Όταν επιλέγουν μια κεραμική μηχανή κοπής με λέιζερ, πολλοί μηχανικοί υποθέτουν ότι η υψηλότερη απορρόφηση λέιζερ σημαίνει αυτόματα ευκολότερη κατεργασία. Στην πραγματικότητα, η απόδοση κοπής με λέιζερ εξαρτάται από την ισορροπία μεταξύ απορρόφησης λέιζερ, θερμικής αγωγιμότητας, θερμικής διαστολής και αντίστασης σε ρωγμές.
Αν και το νιτρίδιο του πυριτίου (Si3N4) απορροφά την ενέργεια λέιζερ καλύτερα από την αλουμίνα (Al2O3), παραμένει ένα από τα πιο δύσκολα κεραμικά μηχανικής στην επεξεργασία λόγω της εξαιρετικής ευαισθησίας του στη θερμική καταπόνηση.
Αυτό το άρθρο συγκρίνει λέιζερ ινών QCW, λέιζερ νανοδευτερόλεπτου UV 355 nm και λέιζερ picosecond για βιομηχανική παραγωγή.
Ιδιότητες υλικού που επηρεάζουν την κοπή με λέιζερ
| Ιδιοκτησία | Αλουμίνα (Al2O3) | Νιτρίδιο πυριτίου (Si3N4) | Επίδραση στην κοπή με λέιζερ |
| Απορρόφηση 1064 nm | 5–10% | 25–40% | Η αλουμίνα απαιτεί συχνά μια απορροφητική επίστρωση. Το Si3N4 απορροφάται καλύτερα αλλά αναπτύσσει πολύ υψηλότερη θερμική καταπόνηση. |
| Απορρόφηση 355 nm | 40–50% | 50–65% | Η επεξεργασία με υπεριώδη ακτινοβολία είναι αποτελεσματική και για τα δύο υλικά, με ελαφρώς καλύτερη απορρόφηση για το Si3N4. |
| Θερμική διαστολή | 7–8 ppm/βαθμός | 2,8–3,3 ppm/βαθμός | Η χαμηλότερη διαστολή προκαλεί υψηλότερη υπολειμματική τάση και κίνδυνο ρωγμών. |
| Θερμική αγωγιμότητα | 22–32 W/m·K | 16–22 W/m·K | Το Si3N4 διαχέει τη θερμότητα πιο αργά, αυξάνοντας τη συσσώρευση θερμότητας. |
1. QCW 1064 nm Fiber Laser
Αλουμίνα
Ώριμη παραγωγική διαδικασία
Ευρύ παράθυρο επεξεργασίας
Σταθερή κοπή περιγράμματος
Υψηλή παραγωγικότητα
Ο κύριος περιορισμός είναι η χαμηλή απορρόφηση υπερύθρων, η οποία συνήθως επιλύεται με μια απορροφητική επίστρωση πριν από την κοπή.
Δυσκολία: ★★☆☆☆
Νιτρίδιο πυριτίου
Αν και το Si3N4 απορροφά καλύτερα το υπέρυθρο φως, είναι πολύ πιο επιρρεπές σε θερμικές ρωγμές.
Τα τυπικά ζητήματα περιλαμβάνουν:
Μέσω-μικρορωγμών πάχους
Τρίψιμο άκρων
Καθυστερημένο ράγισμα
Μειωμένη ταχύτητα κοπής λόγω της σάρωσης ρηχών-επιπέδων
Το παράθυρο διεργασίας είναι σημαντικά πιο στενό από ό,τι για την αλουμίνα.
Δυσκολία: ★★★★★
2. 355 nm UV Nanosecond Laser
Αλουμίνα
Η κοπή με λέιζερ UV είναι ήδη μια ώριμη βιομηχανική λύση.
Τα τυπικά πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν:
Μικρό HAZ
Σταθερή κατεργασία με μικρο{0}}οπή
Χαμηλή κοπή
Υψηλή απόδοση παραγωγής
Δυσκολία: ★★☆☆☆
Νιτρίδιο πυριτίου
Τα λέιζερ UV μειώνουν σημαντικά τη θερμική βλάβη, αλλά δεν μπορούν να εξαλείψουν πλήρως τη θερμική καταπόνηση.
Η βιομηχανική παραγωγή συνήθως απαιτεί:
Υψηλότερη ισχύς λέιζερ (20–30 W)
Ρηχή κοπή πολλαπλών{0}περασμάτων
Αέριο υποβοήθησης αζώτου υψηλής καθαρότητας-
Βελτιστοποιημένες στρατηγικές ψύξης
Σε σύγκριση με την αλουμίνα, ο χρόνος επεξεργασίας είναι συνήθως 50-100% μεγαλύτερος.
