火花飛濺的圖像以及大型的五軸激光系統(tǒng)的精確性已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)熟知的特點，正如設(shè)備制造商們在大型工具展，比如在芝加哥每兩年舉行一次的IMTS上所展示的。最近，一系列新的激光工具已經(jīng)開始成為人們關(guān)注的中心，即激光微加工系統(tǒng)。

這些激光產(chǎn)品為實現(xiàn)目前工業(yè)制造中復(fù)雜的要求提供了技術(shù)途徑。目前的工業(yè)制造中要求具有超高精度，工具尺寸幾乎是無窮小。制造業(yè)中日益嚴(yán)格的要求已成為事實，不論你是在一個硬幣大小的芯片上寫幾十億個電子指令還是在生產(chǎn)一根頭發(fā)絲大小的齒輪和支架。

薄壁（0.010英寸）不銹鋼焊接的樣品，而后對管身和端蓋進行拋光

激光微加工技術(shù)為一些用其他技術(shù)無法解決的問題提供了解決方案。比如，它使得加工過程無須進行零件接觸，在零件上也沒有機械作用力，此外，它能夠得到幾乎是無窮小且不會破裂的工具。可以使用不同波長的激光來加工特定的材料，而不影響同一個零件上的其他地方。激光器的能量可控性和輸出的一致性使得它可以得到微米量級的加工深度。對激光加工來說，材料的硬度不是一個重要的問題，這樣在陶瓷或者鉆石上鉆一個直徑為0.005英寸的孔，就和在不銹鋼、銅或FR4 PCB材料上鉆孔一樣了。因為激光束光斑小，能量可控，所以利用激光來焊接精細(xì)部件，如箔這類金屬薄片，或者是進行密封焊接都沒有問題。這樣，極小的孔，甚至是盲孔，使用合適的波長和光學(xué)元件也能夠很好的完成。激光技術(shù)最有用的特點之一就是激光束的波長。激光波長分為不同的顏色，可見光和不可見光。所有的材料吸收或者反射不同波長的光；硅，用于IC核心芯片（IC芯片的大腦）的制造，一般它不吸收大于1100 nm的光。玻璃，二氧化硅，或者常見的透明材料，能夠透過紅外波段的光（1064 nm），使得光波穿透材料且沒有任何影響。CO2激光，波長為10,600 nm，能夠被大部分的有機材料吸收而不管它們是什么顏色的。

通常激光微加工系統(tǒng)利用了這些特點來做特別的工作。比如，在汽車收音機里的背光按鈕中包括了一個塑料按鈕，上面有一層白色油漆，在上面是一層黑色或者其他暗色。紅外波長的（1064nm）激光能去除黑色油漆，它會被激光吸收，但是，激光在白色油漆上被反射，這樣就不會破壞下面的白色。只要有一點光，你就能看到在“黑暗里發(fā)光”的收音機按鈕了。

當(dāng)你有一系列多色的包裝用標(biāo)簽，需要寫“生產(chǎn)日期”和批號作為必要的永久標(biāo)記，在這里可使用CO2波長激光器（10,600 nm），它的光束可以被所有不論是白色的還是黑色的涂料和墨水吸收。

另一個問題是如何密封地焊接一個不銹鋼的可移植起博器，它必須在一個真空室內(nèi)被焊接。使用一個真空的手套盒，使用一套內(nèi)置的手套來加載和處理零件，在該設(shè)施的頂部插入玻璃窗，然后使用紅外波長（1064 nm）激光，它可以穿透玻璃，這樣就在真空腔內(nèi)的零件上得到了焊縫。

波長可選的加工過程的樣品。1064 nm激光燒蝕鑄模化合物，但是保留了很小的焊線和焊點——IC失效分析

 高頻且連續(xù)帶電的激光空腔，其調(diào)Q脈沖頻率范圍為1kHz到100kHz （有些脈沖激光甚至可以高達(dá)MHz范圍），而低頻脈沖激光器設(shè)計范圍為10Hz到100Hz。調(diào)Q頻率越低，停機時間就越長，每個脈沖的能量就越大。低的調(diào)Q頻率被用于切割，打孔和加工制造。高頻脈沖，其峰值功率較小，但是可用于焊接和熔化的平均功率更大，而切口和劃線不會受到熱影響區(qū)（HAZ）的負(fù)面效應(yīng)。 #p#分頁標(biāo)題#e#

在脈沖激光器中，每次激光器調(diào)制脈沖，就有一次激光能量被送出。這些脈沖通常其能量層次要高于調(diào)Q激光器，而且對能量的控制要更好。脈沖激光器的脈沖能量十分連續(xù)，可被用于許多情況，或者是要求有精確的深度控制的情況，或者是要求在難以加工的材料中鉆深孔。

激光器的脈寬是在設(shè)計激光器腔體時就固定了的，很可能這是在微加工中最為重要的特性之一。在激光器的每個脈沖中，不論它是調(diào)Q激光器（工作在1KHz到100KHz）或者是脈沖激光器（工作在1Hz到100Hz），都有一個周期時間，在這段時間內(nèi)脈沖的實際能量被釋放。這段時間間隔對激光器系統(tǒng)的任何過程來說都是至關(guān)重要的。如果脈寬很短，少于60納秒，在目標(biāo)材料上就會有燒蝕或者汽化過程產(chǎn)生，熱影響區(qū)域很小。許多關(guān)鍵的微加工過程可能對激光通過附近的區(qū)域或者組件沒有熱影響。在使用中的電氣設(shè)備上可以直接得到激光切口，而除了所需要的效果外，不會對它的電氣特性帶來其他改變。

