激光协会
首页 > 行业新闻

FALIT半导体芯片失效分析激光工艺详解

 

2.jpg


利用激光工艺,进行半导体芯片失效分析,始自2004年控制激光公司(Control Laser Corporation-www.controllaser.com)注册商标FALIT的推出。

FALIT取自Failure Analysis Laser Inspection Tool的首字母,目前是FA细分领域的激光工艺设备无可争议的领导品牌。

经过近20年的发展,目前比较成熟的工艺分为六种:

  • Decap EMC 激光开封环氧树脂模型封装

  • Gel Removal 激光去除硅胶封装

  • Cross section 激光剖面芯片

  • De-lidding 激光开盖金属陶瓷封装

  • Eco-Blue 激光光化学法无损晶圆开封

  • De-layering 激光逐层剥离微加工



3.jpg



激光开封是利用激光聚焦能量,汽化EMC(epoxy mould compound)塑封层的工艺。可替代传统的微型CNC机械磨除方法,结合ECO-BLUE工艺,可替代开封的后续滴酸工艺。



4.jpg



激光去除硅胶封装,是利用远红外激光器,汽化silica gel,结合ECO-GEL溶液,完美除胶直达晶圆层。目前应用的IC主要类型有LED、IGBT、以及高压功率芯片。



5.jpg



激光剖面芯片,替代传统费时费力的冷热制模固定,人工研磨方法。激光可剖面BGA焊球、玻纤PCB板、开封后裸露的晶圆(配合PICO EYE显微视觉,切缝宽度可控制低至5微米)。



6.jpg



激光开盖,主要针对陶瓷、可伐、铝合金等金属封装。超快激光在时间维度聚焦,配合辅助工艺能确保无污染无残留开盖。



7.jpg
8.jpg



Eco-Blue 激光光化学法无损开封,利用激光聚焦活化ECO-BLUE溶解液,破坏塑封交联结构并溶解,无损晶圆层,应用于晶圆级失效机理分析,替代危险的强酸腐蚀工艺。



9.jpg



激光逐层剥离微加工,利用高稳定及均匀分布的激光能量,逐层去除PI隔离层、RDL金属路线重布层,多层晶圆。主要IC类型有陀螺仪、传感器、硅通孔IC等。


常见的问题及回答:

  • 为什么没有一种激光器能做全部或几种工艺?

每一种工艺类型都要求不同的激光波长、能量分布、以及外光路设计。

10.png

  • 激光聚焦点能量密度那么大,怎么能控制不烧坏,以及热效应?

激光是高度可控的。

  1. 塑封层的汽化临界温度,离邦定线的熔化温度差距很大,使用CLC公司第四代APEX激光控制板卡,容易控制适合的激光能量密度范围,既保证塑封层汽化,又不损伤邦定线。

  2. ECO-BLUE光化学工艺过程,起主导作用并非高速扫描的激光,而是光化学溶剂。

  3. 激光剖面的热效应控制,主要是超快激光器高频脉冲,使光子能量在时间维度上聚集,超高峰值功率瞬间汽化剖面线,使得热效应区微小至可忽略。

  • FALIT有哪些机型可供选择?

FALIT现有15个机型,每种机型3个配置包可供选择。

11.png

  • FALIT的工作环境有哪些要求?

激光是一种绿色科技,FALIT的工作环境配置要求低,配置常规220V双相电源、压缩空气即可。机器符合FDA激光安全防护一级标准,可选购CLC控制激光公司的辅机:离子防静电集尘器。

  • FALIT是否可以自行选择配置?

可以,主要选项具体如下:

1. 可自选单头、双头、三头、四头、五头激光系统。

12.png

2. 可自选四种显微视觉:


13.png

  • 2.1 大视野同轴 适用1~38mm常规芯片尺寸,电动无级变焦

  • 2.2 高倍率旁轴 适用0.1~1mm微小芯片尺寸 ,电动无级变焦

  • 2.3 PICO EYE超精密 可视2~5微米,电动无级变焦

  • 2.4 PICO IR显微红外定位视觉快速定位缺陷过热点

3. 可自选工作站:

14.png




4. 可自选售后服务包:








15.png

5. 可自选附件:

16.png

17.png

备注可根据客户打样,定制多种自动化及机器视觉功能,提供完整解决方案。

FALIT机型的价格范围?

单头机:6.7万至40.6万美元;多头机:11.2万至98.7万美元。
运费和保险按市场另行单独报价。
可以配置多头工作站+单头激光系统,后续升级。

  • FALIT机器交期多长?

标准机型交期为6-8周,自订金到账之日起计。

  • 有哪些客户采购了FALIT?

脸书、苹果、富士康、村田、夏普、东芝、索尼、LG、OKI;福特、丰田、三菱、电装、阿斯莫、爱信;英特尔、思科、IBM、英飞凌、德州仪器、高通、恩智浦、安森美、仙童、威世、博通、意法半导体、思佳讯、美光、美信、TDK、罗姆、日月光、安靠、SPIL、华邦、NJR、NASA及其他法证FA实验室。

  • FALIT原产地是哪里,如何采购?