Δυσκολία: ★★★★☆
3. Λέιζερ Picosecond
Αλουμίνα
Τα λέιζερ Picosecond παρέχουν:
Κοντά στο -μηδενικό HAZ
Δεν υπάρχει επίπεδο αναδιατύπωσης
Εξαιρετική ποιότητα άκρων
Σταθερή κατεργασία ακριβείας
Δυσκολία: ★★☆☆☆
Νιτρίδιο πυριτίου
Οι εξαιρετικά σύντομοι παλμοί μειώνουν σημαντικά τον σχηματισμό ρωγμών, αλλά το Si3N4 εξακολουθεί να απαιτεί:
Χαμηλότερη ενέργεια παλμού
Περισσότερες πάσες σάρωσης
Μεγαλύτερος χρόνος κατεργασίας
Η απόδοση παραγωγής παραμένει γενικά 30% χαμηλότερη από την αλουμίνα.
Δυσκολία: ★★★☆☆
Σύγκριση δυσκολίας
| Εφαρμογή | Πιο εύκολο υλικό |
| Κοπή περιγράμματος QCW | Al2O3 |
| Κοπή ακριβείας με υπεριώδη ακτινοβολία | Al2O3 |
| Διάτρηση μικρο-οπής | Al2O3 |
| Εξαιρετικά-λεπτά υποστρώματα | Al2O3 |
| Κατεργασία ακριβείας Picosecond | Al2O3 (ελαφρώς) |
Γιατί το νιτρίδιο του πυριτίου είναι πιο δύσκολο;
Η μεγαλύτερη πρόκληση δεν είναι η απορρόφηση με λέιζερ.
Αντίθετα, το νιτρίδιο του πυριτίου συνδυάζει πολλά δυσμενή χαρακτηριστικά:
Χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα
Εξαιρετικά χαμηλή θερμική διαστολή
Υψηλή υπολειμματική θερμική καταπόνηση
Μεγαλύτερη ευαισθησία στις ρωγμές
Στενότερο παράθυρο διαδικασίας
Ως αποτέλεσμα, ακόμη και με λέιζερ UV ή picosecond, οι κατασκευαστές χρειάζονται συνήθως:
Περισσότερες κοπτικές πάσες
Χαμηλότερη ενέργεια ανά πάσα
Ισχυρότερη ψύξη
Μεγαλύτερος χρόνος επεξεργασίας
Αυτοί οι παράγοντες καθιστούν το Si3N4 σημαντικά δυσκολότερο στην επεξεργασία από την αλουμίνα στη μαζική παραγωγή.
Προτεινόμενες λύσεις λέιζερ
| Εφαρμογή | Συνιστώμενη Λύση |
| Κόστος-αποτελεσματική κοπή περιγράμματος | 150 W QCW Fiber Laser + Αλουμίνα |
| Μικρο{0}}κατεργασία ακριβείας | Laser UV Nanosecond 355 nm |
| Λεπτά υποστρώματα Si3N4 | Λέιζερ UV 20–30 W + Κοπή πολλαπλών-πασών + Υποβοήθηση αζώτου |
| Μέγιστη αξιοπιστία εξαρτήματα Si3N4 | Λέιζερ Picosecond 355 nm + Προηγμένη ψύξη |
Σύναψη
Ενώ το νιτρίδιο του πυριτίου απορροφά την ενέργεια λέιζερ πιο αποτελεσματικά από την αλουμίνα, η κακή διάχυση θερμότητας και η εξαιρετικά υψηλή ευαισθησία θερμικής καταπόνησης το καθιστούν ένα από τα πιο απαιτητικά κεραμικά για επεξεργασία με λέιζερ.
Για βιομηχανική παραγωγή υψηλής-απόδοσης, τα λέιζερ υπεριώδους ακτινοβολίας 355 nm παραμένουν η προτιμώμενη λύση για κατεργασία ακριβείας Si3N4, ενώ τα λέιζερ ινών QCW είναι καλύτερα κατάλληλα για επεξεργασία αλουμίνας υψηλής-απόδοσης.
Χρειάζεστε λύση λέιζερ για προηγμένα κεραμικά;
YCLASERειδικεύεται στην κοπή με λέιζερ ακριβείας κεραμικών υποστρωμάτων Al2O3, Si3N4, AlN, ZrO2, SiC, DBC και DPC. Παρέχουμε δωρεάν δοκιμές δειγμάτων, βελτιστοποίηση διεργασιών και προσαρμοσμένες λύσεις λέιζερ τόσο για πρωτότυπα όσο και για μαζική παραγωγή.Επικοινωνήστε μαζί μας για να συζητήσουμε την αίτησή σας.