更長的脈寬，大于100 ns，每個脈沖有更小的峰值功率，但是因為能量在那里的時間更長，所以這些脈沖可以提供在很多激光應(yīng)用中有用的特性。當(dāng)材料過于敏感，而不能忍受更短脈寬的更高能量的沖擊，比如鉆石打孔或者切割，或者材料需要吸收更多熱量或激光來獲得切割和劃線時更干凈的邊緣質(zhì)量，如ITO微修時所要求的那樣，更長脈寬就是有利而非有害的了。

激光束一個明顯的優(yōu)勢就是不論光束有多小（甚至小于25微米），它都不會在工件內(nèi)破裂，它也不會在零件內(nèi)部加工時變鈍。這種非接觸式的加工特點有著許多方面的優(yōu)勢。

零件上沒有應(yīng)用任何力矩，所以只需很少量且不昂貴的固定裝置。許多系統(tǒng)都不使用固定裝置：零件被放置在視覺系統(tǒng)中，確定了位置和角度后被輸入發(fā)射激光的計算控制系統(tǒng)，而后對零件進行加工。其他系統(tǒng)允許操作員在攝像機下放置一個零件，然后CAD圖像被“拖動和放置”到正確的位置，然后進行零件加工。

無限小的加工工具的想法很合乎人們的需要，因為在傳統(tǒng)的加工，特別是微加工中，工具越小，相應(yīng)的困難就越大。傳統(tǒng)的工具會斷裂，小的鉆頭會折彎或者移位，而銑刀甚至放電加工中的電極只對某一些最小特征尺寸起作用。

利用改變波長和光學(xué)裝置，激光光斑大小可被調(diào)整到任意尺寸。小到25微米的切口寬度和小到25微米的小孔都成為可能，此外，通過使用掩膜和象平面的光學(xué)裝置，可以實現(xiàn)特征尺寸在微米甚至亞微米量級。

許多微加工應(yīng)用涉及了精確的深度控制（達(dá)微米和亞微米精度），例如潤滑油膜的凹腔，或者是液體循環(huán)設(shè)備的柔性材料上打的溝道。

脈寬和熱影響區(qū)效應(yīng)的實例——陶瓷上的15微米的小孔。
左邊的小孔是由皮秒紫外激光得到的，右邊是由飛秒紫外激光得到的。

其他的例子可能需要在微米量級的誤差內(nèi)移除物質(zhì)層以保護下面的部分，例如在一個微型多層混合電路版中去掉銅的一層，而不破壞下面的其他層。另一個例子是在多線電纜中去除外面的絕緣層而不影響里面電線的絕緣性，而且整條電纜直徑只有200微米，絕緣層的厚度在微米量級。

太硬而不能用傳統(tǒng)技術(shù)來加工的材料是激光微加工的主要備選材料。比如鉆石，它被用于工業(yè)領(lǐng)域的很多場合，也被用于珠寶業(yè)和化妝品業(yè)。激光技術(shù)被用于生產(chǎn)水噴嘴，以及用于拉絲的硬模。對于水切割系統(tǒng)中的噴嘴，利用激光技術(shù)，小孔被打在一個鉆石嵌入頭上。這些噴嘴要承受的壓力超過55,000 psi，水的流速為3000 ft/s。小孔直徑范圍為50-400微米。

為了得到很細(xì)的絲，人們通過拉絲硬模對材料進行撥絲作業(yè)；這就是為什么在這些條件下要選擇金剛石。 #p#分頁標(biāo)題#e#

依賴激光技術(shù)來進行生產(chǎn)制造的另一個例子是，在硬質(zhì)材料（如Hastalloy）上鉆很小的孔或很深的孔，從而得到噴氣發(fā)動機葉片上的散熱孔。在這項應(yīng)用中，使用了脈沖激光來進行沖擊鉆孔。這項技術(shù)使用了重復(fù)形式的脈沖，每個具有穩(wěn)定高能量的脈沖都去除了固定數(shù)量的材料。

激光焊接系統(tǒng)具有的小尺寸光斑和可控的、穩(wěn)定的能量使得它成為一些傳統(tǒng)MIG焊接，TIG焊接，氣體焊接或者送絲設(shè)備所不適用場合中的理想選擇。

直徑為1.88 mm薄壁型的圓柱狀電子晶體，它的壁厚可以僅為125微米，內(nèi)部的組件封裝必須被焊到一起，使得蓋子可以位于柱體內(nèi)部大約一半的位置。實現(xiàn)這個焊接又不會帶來過多熱量的唯一方法就是使用聚焦的激光束。

今天，在制造業(yè)的高技術(shù)含量領(lǐng)域，甚至在許多傳統(tǒng)生產(chǎn)的低技術(shù)含量領(lǐng)域，激光微加工系統(tǒng)的使用是無窮無盡的。這里所提到的激光技術(shù)基本特點和例子只是對這個快速進步的制造工具的一些初步介紹。