CN105436703A - 一种适用于硬脆基板的激光钻微孔设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于硬脆基板的激光钻微孔设备，其包括有激光头、光束传递装置、1/4波片、驱动装置、1/2波片、第一反射镜、二维振镜、场镜和载台，1/2波片设于驱动装置上，驱动装置开设有导光孔，且由驱动装置驱动1/2波片转动，1/2波片的出光面为垂直面，光束传递装置出射的激光束经过1/4波片调整激光偏正特性后，经由驱动装置和1/2波片调整激光偏正方向，1/2波片出射的激光束通过第一反射镜而进入二维振镜，再由场镜出射至硬脆材料，通过二维振镜扫描而令硬脆材料形成预设通孔。本发明能够改变激光的偏振特性、实时改变激光的偏振方向、改善激光强度分布、能形成正椎体沟槽以及提高钻孔质量和钻孔速率。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工设备，尤其涉及一种适用于硬脆基板的激光钻微孔设备及方法。
背景技术
激光打孔是最早达到实用化的激光加工技术，也是激光加工的主要应用领域之一。随着近代工业和科学技术的迅速发展，使用硬度大、熔点高的材料越来越多，客户对材料加工的技术要求也越来越高，而传统的加工方法已不能满足某些工艺需求。例如，在硬脆材料上钻微米级别的小孔，这样的加工任务用常规的机械加工方法很难，有时甚至是不可能的，而用激光打孔则不难实现。
激光加工的基本原理是把激光聚焦在待加工的硬脆材料表面，结合激光光束的高斯分布以及激光与物质作用的机理，使得激光与硬脆材料作用后形成的沟槽呈现正锥体，激光钻孔中形成的正锥体对加工质量和加工速度有很大的影响，激光强度分布对正锥体的形成至关重要，同时激光的偏振状态影响激光强度分布，所以激光的偏振特性是影响硬脆材料加工质量和加工速度的主要原因。
目前很多公司生产的工业激光器，输出光束是线偏振的，这种特性的激光影响激光强度分布，激光强度分布对正锥体的形成有很大的影响，因而加工出来的小孔圆度受到影响，同时加工效率也会降低。为解决这种问题，通常采用圆偏振特性的激光器或性能更好的超快激光器。但是，此类激光器价格偏高，不仅大大提高了设备的运营成本，同时也使得一些厂商激光器的功能使用性变得单一，大大的降低了设备的有效利用率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种能够改变激光的偏振特性、实时改变激光的偏振方向、改善激光强度分布、能形成正椎体沟槽、可提高钻孔质量和钻孔速率的适用于硬脆基板的激光钻微孔设备及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种适用于硬脆基板的激光钻微孔设备，其包括有激光头，沿激光头的激光传输方向依次设有光束传递装置、1/4波片、驱动装置、1/2波片、第一反射镜、二维振镜、场镜和载台，所述载台用于放置硬脆材料，所述激光头是Q开关型线偏振激光器，所述1/2波片设于驱动装置上，所述驱动装置开设有导光孔，且由驱动装置驱动1/2波片转动，所述1/2波片的出光面为垂直面，所述光束传递装置出射的激光束经过1/4波片调整激光偏正特性后，经由驱动装置和1/2波片调整激光偏正方向，所述1/2波片出射的激光束通过第一反射镜而进入二维振镜，再由场镜出射至硬脆材料，通过二维振镜扫描而令硬脆材料形成预设通孔。
优选地，还包括与载台相邻设置的气嘴，所述气嘴的出口朝向硬脆材料。
优选地，所述激光头与光束传递装置之间设有第二反射镜，所述激光头发出的线偏振激光脉冲经过第二反射镜反射后，传输至光束传递装置。
一种适用于硬脆基板的激光钻微孔方法，包括如下过程：激光头发出的激光传输至光束传递装置，光束传递装置出射的激光束经过1/4波片调整激光偏正特性后，经由驱动装置和1/2波片调整激光偏正方向，所述1/2波片出射的激光束通过第一反射镜而进入二维振镜，再由场镜出射至硬脆材料，通过二维振镜扫描而令硬脆材料形成预设通孔。
优选地，硬脆材料形成的通孔范围为20um-150um。
优选地，钻孔速率是15孔/秒-50孔/秒。
本发明公开的适用于硬脆基板的激光钻微孔设备中，激光头发出的激光束通过光束传递装置、1/4波片、驱动装置、1/2波片、二维振镜和平场镜传输至硬脆材料，激光束在硬脆材料的上表面聚焦并开始钻孔，在激光钻孔过程中，驱动装置带动1/2波片转动，实时有效地改变激光的偏振方向，有效地改善激光强度分布，使得激光与硬脆材料作用后形成的沟槽呈现正锥体，进而激光束与材料充分作用，能量利用率高，使得所钻通孔更圆，完成通孔所消耗的时间更短。此外，通过带有导光孔的驱动装置带动1/2波片转动，令其转动过程更加稳定，1/2波片旋转的更加均匀，促进激光束与材料的充分作用，能量利用率得到提高，进而提高了激光对加工硬脆材料的钻孔质量和钻孔效率。同时还使得该类型的激光器的功能多样化，有效提高了设备的利用率。
