【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及激光加工領域。具體涉及一種陶瓷材料高速打孔方法及裝備。
技術介紹
1、陶瓷具有硬度、導熱性、電阻率、熱穩定性高，介電常數小，熱膨脹系數與芯片匹配等特點，是新一代微電子器件、系統首選，其已成為航空航天、5g通訊、大功率電力半導體及大功率led照明等領域電路基板的主要材料，應用前景廣闊。而陶瓷作為典型硬脆材料，傳統機械加工易導致基板斷裂，特種加工方法也存在極大限制。隨著工業激光器的技術成熟及應用普及，激光加工作為一種非接觸、無磨損的新型綠色技術，高精度、高效率、過程可控使其成為陶瓷電路基板加工新的選擇。
2、現有研究中，納秒、皮秒、飛秒激光的快速發展使其在微米、納米制造中體現出顯著質量優勢，然而加工效率低、穩定性不夠、設備成本昂貴等現狀難以滿足陶瓷基板工業化加工需求；具備大脈沖能量的毫秒激光有高的材料移除效率，但加工伴隨明顯熱效應，熔融陶瓷的濺射排除不足，微孔常伴隨大孔徑、大錐度、微裂紋等缺陷。因此，如何實現高效率、高質量的陶瓷材料微孔加工成為亟需解決的難題。
3、陶瓷材料對激光吸收極低，比如氧化鋁陶瓷對近紅外激光吸收一般低于5％，因此傳統的毫秒激光在進行陶瓷材料微孔加工中往往需要極高的峰值功率密度才可以在陶瓷表面形成一定的燒蝕效果。然而，該類高峰值功率密度毫秒激光打孔的整個周期會存在吸收率突增現象：在毫秒激光燒蝕初始表面形成缺陷小孔后，后續注入的高峰值功率脈沖激光會在小孔內光滑內壁的多重反射下有效吸收，適宜深度的小孔甚至能夠提升對毫秒激光的吸收提升到飽和(類似于黑洞小孔)。因此，毫秒激光加工陶
4、針對上述問題，本專利提出一種新型陶瓷材料高速打孔方法及裝備，具體利用時間整形的毫秒脈沖激光進行陶瓷材料微孔加工，其中時間整形的毫秒激光具有高峰值功率前沿及低峰值功率中沿、后沿，充分利用高峰值功率前沿在陶瓷材料上制備缺陷，該缺陷會顯著增大陶瓷材料對后續毫秒激光的吸收，從而后續低峰值功率中沿、后沿能夠在吸收增強下形成所需的微孔加工，降低毫秒激光加工的熱效應，從而控制微孔直徑、熱缺陷等。
技術實現思路
1、本專利技術提供的一種新型陶瓷材料高速打孔方法及裝備，包括以下步驟：
2、步驟一、通過調控激光器的控制，使輸出的毫秒激光具有高峰值功率前沿和低峰值功率中沿、后沿的特定脈沖波形；
3、步驟二、該激光經過準直鏡從而具備低發散、遠距離傳輸能力，再通過振鏡控制其偏轉，由聚焦鏡聚焦后作用于樣品上表面指定位置；
4、步驟三、毫秒脈沖激光的高峰值功率前沿作用于樣品后產生缺陷，缺陷會顯著增大樣品對后續毫秒激光的吸收，因而低峰值功率中沿、后沿可以實現所需的微孔加工，有效降低加工過程中熱效應，最終實現陶瓷材料高效率、高質量微孔加工。
5、進一步，所述毫秒激光的波長在266-2000nm范圍內。
6、進一步，調控毫秒激光脈沖波形的方式包括但不限于控制激光器輸入激勵的波形。
7、進一步，所述毫秒激光脈沖前沿的峰值功率為中沿、后沿的峰值功率的3倍以上。
8、進一步，所述毫秒激光脈沖前沿脈寬為50μs-1ms，峰值功率為3kw-15kw，毫秒激光脈沖中沿、后沿脈寬為100μs-10ms，峰值功率為1kw-3kw。
9、進一步，所述缺陷直徑為5μm-100μm，深度為1μm-20μm，形狀為錐形、平頂型等，缺陷可以提高材料吸收5倍以上。
10、進一步，所述樣品為氧化鋁、氮化鋁、氮化硅等材料。
11、進一步，所述樣品的厚度為0.2mm-5mm。
12、進一步，所述振鏡調整激光方向后使其垂直入射樣品表面，并通過振鏡的移動控制激光在樣品上的加工路徑。
13、進一步，通過夾具和載物臺固定樣品，并使其上表面位于激光焦點位置。
14、有益效果
15、本專利技術主要具備以下技術優點：
16、1，通過形成特定的脈沖波形(具備高峰值功率前沿、低峰值功率中沿、后沿)，解決陶瓷類材料毫秒激光打孔過程的吸收率改變問題，充分利用脈沖前沿在陶瓷表面制備缺陷增強激光吸收，從而降低整體的注入激光能量，降低毫秒激光加工的熱效應，從而控制微孔直徑、熱缺陷等，提高微孔的質量。
17、2，由于缺陷大幅提升后續激光的吸收，因而通過合適的波形，單脈沖作用下即可形成所需通孔，并可以應用于高速移動、掃描打孔中，從而提高加工效率。
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1.一種陶瓷材料高速打孔方法及裝備，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及裝備，其特征在于，所述毫秒激光的波長在266-2000nm范圍內。
3.根據權利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及裝備，其特征在于，調控毫秒激光脈沖波形的方式包括但不限于控制激光器輸入激勵的波形。
4.根據權利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及裝備，其特征在于，所述毫秒激光脈沖前沿的峰值功率為中沿、后沿的峰值功率的3倍以上。
5.根據權利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及裝備，其特征在于，所述毫秒激光脈沖前沿脈寬為50μs-1ms，峰值功率為3kW-15kW，毫秒激光脈沖中沿、后沿脈寬為100μs-10ms，峰值功率為1kW-3kW。
6.根據權利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及裝備，其特征在于，所述缺陷直徑為5μm-100μm，深度為1μm-20μm，形狀為錐形、平頂型等，缺陷可以提高材料吸收5倍以上。
7.根據權利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及裝備，其特征在于，所述樣品為氧化鋁、氮化鋁、氮化硅等材料
8.根據權利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及裝備，其特征在于，所述樣品的厚度為0.2mm-5mm。
9.根據權利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及裝備，其特征在于，所述振鏡調整激光方向后使其垂直入射樣品表面，并通過振鏡的移動控制激光在樣品上的加工路徑。
10.根據權利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及裝備，其特征在于，通過夾具和載物臺固定樣品，并使其上表面位于激光焦點位置。
...【技術特征摘要】
1.一種陶瓷材料高速打孔方法及裝備，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及裝備，其特征在于，所述毫秒激光的波長在266-2000nm范圍內。
3.根據權利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及裝備，其特征在于，調控毫秒激光脈沖波形的方式包括但不限于控制激光器輸入激勵的波形。
4.根據權利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及裝備，其特征在于，所述毫秒激光脈沖前沿的峰值功率為中沿、后沿的峰值功率的3倍以上。
5.根據權利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及裝備，其特征在于，所述毫秒激光脈沖前沿脈寬為50μs-1ms，峰值功率為3kw-15kw，毫秒激光脈沖中沿、后沿脈寬為100μs-10ms，峰值功率為1kw-3kw。
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【專利技術屬性】
技術研發人員：賈賢石，林家威，李凱，王聰，段吉安，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發明
國別省市：
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