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什么是激光打孔技术?​
发布时间:2019-11-15
作者:编辑
来源:网络
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激光打孔技术具有精度高、通用性强、效率高、成本低和综合技术经济效益显著等优点,已成为现代制造领域的关键技术之一。

在激光出现之前,只能用硬度较大的物质在硬度较小的物质上打孔。这样要在硬度最大的金刚石上打孔,就成了极其困难的事。激光出现后,这一类的操作既快又安全。但是,激光钻出的孔是圆锥形的,而不是机械钻孔的圆柱形,这在有些地方是很不方便的。可透过振镜进行程式化编程控制图形输出。


由于激光具有高能量,高聚焦等特性,激光打孔加工技术广泛应用于众多工业加工工艺中,使得硬度大、熔点高的材料越来越多容易加工。

例如,在高熔点金属钼板上加工微米量级孔径;在硬质碳化钨上加工几十微米的小孔;在红、蓝宝石上加工几百微米的深孔以及金刚石拉丝模具、化学纤维的喷丝头等。利用激光束在空间和时间上高度集中的特点,经而易举地可将光斑直径缩小到微米级,从而获得100~1000W/cm2的激光功率密度。如此高的功率密度几乎可以在任何材料实行激光打孔。 通常激光打标机由五大部分组成:固体激光器、电气系统、光学系统,投影系统和三坐标移动工作台。五个组成部分相互配合从而完成打孔任务。


固体激光器主要负责产生激光光源,电气系统主要负责对激光器供给能量的电源和控制激光输出方式(脉冲式或连续式等),而光学系统的功能则是将激光束精确地聚焦到工件的加工部位上。为此,它至少含有激光聚焦装置和观察瞄准装置两个部分。投影系统用来显示工件背面情况。


工作台则由人工控制或采用数控装置控制,在三坐标方向移动,方便又准确地调整工件位置。工作台上加工区的台面一般用玻璃制成,因为不透光的金属台面会给检测带来不便,而且台面会在工件被打穿后遭受破坏。工作台上方的聚焦物镜下设有吸、吹气装置,以保持工作表面和聚焦物镜的清洁。



激光成孔的原理  

  激光是当“射线”受到外来的刺激而增加能量下所激发的一种强力光束,其中红外光和可见光具有热能,紫外光另具有光学能。此种类型的光射到工件的表面时会发生三种现象即反射、吸收和穿透。  

  激光钻孔的主要作用就是能够很快地除去所要加工的基板材料,它主要靠光热烧蚀和光化学烧蚀或称之谓切除。


   (1)光热烧蚀:指被加工的材料吸收高能量的激光,在极短的时间加热到熔化并被蒸发掉的成孔原理。此种工艺方法在基板材料受到高能量的作用下,在所形成的孔壁上有烧黑的炭化残渣,孔化前必须进行清理。  


   (2)光化学烧蚀:是指紫外线区所具有的高光子能量(超过2eV电子伏特)、激光波长超过400纳米的高能量光子起作用的结果。而这种高能量的光子能破坏有机材料的长分子链,成为更小的微粒,而其能量大于原分子,极力从中逸出,在外力的掐吸情况之下,使基板材料被快速除去而形成微孔。因此种类型的工艺方法,不含有热烧,也就不会产生炭化现象。所以,孔化前清理就非常简单。  


   (3)关于基板吸光度:激光成功率的高低与基板材料的吸光率有着直接的关系。印制电路板是由铜箔与玻璃布和树脂组合而成,此三种材料的吸光度也因波长不同有所不同但其中铜箔与玻璃布在紫外光0.3mμ以下区域的吸收率较高,但进入可见光与IR后却大幅度滑落。有机树脂材料则在三段光谱中,都能维持相当高的吸收率。这就是树脂材料所具有的特性,是激光钻孔工艺流行的基础。



以上就是激光成孔的基本原理。目前最常用的有两种激光钻孔方式:印制电路板钻孔用的激光器主要有RF激发的CO2气体激光器和UV固态Nd:YAG激光器。

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