1x1mm以下二维码紫外激光打标应用研究

来源:光谱物理    关键词:脉冲紫外纳秒激光器, 激光, 激光技术,    发布时间:2019-05-29

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激光打标技术作为一种现代精密加工方法,与腐化侵蚀 ,电火花加工,机械刻划, 印刷等传统的加工方法相比,具有无与伦比的优势。

 

最近几年,工业制造中对精密打标的需求出现积极的势头。尤其是,优质消费品的生产正推动这一趋势以确保最高质量,例如用于部件跟踪、管理供应链质量以及防范产品盗版的徽标和超精细二维矩阵代码的打标。在许多情况下,此类代码有意让消费者无法看到,但可由生产流程中的传感器读取。

 

激光打标机(laser marking machine)是用激光束在各种不同的物质表面打上永久的标记。打标的效应是通过表层物质的蒸发露出深层物质,从而刻出精美的图案、商标和文字,激光打标机主要分为,CO2 激光打标机,半导体激光打标机、光纤激光打标机和 YAG 激光打标机,激光打标机主要应用于一些要求更精细、精度更高的场合。

 

由于这些优势,各种工业制造行业中越来越多地利用精 密激光打标,包括微电子、半导体和汽车行业。

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激光打标技术优势:

1、采用激光打标做加工手段,与工件之间没有加工力的作用,具有无接触,无切削力,热影响小的优点,保证了 工件的原有精度。

 

2、激光的空间控制性和时间控制性很好,对加工对象的材料品质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大,特别适用于自动化加工和特殊面加工。

 

3、激光打标机标刻刻划精细,线条可以达到毫米到微米量级,采用激光标刻 技术制作的标记仿造和更改都非常困难, 对产品 (Product) 防伪极为重要。

 

4、激光加工系统 (system) 与计算机 数控技术相结合可构成高效自动化加工设备 (shèbèi),可以打出各种文字,符号和图案,易于用软件设计标刻图样,更改标 记网站内容,适应现代化生产高效率,快节奏的要求。

 

要实现这些精密打标结果,激光器类型的选择至关重要。激光打标公认的原理有两种:一种是“热加工”具有较高能量密度的激光束(它是集中的能量流),照射在被加工材料表面上,材料表面吸收激光能量,在照射区域内产生热激发过程,从而使材料表面(或涂层)温度上升,产生变态、熔融、烧蚀、蒸发等现象。而另 一种“冷加工”则是用具有很高负荷能量的(紫外)光子,来打断材料(特别是有机材料)或周围介质内的化学键,至使材料发生非热过程破坏。这种冷加工在激光标记加工中具有特殊的意义,因为它不是热烧蚀,而是不产生 " 热损伤 " 副作用的、打断化学键的冷剥离,因而对被加工表面的里层和附近区域不产生加热或热变形等作用。例如,电子工业中使用准分子激光器在基底材料上沉积化学物质薄膜,在半导体基片上开出狭窄的槽。

 

更低精度、更低质量的激光打标主要使用红外光纤激光器,原因是成本较低。 而在另一个极端,超短脉冲皮秒和飞秒激器能够在几乎任何材料中生成最高质量的打标结果和二维矩阵代码,但成本高出许多。成本与性能困境的解决方案是设计精良的脉冲紫外纳秒激光器。

 

UV紫外激光打标机,可满足打标尺寸小到 100 µm 的超精细数据矩阵所需的所有关键要求。由于能够聚焦到更紧密的光斑尺寸,并且在大多数材料中的吸收深度较浅,紫外波长可产生更精细的特征和标记。还可提供极高的光束质量,即像散性和 M ² 都很低的圆形光束剖面,让用户能够实现接近衍射极限的焦点光斑。UV紫外激光器的典型椭圆度 <1.1,像散性 <0.1*M ² 约为1.1。

 

由于高质量的结果还取决于要加工的 具体材料,我们需要广泛而灵活的激光器 参数来覆盖各种材料。UV紫外激光打标机提供紫外范围 >100 µJ  532 nm  >200 µJ 的高能量型号以及355 nm 时最高 >4 W  532 nm 时最高 >5 W 的更高功率版本,通过高重复频率来满足这些需求。

 

我们还需要先进的脉冲控制功能来促进高质量加工。具有恒定脉冲能量的按需脉冲 (E-Pulse  ) 可实现快速精密打标 并提供 PSO 运动功能 ( 应用焦点 #44) 紫外激光器的闭环脉冲能量控制功能称为 E-Track  ( 应用焦点 #32 中报道 ) 可实现每个激光脉冲的精细控制,从而产生超精细的结构。借助紫外激光器,我们演示了移动设备应用以及钠钙玻璃中使用的陶瓷中的超精细机器可读条形码的打标。凭借紫外波长,我们能够生成尺寸小于 10 µm 的点,从而产生 20×20 点的 200 µm  据矩阵。由于UV激光器卓越的光束属性,我们使用包含 f = 100 mm 远心透镜的振镜实现了这些小点,即采用适度的聚焦,而没有复杂的样本定位 要求。使用振镜可对 20×20 条形码实现高加工速度和约 100 ms 的打标时间。

 

另一项需要超精细结构的应用是徽标的直接写入。严苛的表面质量要求决定了超精细结构的使用,以便这种徽标的对比度在不牺牲表面形貌的情况下生成新奇而优质的外观。在许多情况下,表面必须保持光滑,或者在人类触摸时产生某种触感。

 

综上所述,具有引人注目的成本和性能的脉冲紫外纳秒激光器能够有效地在二维数据矩阵以及logo打标中使用的各种材料上生成超精细的结构。UV紫外激光打标机是这些严苛的应用的理想选择。