隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度越來越快，要求電子制造企業(yè)必須以更快的速度向市場提供更具有成本效益的產(chǎn)品。一款產(chǎn)品從入庫、生產(chǎn)、檢測、出庫，需要建立一條完整的數(shù)據(jù)追溯體系，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部產(chǎn)品質(zhì)量控制。為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品追溯，必須對產(chǎn)品進(jìn)行文字或條碼標(biāo)識，以賦予產(chǎn)品一個(gè)獨(dú)一無二的“身份證”。
近年來，工業(yè)制造中對精密打標(biāo)的需求出現(xiàn)積極的勢頭。尤其是，優(yōu)質(zhì)消費(fèi)品的生產(chǎn)正推動這一趨勢以確保最高質(zhì)量，例如可用于部件跟蹤、管理供應(yīng)鏈質(zhì)量以及防范產(chǎn)品盜版的徽標(biāo)和超精細(xì)二維矩陣代碼的打標(biāo)。在許多情況下，此類代碼有意讓消費(fèi)者無法看到，但可由生產(chǎn)流程中的傳感器讀取。由于這些優(yōu)勢，各種工業(yè)制造行業(yè)中越來越多地利用精密激光打標(biāo)，包括微電子、半導(dǎo)體和汽車行業(yè)。
激光打標(biāo)技術(shù)作為一種現(xiàn)代精密加工方法，與腐化侵蝕，電火花加工，機(jī)械刻劃，印刷等傳統(tǒng)的加工方法相比，具有無與倫比的優(yōu)勢：
◆采用激光打標(biāo)做加工手段，激光與工件之間沒有加工力的作用。激光具有無接觸，無切削力，熱影響小的優(yōu)點(diǎn)，保證了工件的原有精度。◆激光的空間控制性和時(shí)間控制性很好，對加工對象的材料品質(zhì)、形狀、尺寸和加工環(huán)境的自由度都很大，特別適用于自動化加工和特殊面加工。
◆激光打標(biāo)機(jī)標(biāo)刻刻劃精細(xì)，線條可以達(dá)到毫米到微米量級，采用激光標(biāo)刻技術(shù)制作的標(biāo)記仿造和更改都非常困難，對產(chǎn)品防偽極為重要。
◆激光加工系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)相結(jié)合可構(gòu)成高效自動化加工設(shè)備，可以打出各種文字，符號和圖案，易于用軟件設(shè)計(jì)標(biāo)刻圖樣，更改標(biāo)記網(wǎng)站內(nèi)容，適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)高效率，快節(jié)奏的要求。
圖 1：在面向移動設(shè)備市場的陶瓷蓋部件上打標(biāo)的 20 x 20 點(diǎn)數(shù)據(jù)矩陣，總矩陣尺寸為 900 x 900 μm
要實(shí)現(xiàn)這些精密打標(biāo)結(jié)果，激光器類型的選擇至關(guān)重要。通常而言，低精度低質(zhì)量的激光打標(biāo)主要使用紅外光纖激光器，原因是使用紅外光纖激光器的成本較低。而在另一個(gè)極端情況下，雖然超短脈沖皮秒和飛秒激光器能夠在幾乎任何材料中實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的打標(biāo)結(jié)果和二維矩陣代碼，但成本卻高出許多。
如何解決成本與性能的困境？這里給出的解決方案是：設(shè)計(jì)精良的脈沖紫外納秒激光器。
Spectra-PhysicsExplorer?One?系列，可滿足打標(biāo)尺寸小到100μm的超精細(xì)數(shù)據(jù)矩陣所需的所有關(guān)鍵要求。由于Spectra-PhysicsExplorer?One?系列能夠聚焦到更緊密的光斑尺寸，并且在大多數(shù)材料中的吸收深度較淺，其紫外波長可產(chǎn)生更精細(xì)的特征和標(biāo)記。ExplorerOne還可提供極高的光束質(zhì)量，例如像散性和M2都很低的圓形光束剖面，讓用戶能夠?qū)崿F(xiàn)接近衍射極限的焦點(diǎn)光斑。ExplorerOne激光器的典型橢圓度<1.1，像散性<0.1*，M2約為1.1。
