雷射加工在半導體製造、精密微電子與薄膜光學等領域已是不可缺少的核心工藝。然而，雷射脈衝作用於材料的瞬間，往往在數十微秒到數百奈秒之間就已決定了切道品質、熱影響範圍與殘留應力的走向。這樣的速度，肉眼完全無從捕捉。高速攝影機正是在這個節點發揮關鍵作用——讓工程師第一次得以「看見」每一個物理事件，而不只是猜測它的存在。
雷射加工類型概述
現行主流雷射加工技術依脈衝寬度與波長可分為以下幾類：
- 飛秒雷射（Femtosecond Laser）：脈衝寬度 10⁻¹⁵ 秒量級，熱擴散時間極短，適合玻璃切割、眼科角膜手術、半導體微結構製作，熱影響區（HAZ）幾乎可忽略不計。
- 奈秒雷射（Nanosecond Laser）：脈衝寬度 10⁻⁹ 秒，仍屬冷加工範疇，廣泛用於 PCB 鑽孔、薄膜劃線與標記。
- CO₂ 雷射：長波長（10.6 µm），以熱蒸發為主要移除機制，常見於壓克力切割、紙板雕刻及部分玻璃加工，熔融飛濺現象較明顯。
- 晶圓切割（Wafer Dicing）：結合飛秒或奈秒雷射進行隱形切割（Stealth Dicing）或全切，是半導體封裝前段最關鍵的工序之一，切道寬度需嚴格控制在微米等級。
為何需要超高速觀測：三大關鍵動態
1. 電漿羽流（Plasma Plume）
飛秒雷射作用於金屬或半導體表面時，材料瞬間離子化，形成高溫電漿羽流向外擴張。羽流的擴展速度可達每秒數公里，完整記錄其動態需要 50,000 fps 以上的幀率。羽流形態與能量分布直接影響材料去除效率，是製程調優的重要依據。
2. 熔融飛濺（Spatter）
在 CO₂ 雷射或高功率奈秒雷射加工中，熔融金屬液滴以每秒數公尺到數十公尺的速度飛散。追蹤飛濺軌跡有助於優化噴氣輔助角度、防止再沉積污染，需要 10,000–40,000 fps 的觀測能力。
3. 熱影響區（HAZ）形成
即使是「冷加工」的飛秒雷射，在高重複率或較長脈衝條件下，仍可能出現累積熱效應，導致 HAZ 擴大、龜裂或相變。以每秒 1,000–5,000 幀的幀率觀察切道附近的熱場演化，可量化 HAZ 邊界並判斷製程安全窗口。
關鍵幀率需求與推薦機型
| 觀測情境 | 需求幀率 | 推薦機型 | 備註 |
|---|---|---|---|
| 電漿羽流擴散動態 | ≥ 50,000 fps | DITECT HAS-EX（日本） | 全解析度 40,000 fps，已達研究用途需求 |
| 熔融飛濺軌跡追蹤 | 10,000–40,000 fps | DITECT HAS-EX / HAS-D71（日本） | HAS-D71：8,000 fps @ VGA，適合中等飛濺分析 |
| 晶圓切割切道品質監控 | 1,000–5,000 fps | AOS L-PRI（瑞士） | 全解析度 3,530 fps，切道細節清晰 |
| 一般加工觀測 / 製程參數優化 | 500–3,000 fps | AOS L-PRI（瑞士）/ Mega Speed MS180K V2（加拿大） | MS160K 已 EOL，現行型號為 MS180K V2 |
高速攝影在雷射加工的典型應用場景
飛秒雷射微加工研究
在國內外大學與研究院所，飛秒雷射微加工實驗常需要搭配高速攝影機記錄燒蝕坑形成過程。DITECT HAS-EX 以全解析度 40,000 fps 的能力，可完整捕捉單脈衝作用後羽流的生成、擴張與衰減週期，提供燒蝕機制的直接影像證據，是論文發表不可或缺的實驗佐證。
半導體晶圓隱形切割（Stealth Dicing）
隱形切割工藝要求雷射焦點精確定位於矽晶圓內部，在不破壞表面的前提下製造改質層，後續以機械力裂開。AOS L-PRI 以 3,530 fps 全解析度的優勢，能清楚呈現裂片瞬間的動態，協助工程師評估改質層深度設定與劃刀間距是否匹配。
玻璃與透明基板切割
玻璃切割涉及熱應力裂紋擴展，裂紋前緣速度可達每秒數百公尺。搭配 DITECT HAS-D71 於 VGA 解析度下的 8,000 fps，已足以追蹤裂紋主要擴展路徑，判斷切割品質是否符合低崩邊規格。
雷射焊接製程監控
雷射焊接的熔池振盪頻率通常在數百 Hz，但飛濺事件的時間尺度遠短於此。Mega Speed MS180K V2 在製程現場環境中提供穩定的 500–3,000 fps 觀測能力，搭配同軸或側向照明，可有效辨別氣孔產生時機，為製程控制系統提供觸發訊號輸入。
常見問題
Q1：觀測飛秒雷射電漿羽流，需要幾幀才夠？
就製程工程應用而言，DITECT HAS-EX 的 40,000 fps（每幀 25 µs 間距）已能捕捉電漿羽流主要擴展輪廓，提供足夠的製程改善依據。若需奈秒級時間解析度，則需搭配脈衝雷射頻閃照明系統。
Q2：AOS L-PRI 的 3,530 fps 是全解析度還是降解析度後的規格？
3,530 fps 是 AOS L-PRI 的全解析度幀率，無需犧牲畫素即可達到。需要更高幀率時可透過 ROI 裁切進一步提升，這對切道局部細節分析特別有用。
Q3：Mega Speed MS160K 現在還能購買嗎？
MS160K 已正式 EOL 停產，現行對應型號為 Mega Speed MS180K V2，規格與功能均已升級。東茂儀器目前備有 MS180K V2 展示機，歡迎聯繫詢問現貨狀況與試用安排。
Q4：高速攝影機在雷射加工現場需要特別的照明嗎？
雷射加工現場往往存在強烈的自發光，有時可直接作為光源；但若要清楚呈現固態結構細節，建議搭配脈衝式 LED 或 Nd:YAG 雷射頻閃照明，並在鏡頭前加裝窄帶濾光片以抑制加工雷射波長，避免感光元件過曝。
Q5：DITECT HAS-EX 與 HAS-D71 如何選擇？
HAS-EX 全解析度可達 40,000 fps，適合需要最高時間解析度的研究型應用；HAS-D71 於 VGA 解析度提供 8,000 fps，適合製程現場的長時間監控或預算較有限的產線導入。兩者皆由東茂儀器提供台灣本地技術支援與維修服務。
Q6：可以先試拍再決定購買嗎？
可以。東茂儀器提供各品牌機型的實驗室試拍服務，可攜帶自有樣品至彰化實驗室，或安排攜機至客戶現場驗證拍攝，試拍後提供分析報告作為選購依據。
需要協助選擇適合您雷射製程的高速攝影機？
東茂儀器科技代理 AOS（瑞士）、DITECT（日本）、Mega Speed（加拿大）等國際品牌高速攝影機，提供選型諮詢、實驗室試拍與現場驗證服務。歡迎來電或來信，我們會根據您的觀測目標與幀率需求，推薦最適合的解決方案。
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