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【超全解析】用于智能制造的滨松激光解决方案

作者: 发布时间:2019-09-26 19:53

讲到滨松的激光技术,最早要从参与激光核聚变研究开始讲起。为实现激光核聚变的能源开发,滨松与大阪大学的激光工程学院合作,共同推进用于固态激光激发的高功率输出LD的研发以及相关技术的研究。

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滨松四大事业部之一的激光事业部

在不断成熟的过程中,滨松也希望将自身的激光技术带入产业应用中。以此为原点,积极推进了各类激光技术的研发。逐渐拥有了包括了半导体激光器、固体激光器、激光器配套附件、以及有着全球专利的隐形切割等产品。

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正在工作的滨松隐形切割引擎(SDE)

世界首创也是唯一可进行晶圆内部切割的技术,与多个知名厂商有着紧密合作关系

随着中国制造2025的不断深入推进,激光技术已成为一种不可或缺的支撑技术,在晶圆切割、手机屏幕粘贴、玻璃切割、塑料焊接以及表面处理等众多应用中都不可替代。而针对这些应用,滨松可提供从元器件一直到整套系统的全产线产品。并以各自的独特性能,为目前的技术应用带来更好的可能。

元器件产品

半导体激光器泵浦源作为光纤激光器的重要组成部分,主要由半导体激光器芯片(CWLD)和快轴准直镜(FAC)封装而成。滨松拥有两款输出功率分别为12 W和22 W的 CWLD芯片,对应的条宽分别为100 μm和190 μm。

由于CWLD发射的激光在快轴方向的发散角较大,大约达到25°,非常不利于之后的光纤耦合,因此需要在芯片发射前加上FAC,进行快轴方向光束准直。为此,滨松可提供在800 nm~1050 nm波长范围为内透过率达到99%以上的FAC来解决上述问题。同时,对于FAC的尺寸规格(长度、高度、宽度)以及有效焦距,可根据需求进行定制。

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模块化产品

为了解决大功率半导体激光器封装的问题,滨松可为客户提供巴条模块和叠阵模块供选择。巴条模块主要有以下两款产品:L8413-50-808(808 nm)及L8413-50-940(940 nm),输出功率分别为50 W和60 W。

巴条模块除了可以单个使用外也可以组合使用。多个巴条模块呈线阵排列,在与冷却装置配合使用时可达到高输出功率以及高可靠性。此外,滨松还可将多个巴条一起封装成940 nm的叠阵模块。该叠阵模块内含15个巴条,输出功率高达1200 W(80 W/Bar)。当然,我们可以在叠阵前面加上FAC,对快轴方向的激光进行准直,耦合效率高达95%。叠阵模块可用于高功率固体激光器泵浦源或是材料的表面处理。

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巴条模块

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叠阵模块

半导体激光器

随着传统工业制造朝着更加精密的方向发展,激光焊接俨然成为激光加工领域的市场风口。激光加热光源(LD-Heater & SPOLD)作为滨松在激光焊接领域的主要产品,其重要程度自然不言而喻。

激光加热光源适用于新型的塑料焊接和OLED屏幕焊接。这些产品主要有能量分布均匀的平顶光束、改变镜头实现可变光斑面积、可实时监测表面温度,加工效果“可视化”等优势。针对不同的客户需求,滨松可提供波长为808nm、915nm以及940nm,输出功率从10W至200W的产品。目前在OLED屏焊接和无损拆解、智能腕表的防水焊接等中都发挥着重要作用。

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LD-Heater & SPOLD

除了激光加热光源之外,滨松也提供基于叠阵模块集成开发的直接输出半导体激光器(DDL)。

该产品的中心波长为940nm,输出功率为4000 W、6000 W(可选)。主要应用为表面处理包括熔覆和淬火。为了获得更好的处理效果,DDL输出的光斑为矩形平顶光束,即照射到材料表面光斑形状为矩形,并且能量分布均匀。

