1 上海市激光技术研究所，上海 200233
2 上海激光直接物标溯源工程技术研究中心，上海 200233
利用紫外纳秒标识系统对硅晶圆表面进行二维码直接标识试验研究。采用控制变量法，分别研究不同的脉冲占空比、重复频率、光斑重叠率对标识材料的热损伤、表面形貌以及二维码识读效果的影响规律。研究结果表明，脉冲占空比和重复频率对标识区域的环宽和热损伤影响效果明显，二维码的读取率和识读时间同时受占空比、重复频率、光斑重叠率影响。单脉冲能量在10.7~20 μJ范围内可以标识出符合SEMI标准的均匀、细腻、稳定、高识读率的无尘标识。
激光标识 硅晶圆 热损伤 识读率 laser marking silicon wafer thermal effects read rate
山东大学机械工程学院高效洁净机械制造教育部重点实验室，山东 济南 250061
使用皮秒激光时，通过改变激光标刻参数，可以在铝合金表面得到不同对比度的黑色图案。通过激光扫描显微镜对实验标刻样本表面进行测量，并通过电磁波理论建模对皮秒激光打黑机理进行分析。研究发现，激光标刻样本宏观基体表面存在微纳尺度的最大高度值不同的密集峰谷形貌。样本表面微纳峰谷形貌的最大高度值越大，表面反射率越低，从而形成对比度较大的黑色图案。通过样本灰度值得到的对比度与理论建模得到的对比度几乎一致，这证实上述机理是激光打黑铝合金的主要原因。
皮秒激光标刻 黑色图案 反射率 对比度 电磁波 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2314005
1 上海市激光技术研究所, 上海 200233
2 上海激光直接物标溯源工程技术研究中心, 上海 200233
3 东华大学理学院, 上海 201620
聚焦开发清晰、无飞溅、无碎屑且深度满足半导体晶圆后道加工工序要求的激光标识工艺, 实现清晰可辨、高洁净度的硅晶圆激光标识。采用波长532 nm的激光器研究平均功率、脉冲重复频率和扫描速度等激光工艺参数对晶圆标识质量的影响, 借助目视、显微镜和白光干涉三维轮廓仪来评估标识码的清晰程度、标识点的深浅程度和隆起高度以及热影响区。研究表明, 在低脉冲频率小于50 kHz时, 随着平均功率的上升, 标识码的清晰度逐渐增加, 但是硅渣的数量及其分布区域增大; 在高脉冲频率大于60 kHz时, 平均功率增加对标识码清晰度的影响及硅渣数量和分布区域的变化没有低频段表现明显。在平均功率为20%, 脉冲重复频率为60~80 kHz, 扫描速度为2 500~3 500 mm·s-1的工艺窗口内可以优化参数组合, 在硅晶圆上实现清晰可辨、无飞溅和碎屑污染, 字体深度为0.5~5 μm并且隆起小于1 μm的激光标识。
激光标识 标识深度 硅晶圆 532 nm激光 laser marking marking depth Si wafer 532 nm laser
1 上海市激光技术研究所, 上海 200233
2 上海激光直接物标溯源工程技术研究中心, 上海 200233
利用1 066 nm光纤激光晶圆标识系统开展晶圆标识工艺的研究, 通过控制变量法分别改变占空比、脉宽在晶圆表面标识SEMI T7码, 利用数码显微系统进行Dot形貌评估, 采用读码器进行读码测试。结果表明, 1 066 nm波长激光标识晶圆时有较宽的工艺窗口, 占空比10%~22%范围内Dot点形貌光滑、无飞溅; 脉宽对Dot点的形貌影响较大, 但是经读码器硬件和软件处理、优化后, 对读取时间影响较小。在占空比10%~22%及脉宽100~300 ns范围内, 均可以得到无飞溅、标识均匀、符合SEMI标识要求的标识。
1 066 nm光纤激光器 激光标识 晶圆 1 066 nm fiber laser laser marking wafer
红外与激光工程
2022, 51(5): 20210416
湖北工业大学机械工程学院现代制造质量工程湖北省重点实验室，湖北 武汉 430068
针对激光器单光束加工二维码输出能量大部分被浪费且加工效率低的问题，本文采用了一种多光束并行加工的方法来提高加工效率。仿真研究了QR码加工填充率和对比度对识别率和识别时间的影响，得到了一个二维码可识别范围。然后使用飞秒激光器基于空间光调制器的并行加工技术进行试验，对实验结果的对比度和加工填充率展开分析。分析结果表明，在二维码的识读评价标准范围内，加工填充率越大，识别率越低，识别时间越长；同样，对比度越低，识别率越低，识别时间越长。同时，对单束激光加工二维码进行了实验，分析了并行加工与单光束加工的加工时间等参数的对比，得到并行加工要比单激光束加工提高约10倍的效率。
