本文主要涉及紫外激光加工技術(shù)．通過(guò)實(shí)驗(yàn)，將紫外／紅外兩種激光設(shè)備對(duì)材料的加工結(jié)果進(jìn)行比較措嵌，發(fā)現(xiàn)在特殊材料加工上骏令，紫外激光相對(duì)于紅外激光，加工邊沿更光滑厉亏、效率更高．對(duì)于用紅外透過(guò)率較高的材料加工的紅外器件來(lái)說(shuō)董习，紫外激光在加工中具有明顯的優(yōu)勢(shì)烈和。

　　1引言   

　　激光技術(shù)是20世紀(jì)與原子能、半導(dǎo)體及計(jì)算機(jī)齊名的四項(xiàng)重大發(fā)明之一．四十多年來(lái)皿淋，隨著小型電子產(chǎn)品和微電子元器件需求量的日益增長(zhǎng)招刹，對(duì)于加工材料(尤其是聚合物材料以及高熔點(diǎn)材料)的精密處理日漸成為激光在工業(yè)應(yīng)用中發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。   

　　激光加工是激光產(chǎn)業(yè)的重要應(yīng)用窝趣，與常規(guī)的機(jī)械加工相比疯暑，激光加工更精密、更準(zhǔn)確茫绅、更迅速．該技術(shù)利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對(duì)包括金屬與非金屬的各種材料進(jìn)行加工盅格，涉及到了焊接、切割咳综、打標(biāo)鞭碳、打孔，熱處理湃纸、成型等多種加工工藝庸垢。激光獨(dú)一無(wú)二的特性使之成為微處理的理想工具，目前廣泛應(yīng)用于微電子犀掸、微機(jī)械和微光學(xué)加工三大領(lǐng)域呀逃。   

　　激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對(duì)材料(包括金屬與非金屬)進(jìn)行切割、焊接棒冠、表面處理钾植、打孔及微加工等的一門(mén)加工技術(shù)。   

　　激光加工有其獨(dú)特的特點(diǎn)：

　　(1)范圍廣泛：幾乎可以對(duì)任何材料進(jìn)行雕刻切割型肥。

　　(2)安全可靠：采用非接觸式加工泛鸟，不會(huì)對(duì)材料產(chǎn)生機(jī)械擠壓或機(jī)械應(yīng)力。   

　　(3)精確細(xì)致踊东；加工精度可達(dá)0．01mm北滥。   

　　(4)效果一致：保證同一批次的加工效果一致。   

　　(5)高速快捷：可立即根據(jù)電腦輸出的圖樣進(jìn)行高速雕刻和切割闸翅，且激光切割的速度比線切割的速度要快很多再芋。   

　　(6)成本低廉：不受加工數(shù)量的限制，對(duì)于小批量加工服務(wù)坚冀，激光加工更加便宜济赎。   

　　(7)切割縫隙小：激光切割的割縫一般在0.02mm-0.05mm记某。   

　　(8)切割面光滑：激光切割的切割面無(wú)毛刺司训。   

　　(9)熱變形小液南；激光加工的激光割縫細(xì)壳猜、速度快勾徽、能量集中，因此傳到被切割材料上的熱量小党滓，引起材料的變形也非常小矗赔。   

　　紅外器件技術(shù)中所用的材料(寶石等)、加工條件(精度狠楞，變形等)要求采用激光加工坦浦。鑒于激光種類很多，我們主要涉及的是紅外激光設(shè)備和紫外激光加工系統(tǒng)盲并。因此希望通過(guò)實(shí)驗(yàn)怔赤，將紫外／紅外兩種激光系統(tǒng)對(duì)同種材料的加工結(jié)果進(jìn)行比較，從而了解它們的特點(diǎn)與區(qū)別吻悍，并確定出各自的適用范圍和優(yōu)越性分较，為今后更好地發(fā)展特殊材料加工作鋪墊。       

　　與紅外加工不同囚上，紫外微處理從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)不是熱處理南垦，而且大多數(shù)材料吸收紫外光比吸收紅外光更容易。高能量的紫外光子直接破壞許多非金屬材料表面的分子鍵痰拢，用這種"冷"光蝕處理技術(shù)加工出來(lái)的部件具有光滑的邊緣和最低限度的炭化跛鸵。而且，紫外短波長(zhǎng)本身的特性對(duì)金屬和聚合物的機(jī)械微處理具有優(yōu)越性．它可以被聚焦到亞微米數(shù)量級(jí)的點(diǎn)上资柔，因此可以進(jìn)行細(xì)微部件的加工焙贷，即使在不高的脈沖能量水平下，也能得到很高的能量密度贿堰，有效地進(jìn)行材料加工辙芍。   

