將獨特的電光調(diào)制器與高功率 CO2 激光器配合使用，可提供更高的速度和精度，助力徹底改變多項切割、鉆孔和雕刻應(yīng)用。

Coherent 高意在微電子生產(chǎn)、醫(yī)療器械制造等眾多領(lǐng)域的激光調(diào)制器技術(shù)上實現(xiàn)最新突破，對于一些要求極其嚴(yán)苛、大批量的材料加工任務(wù)而言，可提高吞吐量并降低成本。具體來說，Coherent 高意的新型 CO? 激光電光開關(guān)使得可以使用更高功率的激光器(高達(dá) 1 kW)，從而加速許多涉及聚合物、復(fù)合材料、有機物和陶瓷等非金屬的鉆孔、切割和雕刻工藝。

在這篇文章中，我們將了解調(diào)制器的工作原理，以及這項新技術(shù)如何幫助許多制造商大幅降低成本。

了解調(diào)制器

光調(diào)制器是一種用于根據(jù)施加的電信號來控制激光的脈沖波形和/或功率的器件。在最簡單的實施中，可以按需阻擋或傳輸連續(xù)波(恒定輸出)激光束，且傳輸水平可變。

最廣泛用于此目的的兩項技術(shù)是聲光調(diào)制器 (AOM) 和電光調(diào)制器 (EOM)。聲光調(diào)制器包含一個透明晶體，其上附有一個壓電換能器。向換能器施加射頻信號會在晶體內(nèi)產(chǎn)生聲波。這繼而會使材料的折射率發(fā)生周期性變化，其作用類似于衍射光柵。

改變輸入信號會改變聲波的振幅。這會導(dǎo)致更多或更少的光從主光束衍射出來，并射入到衍射級中。調(diào)制就是這樣實現(xiàn)的。

電光調(diào)制器使用電光晶體。當(dāng)這種材料被施加電壓時，就會旋轉(zhuǎn)線偏振輸入激光的偏振面。通過將線性偏振器放置在晶體的輸出端，就能在施加的電壓發(fā)生變化時實現(xiàn)光束調(diào)制。

聲光調(diào)制器和電光調(diào)制器的幾乎所有運行特性和實用特性都存在差異。這使得這兩項技術(shù)分別成為某些特定應(yīng)用的理想選擇。與高通量材料加工相關(guān)的一些關(guān)鍵參數(shù)包括：

與聲光調(diào)制器相比，電光調(diào)制器的上升時間更快，但調(diào)制速度卻更慢，這似乎令人難以理解。下圖提供了這些術(shù)語的定義，應(yīng)該有助于闡明這個問題。

調(diào)制器主要輸出參數(shù)的定義。如圖所示，上升時間和下降時間與調(diào)制速度沒有直接關(guān)系。

過孔鉆取

可得益于電光調(diào)制器特定特性的一種應(yīng)用是微電子制造中的“過孔”鉆取。過孔是在印刷電路板 (PCB) 上制作出的小孔，以使印刷電路板的不同層之間能夠進(jìn)行電氣連接。

PCB 板變得越來越小，以適應(yīng)更高的設(shè)備小型化要求，對于智能手機、5G 收發(fā)器和可穿戴設(shè)備等設(shè)備尤其如此。這些更加小型化的設(shè)備通常采用先進(jìn)的封裝技術(shù)，例如高密度互連 (HDI) PCB 和 IC 基板。這些技術(shù)所需的過孔比傳統(tǒng)方法所能實現(xiàn)的小很多，而激光器是制作這些新型電子封裝所需的小孔的絕佳工具。

CO? 激光器廣泛用于商用過孔鉆取系統(tǒng)，因為這些激光器能夠高效地加工許多電子封裝使用的材料，例如 FR4、PTFE、玻璃纖維復(fù)合材料和陶瓷。這些激光器甚至能夠燒蝕銅跡線。

CO? 激光器能夠鉆取出直徑約為 30 μm 的過孔。通過使用聲光調(diào)制器，這些系統(tǒng)能夠以超過 5,000 個過孔/秒的速度運行。雖然這聽起來已經(jīng)很了不起，但電子制造商還希望獲得更快的速度。

其中的原因很簡單：提高吞吐量意味著成本會降低。

提高過孔鉆取吞吐量

典型的高速過孔鉆取系統(tǒng)將激光束分裂為四個獨立激光束。與使用單一光束相比，這樣可使整體吞吐量提高四倍。

將光束分裂為更多獨立光束可進(jìn)一步提高速度。但是，分裂光束也會使激光功率分散給各個光束。而且，各個光束需要一定量的功率來進(jìn)行鉆孔。

對此，顯而易見的解決方案是提高激光功率。在這方面，大多數(shù) CO? 激光過孔鉆取系統(tǒng)使用的聲光調(diào)制器存在局限性，因為聲光調(diào)制器無法處理功率超過 300 W 左右的 CO? 激光。將 300 W 的光束分裂超過四次后，每個光束將無法獲得足夠的功率來完成鉆孔過程。

1 kW CO? 激光器可提供足夠的功率，支持將光束分裂多次，并實現(xiàn)半導(dǎo)體制造商所需的吞吐量提升。但是，這種方法需要使用能夠處理 1 kW 左右的 CO? 激光功率才會有效果。目前尚未有能夠做到這一點的聲光調(diào)制器，因此 Coherent 高意的 CO? 激光器電光開關(guān)采用了 EOM 技術(shù)。

適合各種應(yīng)用的調(diào)制器

聲光調(diào)制器和電光調(diào)制器各有用途。因此，Coherent 高意提供可直接集成聲光調(diào)制器的低功率 (<50 W) CO? 激光器，例如 DIAMOND Cx-10 和 DIAMOND Cx-10LDE+。這些激光器適用于不需要很高吞吐量或?qū)Τ杀靖鼮槊舾械膽?yīng)用?，F(xiàn)在，我們的 CO? 激光器電光開關(guān)使系統(tǒng)制造商能夠支持需要很高吞吐量和高功率(高達(dá) 1000 W)激光器的應(yīng)用。我們制造的其他產(chǎn)品可使這款電光調(diào)制器如虎添翼，例如，在鉆孔、切割和打標(biāo)應(yīng)用中，我們的防飛濺和防碎片涂層可延長因暴露于金屬飛濺和碎片而需要經(jīng)常清潔的 CO? 激光器光學(xué)元件的使用壽命。

審核編輯 黃宇