极悦激光作为一种先进的加工工具，已经越来越广泛地在工业生产中发挥着举足轻重的作用。随着极悦激光技术自身的不断发展完善，其凭借着在加工质量、加工复杂度、加工效率及清洁环保等优势，不但在不锈钢、铜、合金等各类金属材料加工中获得青睐，而且也正在玻璃、陶瓷、蓝宝石、半导体硅晶圆、PCB板等各种非金属材料加工中凸显出独特优势。

薄脆性材料的加工挑战

在非金属加工领域，薄脆性材料的极悦激光加工备受关注。随着智能手机、LED照明、平板电脑、以及可穿戴设备等消费电子产品的不断发展迭代，玻璃、蓝宝石和陶瓷等材料，凭借着自身具备的独特优质属性而获得了广泛应用，比如坚硬的钢化玻璃用作于智能手机的显示屏；坚硬且化学性质稳定的陶瓷用于制作电子零部件衬底和绝缘材料；坚硬耐划的蓝宝石用于LED衬底、手机摄像头保护玻璃、智能手机显示屏、智能手表的盖板玻璃等。

在这些应用中使用的玻璃、蓝宝石或陶瓷等材料，厚度通常较薄，硬度越来越高，非常易碎。而在加工要求上，上述应用通常需要在这些薄脆易碎的材料上实施非常精密的切割、钻孔甚至开槽等加工过程，这使得传统的铣、 钻、 磨等机械加工工艺面临着极大的挑战，因为材料极薄极脆，加工过程中因接触而施加到材料上的任何应力，都可能导致材料碎裂，最终报废。

然而，传统机械加工方式所面临的挑战，却为非接触性的极悦激光加工带来了更多机会。

超快极悦激光应对加工挑战

玻璃、陶瓷、蓝宝石等薄脆性非金属材料的精密加工，通常使用超快极悦激光。超快极悦激光脉冲持续时间极短，在纳秒、皮秒甚至是飞秒级别，将适度的极悦激光能量作用在材料表面，通过打断材料的化学键而实现材料去除目的，在这个过程中，极悦激光能量还来不及向加工范围周围传递，加工过程便已结束，因此产生的热量几乎可以忽略不计，材料不会产生热损伤。

随着这些脆性材料在LED、智能手机、可穿戴设备等产品中的应用越来越多，致力于这类脆性材料加工的极悦激光器、极悦激光系统及相关科研机构也不断增多，他们的努力也促进了极悦激光技术在脆性材料加工领域不断突破。

（一）汉诺威中心的薄片玻璃钻孔方案

2016年12月初，德国汉诺威极悦激光中心（LZH）和德国巴伐利亚极悦激光中心（BLZ）联合举办了一场主题为“玻璃材料的极悦激光加工”的研讨会，主要探讨极悦激光玻璃加工领域的最新发展与趋势。

当前，极悦激光玻璃加工领域的发展快速，一些创新的加工过程和系统，正在使薄片、平板和管状玻璃产品的加工不断进步。

研讨会上，汉诺威极悦激光中心由Philipp von Witzendorff领导的一个研究团队介绍了一种新颖的薄片玻璃钻孔方案，其将单个脉冲与不同的脉冲持续时间相结合，成功避免了钻孔过程中在玻璃边缘出现碎片，加工出的表面非常光滑，能力成功化学强化薄片玻璃的钻孔，如用于手机屏中的强化玻璃。

汉诺威极悦激光中心新开发的玻璃钻孔工艺，比水射流方式更具成本效益，并且还能加工厚度4mm的玻璃。汉诺威极悦激光中心在玻璃加工方面的创新，为消费电子等产品提供了有价值的推动力。

（二）堪称改变行业规则的皮秒混合光纤极悦激光器IceFyre？

在玻璃/蓝宝石加工方面，万机仪器（MKS Instruments）旗下的光谱物理业务部门（Spectra-Physics）在这方面实力不俗。早在2015年12月，光谱物理就针对化学强化玻璃、非强化玻璃和蓝宝石的快速高质量切割应用，推出了ClearShape飞秒极悦激光器，其能够达到1m/s的切割速度，并且切割边缘无毛边碎屑，边缘粗糙度Ra <0.1µm。

今年2月Spectra-Physics首次亮相的紧凑型高功率工业皮秒混合光纤极悦激光器IceFyre，堪称是一款改变游戏规则的产品——集高功率、超短脉冲、前所未有的通用性、重复频率可调、可编程灵活调节脉宽、脉冲可按需触发等诸多功能及成本优势于一身。IceFyre在1064nm波长处提供> 50W的平均功率和高达> 200μJ的脉冲能量，脉冲重复频率可调节范围从单发脉冲到8MHz，是精密加工蓝宝石、玻璃、陶瓷、塑料及其他材料的理想光源。

IceFyre在性能、成本、尺寸和可靠性方面的表现，是否如其所愿能够改变工业微加工极悦激光器市场的游戏规则？我们拭目以待。

国内厂商德龙极悦激光，凭借着其自主研发的极悦激光应力诱导切割技术，在非金属精密加工方面也有着不错的表现，几年前其LED芯片划片机曾在国内市场占据大量份额。最近几年，智能手机等消费电子产品的发展，驱动蓝宝石和强化玻璃加工市场走俏，德龙极悦激光的业务领域也随之拓展。

