這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)——評(píng)選出在50年
激光發(fā)展史暨40年工業(yè)激光
材料加工史中的十大里程碑事件——因?yàn)榭蛇x的項(xiàng)目很多,且每一項(xiàng)都有被認(rèn)可、受贊譽(yù)之處。但是對(duì)于這項(xiàng)工作,如果你抱著這樣的信念,即這些里程碑事件曾經(jīng)并將繼續(xù)在激光市場(chǎng)的眾多應(yīng)用中發(fā)揮重要作用,那么評(píng)選工作就能變得簡(jiǎn)單一點(diǎn)。
I)I,{xT4 /H&: 評(píng)選的準(zhǔn)則如下:新應(yīng)用是否為工業(yè)激光加工帶來(lái)新的突破;在其介入時(shí)期,該應(yīng)用是否創(chuàng)造出主要的商業(yè)市場(chǎng);以及相關(guān)激光設(shè)備的發(fā)展是否衍生了新產(chǎn)品制造技術(shù)。
P3C|DO4 Y}%=:Yt 前兩種選擇及最早期的商業(yè)化產(chǎn)品幾乎同時(shí)在20世紀(jì)70年代初被發(fā)展成為商業(yè)化流程,都受到美國(guó)航天局太空計(jì)劃的推動(dòng)。其背后的需求是:微型的電子零件將被發(fā)射進(jìn)入太空。
cN_e0;*Ua /Ps}IW 1.密封
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*.4;7# 電子繼電器的密封由電子電路行業(yè)小型化的需求驅(qū)動(dòng),是在1973-1975年期間由多家美國(guó)激光公司使其商業(yè)化;Raytheon,GTE Sylvania,Holobeam和Korad公司當(dāng)時(shí)都互相競(jìng)爭(zhēng)(現(xiàn)在這些公司都已退出了激光業(yè)),試圖從國(guó)防部和美國(guó)航天局的承包商手中獲得早期的設(shè)備定單。
bSsX)wHm m,',luQ 這些公司將科研的脈沖Nd:YAG激光器商業(yè)化,使用精密聚焦光束在薄壁繼電器封裝的邊緣進(jìn)行重疊的點(diǎn)焊(見(jiàn)圖1),在可控的空氣系統(tǒng)下進(jìn)行密封,這是一項(xiàng)激光焊接低熱輸入的完美應(yīng)用。
rCqcl #?L%M 該激光系統(tǒng)首次于1973年在市場(chǎng)上銷售,激光密封包裝封口成為一個(gè)主要的業(yè)務(wù),并衍生出今天的固體
激光器用于可植入醫(yī)療設(shè)備密封的技術(shù)。此應(yīng)用帶來(lái)了更可靠的Nd:YAG激光器、精密的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)過(guò)程控制。而且,更重要的是,促使設(shè)備供應(yīng)商開(kāi)始考慮制造能夠在工業(yè)環(huán)境中生存下來(lái)的激光設(shè)備。
"?a(JC /Hb'3,jN 激光密封在工業(yè)激光行業(yè)發(fā)展中所扮演的角色,即使說(shuō)它更重要也不過(guò)分。在這個(gè)應(yīng)用建立之前,激光器一直被認(rèn)為是種實(shí)驗(yàn)室設(shè)備,正在尋求商業(yè)市場(chǎng);設(shè)備供應(yīng)商簡(jiǎn)單地把這些實(shí)驗(yàn)室設(shè)備安置在工業(yè)環(huán)境中。而它們迅速成為了供應(yīng)商的高級(jí)工業(yè)化單元,可以承擔(dān)多班生產(chǎn)作業(yè)的嚴(yán)格要求。工業(yè)激光密封及下一個(gè)應(yīng)用一起奠定了今天數(shù)十億美元工業(yè)激光器市場(chǎng)的基礎(chǔ)。
\tE2@ X+"8yZz3? 2.陶瓷基板劃線
6U)Lhf\'o i2`i5&* 微型電子產(chǎn)品也有減少重量的需求,這創(chuàng)造了對(duì)更小的微電子基板材料的需求,以便在基板上組成復(fù)雜的混合
半導(dǎo)體電路。被選擇的材料是一種薄的、高純度燒制氧化鋁,易于在生產(chǎn)環(huán)境中進(jìn)行加工。當(dāng)電路沉積后,利用CO2脈沖激光器在
芯片邊緣劃出一系列的小孔,將陶瓷板分割開(kāi)來(lái)。操作工在劃線后分割部件,以用于進(jìn)一步的組裝。
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NGMGu$ 6O2 r5F$T 1968年,美國(guó)西電公司改進(jìn)了該工藝使用的技術(shù),1970年相干公司開(kāi)始售賣低功率CO2激光器。1970年代末,一家名為L(zhǎng)asermation的費(fèi)城加工車間第一次把經(jīng)激光劃片的陶瓷混合電路賣給貝爾電話公司。一年之內(nèi),Lasermation向100多家美國(guó)頂尖的電子公司銷售了陶瓷混合電路。截至1974年,每天激光鉆孔數(shù)量估計(jì)達(dá)20億個(gè)。庫(kù)爾斯(美國(guó))公司等陶瓷制造商成了激光劃片工藝的主力用戶,到了這十年的最后階段,許多合同加工車間都收到大量生產(chǎn)刻劃基板的定單。1970年代末和1980年代初期,美國(guó)有超過(guò)12家加工車間每年生產(chǎn)出成千上萬(wàn)數(shù)量的基板。
e#]=-^ uSp=,2) 從那時(shí)開(kāi)始到現(xiàn)在,合同加工車間生產(chǎn)了數(shù)百萬(wàn)個(gè)基板。其中一家頂尖的車間——美國(guó)Laserage技術(shù)有限公司,開(kāi)發(fā)出了一種激光打孔技術(shù),允許大批量加工電氣應(yīng)用的通孔(見(jiàn)圖2)。設(shè)備供應(yīng)商如Photon Sources公司研發(fā)出了更好的控制硬件和軟件,以便像Laserage公司這樣的用戶能利用多重光束處理技術(shù),將光束分成4個(gè)加工光束,大大提高生產(chǎn)效率。從這項(xiàng)應(yīng)用當(dāng)中,激光設(shè)計(jì)得以進(jìn)步,分光束技術(shù)提高了生產(chǎn)力,污水也得到控制,并發(fā)展出精密的高速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。
%cJ]Ds%V fXCx!3m 此項(xiàng)應(yīng)用的一個(gè)分支——在1970年興起利用Nd:YAG激光器切割硅晶片,源于Quantronix 公司推出的一種系統(tǒng),采用1968年在貝爾實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的一個(gè)概念。兩個(gè)工藝的不同之處在于晶片切割采用連續(xù)的細(xì)線,而在氧化鋁上利用間距很小的一系列鉆孔。這兩個(gè)工藝在后續(xù)都需要依賴手工來(lái)分離劃線后的產(chǎn)品。