FALIT原产地是美国佛州奥兰多。
在中国大陆、中国台湾、日本、新加坡、马来西亚、俄罗斯、以色列均设有销售代理商,提供本地技术支持。
采购流程通常是先寄送样品至佛州,经免费打样满意后,选定机型或自选配置购买。
热忱欢迎各届客户垂询:www.controllaser.com +1 407 926 3500

可在线填写申请免费打样表格:

https://www.controllaser.com/services/samples-tests-request/

猛戳以下二维码,在弹出的微信菜单中一键关注

关注“激光开封芯片失效分析” 公众号,获取最新激光开封应用视频、图片、资讯。

18.jpg


来源 : Roger 半导体芯片激光开封机剖面机 发布时间 : 2022-04-15

从核物理到强激光研究,杜祥琬院士的红色情缘​

微信图片_20220413173614.png


“我愿学习工科或理科,并绝对服从祖国的需要。”1956年,18岁的杜祥琬被选为留学苏联的预备生。填写选拔留苏生登记表时,他在“对留学的认识与志愿”一栏中这样写道。


彼时,他刚成为一名中国共产党预备党员才几个月。登记表里满载着这名新党员的赤诚:“为了加速祖国的社会主义建设,使社会主义、共产主义早日到来,我愿意留学。学习外国的先进科学技术,成为一个称职的建设者,在建设社会主义的伟大劳动中,贡献自己的全部力量。


微信图片_20220413173624.jpg

2001年4月13日,摄于绵阳中国工程物理研究院应用电子学研究所自由电子激光实验室


由于当时中苏关系紧张,这次留苏之旅并未成行。1959年,国家选派大学生到苏联莫斯科工程物理学院 攻读原子能专业,杜祥琬再次被选中。那份学习先进技术、建设社会主义的热情,在那三年里酝酿得更为浓烈。


1964年,以优异成绩毕业的杜祥琬迫不及待地回到祖国。这一刻似乎等了很久,“绝对服从祖国的需要”的誓言不止一次在耳畔响起。


多年后,杜祥琬在接受媒体采访时谈到:“很多院士都在国外进修学习过。美国人曾开玩笑说我们都有一个‘M’,他们爱的是MONEY(钱),但我们爱的是MOTHER(母亲)和MOTHERLAND(祖国)。其实我们也不是不懂得钱的重要,我们的国家也要富裕起来,这正需要我们去为祖国而努力。”


带着这份朴素的情感,杜祥琬进入中国工程物理研究院(时称“二机部第九研究设计院”),从事氢弹原理研制工作。


“这广袤无垠的戈壁荒漠,为一批批为国奋斗的人们提供了广阔的用武之地,穿军装和不穿军装的几代人,隐姓埋名,历尽艰辛,在曲折磨砺中成熟,却也享受着一次次成功给予的无可比拟的激动和兴奋。为民族的兴盛和老百姓扬眉吐气,做成一点有用的事。这种精神享受是无可替代的。”多年后,杜祥琬撰文深情回顾那段激情燃烧的岁月,“核武器让中国人不仅站起来,而且腰杆硬起来!”


微信图片_20220413173633.jpg

杜详琬和陈能宽在高能所实验室(1993)


1986年,我国启动国家高技术研究发展计划(即“863计划”)。在核物理领域已深耕大半辈子的杜祥琬,转到强激光技术研究领域,开始了他“最难、最焦虑”的一段研究历程。“国家当时又有了新课题、新任务给我们。”对此,杜祥琬如此轻描淡写地描述这个转变。


作为“863计划”激光专家组的主要负责人,杜祥琬感受到前所未有的压力和责任:“这条路之前国内国际都尝试过,但都没有做成功,我们要一步一步摸着路走……目标、技术路线以及途径,都需要我带领专家组来做,必须要考虑顶层和全局。”


杜祥琬一干又是20多年,带领团队使我国高能激光系统的科学技术达到世界先进水平,并推进到装备实用阶段。他把这段“最难、最焦虑”的时光,变成了自己“成就感最强”的科研经历。


不过,杜祥琬并没有在这条“成就感最强”的道路上继续走下去。此后,他投身能源环保、应对气候变化等领域,做了大量创新性研究和开创性工作。


对一名科学家而言,多次转变研究领域似乎并不“划算”。杜祥琬自然也明白:“如果一个人的一生就做一件事,他就会像挖井一样,可以做得更深一点儿。我并不想转领域。”


但是,他每次都转了。为何?


“国家需要的事,我觉得有意义,就去做了。”这就是他的回答,他18岁时就已给出了承诺。


院士小传:

杜祥琬(1938— ),应用核物理、强激光技术和能源战略专家,1997年当选为中国工程院院士。现为中国工程物理研究院高级科学顾问,曾任中国工程院副院长。主持我国核试验诊断理论和核武器中子学的精确化研究,为我国核试验成功和核武器发展做出重要贡献;曾任国家“863计划”激光专家组首席科学家,是我国新型强激光研究的开创者之一。获国家科学技术进步奖特等奖1次、一等奖1次、二等奖2次。2000年获何梁何利基金科学与技术进步奖。1956年加入中国共产党。


来源 : 光明日报 发布时间 : 2022-04-13

亮点光电入选教育部高校学生司第一期供需对接就业育人项目名单

1.png


近日,教育部高校学生司公布第一期供需对接就业育人项目立项名单。江苏亮点光电集团与北京工业大学、上海理工大学、江南大学、武汉工程大学、南京信息工程大学、西安电子科技大学、重庆邮电大学、常熟理工学院、黑河学院等9个供需对接就业育人项目顺利通过审批,获准立项。

2.png

3.png

江苏亮点光电集团(Lumispot)成立于苏州工业园区,总投资过亿,拥有1.4万平方米的办公和生产面积,设有北京亮度、无锡亮源、泰州亮点三个子公司。公司专注于激光信息应用领域,研发、生产及销售半导体激光器、光纤激光器、固体激光器及相关激光应用系统。公司获得高功率激光器工程中心、省部级创新人才称号、多项国家级创新基金等。

