崩边情况均可满足项目要求。
InSb材料 激光划片 热影响 崩边 InSb material laser scribing heat effect chipping
华中科技大学光学与电子信息学院, 武汉 430074
用波长为532 nm的调Q倍频激光器作为光源，对非晶硅太阳能电池板进行高速激光划线实验。通过原子力显微镜对不同激光扫描速度下划线蚀刻深度、热影响区尺寸、切口倾角以及线能量密度等进行测量，分析了划线效果对电池效率的影响。结果表明，当扫描速度为0.3 m/s时，划线效果较理想。
激光技术 激光划线 非晶硅太阳能电池 划线表面微观形貌 开路电压 填充因子
电子科技大学 光电信息学院, 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 成都 610054
为了有效利用石墨烯和导电聚合物材料, 光雕石墨烯/聚3, 4-乙撑二氧噻吩(LSG/PEDOT)复合薄膜通过一种灵巧的光雕工艺制备出来。在此复合薄膜中, 每种组分对薄膜的电化学性能提升都有独特的贡献。循环伏安、交流阻抗及恒流充放电测试用来检测薄膜的电化学性能。结果显示, 在引入PEDOT纳米颗粒后, LSG/PEDOT复合薄膜显示出更好的能量存储能力。复合薄膜的比容量达到64.33 F/cm3, 是光雕石墨烯比容量(3.89 F/cm3)的20倍, 复合薄膜经过1000次循环后仍能保持初始容量的94.6%。复合薄膜电化学性能的提升主要是由于引入的PEDOT纳米颗粒既阻挡了石墨烯的层层堆叠, 又增加了整个薄膜的比表面积。此种灵活的光雕工艺还可以用来大规模制备超级电容器电极。
石墨烯 聚3 4-乙撑二氧噻吩 光雕工艺 超级电容器 graphene poly(3 4-ethylenedioxythiophene) laser scribing supercapacitors 强激光与粒子束
2016, 28(6): 064116
深圳光韵达光电科技股份有限公司, 广东 深圳 518000
介绍了激光氧化铝陶瓷基板划片的基本原理，由三维固体中的热传导微分公式描述激光与材料的热过程，对激光加工的氧化铝陶瓷基板表面的损伤阈值进行了计算分析。利用相干公司400 W 的E400 射频CO2激光器、IPG 公司YLR-150/1500-QCW-AC 150 W 准连续型光纤激光器搭建了激光加工平台，对1 mm 厚度内的96%氧化铝陶瓷基板进行了切割和划片加工实验。实验中，通过在陶瓷基板表面涂抹吸收剂，利用氮气作为辅助气体，解决了光纤激光器在连续波模式下加工时由于氧化铝陶瓷高反特性出现的切割和划片断点问题。实验表明，当光纤激光器工作在准连续波模式时，实现了无需对陶瓷表面进行涂吸收剂处理，直接用空气作为辅助气体对1 mm 厚度内96%氧化铝陶瓷基板的切割和划片。
激光光学 激光陶瓷划片 氧化铝陶瓷基板 激光加工 准连续光纤激光器 射频CO2激光器 激光与光电子学进展
2015, 52(10): 101404
1 广东工业大学 机电工程学院, 广州 510006
2 南京航空航天大学 机电学院, 南京 210016
3 江苏省精密与微细制造技术重点实验室, 南京 210016
为了提高划切蓝宝石的成品率和划切效率, 研究了脉冲绿激光(波长532nm)的偏振性、脉冲激光能量、激光焦点位置、扫描速率、扫描次数等工艺参量对蓝宝石基片划切质量的影响。结果表明, 脉冲绿激光划切蓝宝石基片时, 扫描方向平行于入射面线偏振方向, 焦点位置为负离焦50μm, 可以获得良好的微划槽;脉冲激光能量增加, 划槽深度和宽度增加;扫描速率增加, 切槽深度减小, 划槽宽度先增加后减小;扫描次数增加, 划槽深度和宽度增加。这些结果对合理选择激光划切蓝宝石基片工艺参量以获得较好质量的刻槽有一定帮助。
激光技术 激光划切 蓝宝石 532nm激光 工艺参量研究 laser technique laser scribing sapphire 532nm laser process parameters study
1 广东工业大学机电工程学院, 广东 广州 510006
2 南京航空航天大学机电学院, 江苏 南京 210016
3 江苏省精密与微细制造技术重点实验室, 江苏 南京 210016
采用波长为532 nm的脉冲绿激光对蓝宝石基片进行划切加工。首先研究单脉冲激光烧蚀加工蓝宝石材料，确定材料烧蚀阈值和产生裂纹阈值，分析激光能量密度与烧蚀凹坑深度和直径之间的关系，接着对纳秒绿激光烧蚀蓝宝石基片的热应力进行了分析，最后进行脉冲激光划切蓝宝石的工艺实验。研究结果表明：纳秒绿激光烧蚀蓝宝石材料主要是基于光热作用的机理。光热作用使得蓝宝石材料熔化、汽化，为材料去除提供条件，过大的热应力导致材料产生裂纹。综合考虑激光划切工艺参数（能量密度、扫描速度、扫描次数）以及材料表面处理方式等因素，获得了切槽宽度为20 μm，深宽比为7的良好切槽。
激光技术 激光划切 蓝宝石 光热效应 中国激光
2013, 40(12): 1203010
1 东莞宏威数码机械有限公司 研发中心, 广东 东莞 523018
2 清华大学 机械工程学院精密仪器与机械学系 光盘国家工程研究中心, 北京 100084
非晶硅薄膜太阳能电池制备过程中的激光刻线工艺要求刻线宽度在30 μm～50 μm之间，死区范围小于300 μm，刻线深度符合工艺要求。这不仅要求激光器具有较高的光束质量，而且要求光学系统具有较高的成像质量和较宽的焦深。设计了单激光器四分光路的激光刻线系统。采用设计的激光刻线装置，在1 400 mm×1 100 mm×3.2 mm玻璃基板上进行刻线试验，分别得到刻线P1，P2，P3的线宽为35 μm，50 μm和45 μm，死区范围(P1至P3的距离)为287 μm，最终深度分别为0.98 μm，0.24 μm和0.58 μm，刻线宽度和深度均符合薄膜太阳能电池制备工艺要求。
激光刻线系统 非晶硅薄膜太阳能电池 刻线 laser scribing system a-Si thin film solar cell scribing line
