激光是20世紀以來，繼原子能、計算機、半導體之后，人類的又一重大發(fā)明，被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”、“奇異的光”。它的亮度約為太陽光的100億倍。六十年前，美國年輕的物理學家梅曼成功研制了人類歷史上第一臺激光器——紅寶石激光器，每年的5月16日，激光的誕生日，被定為“國際光日”。目前，激光已經廣泛應用于工業(yè)生產與日常生活。

伴隨全球半導體市場的升級，國內設備廠商也迎來新的發(fā)展機遇。半導體設備作為國產化的核心領域，對于中國半導體產業(yè)鏈安全具有重大意義。近年來，多重因素影響下，本土設備廠商驗證與導入速度也在加快。其中 “切割”領域成為關注亮點之一。尤其是晶圓切割，激光的發(fā)展將進一步助力我國半導體國產化進程。

早在上世紀 70 年代，激光就被首次用于切割。在現(xiàn)代工業(yè)生產中，激光切割更被廣泛應用于鈑金，塑料、玻璃、陶瓷、半導體以及紡織品、木材和紙質等材料加工。

激光切割作為一種精密的加工方法，幾乎可以切割所有的材料，包括薄金屬板的二維切割或三維切割、石墨烯、碳纖維等薄膜材料以及碳化硅、金剛石等硬脆難加工材料。尤其是這幾年激光切割在精密加工和微加工領域的應用獲得實質的增長。

激光切割的簡介和分類

激光切割是由激光器所發(fā)出的水平激光束經45°全反射鏡變?yōu)榇怪毕蛳碌募す馐蠼浲哥R聚焦，在焦點處聚成一極小的光斑，光斑照射在材料上時，使材料很快被加熱至汽化溫度，蒸發(fā)形成孔洞，隨著光束對材料的移動，并配合輔助氣體（有二氧化碳氣體，氧氣，氮氣等）吹走熔化的廢渣，使孔洞連續(xù)形成寬度很窄的（如0.1 mm左右）切縫，完成對材料的切割。主要分為汽化切割、熔化切割、氧氣切割、劃片與控制斷裂等幾大類。目前常見的激光光源有五大類，氣體激光器、固體激光器、半導體激光器、光纖激光器和染料激光器。其中在工業(yè)加工領域最常使用的就是CO2激光器和光纖激光器。

激光切割的原理

激光切割是利用經聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達到燃點，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質，從而實現(xiàn)將工件割開。激光切割屬于熱切割方法之一。許多參數都會影響激光切割過程，其中一些取決于激光器和機床的技術性能，而另一些是變化的。例如偏振度、焦點直徑、焦點位置、激光功率、切割速度、工作模式、氣體純度和氣壓……

激光切割中常用的激光光源

在激光切割中常用到的幾種光源，光纖（紅光）、紫光（紫外）、綠光，不同的光源應用于不同的材料，跟據需加工材料的特性、材料的厚度、加工質量要求以及對激光光束質量、熱影響要求越高的，對激光波段的吸收不一樣，選用的激光切割機也會不同。比如說在切割鋁基板、銅基板、陶瓷基板采用的是紅外光纖激光器，與傳統(tǒng)的金屬激光切割一樣，也是一次性成型，采用的是固定聚焦頭模式，通常稱為準直聚焦頭。而切割玻纖布基板、復合基板、紙基板、樹脂基板等材料時候采用的是紫外或綠光激光器，通過振鏡掃描的模式一層層掃描剝離，形成切割。

光纖（紅光）

光纖的波長為1064nm，具有高穩(wěn)定性，而且精度高、運行速度快、加工成本低，激光功率更大，同時熱影響也更大?？汕懈畈牧系姆N類多，適合大件產品的加工；

光纖適用材料：不銹鋼板、鋁基板、陶瓷基板、銅基板、PCB、陶瓷片、碳鋼、鋁合金、黃銅、紫銅、酸洗板、鍍鋅板、硅鋼板、電解板、鈦合金、錳合金等，適用于各種金屬類材料切割；

綠光

綠光采用的是532nm波段激光，綠光相對光纖激光要稍好，熱影響較小。它的光斑很小，焦距更短，屬于冷加工模式，在精密切割加工方面有著不可代替的作用，尤其在線路板、玻璃，陶瓷，珠寶，眼鏡等行業(yè)常?？梢钥吹剿麄兊纳碛?。

綠光適用材料：覆蓋膜、FPC軟板、PCB軟硬板、PET/PI/PP等柔性薄膜、超薄玻璃、陶瓷基板等材料精密切割；

紫外（紫光）

紫外采用的是355nm波段激光，這個波長的產品屬于全能型的，它的光斑也很小，紫外激光是破壞材料分子鍵的加工模式熱影響最小。由于特殊的UM波長，在傳統(tǒng)加工領域有這個全能的稱號，激光打標，激光切割，激光焊接都可以看到他的身影，光纖激光坐不了的，它可以做，C02不能加工的它也可以，在超波切割方面表現(xiàn)更是不俗，針對金屬產品的微細 超薄切割方面可以做到無毛刺，整齊平滑，速度快捷，能耗低廉等優(yōu)勢。

紫光適用材料：覆蓋膜、FPC軟板、PCB軟硬板、FPC輔材、超薄金屬、陶瓷、高分子材料、樹脂、硅片、PET/PI/PP膜、膠膜、銅箔、防爆膜、電磁膜、索尼膠等各類柔性薄膜……

金剛石，作為一種重要的“碳材料”，具有寬光譜透射性、低熱膨脹系數、高機械強度，高耐熱沖擊熱性，低散射，高激光誘導損傷閾值，低吸收，高拉曼增益系數和高導熱性等優(yōu)異特性的結合，為光學應用（如激光）提供了卓越的優(yōu)勢。

與此同時，金剛石具有高硬度、高耐磨性、高導熱率等特性，在硬質刀具、高功率光電散熱、光學窗口以及人造鉆石等領域有著很好的應用。另外，金剛石半導體具有優(yōu)于其他半導體材料的出色特性，因此被譽為“終極功率半導體”?；跇I(yè)界長期的研發(fā)活動，如今金剛石半導體已經開始逐步邁向實用化。然而，金剛石作為硬脆難加工材料的典型代表，目前，切割金剛石的主要方式有水刀切割、電火花切割和激光切割。

激光切割的過程為脈沖激光與金剛石表面的二級作用，光子以雙光子或多光子的方式與金剛石晶格作用，首先高功率激光束使材料聚焦處表面發(fā)生石墨化，之后石墨化的表面在下一束脈沖激光的作用下石墨化表面升華。從原理上可以看出，激光切割具有較其他方式獨特的優(yōu)勢，即無接觸式加工、效率高、切縫小、熱影響區(qū)域小等優(yōu)點，是最理想的金剛石加工方法之一。