由于高質(zhì)量的結(jié)果還取決于要加工的具體材料，所以需要廣泛而靈活的激光器參數(shù)來覆蓋各種材料。ExplorerOne系列提供在紫外范圍>100μJ、在532nm時(shí)>200μJ的高能量型號以及在355nm時(shí)最高>4W和532nm時(shí)最高>5W的更高功率版本，通過高重復(fù)頻率來滿足這些需求。
我們還需要先進(jìn)的脈沖控制功能來促進(jìn)高質(zhì)量加工。具有恒定脈沖能量的按需脈沖（E-Pulse?）可實(shí)現(xiàn)快速精密打標(biāo)并提供PSO運(yùn)動功能。ExplorerOne的閉環(huán)脈沖能量控制功能稱為E-Track?，可實(shí)現(xiàn)每個(gè)激光脈沖的精細(xì)控制，從而產(chǎn)生超精細(xì)的結(jié)構(gòu)。
圖 2：鈉鈣玻璃上打標(biāo)的 20 x 20 點(diǎn)數(shù)據(jù)矩陣
借助ExplorerOne系列，我們演示了移動設(shè)備應(yīng)用（圖1）以及鈉鈣玻璃（圖2）中使用的陶瓷中的超精細(xì)機(jī)器可讀條形碼的打標(biāo)。憑借紫外波長，我們能夠生成尺寸小于10μm的點(diǎn)，從而產(chǎn)生20x20點(diǎn)的200μm數(shù)據(jù)矩陣。由于ExplorerOne激光器卓越的光束屬性，我們使用包含f=100mm遠(yuǎn)心透鏡的振鏡實(shí)現(xiàn)了這些小點(diǎn)，即采用適度的聚焦，而沒有復(fù)雜的樣本定位要求。使用振鏡可對20x20條形碼實(shí)現(xiàn)高加工速度和約100ms的打標(biāo)時(shí)間。
另一項(xiàng)需要超精細(xì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用是徽標(biāo)的直接寫入。嚴(yán)苛的表面質(zhì)量要求決定了超精細(xì)結(jié)構(gòu)的使用，以便這種徽標(biāo)的對比度在不犧牲表面形貌的情況下生成新奇而優(yōu)質(zhì)的外觀。在許多情況下，表面必須保持光滑，或者在人類觸摸時(shí)產(chǎn)生某種觸感。在圖3中，我們演示了通過ExplorerOne紫外激光器在陶瓷部件上打標(biāo)的這種徽標(biāo)。
圖 3：拋光陶瓷表面上的徽標(biāo)打標(biāo)
陶瓷是潛在優(yōu)質(zhì)的消費(fèi)電子外觀件材質(zhì)。消費(fèi)電子的外觀件主要是起保護(hù)作用，確保內(nèi)部的電子元器件正常工作不受損壞。其要求包括材質(zhì)輕便、硬度高（耐磨耐刮）、不屏蔽通信信號、手感好、散熱性好（延長待機(jī)時(shí)間）、成本低。陶瓷相比金屬而言成本適中，性能接近金屬且不會干擾信號，是潛在的優(yōu)質(zhì)替代品。目前，陶瓷在消費(fèi)電子領(lǐng)域主要應(yīng)用包括：手機(jī)機(jī)殼、指紋識別貼片、智能穿戴外觀件。陶瓷在消費(fèi)電子上的廣泛應(yīng)用得益于材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，使得陶瓷材料從古時(shí)使用粘土、長石、石英等傳統(tǒng)陶瓷原料擴(kuò)大到非硅酸鹽、非氧化物的范圍，并出現(xiàn)多種新工藝。
* 標(biāo)準(zhǔn)化為瑞利長度
綜上所述，具有引人注目的成本和性能的脈沖紫外納秒激光器能夠有效地在二維數(shù)據(jù)矩陣以及徽標(biāo)打標(biāo)中使用的各種材料上生成超精細(xì)的結(jié)構(gòu)。相信隨著技術(shù)的進(jìn)步成熟，這一市場有望能被進(jìn)一步打開。
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