激光技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)中加工氧化鋁和氮化鋁陶瓷基板，迄今有30多年的歷史。為了將陶瓷基板分為獨(dú)立部分，可使用激光刻劃（打鉆）一系列局部（未通）高公差孔洞。這些孔洞大約深入基板三分之一，生成后期破裂的優(yōu)先斷層線。使用其它技術(shù)，也可以在基板上加工通路、槽孔、確定形貌和精細(xì)圖案。

       由于常用陶瓷具有吸收的特性，CO2 激光器已經(jīng)成為激光器的選擇。脈沖CO2 激光器光束的能量在陶瓷表面被吸收，因此產(chǎn)生局部加熱、熔化和汽化。圖2顯現(xiàn)出氧化鋁內(nèi)0.0045英寸劃線的頂視圖，表明在使用相對(duì)較長(zhǎng)脈沖期間（大約 75-300m，視厚度而定），在高斯光束能量分布圖中的低能量邊緣之下，因局部熔化造成的熱影響區(qū)域(HAZ)。

       多年以來(lái)，CO2 激光器以長(zhǎng)時(shí)間班次工作時(shí)，在氣體和能量方面將消耗大量資源，還要求制定維護(hù)計(jì)劃。另外，典型用于這種應(yīng)用的脈沖參數(shù)意味著密封管CO2 激光器技術(shù)不太合適。整體來(lái)說，在經(jīng)過多年大量改進(jìn)時(shí)，CO2 激光器在可靠性和維護(hù)問題方面仍然位于其它技術(shù)之后。在維護(hù)期間，這些激光器的光束質(zhì)量還是易于變化；可以達(dá)到的最小光點(diǎn)大小也易于受到長(zhǎng)波影響。單獨(dú)來(lái)講，陶瓷的激光器光束吸收特性使這種技術(shù)影響該市場(chǎng)領(lǐng)域很長(zhǎng)時(shí)間。

   
    新劃線技術(shù)

    以前試圖將Nd:YAG激光器應(yīng)用于劃線工藝中沒有成功，因?yàn)?.064 μm的吸收太弱；沒有足夠能量沉積在表面層產(chǎn)生需要的效果。為此，Synchron Laser Service公司（位于美國(guó)密執(zhí)安州South Lyon）開發(fā)了表面處理技術(shù)，以在更短波長(zhǎng)范圍內(nèi)加強(qiáng)陶瓷對(duì)激光器光線的吸收。這種工藝快速并微微浸入陶瓷表面并在足夠短的距離加強(qiáng)近紅外激光器脈沖的沉積能量，以產(chǎn)生必要的熔化和汽化。將這種正在申請(qǐng)專利的表面處理技術(shù)和SPI Lasers（位于英國(guó)Southampton）的光纖激光器技術(shù)相組合，其實(shí)現(xiàn)的工藝性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出使用CO2 激光器所能達(dá)到的工藝性能（圖3）。

    表面處理大大加強(qiáng)了光纖激光器光束融入到陶瓷頂部表面之內(nèi)，以開始打鉆過程。激光器脈沖與材料表面之間相互作用的加強(qiáng)動(dòng)力，結(jié)合了確保表面光點(diǎn)大小持續(xù)一致的定制高解析度光束傳遞系統(tǒng)，這意味著現(xiàn)在可以在陶瓷基板實(shí)現(xiàn)更小的形貌（圖4）。Synchron也考慮了一些現(xiàn)有其它激光器技術(shù)，希望可以加工甚至更精細(xì)的劃線；但結(jié)論是：沒有一種技術(shù)能以其獨(dú)特方式達(dá)到目標(biāo)速度，在一些情況下至少要慢10倍。

 與CO2 激光器相比，光纖激光器展示出更佳的一致性和可靠性，可以加工更精細(xì)的形貌，包括破裂之后邊緣質(zhì)量提高三倍以上（圖3和圖4）。圖5進(jìn)一步展示了可以達(dá)到的邊緣質(zhì)量，在此描述切割箭頭形狀產(chǎn)生的原邊緣。重要的是，新工藝甚至可以達(dá)到采用CO2 激光器時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)速度。

    在0.0150英寸厚的氧化鋁基板上，劃線速度現(xiàn)在每分鐘超過1300英寸，大約是CO2 激光器的兩倍（都深入30%）；但機(jī)加工速度至少是平均值，在大多數(shù)情況下速度超過CO2 激光器。根據(jù)Synchron的情況，是由于采用移動(dòng)控制系統(tǒng)而非激光器，才導(dǎo)致產(chǎn)量受限。