　　微細(xì)孔在工業(yè)界中的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，主要形成的方式有兩種：   

　　一是使用紅外激光：將材料表面的物質(zhì)加熱并使其汽化(蒸發(fā))羹与，以除去材料故硅，這種方式通常被稱為熱加工．主要采用YAG激光(波長(zhǎng)為1.06μm)。   

　　二是使用紫外激光：高能量的紫外光子直接破壞許多非金屬材料表面的分子鍵纵搁，使分子脫離物體契吉，這種方式不會(huì)產(chǎn)生高的熱量，故被稱為冷加工诡渴，主要采用紫外激光(波長(zhǎng)為355nm)．   

　　3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

　　3．1鉆孔實(shí)驗(yàn)

　　結(jié)果表明，用紅外激光打的小孔圓度較差菲语，且邊緣被"燒"黑．而用紫外激光加工的陶瓷片妄辩，小孔圓度較好且邊緣光滑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)山上，紫外激光較紅外激光在加工速度伟蕾、鉆孔精度上不止高出幾個(gè)等級(jí)私舱，而且質(zhì)量效果也有明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　3．2切割實(shí)驗(yàn)   

　　激光切割是利用聚焦的高功率激光照射加工材料表面配昼，當(dāng)激光超過(guò)閾值功率密度后菊舅，引起照射點(diǎn)材料溫度急劇上升，溫度達(dá)到沸點(diǎn)后如癌，材料產(chǎn)生氣化并形成孔洞舆滞，隨著激光束與工件的相對(duì)移動(dòng)，最終在材料表面形成切縫顿墨。切割質(zhì)量(包括切縫寬度服讯、邊緣的直線度、光潔度)由激光功率稼孤、激光束模式授灵、輔助氣體壓強(qiáng)和切割速度決定。切割所需的激光功率直接正比于材料的厚度扇述，對(duì)于黑色金屬更是一條典型的直線藏亲。最大切割厚度為功率、會(huì)聚透鏡焦距匪煌、激光波長(zhǎng)责蝠、切割速度的函數(shù)。焦距及收斂角是切割質(zhì)量虐杯、厚度玛歌、速度的重要參數(shù)。

　　在理論上擎椰，切割厚度由激光高斯光束的瑞利區(qū)域所決定支子，瑞利區(qū)在工業(yè)界稱作焦深(DOF)，

　　式中达舒，λ為波長(zhǎng)值朋，f和D分別為會(huì)聚透鏡的焦距和直徑，焦深給出的是切割厚度的上限巩搏。用紫外激光鉆孔機(jī)在0.1mm厚的高熔點(diǎn)金屬鉬片上進(jìn)行切割的SEM照片昨登，由于高熔點(diǎn)金屬對(duì)紫外光的較高吸收，其切割邊緣平整贯底。

　　激光切割具有切縫窄丰辣、熱影響區(qū)小、效率高挽后、切邊無(wú)機(jī)械應(yīng)力滥港、可適合多種不同薄膜材料的加工等優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)孔徑以及特征尺寸的限制小。

　　被切割濾光片介質(zhì)膜的成分主要為硫化鋅换蛔、錫化鋅等诱价。紫外激光鉆孔機(jī)的加工頻率為100kHz，切割速度為10mm／s孽强。   

　　用紫外激光劃的濾光片邊緣光滑涧俐，損傷小．而用機(jī)械劃片機(jī)則容易產(chǎn)生"崩邊"氮妆，切割產(chǎn)生的應(yīng)力容易使介質(zhì)膜脫落偶村，損壞濾光片。我們知道飘蔓，紅外激光切割是將材料表面的物質(zhì)加熱汽化吏恃，而濾光片介質(zhì)膜在溫度超過(guò)130℃時(shí)很容易氧化變質(zhì)。因而用紅外激光無(wú)法形成濾光片的劃片工藝账何。目前代虾，用紫外激光切割的濾光片已經(jīng)用于某種型號(hào)的紅外器件。用高功率紫外激光切割一些金屬激蹲，如銅薄膜棉磨、鉬片等，具有切縫窄学辱、熱影響區(qū)小乘瓤、切割效率高等優(yōu)勢(shì)，適合于多種不同高精度微細(xì)薄膜器件的研制策泣。對(duì)高功率紫外激光切割技術(shù)的研究大大地促進(jìn)了激光作為萬(wàn)能加工工具的應(yīng)用與發(fā)展衙傀。

