文章来源：Tom聊芯片智造
原文作者：Tom
本文介绍了什么是紫外激光和紫外激光打孔原理。
什么是紫外激光？
紫外激光就是输出波长落在这个紫外波段的激光。常见的用于玻璃打孔的紫外激光波长有：
355nm——固体激光（如 Nd:YAG）经过三倍频得到。
266nm——固体激光的四倍频。
248nm、193nm、308nm（准分子激光）。
为什么紫外激光可以用来TGV打孔？
紫外激光打玻璃孔的优势：光子能量高、波长短。
光子能量高，玻璃强吸收。紫外光子的能量足够高，能直接被玻璃材料吸收（接近或达到打断化学键所需的能量）。吸收强意味着激光能量在很浅的表层就被吸收掉、不往深处透,能量高度集中在表面。这和红外激光正相反（玻璃对红外吸收弱、穿透深）。
波长短,聚焦光斑小,加工精细。激光能聚焦到的最小光斑尺寸和波长成正比,波长越短、聚焦光斑越小。紫外波长短,能聚焦成很小的光斑,可以做精细的小孔、精密的加工,精度比长波长的红外、CO₂ 激光高。
这两点结合,让紫外激光适合做较小、较精密的 TGV 孔和盲孔。
紫外激光的烧蚀机理？
光化学作用(直接打断化学键)。紫外光子能量高,高到可以直接打断玻璃里的化学键(如硅氧键)。当玻璃吸收高能紫外光子,键被直接激发、断裂,材料以"崩解、喷出"的方式被去除。这种靠光子能量直接断键的去除方式,叫光化学烧蚀,它的热影响相对小一些。
光热作用(吸收升温去除)。玻璃吸收紫外能量后局部升温、熔化、气化,把材料去除。
紫外激光烧蚀玻璃通常是光化学和光热共同作用,具体哪个为主取决于波长、脉冲、材料。
紫外激光的成孔过程
紫外激光打 TGV 孔的过程,是"逐层去除、往下钻"的方式。
能量集中在表层、逐层烧蚀。因为玻璃对紫外强吸收、能量沉积在很浅的表层,所以紫外激光一次作用只去除很薄的一层玻璃。通过激光脉冲反复作用、一层层往下烧蚀,孔逐渐加深,直到穿透玻璃(通孔)或达到目标深度(盲孔)。这是一个逐层、可控的材料去除过程。
扫描/螺旋加工成孔。对于有一定孔径的孔,不是一束激光定点烧穿,而是让激光光斑按一定路径扫描(比如螺旋、同心圆)逐步把孔的区域烧蚀出来,一层一层加深,最终成孔。通过控制扫描路径和层数,可以控制孔径和孔型。
盲孔和通孔。紫外激光能量集中在表层、逐层去除、深度可控,所以很适合做盲孔(烧到一定深度就停)。也能做通孔,但孔越深、深宽比越高,逐层烧蚀到深处越困难,所以紫外激光在深孔、高深宽比上有一定限制。
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