    可以采用這種時(shí)新的方式加工氧化鋁和氮化鋁陶瓷。采用氧化鋁時(shí)，工藝限制于最多達(dá)到大約0.060英寸的基板厚度，雖然在更長(zhǎng)時(shí)間需要加工條件嚴(yán)苛應(yīng)用中的的更厚材料。更厚的基板也可以提供更多散熱，例如對(duì)于高亮度LED應(yīng)用中的情況。

    氮化鋁陶瓷一般比氧化鋁更難加工，因?yàn)闊醾鲗?dǎo)性更好，因此加工要求具有成比例的更大功率。另一方面，可以達(dá)到更精細(xì)的形貌，因?yàn)橹挥泄馐淖罡呙芏炔糠植拍墚a(chǎn)生需要的工藝，而材料的高導(dǎo)熱性最低程度降低了光束能量分布圖兩側(cè)的HAZ。使用這種新方法的初步結(jié)果優(yōu)良，采用這種材料的工藝仍然可以微調(diào)。
      

    工藝改進(jìn)

    光纖激光器可以提供一系列獨(dú)特的性能，應(yīng)用于廣泛的材料加工。例如，可靠的高斯光束分布圖（TEM00）對(duì)于表面達(dá)到和維護(hù)持續(xù)一致的光點(diǎn)大小十分重要。光纖激光器在這一方面表現(xiàn)良好，所有輸出功率展示出特別優(yōu)質(zhì)的光束分布，因此允許工作距離大（獨(dú)立）。另一種優(yōu)點(diǎn)是小光點(diǎn)尺寸和優(yōu)質(zhì)光束轉(zhuǎn)換為焦點(diǎn)的高亮度光，實(shí)現(xiàn)可靠加工，精確度高，HAZ最小。

    光纖激光器能通過以下幾種方式共同實(shí)現(xiàn)最大程度的降低運(yùn)營(yíng)成本：降低維護(hù)成本、沒有對(duì)準(zhǔn)或校準(zhǔn)要求、更長(zhǎng)正常運(yùn)行時(shí)間以及在更高產(chǎn)量時(shí)提高生產(chǎn)質(zhì)量。光纖激光器結(jié)構(gòu)緊湊，結(jié)實(shí)耐用，因此適合最具挑戰(zhàn)的工業(yè)環(huán)境。

    Synchron的專有技術(shù)突破了工業(yè)中技術(shù)進(jìn)步的新領(lǐng)域，即在消費(fèi)電子產(chǎn)品生產(chǎn)中不能匹配其它材料的加工。行業(yè)巨頭相對(duì)較少，一方面競(jìng)爭(zhēng)成本高，另一方面還需要對(duì)客戶需求保持靈活變化，面對(duì)這種境況，任何工藝進(jìn)步都可能導(dǎo)致贏得重要市場(chǎng)。

    組合光纖激光器和專有表面修改工藝實(shí)現(xiàn)的形貌尺寸降低，為電子產(chǎn)品級(jí)陶瓷加工更精細(xì)劃線開啟了大門，每月產(chǎn)量通常超過1000萬(wàn)件，輕松滿足蜂窩式電話和音樂播放器以及用于背光和汽車應(yīng)用的高密度LED的大規(guī)模消費(fèi)電子產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。事實(shí)上，一些工業(yè)正在要求陶瓷基板孔洞＜0.003英寸，精確度優(yōu)于0.0005英寸，采用CO2 激光器不容易達(dá)到這種解析度，但是Synchron的新方法已經(jīng)在大規(guī)模生產(chǎn)中達(dá)到這種水平（圖6）。

    表面處理可以采用噴涂、浸入或輥壓，不需要大量烘干時(shí)間。應(yīng)用陶瓷表面處理不會(huì)增加其它工藝步驟，因?yàn)橐恍╊愋偷耐坎疾襟E（通常是防飛濺層）對(duì)于已經(jīng)建立的CO2 加工工藝比較常見。另外，新工藝產(chǎn)生的殘余物活性更低，數(shù)量更少，只會(huì)消除飛濺問題。

    以更高速度加工陶瓷基板更精細(xì)的形貌，在設(shè)計(jì)、性能和成本方面為電子工業(yè)帶來(lái)了優(yōu)點(diǎn)。光纖激光器可以幫助在可行的競(jìng)爭(zhēng)要求的重要標(biāo)準(zhǔn)之中達(dá)到更好平衡：通常是有效光學(xué)性能、工藝靈活性、高產(chǎn)量、長(zhǎng)時(shí)間系統(tǒng)正常運(yùn)行以及可靠性。對(duì)于Synchron的情況，光纖激光器有助于確保達(dá)到以前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的陶瓷加工性能水平。