　　3．3實(shí)驗(yàn)比較  

　　(1)銅具有良好的導(dǎo)熱(熱擴(kuò)散率為1．19cm2／s，熱傳導(dǎo)系數(shù)為4．01W／cm℃)萨咕、導(dǎo)電(導(dǎo)電率為6×103s／m)及延展性能统抬，而且在空氣中比較穩(wěn)定[引．因此，這些優(yōu)異的性能使得銅薄膜材料目前在薄膜器件生產(chǎn)制造中得以廣泛應(yīng)用危队。然而聪建，銅在激光材料加工中屬于難加工材料，這是因?yàn)殂~的熱反射率高茫陆，對(duì)激光的吸收率很低槽悼。因此即使在高能量密度下，使用普通的C02激光及Nd：YAG激光也很難對(duì)銅進(jìn)行微細(xì)切割加工毛围。

　　但是銅對(duì)波長(zhǎng)為355nm的三倍頻固體紫外激光卻具有較高的吸收率页梁，而且由于紫外激光的波長(zhǎng)短，其聚焦點(diǎn)可小到亞微米數(shù)量級(jí)沸恤，因此采用紫外激光對(duì)銅薄膜進(jìn)行切割加工锻刹，將是研制這種高精度微細(xì)薄膜器件的有效方法．利用紫外激光鉆孔機(jī)在厚度為0.05mm的銅片上鉆小孔棉玻，目標(biāo)是小孔孔徑小、圓度和邊緣質(zhì)量高壕矿。

　　經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，紫外激光鉆孔機(jī)的加工頻率為25KHz屋廓，切割速度為0.3mm／s．圖5是利用紫外激光鉆孔機(jī)加工出來(lái)的咖為10μm的小孔李荚。

　　(2)在0.1mm厚生陶瓷上的加工實(shí)驗(yàn)在郭棟等的《氧化鋁陶瓷基板過(guò)孔的新型激光打孔工藝》中，筆者選用了常見(jiàn)的氧化鋁陶瓷作為研究對(duì)象属诀，激光器為Nd：YAG撒光器鸥层。

　　當(dāng)打孔進(jìn)行到激光脈沖尾緣后，由于光強(qiáng)和蒸汽壓銳減及光束的發(fā)散等秉扑，熔化而未來(lái)得及被攜帶走的液相會(huì)重新凝聚在孔壁和孔入口處形成重鑄層和堆積物慧邮，陶瓷體直接加工時(shí)孔的周?chē)鷷?huì)形成大量不規(guī)則堆積物。

　　4．結(jié)論

　　通過(guò)幾種實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：

　　(1)與常規(guī)機(jī)械加工相比舟陆，激光加工更精密误澳、更準(zhǔn)確和更迅速。

　　(2)通過(guò)鉆孔實(shí)驗(yàn)可以看出：紫外激光較紅外激光在加工速度秦躯、鉆孔精度及質(zhì)量效果上有較為明顯的優(yōu)勢(shì)．因此在某些孔徑精度高忆谓、孔的表面質(zhì)量要求高、加工材料熔點(diǎn)高的場(chǎng)合則可以用紫外激光來(lái)替代紅外激光踱承。

　　(3)從切割實(shí)驗(yàn)中不難發(fā)現(xiàn)：用紫外激光切割一些金屬倡缠，如銅薄膜、鉬片等茎活，具有切縫窄昙沦、熱影響區(qū)小、切割效率高等優(yōu)勢(shì)载荔，適合于多種不同高精度微細(xì)薄膜器件的研制盾饮。雖然固態(tài)半導(dǎo)體泵紫外激光具有許多優(yōu)勢(shì)，但如何通過(guò)加工參數(shù)的優(yōu)化和調(diào)整身辨，更好地利用固態(tài)半導(dǎo)體泵紫外激光進(jìn)行精密加工推妈，是現(xiàn)階段需進(jìn)一步探索的問(wèn)題。

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