Сравнительный анализ эффектов микросверления наносекундным и фемтосекундным лазерами
2026-05-14
Сравнительный анализ эффектов микросверления наносекундным и фемтосекундным лазерами
1. Сравнение микроструктуры одиночного отверстия
Слева: сверление наносекундным лазером
-
Внутренняя стенка отверстия: обширное оплавление и переплавление, волнистые обрушения, заусенцы.
-
Края: сильные термические повреждения, оплавление, эрозия.
-
Явно выраженная зона термического влияния: материал плавится, испаряется, разбрызгивается, образуя слоистые термоповреждения.
-
Низкая однородность диаметра отверстия, чрезвычайно высокая шероховатость внутренней стенки, множество трещин и остатков расплава.
Справа: сверление фемтосекундным лазером
-
Внутренняя стенка отверстия: гладкая, вертикальная, без оплавления и обрушений, без заусенцев и сколов на краях.
-
Полностью холодная обработка без теплопередачи, практически нулевая зона термического влияния. Материал удаляется за счет сверхбыстрой холодной ионизации.
-
Правильная цилиндрическая форма, отличная соосность, отсутствие переплавленного слоя и трещин на внутренней стенке.
2. Сравнение общего качества массивных микросверлений
| Параметр | Наносекундный лазер | Фемтосекундный лазер |
|---|---|---|
| Общий вид | Поверхность обширно обуглена и почернела, вокруг разбросаны следы от выбросов материала | Поверхность чистая, без следов прижогов и изменения цвета |
| Однородность отверстий | Явный разброс диаметров, сильная деформация массива | Высокая однородность диаметров и расстояний по всему массиву |
| Чистота краев | Оплавленные выплески у входа отверстия, обширное термическое повреждение подложки | Острые края без выплесков, отсутствие теплового загрязнения по периферии |
| Дефекты | Повсеместные сколы, забитые отверстия, повреждение подложки вокруг | Отсутствие термоиндуцированных дефектов, максимальный выход годных изделий |
3. Ключевые различия в принципах
-
Наносекундный лазер: длительность импульса – наносекунды (10⁻⁹ с). Обработка основана на термическом удалении материала. Энергия непрерывно поступает внутрь материала, тепло распространяется на большую область, неизбежно вызывая плавление, испарение, переплавление, трещины, термическую деформацию и другие необратимые термоповреждения. Невозможно избежать заусенцев и обрушений краёв.
-
Фемтосекундный лазер: длительность импульса – фемтосекунды (10⁻¹⁵ с) – сверхкороткая и сверхбыстрая. Мгновенная пиковая энергия чрезвычайно высока. Ионизация материала происходит до того, как тепло успеет распространиться в окружающую зону. Реализуется бестенературная (холодная) обработка без плавления. Полностью исключаются зона термического влияния, переплавленный слой, сколы и заусенцы. Обеспечивается высокоточное микросверление на микро- и субмикронном уровне в серийном производстве.
4. Рекомендации по промышленному применению
-
Наносекундный лазер: подходит только для низкоточного, недорогого чернового сверления, где нет требований к качеству внутренней стенки и термическому воздействию.
-
Фемтосекундный лазер: предназначен для высокоточных областей, таких как упаковка микрочипов, медицинские и биологические расходные материалы, аэрокосмические прецизионные компоненты, оптические плёнки, сверхтонкие специальные материалы, а также для изготовления микросверлений и глухих отверстий в массивах.
