在激光加工过程中，实现加工的物理基础是激光光束与加工材料相互作用。当激光辐照或扫描材料时，材料吸收激光能量并将其转化为热能，不同能量密度、功率作用于材料时会产生不同的热效应，因此能实现不同的加工效果。

激光与材料相互作用原理图

（来源：百度文库）

一般来说，不同数量级的激光功率密度作用在材料表面所发生的物理现象不同。

不同数量级的激光功率密度作用在材料表面所发生的物理现象及应用

（来源：百度文库）

激光加工属于无接触加工，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的，市场空间大。

2010-2015全球激光加工设备销售收入（亿美元）

（来源：Ofweek研究中心）

皮秒激光器是脉宽为皮秒的激光器，作为超短脉冲激光的典型代表，皮秒激光具有超短脉宽、重复频率可调、超高峰值功率的特点。

皮秒激光加工的原理在于：当激光照射到材料表面时，除一部分光被反射外，其余光能基本都进入材料内部，这其中的一部分被材料本身吸收，另一部分则透过材料。

对于金属材料，皮秒激光的能量被材料内的自由电子线性吸收，激发之后产生等离子体，在等离子体与皮秒激光共同作用下，材料内部膨胀、爆炸产生冲击波，使得受作用区域材料脱离母材，完成材料加工过程。

传统的激光加工热输入大，在加工过程中会产生热应力使得金属等材料发生变形，但是皮秒激光脉冲宽度可以和电光弛豫的时间相比较，短到足以对材料进行“冷”烧蚀，即几乎没有热效应。

皮秒激光加工优势

（来源：网络）

皮秒激光与普通激光

普通激光加工热输入大，在加工过程中会产生热应力使得金属等薄板材料发生变形，而皮秒激光由于脉冲宽度可以和电光弛豫的时间相比较，短到足以对材料进行“冷”烧蚀，没有热反应，加工的质量更高，表面也更平整。

普通激光（左）VS超短脉冲激光（右） 

（来源：Applied Surface Science,国家激光工程技术研究中心）

皮秒激光与纳秒和飞秒激光

纳秒激光虽然凭借高能量输出得到了广泛的应用，但由于其本身加工机理原因，加工过程中不可避免的产生热影响区，再铸层及微裂纹等问题，加工质量不及皮秒激光。

飞秒激光虽然在微加工中体现了其“冷”加工的优势，但是飞秒激光器相较皮秒激光结构复杂、性能不稳定、价格昂贵，难以实现工业化应用。

皮秒、纳秒以及飞秒激光加工性能参数的比较 

（来源：激光网）

皮秒激光与光纤激光

以盛雄激光的皮秒激光设备和光纤激光设备为例，共同切割蓝宝石，进行对比。

（来源：激光制造商情）

皮秒激光技术是工业微细加工的可靠工具，这些加工在此前是用其它方法无法完成的。皮秒激光几乎可对所有材料进行微米尺度的加工，这些材料包括但不限于：金属、半导体、钻石、蓝宝石、陶瓷、聚合物、复合材料和树脂、光阻材料、薄膜、ITO膜、玻璃。

皮秒激光加工实例

（来源：国家激光工程技术研究中心）

目前，皮秒激光加工主要服务于半导体加工领域、PCB加工领域、液晶面板切割等电子工业加工领域。

随着智能手机指纹识别功能的快速普及，触控芯片及模组的渗透率不断提升。自苹果6之后，三星、华为、中兴、魅族等手机厂商相继推出指纹终端并普及到各个品牌。

2013-2018全球指纹芯片出货量

（来源：赛迪）

指纹识别模组的分板采用激光切割机进行加工最为适宜，因为激光非接触加工更保护电路。而随着手机客户对指纹识别精度要求的不断提升，目前的用户大多倾向直接采购更高精度的皮秒激光切割机。

目前能够提供皮秒级指纹识别模组加工设备的企业国内仅3-4家，根据手机报的统计其中盛雄激光占据约8成市场份额，几乎垄断了国产手机品牌皮秒机市场。

指纹识别领域皮秒激光切割设备市场占有率 

（来源：手机报）

皮秒激光加工设备还应用于LED芯片的划片加工环节，主要用途为将LED芯片晶圆通过激光划片形成切割槽，然后通过裂片等工艺分割为独立芯片，其中激光加工设备是LED芯片加工的重要设备。

2009-2015中国LED产值及其增速

（来源：高工LED）

皮秒激光划片机加工是非接触式的，对工件本身无机械冲压力，工件易变形。热影响极小，划精度高，广泛应用于单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池板的划片以及硅、锗、砷化稼、薄金属片和其他半导体衬底材料的划片与切割。

皮秒激光加工设备适合加工蓝宝石、玻璃、陶瓷等脆性材料，而消费电子如手机、可穿戴设备、数码相机等都可能使用到蓝宝石、玻璃、陶瓷等脆性材料，尤其在蓝宝石和陶瓷加工方面，这些材料硬度大，传统加工应用困难，特别适合使用皮秒激光设备进行加工。

脆性材料大量应用于智能手机制造 

（来源：手机网）

与传统的机械切割工具不同，皮秒激光束的能量以一种非接触的方式对晶圆进行切割。该能量对工件的指定部分进行加热，使其达到预先定义的温度。该快速加热的过程之后紧接着进行快速冷却，使晶圆内部产生垂直向的应力带，在该方向出现一条无碎屑或裂纹的裂缝。由于裂缝只因受热而产生，而非机械原因而产生，所以不会有碎屑和微裂纹出现。

在工业上，为了保证一些部件（如：航空燃气涡轮上的叶片、喷管叶片、燃烧室等）在工作状态时的冷却，人们常常在这些部件的表面打上数以千计的孔，以保证部件表面被一层薄薄的冷却空气覆盖。这层冷却空气不仅能够延长零件的使用寿命，还能提高引擎的工作性能。而皮秒激光冷却加工、加工质量好的特性恰好适用于这类的打孔作业。

高功率皮秒激光器不仅应用于工业也应用于医疗。心血管支架制造商正在试图利用高分子材料的优势。使用连续光纤激光器或固体激光器实现的最先进的激光聚变切割，只适用于切割金属支架，并且会产生融化和毛刺，皮秒激光器能实现与熔融切割相匹敌的切割速度，并在切割质量方面具有明显优势，能将后续处理降低到最低程度，进而提高生产量。

皮秒激光器切割的用于心血管支架的医疗设备

（来源：百度文库）

从OLED（硬屏）的结构来看，是为两层玻璃结构，切割时，需要将两层玻璃按照尺寸和加工边缘的要求进行切割。用传统机械切割方式加工比较困难，容易出现崩边大，裂纹等问题，导致切割良率比较低下。而激光由于采用非接触加工方式，具有先天的优势，对于薄玻璃及超薄玻璃均可加工，其中的皮秒激光加工可以对薄膜进行选择性去除，无碎屑图案成型，加工优势突出。

有机发光二极管(OLED)加工 

（来源：Coherent）