亮点光电拥有一批高层次的人才队伍,包括多年从事激光器研究的博士、行业资深管理和技术专家以及多位院士组成的顾问团队等,曾多次获得各级部门重大创新团队和领军人才殊荣。公司成立以来,凭借稳定可靠的产品质量以及高效专业的服务支持,目前已与航天航空、船舶、电子、铁路、电力等众多特种行业领域的厂家和研究所建立了良好的合作关系。

目前,江苏亮点光电科技有限公司已与中科院半导体所、中科院上海技物所、北京工业大学、江苏大学、苏州大学等战略合作伙伴。公司激光类专利已授权59项(已授权发明专利16项),在申请专利达86个(发明类专利再申请达62个)。获高新技术企业、国家级科技型中小企业技术创新基金、中国公安部专项认证证书、“知识产权示范企业”(贯标认证)、苏州市领军成长人才、姑苏人才、某宽温半导体激光器新品预研计划、同时参与并完成国家十三五某预研计划。

供需对接就业育人项目的发布,旨在落实党中央、国务院“稳就业”“保就业”决策部署,深化产教融合、校企合作,从而实现人才供需有效对接。根据教学司函〔2022〕7号文件,亮点光电入选第一期供需对接就业育人项目名单,作为首批入选企业,亮点光电将在就业实习基地、人力资源提升方面展开就业育人项目。

4.png

亮点光电董事长蔡震博士表示:“首先非常感谢教育部给与亮点光电这样一个机会,能与各大理工类高校进行对接,互相学习。激光是一个跨学科的专业,涉及到光学工程、电子工程、计算机科学与技术、机械工程、材料工程等各个专业。亮度光电现在研发人员就多达80多人,并处在高速发展阶段,能给广大毕业生提供一个施展才能的舞台,当然我们也提供了一系列软硬件科研设备、场地,还有各个方面的高级工程师,能指导本、硕、博的学生实习、毕业设计,我们也正在申请博士后流动站,特别欢迎优秀的毕业生能留到亮点光电集团。”

据蔡震博士介绍,亮点光电在北京、苏州、无锡、泰州都有研发部,能为毕业生量身定制个人技能提高的成长计划,对于就业者来说“赚钱和长本事”是自身最重要的事情,因此亮点光电集团始终保持行业内中上等的薪酬福利计划作为基础,并紧紧“以客户利益第一、以团队绩效第一、以个人成长第一”的核心价值观,来建设和推动现代高科技企业制度和企业文化落地,努力成为全球特种行业光电信息领域的独角兽。



来源 : 亮点光电 发布时间 : 2022-04-12

龙头企业北上设厂,济南激光产业悄然洗牌


2020年,总部在广东佛山的宏山激光在济南高新区建厂,同年,总部在苏州的迅镭激光在济南设立国际电商中心。2021年,大族激光智能制造基地落户济南高新区。2022年,武汉华工激光与济南密切接触,准备投资济南……

国内第一台激光切割机诞生于济南,然而,济南激光产业曾长期同质化竞争严重,多数企业处于产业链中低端,规模小、研发能力不足。2020年以来,随着宏山、大族等龙头企业纷纷北上设厂,济南成为激光产业龙头企业投资的热土,激光产业则在悄然洗牌。

从“三剑客”到“三巨头”

我国激光机械以深圳和武汉最为耀眼,武汉光谷以院校背景浓厚、科研能力强而著称,深圳因拥有众多极具竞争力的激光公司而闻名。与武汉、深圳激光产业靠内需发展壮大不同,济南激光产业是根植于深厚的机床工业基础、依托外需和进出口贸易发展起来的。

1985年,济南铸锻所研制出中国第一台激光切割机。数据显示,2017年,济南从事激光产业的企业700余家,其中制造企业有400余家。目前,激光装备产业链核心企业有20家,中小型制造业企业320多家。邦德、金威刻和森峰一直是济南激光装备产业链上的“三剑客”。邦德是北方最大的激光切割设备生产商;金威刻是美国市场占比最大的中国激光机品牌;森峰是长江以北最大的数控激光设备制造企业。

2020年,济南激光产业收入突破120亿元,2021年,突破150亿元,其中“三剑客”均实现50%以上增长。也是在这两年,国内激光龙头企业纷纷“北上”,形成一股投资济南的风潮。

宏山激光是国内排名前三的激光装备企业。2020年,宏山激光在济南高新区注册济南宏石激光科技有限公司,租用6000平方米厂房。很快,现有产能就跟不上纷至沓来的订单。一年后的2021年4月,该公司在临空经济区拿地100亩,打造全生态产业集群,建成后可年生产各类激光设备3000台、年产值10亿元以上。“从考察到决定设厂,我们只用了十几天时间。”宏石激光相关负责人表示,决定到济南设厂以前,总部曾派人到济南及周边地区做过调研。如今,投产不足两年,济南的供应链优势就远远超过团队预期。

大族激光是世界排名前三的工业激光加工设备生产厂商。该企业选址高新区智能装备城,建设北方智能制造基地,打造“生产+销售”为一体的本地化服务。目前,该项目的生产区已完成改造,办公区正在装修,企业方面正抓紧推动人才招聘,预计二季度能如期投产。

湖北被称作国内激光产业的发源地,华工激光是当地的领军企业。2019年,该企业研发出国内首套三维五轴激光切割机,目前应用到沃尔沃、吉利、长城等20多个汽车品牌。这家企业也在酝酿在济南“落子”

