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先进制造

炬光科技相关技术与产品已在光纤激光器核心器件、柔性显示屏制造、半导体光刻、金属3D打印、半导体晶圆退火、熔覆和塑料焊接等先进制造领域得到了广泛的应用,主要包括:

(1)光纤激光器核心器件

光纤激光器作为全球增长速度最快的工业激光器,炬光科技为该应用领域提供快轴准直镜(FAC)和预制金锡陶瓷热沉两大核心器件。

炬光科技的快轴准直镜是一种非球面柱面透镜,主要应用于半导体激光单管芯片或阵列芯片的快轴准直,采用高质量的光学玻璃和非球面型设计,能将激光芯片的绝大多数能量都集中在准直后的角度范围内,从而提高对激光芯片能量的利用率。企业采用晶圆级同步结构化加工工艺,在大批量生产制造时的优势极为突出,不仅能够确保产能充足,更能实现大规模量产时产品质量指标的一致性,成为光纤激光器行业上游供应链中稳定可靠的一环。

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(2)柔性显示屏制造

柔性显示屏因其可弯曲、可折叠、可穿戴等特性,近年来受市场青睐并得到广泛应用,炬光科技在该领域可提供基于紫外固体激光光学核心技术的激光剥离和激光退火系统。

企业的激光剥离光学系统技术基于固体激光光源,利用激光光束转换技术、激光匀化技术及激光线光斑技术等光学整形核心技术,可实现30000:1极端不对称情形下产生仍具有97%以上均匀性的线光斑。与行业内其他解决方案相比,炬光科技的激光剥离线光斑技术具有均匀性高、线宽可调、景深大、运营成本低等优势。企业与多家显示设备集成商合作并提供紫外固体激光光学系统解决方案,现已实现向全球前四大平板显示制造商批量供货。激光剥离技术的示意图如下:

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激光退火是柔性有源矩阵OLED显示及高端低温多晶硅液晶显示制造过程中的核心工艺,炬光科技经过多年的研发投入,逐渐在激光退火领域取得突破。企业通过超高斯光学系统设计,利用激光光束转换和光场匀化等核心技术对高功率固体激光进行合束整形,达到类平顶能量分布,大幅降低相对于传统准分子激光退火的运营成本和维保频次,实现激光退火的良好效果。炬光科技已与多家显示行业知名企业在固体激光退火项目上展开合作,已获得首个商业订单并于2020年下半年成功交付样机,预计未来有望打破国外企业在激光退火领域的垄断地位。

(3)半导体光刻

在半导体和微电子制程中,光刻机是生产大规模集成电路芯片的核心设备。光刻机产生高精度激光在硅晶圆表面进行曝光并构建电路,其技术要求极高、价值含量极大,涉及精密光学、精密运动、高精度环境控制等多项先进技术。光刻机的制造和维护需要极高的光学和电子工业基础,目前世界上只有少数厂家掌握核心技术。炬光科技可为半导体光刻应用领域提供光刻机曝光系统中的核心高精度微光学元器件。

炬光科技的高精度微光学元器件采用晶圆级同步结构化加工工艺在微光学晶圆的上、下表面加工微纳结构,两个表面上的微纳结构可以是平行柱面(包括非球面柱面)或正交柱面(包括非球面柱面),经过几何光学及物理光学双重设计考量,实现对激光光束的高度匀化,使光斑达到物理极限所容许的均匀度,从而实现激光光束在硅晶圆表面的均匀曝光,确保光刻机能高效完成晶圆加工和半导体芯片的生产制造。

炬光科技现已成为国内外领先半导体集成电路设备研制和生产企业的高精度微光学元器件重要供应商。

(4)半导体晶圆退火

在半导体芯片制造领域,通过激光退火来提高产品的性能和良率、消除半导体晶圆内部缺陷、恢复晶圆电学参数、提高注入离子电激活率是晶圆制备过程中的关键环节之一。

炬光科技ALA系列激光退火系统采用808nm无铟化低近场非线性效应(Low Smile)工艺的DMCC作为激光光源核心器件,利用线光斑技术及光场匀化技术进行激光光学整形,配合高可靠性系统设计及集成能力,输出光斑长度大于10mm、宽度小于100um、光斑能量均匀性达到95%。企业的激光退火技术打破了半导体晶圆退火装备及核心部件均依赖于进口的现状,填补了国内激光退火设备的空白,未来有望实现全面进口替代。企业目前已与国内领先的半导体设备集成商及芯片制造商开展合作,提供激光退火装备进口替代解决方案。