QR码 激光标刻 并行加工 空间光调制器 QR code laser marking parallel processing spatial light modulator
1 上海大学材料科学与工程学院，上海 200072
2 上海银玛标识股份有限公司，上海 201601
为在包装铝材表面得到高灰度二维码，本团队使用纳秒脉激光对铝合金表面进行标记试验，探究了激光标记工艺对灰度的影响以及灰度变化的原因。采用CCD工业相机、紫外-可见光分光光度计、扫描电子显微镜和能谱分析仪对两种激光标记工艺（直接低速标记以及先高速再低速标记）标记前后的样本表面进行了灰度和光谱反射率测定以及微观形貌观察与分析。结果发现：各样本的灰度与光谱反射率变化存在一致的对应关系；采用第二种激光标记工艺得到的样本表面的灰度值达到了92%，反射率降为10%~17%；产生灰度变化的原因是激光诱导铝合金表面形成了富有微米级沟孔并吸附有很多纳米球状颗粒及絮状物的抗反射结构。
激光技术 激光标记 铝合金 纳秒激光 高灰度 抗反射结构 激光与光电子学进展
2021, 58(21): 2114003
以薄皮库尔勒香梨、硬皮山竹为材料, 研究水果自身性质及红外脉冲激光标刻参数对标刻效果及标刻后水果贮藏品质的影响, 分析了不同果皮含水量、果皮硬度和标刻速度对激光标刻颜色、线宽和连续性的影响, 并得到了在相对最优工艺参数下, 贮藏期间水果果皮标刻区域的局部形貌、标记稳定性及腐烂情况。结果表明, 果皮含水量、果皮硬度及标刻速度对薄皮、硬皮水果标刻效果均有显著影响, 且在贮藏期间, 标刻区域的标记稳定性较好, 对贮藏品质基本无影响。这为探究同种水果个体差异性和不同种水果的自身性质对激光标刻效果的影响提供了一定的借鉴意义。
果皮 激光标刻 果皮含水量 硬度 贮藏品质 fruit peel laser marking fruit peel water content hardness storage quality
长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
为保证半导体激光打标机F-θ镜头的扫描质量，实现系统像高与扫描角的线性变化，需对F-θ镜头给予一定的畸变量，并使其满足等晕条件。分析F-θ镜头工作原理及像差要求，根据1 064 nm半导体激光打标机的光源成像要求选择合适的玻璃材料，合理分配每片透镜的光焦度，以保证等晕成像；根据F-θ镜头线性成像要求，计算系统总畸变量为1.6%，系统总畸变量为系统的实际桶形畸变与相对畸变量之和；在光学系统优化设计时，引入这两项优化参数，优化过程中观察系统成像变化情况。设计结果表明：系统MTF曲线接近衍射极限，F-θ镜头相对畸变小于0.36%，各视场均方根半径均小于艾里斑直径，并且整个系统70%的能量集中在直径为16 μm的圆内，系统总畸变量为1.58%，满足设计指标要求。
F-θ镜头 畸变 等晕成像 半导体激光打标机 F-θlens distortion isoplanatic imaging semiconductor laser marking machine
1 上海市激光技术研究所, 上海 200233
2 上海激光直接物标溯源工程技术研究中心, 上海 200233
3 上海飞机制造有限公司, 上海 201324
激光直接零部件标识(Laser Direct Part Marking)技术是一种在工业环境中证实可行,可实现高度自动化且绿色环保的标识技术,已经成为工业产品追溯中产品标识的首选手段。本文基于控制灵活、激光参数调节范围更大的MOPA(MOPA, 主控振荡器的功率放大器)激光标识设备, 按照ISO/IEC TR 29158条码技术标准, 开展激光加工参数(如激光峰值功率、激光单脉冲能量、激光功率、填充间隔、扫描速度等)对激光直接标识(Direct Marking, DM)码质量(如条码等级、对比度、打印伸缩等)影响的研究。通过优化激光加工参数, 实现了在AL2024材料表面标识高质量DM码的激光标识工艺。
激光直接标识 二维码质量 激光标识工艺 laser direct-part marking MOPA MOPA AL2024 AL2024 data matrix (dm)quality laser marking processing