一批规模不大,但手握行业领先技术的企业也蜂拥到济南发展,比如,研发生产超快激光器的立德激光。超快激光器在精密微细加工领域有明显优势,在一定程度上代表着激光产业的未来。

激光产业新的产业格局正在快速塑造。

从模仿到自主研发核心部件

国内龙头企业扑面而来,本地“三剑客”表示,有压力但不畏惧。

2002年,金威刻创始人蒋习峰在华信路租赁200平方米办公室,自己身兼产品研发、生产、销售等所有岗位,开始研发激光雕刻机。新产品的软件、硬件研发乃至外观设计,他本人一手包办。20年间,该公司早已今非昔比。金威刻在高新区征地3次建设3个厂区,2020年被认定为“现代优势产业集群+人工智能”试点示范企业,仅这一年,公司就招聘了150名应届大学生、100名技术人才。金威刻是山东省“一企一技术”创新企业、山东省瞪羚企业、山东省专精特新企业、济南市企业技术中心、济南市工程技术研究中心。

济南本地激光企业从模仿同行起步,走过规模化时代,现已纷纷向研发型企业转型,在济南“智”造史上书写自己的一页。

每一台激光设备都需要搭载一部激光器和一套运动控制系统。作为核心部件,激光器的价格能占据整台激光设备的30%-50%。济南企业曾长期不掌握相关技术。早在2017年,以邦德激光为代表的本地重点企业就纷纷迎难而上,破解这一束缚行业发展的痛点。邦德激光调整战略,成立独立运营的子公司,专门从事控制系统的研发,相关设备从满足自用起步,逐步抢占国内激光运动控制系统的市场份额。为了跟上全球激光产业的技术发展,森峰激光自主研发激光器,并在章锦综保区设立全球维修中心和出口加工基地。

2019年,邦德激光的激光切割机产销量全球第一。2020年,该公司在全球首发40000W光纤激光切割机。东京奥运会标志性五环LOGO全部由邦德激光的设备制作而成。华光光电作为主要参与单位,发布国内第一个激光技术类IEEE国际标准。2021年5月,金威刻发布国内首台桌面级3D智能云激光雕刻机。

当前,济南在激光加工装备领域已形成规模优势,部分核心部件、集成应用技术及装备达到国际领先水平,激光芯片、器件(泵源)产销量连续多年保持行业领先,中小功率泵源国内占比超过80%。一个个“国内第一”、“全球首发”正由济南企业来完成。

从价格战到开拓新应用

不论哪个产业,拥有技术护城河就意味着拥有定价权、话语权,反之,如果不掌握核心技术,就意味着同质化竞争,毛利润逐年下降,直至失去竞争力。济南已经成长为北方最大激光产业基地,产业规模有了,下一步就需要在规模做大的同时更要做强。

2020年8月,济南市提出建设国际激光谷。济南高新区智能装备中心牵头成立山东省激光装备创新创业共同体,这是全省首批批复建设的五家共同体之一。该共同体聚集“政、产、学、研、金、服、用”七方面发展要素,吸纳成员单位30余家(含5家国际成员单位),构建从上游的芯片、泵浦源、晶体材料,到中游的激光器,再到下游激光装备相对完整的产业链。

通过搭建创新创业共同体这一平台,各类要素充分融合,不断拓展新应用场景。在激光熔覆领域,由森峰科技、山东省激光所、济南重工形成“产研用”的合作模式;由雷石智能制造公司和智囊盒子形成“产+服”合作模式,并成立了合资公司;在激光清洗领域,由森峰科技、山东省激光所、海富光子形成“产业链”+“研”的合作模式

为打造激光产业,智能装备城及周边建设众多专业化载体及众创空间,包括智造谷产业园、幸福连城·光电创新园、普洛斯国际激光装备基地等。森峰激光新生产基地项目是2021年全省重大项目,建成后将可年产30000台装备。

建设中的中科院科创城也成为激光产业提高核心竞争力的重要助力。中科院理化所成立济南激光研究院,与激光装备创新创业共同体在国家重点领域开展技术创新合作。前期,该所与华光光电合作研发新款激光芯片,突破卡脖子技术,第一年即形成3000万元的产值。一年来,围绕服务本地企业、推动新技术转化等方面,双方多次对接。

“当前,济南激光产业链相对完整;激光加工装备领域形成规模优势,并且持续高速增长;产业集聚效应不断凸显;产品逐步迈向高端领域。”济南高新区智能装备产业发展中心副主任赵巍认为,未来,济南激光产业要瞄准高功率、高效率、高精度整机装备;转向以实现客户需求为导向的柔性化、集成化生产;在核心部件小型化方面实现突破,才能彻底走出同质化竞争的窠臼,形成产业领先优势。


来源 : 济南日报·济南发布 发布时间 : 2022-04-11

扫描间隙对激光粉床熔融GH4169合金微观组织及硬度的影响

摘 要:目的 研究相同激光功率、扫描速度及粉层厚度条件下,激光粉床熔融GH4169合金微观组织、硬度及密度在不同扫描间隙条件下的演变规律。方法 采用激光粉床熔融设备制备了GH4169合金试样,通过扫描电子显微镜对微观组织进行了观察,采用

硬度仪测量了试样硬度,基于阿基米德原理测量了试样密度。结果 随着扫描间隙的增加,激光粉床熔融GH4169合金的熔合不良缺陷增多,密度逐渐降低。结论 扫描间隙对激光粉床熔融GH4169合金的微观组织、硬度及密度具有显著影响,合理选取扫描间隙参数,可有效减少熔合不良缺陷,提高致密度和硬度。