(6)表面处理

A.激光熔覆

激光熔覆是一种优秀的表面改性技术。它通过在金属基材表面添加熔覆材料(复合金属粉末),利用高能量密度、高均匀性的的激光束使之与金属基材表面一起熔化形成液态金属熔池,并通过熔池自然散热凝固,从而在基材表面形成冶金结合的新材料熔覆层。这种新材料熔覆层能够显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化以及电气特性,从而达到表面改性或修复的目的,满足材料表面特定性能要求的同时可节约大量的材料成本,相对于传统的堆焊、热喷涂、电镀和气相沉积等表面改性工艺,激光熔覆具有很多优良的特性,例如极低的稀释率、致密的组织结构、优秀的冶金结合强度、熔覆层粉末可以根据需求调配等,因此激光熔覆技术在包括钢铁、石油、煤炭等重工业行业中大型机械设备零部件的制造和再制造领域应用前景十分广阔,同时在船舶、能源、轻工业等设备和部件的修复及强化领域,激光熔覆也成为了不可或缺的一种重要加工手段。 

炬光科技的DLight半导体激光表面处理系统拥有7项已经授权的国内发明专利,同时拥有多项实用新型专利和外观专利。该产品基于炬光科技多项在半导体激光光源方向的独特技术,其最高输出功率可达业界领先的10KW,同时采用微光学整形技术,结合矩形匀化光斑输出,使得熔覆过程的材料利用率和加工效率处于绝对的行业领先水平。 

B.  激光塑料焊接

激光塑料焊接技术是借助激光束产生的高能量激光束使塑料接触面熔化,进而将热塑性片材、薄膜或模塑零部件粘结在一起的技术。相较于传统的振动焊接技术、热板焊接技术等塑料焊接技术,激光塑料焊接的材料结合更紧密、牢固且密封性极佳,焊接过程中不会产生材料降解和破碎,焊接产品的外观不会发生形变,焊接过程易于控制,可焊接尺寸小或外形结构复杂的工件,同时激光焊接大幅减少制品的振动应力和热应力,这意味着制品或者装置内部组件的老化速度更慢,可应用于易损坏或对耐久度要求高的产品。在汽车工业,激光焊接塑料技术可用于制造很多汽车零部件,如燃油喷嘴、变档机架、发动机传感器、驾驶室机架、液压油箱、过滤架、前灯和尾灯等。其它汽车方面的应用还包括进气管光歧管的制造以及辅助水泵的制造。

炬光科技能够根据塑料焊接材质和形貌的不同,为客户提供合适的“激光+光学整形头”解决方案。企业凭借全球领先的微光学光斑整形匀化技术,可实现多样化的焊接光斑形状及业内最均匀的激光能量分布,满足轮廓焊、掩膜焊、同步焊等多种焊接需求。同时炬光科技车用塑料焊接系统利用微光学组件实现焊接工件几何形状精确可调,实现了高性能无缝焊接。并配备了闭环温度和能量控制系统,对焊接过程进行全过程的温度实时采集和反馈,保证了焊接工艺的高稳定性和一致性。

(7)固体激光器泵浦源

由于固体激光器无法自身发出激光,而是依赖外界输入激光,是由光学透明的晶体或玻璃作为基质材料,掺以激活离子或其他激活物质构成掺杂晶体,掺杂晶体将输入的泵浦激光转换为不同性质的输出激光。固体激光器主要采用半导体激光器作为泵浦源,核心部件主要包括作为泵浦源的半导体激光器和激光光学元器件等。

