材 料 加 工

在材料加工領域，皮秒脈沖激光器被認為是優(yōu)于納秒激光器的新工具。皮秒脈沖的使用減少了材料的熱損傷，從而使激光能夠更廣泛地滲透到制造業(yè)領域，例如用于打標、鉆孔和切割。

盡管如此，由于飛秒激光技術的特性及其對材料加工的顯著改進，使得飛秒激光器在許多應用中已經(jīng)成為“必須”的工具。IMRA America公司在2002年首次生產(chǎn)出用于材料加工的微焦量級的商業(yè)化飛秒FCPA激光器。[2]基于光纖技術，F(xiàn)CPA成為構建高峰值功率、高平均功率和高脈沖能量飛秒激光器的常用手段。

大體上說，飛秒脈沖激光器對熱影響區(qū)（HAZ）減少的水平，是其他激光器無法比擬的。接近手術水平地將能量輸送到工件，為FCPA在精密消費電子零件制造（包括顯示器行業(yè)）領域的應用打開了大門。

飛秒激光器在切割硅晶圓方面的應用一直備受關注，因為飛秒激光脈沖的高峰值功率，可用于消融硅晶圓和其他沉積在硅晶圓表面的材料，并且對相鄰組件的影響或熱損傷最小。通常，這些硅晶圓預先配置了切割通道。這些通道也用于芯片分割之前的探測和測試。因此，切割通道填充有傳感器和探測點。在這種情況下，飛秒光束用于去除那些附加的表面層，同時支持硅晶圓的隱形切割。由于飛秒激光脈沖在堅硬、透明藍寶石襯底中獨特的強非線性吸收，飛秒激光器也是從藍寶石晶圓中分離出高亮度LED芯片的理想選擇。

玻 璃 加 工

一直以來，消費電子行業(yè)切割和加工玻璃的主要方法都是機械方法。然而，使用飛秒脈沖激光加工玻璃的應用正在興起。通孔鉆孔是一個例子，利用飛秒光束輻照玻璃，引起折射率變化。然后在酸浴中刻蝕玻璃，去除被輻照區(qū)域。這些零件用于多芯片平臺，產(chǎn)生高密度和快速芯片連接結構，使得垂直集成IC成為可能。

另一種應用是在玻璃上刻圖和去除薄膜，就像對導電氧化銦錫（ITO）薄膜、電致變色薄膜和其他薄膜所做的處理一樣。

玻璃焊接也是一個感興趣的話題，因為它不使用粘合劑或填料。這一點對于微電子封裝行業(yè)非常重要，因為它消除了內(nèi)部污染和除氣的問題，并且省去了吸氣劑的使用（專門添加的物質用于吸收這些不需要的物質）。在這個過程中，兩個玻璃零件光學接觸，并暴露于飛秒激光束中：飛秒脈沖的高峰值功率在玻璃中引起多光子吸收，局部熔化玻璃，以此將兩個零件焊接在一起，并產(chǎn)生持久的氣密封（見圖2）。

從頂部看到，兩個玻璃基板已經(jīng)通過飛秒激光焊接，留下四條由光學條紋包圍的垂直焊接線；插圖所示為其中一條線的特寫，表明焊縫寬度為100μm。

汽 車 行 業(yè)

飛秒脈沖激光在制造業(yè)的應用將持續(xù)發(fā)展和擴張。由于汽車行業(yè)需要高穩(wěn)定性、高可靠性以及創(chuàng)新性，因此飛秒脈沖激光備受汽車行業(yè)的關注。例如，目前飛秒激光器已經(jīng)用于發(fā)動機零件（包括活塞）的大批量處理（見圖3）。

一家主流汽車制造商生產(chǎn)的飛秒激光紋理加工的活塞；表面紋理應用于裙邊區(qū)域，以減少摩擦，提升潤滑功能。

提高汽車燃油經(jīng)濟性的努力，正在推動減輕車輛重量和提高運行效率方面的工作。發(fā)動機由更輕的鋁合金制成，而表面紋理和排線被應用于移動部件，以減少摩擦同時提高耐久性。這些合金的使用，迫切需要減少磨損和延長使用壽命的工程解決方案。與其他技術相比，例如機械刻劃表面、長脈沖激光打標，或者表面噴丸處理，飛秒激光交叉排線能夠有效地擴散相關油膜，并且顯著改善油保留。

這種紋理通常應用于活塞的裙部區(qū)域，經(jīng)歷大部分接觸，結果表明在2000rpm的轉速時，可減少高達25%的摩擦。飛秒激光器的使用還避免了劃線區(qū)域毛刺的形成，從而省去了對去毛刺工藝的需求，進一步提高了制造效率。

FCPA在從醫(yī)療到汽車等各個市場領域的商業(yè)化，一直是可靠和創(chuàng)新產(chǎn)品工程的驅動力。特定應用的可靠性、激光行業(yè)測試標準和測試協(xié)議的發(fā)展相結合，使得飛秒激光在要求嚴苛的應用中實現(xiàn)不間斷運行成為可能。