关键词:激光粉床;GH4169;扫描间隙;微观组织

金属材料增材制造工艺(Additive manufacturing of metallic materials,AMMM)可以直接将三维数字模型加工为实际产品,与减材制造工艺相比,AMMM工艺在近净成形方面具有天然的优势,例如可以减少产品设计和加工时间、节省原材料以及降低能耗等[1—2]。激光粉床熔融工艺(Laser powder bed fusion,L-PBF)利用激光束斑有区域选择性地逐层熔化粉床上的粉层,成形精度较高,加工后构件相对密度可接近100%,是AMMM技术中最有应用前景的技术之一[3—5]。

GH4169合金具有优异的综合性能,如耐高温、抗腐蚀、抗氧化等,在航空航天、核工业以及海洋工业等中的应用越来越广泛[6—8]。GH4169合金的高硬度和低导热性导致其减材制造工艺中存在加工困难及成本高昂等问题[9]。L-PBF技术可以制造出接近最终形状的零件,国内外众多学者针对GH4169合金的L-PBF工艺,开展了大量研究。Scime和Beuth[10]研究了GH4169合金在激光粉床熔融过程中熔池尺寸及形貌的变化。Gallmeyer等[11]基于不同热处理工艺下激光粉床熔融GH4169合金微观组织与力学性能之间的关系,提出了一种新的热处理工艺。Rezaei等[12]研究了激光粉床熔融GH4169合金微观组织及力学性能的各向异性。Chen等[13]采用L-PBF工艺,研究了GH4169合金与316不锈钢之间的焊接过程。

L-PBF工艺参数包括激光功率、扫描速度、扫描间隙及粉层厚度等,其中,扫描间隙为相邻激光扫描路径之间的间隙,是L-PBF中重要的工艺参数,因此,文中将重点研究不同扫描间隙条件下,激光粉床熔融GH4169合金微观组织及硬度的演变规律。

1 实验

材料为美国Carpenter公司生产的GH4169粉末,化学成分如下(质量分数):Ni为53.06%,Cr为19.65%,Nb为5.02%,Mo为3.07%,Ti为1.00%,Al为0.46%,C为0.04%,余量为Fe。所用粉末的形貌如图1所示,筛分分析显示粉末粒径大部分分布在15~45 μm。

图1 GH4169粉末的形貌

Fig.1 Morphology of GH4169 powder

采用广东汉邦激光科技有限公司的HB 280型激光粉床熔融设备,制备了尺寸为 10 mm×10 mm×10 mm的立方块试样,制备过程中所采用的扫描路径如图2所示,x 和y 方向为扫描方向,z 方向为沉积方向,扫描间隙为60,80,100 μm,粉层厚度为40 μm,扫描速度为2000 mm/s,激光功率为350 W。

图2 扫描路径示意图

Fig.2 Schematic representation of scan strategy

采用80#~2000#砂纸,对试样的xy 面和xz 面分别进行机械研磨,随后采用3 μm的金刚石悬浮液进行抛光,接着采用美国VibroMet 2振动抛光机进行振动抛光,最后采用光学显微镜(Optical microscopy,OM)和电子背散射衍射(Electron backscatter diffraction,EBSD)进行观察。对于 OM试样,采用 100 mL HCL+100 mL CH3CH2OH+5 g CuCl2 溶液进行化学腐蚀。采用OLYMPUS-GX71型光学显微镜和Philips XL30FEG型扫描电子显微镜进行微观组织观察,采用Mitutoyo HM-102型硬度仪进行了硬度测量,最后根据阿基米德原理,测量了试样的密度。

2 结果与分析

2.1 激光粉床熔融GH4169合金微观组织特征

图3所示为试样xz 面的微观组织形貌,其中图3a为熔池形貌,图3b为晶粒形貌及取向。由图3a—b可知,xz 面晶粒形貌为沿沉积方向延伸的柱状晶,柱状晶晶内取向差异不大,并且柱状晶的生长穿过了熔池边界,跨越了多个沉积层。这是因为在粉层熔融凝固过程中,熔池的温度梯度可以高达105 K/m,处于柱状晶生长的凝固条件内。同时,激光穿透了前一粉层熔融时所形成的熔池,前一粉层熔池和沉积层界面上未熔化的晶粒为新柱状晶的外延性生长提供了形核点[14],因此,激光粉床熔融GH4169合金的晶粒组织以沿着沉积方向延伸的柱状晶为主,并且晶内的取向差异较小。此外,由图3b可知,晶粒形貌虽然不规则,但大部分沿着<001>方向生长,这是因为GH4169合金的基体为面心立方结构,<001>方向为其晶粒长大的择优取向[15]。

图4所示为试样xy 面的微观组织形貌,其中图4a所示为背散射电子图,图4b所示为放大后的背散射电子图。由图4a可知,xy 面上的晶粒形貌非常不规则。图4b显示,放大后晶粒内部具有尺寸小于1 μm的柱状胞晶组织,激光粉床熔融GH4169合金晶粒组织内部的这种柱状胞晶组织来自于凝固形态、溶质原子排斥以及热应力等因素的共同作用[11]。凝固时溶质原子被排斥至枝晶尖端,因此胞晶组织的尺寸取决于熔池凝固时的枝晶形状。同时,由于相邻沉积层反复熔融凝固时所产生的热应力的影响,胞晶组织的胞晶界上有位错缠结形成。