炬光科技在高功率半导体激光器全参数测试方面已探索了13年,开发了先进的高功率半导体激光器封装技术,针对不同应用开发独特冷却结构及瞬态热管理技术,深入研究稳态和瞬态热行为,首次提出宏通道散热、瞬态热管理及并联制冷技术,进一步提高大功率半导体激光器的性能和输出功率、提高效率、降低成本、缩小体积、增加使用寿命,在高功率半导体激光器封装方面积累了丰富的经验。炬光科技一直为提升固体激光器的性能不断探索,通过先进的封装技术生产出高可靠性、高性能的高功率半导体激光泵浦源,采用本企业设计生产的高精度光学整形系统,将激光泵浦源和光学系统进行集成来提升固体激光器的泵浦效率及光束质量。

(8)Mini/Micro LED焊接

Mini/Micro LED技术,即LED微缩化和矩阵化技术。是指在一个芯片上集成的高密度微小尺寸的LED阵列,将像素点距离从毫米级降低至微米级,可以极大的降低显示功耗,同时Mini/Micro LED还继承了高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点,并且具自发光无需背光源的特性,更具节能、机构简易、体积小、薄型等优势。从应用角度来看Mini/Micro LED被视为新一代的显示技术,将由极大的的可能用于户外大屏、电视、手机以及可穿戴设备等产品上。

由于Mini/Micro LED显示技术的潜在市场正在崛起,日韩、台湾和国内的显示行业厂商,都在布局这项新的技术,在Mini/Micro LED制造中,LED芯片的批量化焊接是需要突破的瓶颈之一,传统的回流焊接技术在大尺寸显示面板的应用上存在热形变和基板变色等问题,采用半导体激光进行的选区激光回流焊接(laser reflow soldering)能够有效的改善这些问题,同时对于密排的Mini/Micro LED显示面板,炬光科技Activation Line IR系列高功率半导体线光斑系统相较于传统的点焊接,能够极大的提升焊接效率,目前炬光科技也在与国内领先的显示行业企业合作开发Mini/Micro LED显示面板激光回流焊接(laser reflow soldering)工艺, 并计划逐步替代传统回流炉工艺,全面应用在Mini/Micro LED显示面板制造领域。

(9)低辐射(Low-E)玻璃表面镀膜退火加工

随着科技的不断发展,玻璃制造行业也不断进步,相较于传统的普通玻璃和钢化玻璃单一的形貌和颜色,带有表面镀膜或者是特殊形貌(如特殊形状和不规则弧形)的Low-E玻璃广泛应用在工业领域,例如汽车制造和高层建筑物外墙。

Low-E玻璃又称低辐射玻璃,是在玻璃表面镀上多层金属或其他化合物组成的膜系产品。其镀膜层具有对可见光高透过及对中远红外线高反射的特性,使其与普通玻璃相比,具有优异的隔热效果和良好的透光性,能够解决热量控制、制冷成本和内部阳光投射舒适平衡等问题,同时还能带来的另一个显著效益是环保。例如冰冷季节,因建筑物采暖所造成的CO2、SO2等有害气体的排放是重要的污染源。如果使用Low-E玻璃,由于热损失的降低,可大幅减少因采暖所消耗的燃料,从而减少有害气体的排放。

Low-E玻璃的上述特性使得其在发达国家获得了日益广泛的应用。我国是一个能源相对匮乏的国度,能源的人均占有量很低,而建筑能耗已经占全国总能耗的27.5%左右。因此,大力开发Low-E玻璃的生产技术并推广其应用领域,必将带来显著的社会效益和经济效益。由于玻璃内表面的58%的传热以辐射为主,这意味着要从改变玻璃的性能来减少热能的损失,最有效的方法是抑制其内表面的辐射。普通玻璃的辐射率高达0.84,当镀上一层以银为基础的低辐射薄膜后,其辐射率可以降低70%,在此基础上,使用具有高能量密度的半导体激光光束,对玻璃表面的低辐射膜层进行高效的均匀退火处理,利用膜层中金属离子的选择性吸取特性,能够使玻璃的辐射率进一步降低至0.15以下,大大提升Low-e玻璃的性能。

目前炬光科技的Activation Line IR系列高功率半导体线光斑系统,其主要应用之一就是Low-E玻璃表面镀膜的退火加工,处于亚洲领先地位的主要玻璃制造企业均和炬光科技展开技术探索和工艺开发,并取得了极佳的进展,为Low-E玻璃退火应用在中国本土玻璃制造行业的拓展和产业升级奠定了坚实的基础。

(10)光伏

(11)激光淬火


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