パルスEQ：熱損傷なしに最も繊細な材料を加工

今日の多くの製品、特にマイクロエレクトロニクスや ディスプレイ製造分野では、薄く、機械的に脆弱、あるいは熱に敏感な材料が使用されている。レーザーがこうした材料の加工（切断、マーキング、溶接など）に広く用いられるようになった主な理由は三つある。第一に、他のいかなる技術よりも微細で精密な加工が可能であること。第二に、加工物に機械的な力を加えないため、応力を生じさせず破損のリスクがないこと。 最後に、適切に使用すれば、加工中の部品へのレーザーの加熱量を制限することが可能です。これは重要な点です。なぜなら、熱は部品を損傷したり、何らかの形でその物理的特性を変化させたりする可能性があるからです。  

話題のトピック

製造業者が可能性の限界を押し広げ続ける中——より複雑な部品を絶え間なく増加する生産量で製造する——熱損傷の問題はさらに深刻化している。典型的な例が携帯電話ディスプレイの生産である。これらはしばしばフレキシブルOLEDモジュールを基盤としている。製造工程では、大型パネル上に複数のディスプレイを形成し、最終段階で個々の携帯電話用ディスプレイを切り出す。

これらの切り抜き形状は非常に複雑で、角丸加工やボタン用のくぼみ、カメラやその他のセンサー用の穴などが含まれます。そして、切断工程で部品を過度に熱しないことが極めて重要です。さもなければ、ディスプレイの外観（変色など）に影響を与えたり、機能性を低下させる可能性さえあります。 

Because this same problem affects so many applications, laser manufacturers have been developing technology to deal with it for some time. One important breakthrough was the development several years ago of industrial ultra-short pulse (USP) lasers. These deliver a burst of light so brief that material is vaporized off the part before most of the heat has time to be conducted into it. 

曲線の問題

しかし、最も要求が厳しく繊細な用途では、部品への熱損傷を完全に回避するために、USP技術でさえも補助が必要となる。その理由を理解するために、角が湾曲した携帯電話のディスプレイを切り出す例を再び考えてみよう。 

To do that, the laser beam has to trace out the desired cut pattern on the part surface – in other words, the beam has to move relative to the part to cut out the shape you want. That can be done by moving the part on a motorized platform, or by moving the laser beam using a scanner mirror (or a combination of both).

いずれにせよ、ビームの動きを生み出す機械システムには質量がある。つまり、瞬時に停止したり始動したりすることはできない。方向を変えるには、加速または減速する必要がある。したがって、ビームが切断パターンの曲線部分に到達すると、曲線に入るために減速し、その後、曲線から出る際に再び加速する。まるで車がカーブした道路でそうするように。

だから何だと言うのか？ そう、レーザーは一連の光パルスを発生させている。そして、それらが先述の超短パルスであろうと、より長いパルスであろうと問題ではない。いずれにせよ、それらは通常、時間的に均等に間隔を空けて発生する——例えば、100万分の1秒ごとに1パルス（そう、これらはそれほど高速であり、それ以上だ！） 

しかし、レーザーが固定繰り返し周波数でパルスを発生させている間に、モーションシステムが曲線を通過するとどうなるか見てみましょう。ビームの動きが曲線部分で減速し、その後再び加速するため、パルスが部品上に配置される間隔が、直線部分を切断する時よりも狭くなります。つまり、レーザーがその点で部品に若干多くの熱を供給していることを意味します。これは好ましくない現象です。

パルスEQって、めっちゃイケてるよね？

概念的には、この解決策は非常に単純である。切断プロセス中にレーザーパルスの発射間隔を調整し、ビームが表面に対してどれほど速く移動しているかに関係なく、各パルスがワークピースに当たる物理的な間隔が常に一定になるようにするだけでよい。

Of course, doing that in real life isn’t exactly straightforward. For one reason, when you reduce the pulse repetition rate on USP lasers, the pulse energy increases exponentially. Also, you need a control system that tells the laser exactly how fast the beam is moving on the part surface at any moment. Then the laser pulse rate has to be adjusted to match that. 

And, those are exactly the things that PulseEQ accomplishes. There’s a lot of technology that goes into making it work, and making it work precisely and reliably. But, the bottom line is that PulseEQ keeps the pulse energy constant at the desired level no matter what repetition rate the laser is operated at. And, it allows the laser repetition rate to match the part motion. So, no matter what the scan pattern and scan speed looks like, the laser cutting power at the work surface always remains the same. This enables the laser to perform the most precise and demanding processing tasks without producing any heat damage to the part. 

Because PulseEQ helps Coherent lasers deliver the best possible results in so many different applications, we’ve made it available on all of our industrial USP and nanosecond lasers.

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