图3 扫描间隙为60 μm下的xz 面微观组织形貌

Fig.3 Microstructure of xz plane under hatch distance of 60 μm

图4 扫描间隙为60 μm下的xy 面微观组织形貌

Fig.4 Microstructureof xy plane under hatch distance of 60 μm

2.2 扫描间隙的影响

图3a及图5为不同扫描间隙下的微观组织形貌,可知,随着扫描间隙的增加,熔合不良缺陷显著增多。这是因为激光能量密度与扫描间隙呈负相关,随着扫描间隙的增加,激光能量密度逐渐不能充分地熔化沉积层之间的粉末,导致出现搭接不良的问题。

图6为不同扫描间隙下试样的相对密度及硬度。由图6a可知,试样相对密度随着扫描间隙的减小而逐渐升高。试样相对密度随扫描间隙的演变规律与图3a及图5的微观组织观察相吻合。随着扫描间隙的减小,激光能量密度升高,试样微观缺陷减少,相对密度随之升高。

图5 不同扫描间隙下的xz 面微观组织形貌

Fig.5 Microstructure of xz plane under different hatch distances

图6 扫描间隙对相对密度及硬度的影响

Fig.6 Effects of hatch distance on relative density and hardness.

图6b为试样xy 面及xz 面硬度随扫描间隙的演变规律,可知,不同扫描间隙下的试样硬度相差不大,而试样xz 面硬度普遍高于xy 面硬度,这是因为激光熔融GH4169合金的微观组织具有显著的各向异性。

3 结语

1)激光熔融GH4169合金的微观组织形貌具有显著的各向异性。在平行于沉积方向上,晶粒形貌为沿沉积方向延伸的柱状晶,柱状晶晶内取向差异不大,并且柱状晶的生长穿过了熔池边界,跨越了多个沉积层;在垂直于沉积方向上,晶粒内部具有尺寸小于1 μm的柱状胞晶组织。

2)扫描间隙对激光熔融GH4169的微观组织及相对密度具有显著影响。随着扫描间隙的增加,GH4169合金的微观缺陷增多,相对密度降低。


来源 : 东莞理工学院 机械工程学院 发布时间 : 2022-04-08

沈阳自动化所飞秒激光微纳加工及生物学应用研究获进展

沈阳自动化所飞秒激光微纳加工及生物学应用研究获进展


微信图片_20220407102422.png

据麦姆斯咨询报道,近日,中国科学院沈阳自动化研究所在飞秒激光微纳加工及生物学应用取得新进展。飞秒激光微纳加工与双光子4D打印是微纳米机器人课题组新开辟的研究方向,旨在利用飞秒激光超快加工开展生物界面调控与柔性脑机接口研究,为生命科学和脑科学研究提供新的使能技术。

飞秒激光加工是利用其多光子非线性吸收特性,具有分辨率高、材料适用性广以及热损伤小等优势。科研团队构建了双波长飞秒激光加工系统,可实现大范围、三维高精度微纳加工。针对细胞行为学和细胞团簇捕获的研究需求,研究创新性的提出了单脉冲飞秒激光双光子聚合方法,结合毛细力自组装原理,制备了三维微图案化微结构阵列,实现了MCF-7细胞的选择性生长调控。相关研究成果发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。

微信图片_20220407102430.png
飞秒激光微纳加工机理及细胞选择性生长调控

近年来,该课题组在微纳光学与生物传感领域开展了系列研究,相关成果发表在Advance Sciences(2022)、Biofabrication(2022)、Lab on Chip(2021/2022)、Optical Express(2021)等上,受到广泛关注。

研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院前沿科学重点研究计划、中科院青年创新促进会和辽宁省自然科学基金的支持。
来源:MEMS


来源 : MEMS 发布时间 : 2022-04-07

动力电池,激光清洗的新蓝海?

今年3月11日,中国汽车动力电池产业创新联盟发布了2022年2月动力电池月度数据。数据中动力电池的产量增幅同比增长236.2%,比新能源汽车销量增幅更加明显。

年前两个月的动力电池产量与2020年、2021年相比翻了十倍。且不仅是产量,电池装车量也同比上升145.1%,呈快速增长势头。

电池联盟二月数据

我国是目前新能源汽车电池需求量最大的国家。在未来,根据工信部发布的《新能源汽车产业发展规划2021-2035》,我国将继续减少汽油柴油车的生产量,提升动力电池等产业基础能力,进一步加大及优化新能源汽车产业的建设。

动力电池作为新能源汽车的核心零部件之一,是新能源汽车成本构成的主要来源,其连接质量和使用寿命直接影响电动汽车的性能指标,对电动汽车的发展至关重要。


激光清洗在动力电池应用市场现状

锂电池的生产是“roll-to-roll”过程,无论是磷酸铁锂电池、钠离子电池还是三元电池都需经历从薄膜到单个电池,再到装成电池系统的加工过程。锂电池的制备工艺大致可分为电极片制作,电芯合成,化成封装三段。

锂电池工艺流程

在这三个大的工序中又有数道关键工艺,会直接影响电池的蓄电能力,产品安全和使用寿命。因此不同生产工艺产出的电池性能差异很大。在这些环节里,激光清洗目前可参与十几项项制备工艺,可大幅提升锂电池的优品率。

