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1x1mm以下二維碼紫外激光打標應用研究

發布時間：2019-05-22 來源：元祿光電

激光打標技術作為一種現代精密加工方法，與腐化侵蝕，電火花加工，機械刻劃，印刷等傳統的加工方法相比，具有無與倫比的優勢。

最近幾年，工業制造中對精密打標的需求出現積極的勢頭。尤其是，優質消費品的生產正推動這一趨勢以確保最高質量，例如用于部件跟蹤、管理供應鏈質量以及防范產品盜版的徽標和超精細二維矩陣代碼的打標。在許多情況下，此類代碼有意讓消費者無法看到，但可由生產流程中的傳感器讀取。

激光打標機（laser marking machine）是用激光束在各種不同的物質表面打上永久的標記。打標的效應是通過表層物質的蒸發露出深層物質，從而刻出精美的圖案、商標和文字，激光打標機主要分為，CO2 激光打標機，半導體激光打標機、光纖激光打標機和 YAG 激光打標機，激光打標機主要應用于一些要求更精細、精度更高的場合。

由于這些優勢，各種工業制造行業中越來越多地利用精密激光打標，包括微電子、半導體和汽車行業。

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激光打標技術優勢：

1、采用激光打標做加工手段，與工件之間沒有加工力的作用，具有無接觸，無切削力，熱影響小的優點，保證了工件的原有精度。

2、激光的空間控制性和時間控制性很好，對加工對象的材料品質、形狀、尺寸和加工環境的自由度都很大，特別適用于自動化加工和特殊面加工。

3、激光打標機標刻刻劃精細，線條可以達到毫米到微米量級，采用激光標刻技術制作的標記仿造和更改都非常困難，對產品 (Product) 防偽極為重要。

4、激光加工系統 (system) 與計算機數控技術相結合可構成高效自動化加工設備 (shèbèi)，可以打出各種文字，符號和圖案，易于用軟件設計標刻圖樣，更改標記網站內容，適應現代化生產高效率，快節奏的要求。

要實現這些精密打標結果，激光器類型的選擇至關重要。激光打標公認的原理有兩種：一種是“熱加工”具有較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，在照射區域內產生熱激發過程，從而使材料表面（或涂層）溫度上升，產生變態、熔融、燒蝕、蒸發等現象。而另一種“冷加工”則是用具有很高負荷能量的（紫外）光子，來打斷材料（特別是有機材料）或周圍介質內的化學鍵，至使材料發生非熱過程破壞。這種冷加工在激光標記加工中具有特殊的意義，因為它不是熱燒蝕，而是不產生 " 熱損傷 " 副作用的、打斷化學鍵的冷剝離，因而對被加工表面的里層和附近區域不產生加熱或熱變形等作用。例如，電子工業中使用準分子激光器在基底材料上沉積化學物質薄膜，在半導體基片上開出狹窄的槽。

更低精度、更低質量的激光打標主要使用紅外光纖激光器，原因是成本較低。而在另一個極端，超短脈沖皮秒和飛秒激器能夠在幾乎任何材料中生成最高質量的打標結果和二維矩陣代碼，但成本高出許多。成本與性能困境的解決方案是設計精良的脈沖紫外納秒激光器。

UV紫外激光打標機，可滿足打標尺寸小到 100 μm 的超精細數據矩陣所需的所有關鍵要求。由于能夠聚焦到更緊密的光斑尺寸，并且在大多數材料中的吸收深度較淺，紫外波長可產生更精細的特征和標記。還可提供極高的光束質量，即像散性和 M 2 都很低的圓形光束剖面，讓用戶能夠實現接近衍射極限的焦點光斑。UV紫外激光器的典型橢圓度 <1.1，像散性 <0.1*，M 2 約為 1.1。

由于高質量的結果還取決于要加工的具體材料，我們需要廣泛而靈活的激光器參數來覆蓋各種材料。UV紫外激光打標機提供紫外范圍 >100 μJ 和 532 nm 時 >200 μJ 的高能量型號以及 355 nm 時最高 >4 W 和 532 nm 時最高 >5 W 的更高功率版本，通過高重復頻率來滿足這些需求。

我們還需要先進的脈沖控制功能來促進高質量加工。具有恒定脈沖能量的按需脈沖 (E-Pulse ? ) 可實現快速精密打標并提供 PSO 運動功能 ( 應用焦點 #44)。紫外激光器的閉環脈沖能量控制功能稱為 E-Track ? ( 應用焦點 #32 中報道 )，可實現每個激光脈沖的精細控制，從而產生超精細的結構。借助紫外激光器，我們演示了移動設備應用以及鈉鈣玻璃中使用的陶瓷中的超精細機器可讀條形碼的打標。憑借紫外波長，我們能夠生成尺寸小于 10 μm 的點，從而產生 20×20 點的 200 μm 數據矩陣。由于UV激光器卓越的光束屬性，我們使用包含 f = 100 mm 遠心透鏡的振鏡實現了這些小點，即采用適度的聚焦，而沒有復雜的樣本定位要求。使用振鏡可對 20×20 條形碼實現高加工速度和約 100 ms 的打標時間。