此外,为了满足各种不同材料的处理需求,输出的矩形光斑的长宽比例可以通过附加镜头实现1:1~1:5改变。

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直接输出半导体激光器(DDL)

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光斑长度比

超快激光加工解决方案

皮秒固体激光器(Moil-ps)与Wavefront Shaper空间光调制器模块的结合,是滨松可为超快激光加工提供的,包括激光器和整形系统的全套解决方案。

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滨松超快加工解决方案

此套方案可实现在ITO薄膜上同时钻孔1000个(单孔直径为1.5μm),也可实现在电子元件上微型二维码的一次成型,大大提升加工效率。

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ITO薄膜同时钻孔1000个,单孔直径1.5μm

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电子元件微型二维码一次成型

Wavefront Shaper空间光调制器模块是滨松在光束整形领域的新品。同时采用了均匀激光强度分布的匀化器、非球面透镜成像的光学系统等高性能光学器件并配合核心器件——滨松空间光调制器(LCOS-SLM),实现了高强度的激光加工。(滨松LCOS-SLM可以承受200W以上的平均功率)

相对于元件级别的LCOS-SLM,Wavefront Shaper更容易连接到系统,可实现简单的计算机控制系统(各种DLL适配),并具备温度控制功能(提高激光毁伤阈值)。在光束整形、像差校正、三维加工、并行加工等中有着广泛的应用。

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滨松Wavefront Shaper空间光调制器模块

2019年,湖北工业大学-滨松中国-金顿激光共同建立的“激光加工联合实验室”。目前主要进行的,就是基于滨松空间光调制器的精密激光加工方案(钻孔、切割、打标等)的研究,包括不同应用的相位图计算算法、光路系统的搭建与优化、不同材料和应用的实验工艺验证等等。依托联合实验室,滨松也可以更快的为国内客户提供产品应用验证、打样等服务。

激光隐形切割引擎&下一代激光加工引擎

隐形切割可以说颠覆了现有的切割概念。该方法将激光聚焦至晶圆内部进行预切割,再通过扩张膜的张力实现晶圆的划片。相比传统的砂轮切割,可以实现完全干式工艺,切割后晶圆无崩片、高强度,并且可缩小切割道的宽度。

滨松隐形切割是世界首创,也是唯一可进行晶圆内部切割的技术,目前在全球拥有600多项专利。为了提高使用的便捷性,滨松可为客户提供系统化产品——隐形切割引擎(SDE)。目前,已有4000台以上的隐形切割设备,在世界各大半导体工厂中稳定运行着。

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以深厚的隐形切割工艺积累,和卓越的SLM控制技术为基础,滨松最新开发出了下一代激光加工引擎JIZAI。其灵活性极强,客户可以自由选配SLM、扫描镜、自动对焦镜、物镜等内部器件,来获得不同成本和性能要求的JIZAI模块。

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JIZAI概念图

这个小模块可以实现任意形状的加工光束,比如多点并行加工、像差校正、平顶光束等等。紧凑轻巧,可自由移动,在多点打标、内部打标、玻璃打孔、微通道成型等众多激光加工作业中都可应用。

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内部打标

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玻璃打孔

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微通道成型

滨松成立于1953年,已有66年的历史,其与中国结缘于1988年合资工厂的建立。为顺应中国市场发展,2011年全资子公司——滨松光子学商贸(中国)有限公司于北京成立,负责集团在中国的产品技术、服务、市场以及销售,随后在上海和深圳设立了分公司,以更好地服务于各地区的客户。

针对激光加工的市场需求,滨松中国于本土配备了专门的产品技术、市场及销售人员。在提供更快速、优质、本土化的服务外,还会基于滨松集团的广阔视野,为客户带去具有价值的前沿产品技术、应用、市场信息。

同时我们也不断推进着与国内高校的合作,如通过成立联合实验室(湖北工业大学-滨松激光加工联合实验室)这种方式,进一步优化产品的使用,加强与市场联系。以期为客户提供可更好满足应用需求的优质产品解决方案。

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