激光清洗在动力电池中应用领域

随着动力电池需求的持续加大,激光清洗设备的需求也必将随之上涨。接下来我们就重点看看其中的几项应用工艺及比较优势。


01极片涂覆前 铜铝箔片激光清洗

锂电池的正负极片是在铝箔铜箔上涂覆锂电池正负极材料而成,极片涂布对电池的安全性有重要意义。涂布过程如果混入颗粒、杂物、粉尘等其他介质会引起电池内部微短路,严重时导致电池起火爆炸。

因此箔片在涂覆前需要进行清洗处理,来得到完全洁净、和无氧化层的表面。

现有的电池极片一般采用超声波清洗,配合乙醇溶液做清洗剂作为涂布前清洗工艺。这种方式存在以下缺陷:

1.超声波清洗金属箔件特别是铝合金材质的工件时,受频率、清洗时长和功率的影响,超声波的空化效应容易腐蚀铝箔,产生细密小孔,作用时间越长,小孔越大。

而锂电池极片所用箔片一般为单零箔,厚度为10 μm,更容易受因清洗工艺问题而撕裂成孔。

2.用乙醇溶液作为清洗剂不仅容易对锂电池其他部位造成损伤,而且还容易出现“氢脆”现象,影响铝箔的力学性能指标。

3.清洗效果虽然比传统湿法化学清洗好,但清洁度仍然不如激光清洗,表面偶尔仍会存在污染物,导致涂层与箔材脱离或产生缩孔。

极片分切时,涂层与箔材脱离

箔材表面存在污染物颗粒,低表面张力使液膜向颗粒周围发射状迁移形成缩孔点状缺陷

激光清洗作为干式无耗材清洗,在对铝箔表面处理的清洁度和亲疏水性等指标上都接近零瑕疵,最大程度保证极片上浆涂布的效果。

采用激光清洗金属箔不仅能提高清洗过程的效率、节约清洗资源,并且能建立清洗过程数据实时监控和清洗结果量化判定,能有效提高极片批产生产的一致性。

以下是水滴激光的测试数据:


02电芯极耳 焊前激光清洗

极耳是从电芯中将正负极引出来的金属带,是电池进行充放电时的接触点。表面的污染物如油脂,腐蚀抑制剂和加工中的其它化合物,会导致焊缝处熔接不良、裂纹和孔隙等问题。

在出厂过程中极耳经常会出现不平整,折弯甚至扭曲,极耳与电芯焊接强度较弱,使焊接时出现虚焊、假焊、短接等现象,导致焊接接头的电导率降低,最终限制了电池组的整体性能。

这个接触点表面是否干净,会极大影响电气连接的可靠性和耐久性。

现有的极耳清洗多采用人工清洗,湿法化学剂清洗或等离子清洗:

人工清洗效率低下,成本高;

湿法流水清洗线虽然提高了效率,但流水线长度较长,占用工厂面积大,且化学剂也容易损伤其他锂电部位;

等离子清洗虽不需要液体介质,但也需要工艺气体作为耗材,且气体电离会导致电池的正负极易导通,应用时往往要多次翻转电芯将正负极极耳分开清洗,实际效率并不高。

一条人工极耳生产线

激光清洗可以有效地去除电芯极柱端面的污物、粉尘等,为电池焊接提前做准备。

因为激光清洗无需固液气等任何耗材、结构紧凑,占用空间小、清洗效果显著,可大幅提高生产节拍,降低制造成本;

可在彻底清除有机物和微小颗粒的基础上粗化焊接表面,提高后续激光焊接的可靠性。是极耳清洗的最佳选择之一。

一种电芯极耳激光清洗装置

水滴激光关于清洗前后粗糙度的测试数据


03组装过程中 外贴胶清洗

为了防止锂电池发生安全事故,一般需要对锂电池电芯进行外贴胶处理,以起到绝缘的作用,防止短路发生以及保护线路、防止刮伤。

当前国内不少电池企业在这一环节仍然是靠人工或自动化程度较低的工艺来完成,大多只是进行简单的包裹操作,效率不高、成本昂贵。并没有在包膜前对电池壳进行有效全面的清洁,更没有对包膜后的效果进行精确的检测。

未清洁彻底的电芯外包膜进行CCD检测时,外观会有褶皱、气泡、划伤等不良情况,常可检出直径≥0.3mm的气泡。存在漏电和水锈腐蚀的概率,减少电池寿命的同时也存在安全隐患。

电芯外包蓝膜

激光清洗在电芯表面洁净能力上可达到Sa3级,除净率99.9%以上;并且对电芯表面无应力作用。

与其他清洁方式如超声波清洗或机械打磨相比,可最大程度的保证电芯表面硬度等物理化学指标不发生变化,延长电池的使用寿命。

外贴胶前对电芯进行激光清洗,清洁电芯表面脏污,粗化电芯表面,提高贴胶或涂胶的附着力,且清洗后不会产生有害污染物,是优品的保证。


激光清洗在动力电池的解决方案

除了上述的几个例子之外,激光清洗在电池盖电泳漆去除、箔片标签清洗等其他十几项工艺流程中也具备较大的替代优势。

但与此同时国内的激光清洗机也面临着激光器功率太小,现有清洗效率跟不上厂家生产节拍的窘境。

国内市面上应用于清洗的脉冲激光器最高功率依然未达到2000W,这就造成了在实际生产过程中激光清洗应用困难的现状。


@水滴激光复合清洗方案

水滴科技早在2018年就高度关注激光清洗在锂电行业的应用,针对现有市面上激光清洗机效率不高的窘境也持续不断地做着技术研发的投入。

成功在近两年推出6000W连续+1000W脉冲的复合激光清洗工艺,通过工艺的优化弥补了功率的不足。

该款产品的清洗效率为1000W单脉冲激光清洗机的500%,是目前市场上激光清洗效率最高的产品之一,在清除厚漆层、厚锈、油污等方面有较大优势,广泛应用在高铁轮对轴、飞机蒙皮等项目中。在动力电池领域的托盘CMT、防护底板等工序的清洗应用上有比较良好的表现。但相对的也存在产生热量、基材微熔等不适用超薄精密清洗材料的缺点。