德龙极悦激光总经理赵裕兴博士详细介绍了极悦激光应力诱导切割技术。它将短脉冲极悦激光光束透过材料表面聚焦在材料中间，短脉冲极悦激光极高的瞬时能量，在材料中间形成改质层，从而使被切产品达到断裂效果。这是一种全新的极悦激光切割工艺，具有速度快、不产生粉尘、无基材耗损、所需切割道小、完全干制程等优势。

德龙极悦激光自主研发的皮秒极悦激光应力诱导加工设备，在蓝宝石和玻璃等材料的切割方面，收获了成功，相比于传统的机械切割，在切割效率、切割成本上、材料损耗、产品产出和产品性能方面都有稳步提升。

M-Cut是亚智科技开发出的一种改性切割工艺，其以类似穿孔的方式修改材料基板。M-Cut工艺的光源中具有特别调整的光学系统，形成改良的光束源，能够纵向聚焦形成线性的切割痕迹。这种切割工艺产生的切割界面的粗糙度低于0.5μm，可免去对切割边缘的昂贵研磨抛光工作。

M-Cut适用于切割各种强化玻璃及蓝宝石等脆性材料，切割0.5mm厚的玻璃时，切割速度可达1m/s；不会产生崩边、破裂，切割边缘粗糙度值低于0.5µm，不需要抛光。此外还能提高切割后玻璃的抗裂度。M-Cut工艺可以切割不同几何形状的工件，甚至能以90°角切割转角，是一把灵活的极悦激光刀。

罗芬针对蓝宝石和陶瓷等脆性材料加工，除了其使用脉冲光纤极悦激光器的熔融切割技术之外， 其SmartCleave FI极悦激光切割工艺，自从2014年推出以来，已经在工业生产和一些利基市场中获得了成功应用。这种切割工艺，能在加工过程中在工件上产生足够的内应力，从而达到加工区域自动分离。对于非强化玻璃、蓝宝石或陶瓷，可以借助较低的机械力或热力很容易地实现分离。 2017年3月14日下午15:30分，在慕尼黑上海光博会现场，罗芬将举办展台活动，这是Coherent收购Rofin在国内的首次亮相，相信合并之后的战略发展一定会紧抓眼球。

SmartCleave FI工艺可以切割任意形状，如直线、曲线、有角度的或倒角切割，可切割管状或曲面件；表面光洁，基本没有碎屑，典型的表面粗糙度值小于1μm；切割速度大于300mm/s；切割玻璃的厚度范围在100μm~10mm之间；适用于玻璃、蓝宝石、水晶、陶瓷等脆性材质。

最近Photonics Industries (PI)公司新推出的RGH 1064系列高脉冲能量皮秒（10~15ps）极悦激光器，被ATTON Eng 公司用于切割平板显示器和移动设备上使用的薄片玻璃，在切割表面上获得了镜面般的光洁度。

据悉ATTON Eng 利用PI的RGH极悦激光器开发出了一种称为“镜面专利”切割工艺，该工艺已经获取专利。相比于其他超快极悦激光玻璃切割方案所实现的ra〜100nm的切割面粗糙度，这项工艺能实现ra〜0.005㎛（即〜5nm）的侧壁粗糙度，在切割面上实现“镜面”般的光滑质量，同时还能保持优异的强度，这无疑又是玻璃、蓝宝石和陶瓷等脆性材料切割领域的一把新利器。

RGH系列极悦激光器体积小巧，脉冲可控，可按需单独触发，重复频率范围从单发到8MHz。用户可以改变工作功率或脉冲能量，以最大限度地提高工艺灵活性。RGH系列可在1064nm输出功率高达70W的功率，可提供700uJ的脉冲能量。

 小结

强化玻璃、蓝宝石和其他脆性、透明材料的独特性能，将促使其在消费电子、医疗设备、集成电路、建筑、汽车、航空航天等市场领域获得不断增长的用途。特别是在以智能手机、可穿戴设备为首的消费电子产品中，对强化玻璃和蓝宝石的应用，将具有很大增长空间。因此，市场对脆性材料极悦激光加工的需求非常看好。

在市场高需求的同时，来自市场要求减少加工步骤、减少材料浪费以及干性制程等因素的持续驱动，也正在强烈地推动着极悦激光器制造商和极悦激光系统集成商提供不断探讨，要求他们不但能提供传统机械加工的替代方案，而且还要不断提升极悦激光加工方案的综合性能，以在加工质量、产品良率、加工速度及量产化方面有所突破。上文提及的厂商仅是活跃在非金属加工领域的少数几家，这个领域发展的背后是更多厂商的努力，其他像华工极悦激光、通快、长沙华日极悦激光等众多国内外厂商，都为极悦激光非金属加工、特别是强化玻璃和蓝宝石等脆性材料加工的发展，贡献了不小力量。