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歷史雜誌

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超快雷射突衝模式製程應用之機會

作者 鄭景云劉泰翔葉賜旭

刊登日期:2025/02/01

摘要

本研究探討超快雷射突衝模式的特性與其在未來精密製造中的應用潛力。突衝模式有別於以往單脈衝加工模式,透過在極短時間內發射多個高頻脈衝,實現高效材料去除率與低熱損傷,適合應用於微米與奈米級的精密加工。此模式不僅可大幅提升製作精度,亦能雕刻複雜結構,除了在加工速度有大幅的進步外,更可有效減少雷射加工時作用在材料表面的熱影響區,實現高品質的製程表面與細緻精準的加工。因此,這種模式下的加工製程,對於高精度需求的加工尤為重要,可預期此模式在微加工領域得到更廣泛的應用,尤其是在電子元件和生物醫學裝置的製作中。

Abstract

This study explores the characteristics of the burst mode of ultrafast lasers and its potential applications in future precision manufacturing. Unlike traditional single-pulse processing modes, burst mode operates by emitting multiple high-frequency pulses in an extremely short period, achieving high material removal rates with minimal thermal damage, making it suitable for micro and nanoscale precision processing. This mode not only significantly enhances fabrication precision but also enables the machining of complex structures. In addition to substantial improvements in processing speed, it effectively reduces the heat-affected zone on the material surface caused by laser ablation, allowing for higher quality surfaces and more intricate and precise processing. Therefore, processes using this mode are particularly important for applications requiring high precision. It is anticipated that this mode will find broader applications in microfabrication, especially in the production of electronic components and biomedical devices.

前言

在現代材料科學中,材料的改質技術為一重要的研究領域,材料改質在提升材料性能、擴展功能及推動產業創新等方面均具有重要意義,特別在於高功率元件使用之玻璃、矽基板等半透明材料,如何製作一高品質加工表面、切割邊緣或高深寬比之微孔製程為現今各方鑽研議題之一。

超快雷射技術,特別是突衝模式為此領域提供了新的突破口。突衝模式能在極短時間內發射多個脈衝,有效且精確地改變透明材料的微觀結構,從而顯著提升其性能。此技術不僅減少了熱影響區(HAZ),還能在保持材料透明度的前提下實現精密加工與改質,對於光學元件、顯示技術及生物醫學應用等領域具有極大優勢。目前突衝模式已有相關研究,如以矽為材料的突衝模式鑽孔[1]、飛秒雷射突衝模式高品質表面處理[2]、探討不同脈衝對於玻璃材料的影響[3] 等。因此,目前深入探索超快雷射突衝模式在透明材料改質中的應用,不僅有助於技術推動,還能為未來高性能材料設計開啟新可能性。

本研究目標在於透過單脈衝模式(Single mode)及突衝模式(Burst mode)兩種不同脈衝模式下對透明及非透明材料在加工中的行為與影響,為相關加工技術的優化提供參考依據。

超快雷射突衝模式製程之技術研究

本文分為三個部分。第一部分將介紹Burst mode的原理與設定,並說明單脈衝模式與突衝模式之間的差異。第二部分聚焦於實驗設備,詳細介紹本研究中使用的超快雷射機台,包括控制參數和測試平台規格。第三部分描述目前積極開發的製程項目,包括:(1)玻璃切割、(2)玻璃基板微型鑽孔、(3)精密鋼板模具鑽孔三項主要研究項目。最後,本文將以實驗結果總結Burst mode對這些製程的影響。

1. Burst mode原理與設定

突衝模式的原理主要基於超快雷射技術,其核心在於以極短的時間間隔發射多個高頻脈衝,形成一系列的脈衝“突衝”。在突衝模式中,脈衝數量、脈衝間隔和脈衝型式是三個關鍵參數,直接影響加工效果,以下分別針對此三個關鍵參數做詳細說明。

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