如何在铝箔这类精工件上拓展复合清洗的应用是我们接下来会重点攻克的技术难题。

水滴激光复合清洗机

动力汽车的材料成本中最昂贵的就是电池部分,其次才是车身底座和驱动系统等部分。动力电池主要分为液态锂离子电池LIB和聚合物锂离子电池LIP,其中电池成本大部分来自正极材料,所需的镍、钴、锂等优质矿产资源主要分布在南美及澳洲等国家。

我国部分企业主要通过战投和并购的方式加入SQM来获得优质锂矿资源。受正极材料盐湖和锂矿产区在全球分布的影响,我国未来的主要发展趋势可能会偏向磷酸铁锂电池、钠离子电池和氢燃料电池。

动力汽车成本结构

而无论是现有的动力电池还是未来可能发展的新型电池,对工业清洗的需求是不会变的。甚至要对国外领先技术做追赶的话,对工业清洗的需求只会更大:往更高精度,更高优品标准上发展,实现集成自动化。

在这个趋势上,无论是传统人工作业的方式还是化学酸碱剂都无法满足全流程实时调控的需求,而这恰恰是激光清洗的看家本领:全自动化集成系统、微米级可控的精准度、绿色无污染的清洗方式还有最高等级的材料表面清洁度,都彰显着激光清洗与动力电池行业之间的契合度。

随着俄乌战争的影响扩大,动力汽车迎来了新的高速发展的市场机会。动力电池的产量也随之翻倍增长。

这是中国动力电池行业的发展机遇,也将会是激光清洗行业的蓝海。

来源:水滴激光


发布时间 : 2022-04-06

长光华芯亮相A股,成为科创板激光芯片第一股

2022年4月1日,苏州长光华芯光电技术股份有限公司(以下简称“长光华芯”)在上海证券交易所科创板上市。至此,长光华芯亮相A股,成为科创板激光芯片第一股。

长光华芯上市后,将借助资本市场的力量,继续在多产线、多维度发展中创造更大的应用价值;在高功率激光芯片、器件、模块方面扩充产能;在垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)及光通讯激光芯片方面实现产业化,加大投资建设研发中心。

长光华芯主要致力于高功率半导体激光器芯片、高效率半导体激光雷达3D传感芯片、高速光通信半导体激光芯片及相关光电器件和应用系统的研发生产和销售。产品广泛应用于:工业激光器泵浦、激光先进制造装备、生物医学及美容、高速光通信、机器视觉与传感等。

长光华芯目前已建成从芯片设计、MOCVD(外延)、光刻、解理/镀膜、封装测试、光纤耦合等完整的工艺平台和量产线,是全球少数几家研发和量产高功率半导体激光器芯片的公司。公司高亮度单管芯片和光纤耦合输出模块、高功率巴条和叠阵等产品,在功率、亮度、光电转换效率、寿命等方面屡次突破,获多项专利,与全球先进水平同步。公司建立了完整的研发、生产及质量管理体系,通过了ISO9001质量体系,以高性能和高可靠性产品服务客户。

长光华芯聚焦半导体激光行业,经多年发展,目前已形成由半导体激光芯片、器件、模块及直接半导体激光器构成的四大类、多系列产品矩阵,为半导体激光行业的垂直产业链公司。

长光华芯表示,经过多年的研发和产业化积累,针对半导体激光行业核心的芯片环节,公司已建成覆盖芯片设计、外延、光刻、解理/镀膜、封装测试、光纤耦合等IDM全流程工艺平台和3吋、6吋量产线。

据介绍,目前3吋量产线为半导体激光行业内的主流产线规格,而6吋量产线为该行业内最大尺寸的产线,相当于硅基半导体的12吋量产线,应用于多款半导体激光芯片开发,突破一系列关键技术。同时,依托公司半导体激光芯片的技术优势,公司业务向下游延伸,开发器件、模块及终端直接半导体激光器,上下游协同发展,在半导体激光行业的综合实力逐步提升。

公司拥有多项关键核心技术,包括器件设计及外延生长技术、FAB晶圆工艺技术、腔面钝化处理技术、高亮度合束及光纤耦合技术等。公司产品在功率、电光转换效率、寿命等方面屡次实现技术突破。随着生产技术不断提高及生产工艺不断改进,2018年至2020年,公司激光芯片生产的良率不断提高,复合增长率达到33.40%。良率是提高芯片产量、降低生产成本的重要因素。

未来,长光华芯将牢记“中国激光芯,光耀美好生活”的企业使命,以“POSS”(“专业”—Professional,“用心”—Observant,“服务”—Serving,“奋斗”—Striving)企业精神和价值观,服务客户和社会,实现“在激光芯片领域综合实力和创新能力具有全球竞争力”的目标。

长光华芯董事长闵大勇表示公司将积极融入长三角一体化和国家发展大潮中,以“中国激光芯,光耀美好生活”为使命,共同打造具有国际影响力的激光产业集群,带领团队在激光芯片领域,进入全球第一阵营。

来源:激光制造网 编辑:Cici


发布时间 : 2022-04-02

返回顶部