附图说明
图1为本发明适用于硬脆基板的激光钻微孔设备的结构示意图。
图2为气嘴向硬脆材料时的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
本发明公开了一种适用于硬脆基板的激光钻微孔设备，如图1所示，其包括有激光头1，沿激光头1的激光传输方向依次设有光束传递装置2、1/4波片12、驱动装置3、1/2波片4、第一反射镜5、二维振镜6、场镜7和载台9，所述载台9用于放置硬脆材料8，所述激光头1是Q开关型线偏振激光器，所述1/2波片4设于驱动装置3上，所述驱动装置3开设有导光孔，且由驱动装置3驱动1/2波片4转动，所述1/2波片4的出光面为垂直面，所述光束传递装置2出射的激光束经过1/4波片12调整激光偏正特性后，经由驱动装置3和1/2波片4调整激光偏正方向，所述1/2波片4出射的激光束通过第一反射镜5而进入二维振镜6，再由场镜7出射至硬脆材料8，通过二维振镜6扫描而令硬脆材料8形成预设通孔。
工作过程中，激光头1发出的线偏振激光脉冲通过1/4波片12变为椭圆偏振或圆偏振激光，再通过导光孔传输至1/2波片4，1/2波片4的实时转动使得激光的偏振方向实时发生改变，有效地改善激光强度分布，使得激光与硬脆材料作用后形成的沟槽呈现正锥体，进而激光束与材料充分作用，能量利用率高，提高了激光对加工硬脆材料8钻孔的质量和钻孔效率。
作为一种优选方式，结合图1和图2所示，还包括与载台9相邻设置的气嘴10，所述气嘴10的出口朝向硬脆材料8。其中，激光束在硬脆材料8的上表面聚焦并开始钻孔，同时气嘴10从侧向对锥形孔进行吹气。利用气嘴10可以将锥形孔溅射出的粉末吹走。同时，可以选择不同的气体类型，比如选择吹氧气可以加快硬脆材料表面残渣以及毛刺的燃烧分解，从而提高加工硬脆材料通孔表面的质量。
本实施例中，所述激光头1与光束传递装置2之间设有第二反射镜11，所述激光头1发出的线偏振激光脉冲经过第二反射镜11反射后，传输至光束传递装置2。藉由所述第二反射镜11，有效缩短了适用于硬脆基板的激光钻微孔设备在水平方向上的长度。
进一步地，激光束通过1/4波片12可以将线偏振的激光改为椭圆偏振或圆偏振激光。而光束传递装置2具有光束放大以及光束准直的作用。
本发明还公开一种适用于硬脆基板的激光钻微孔方法，其包括如下过程：激光头1发出的激光传输至光束传递装置2，光束传递装置2出射的激光束经过1/4波片12调整激光偏正特性后，经由驱动装置3和1/2波片4调整激光偏正方向，所述1/2波片4出射的激光束通过第一反射镜5而进入二维振镜6，再由场镜7出射至硬脆材料8，通过二维振镜6扫描而令硬脆材料8形成预设通孔。
进一步地，硬脆材料8上形成的通孔范围为20um-150um。钻孔速率是15孔/秒-50孔/秒。
本发明公开的适用于硬脆基板的激光钻微孔设备中，激光头1是Q开关激光器，1/2波片4与驱动装置3固定连接，并且1/2波片4的出光面为垂直面，驱动装置3开设有导光孔，在驱动装置3的带动下，所述1/2波片4绕导光孔的轴心线转动，从1/2波片4出来的激光束再通过第一反射镜5进入二维振镜6，并从场镜7出射至硬脆材料8。该激光头1发出的线偏振激光脉冲通过1/4波片12变为椭圆偏振或圆偏振激光，再通过导光孔传输至1/2波片4，1/2波片4的实时转动使得激光的偏振方向实时发生改变，有效地改善激光强度分布，使得激光与硬脆材料作用后形成的沟槽呈现正锥体，进而激光束与材料充分作用，能量利用率高，使得所钻通孔更圆，完成通孔所消耗的时间更短。此外，通过带有导光孔的驱动装置3带动1/2波片4转动，令其转动过程更加稳定，1/2波片4旋转的更加均匀，促进激光束与材料的充分作用，能量利用率得到提高，进而提高了激光对加工硬脆材料8钻孔的质量和钻孔效率。同时还使得该类型的激光器的功能多样化，有效提高了设备的利用率。
以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。
Claims (6)
1.一种适用于硬脆基板的激光钻微孔设备，其特征在于，包括有激光头，沿激光头的激光传输方向依次设有光束传递装置、1/4波片、驱动装置、1/2波片、第一反射镜、二维振镜、场镜和载台，所述载台用于放置硬脆材料，所述激光头是Q开关型线偏振激光器，所述1/2波片设于驱动装置上，所述驱动装置开设有导光孔，且由驱动装置驱动1/2波片转动，所述1/2波片的出光面为垂直面，所述光束传递装置出射的激光束经过1/4波片调整激光偏正特性后，经由驱动装置和1/2波片调整激光偏正方向，所述1/2波片出射的激光束通过第一反射镜而进入二维振镜，再由场镜出射至硬脆材料，通过二维振镜扫描而令硬脆材料形成预设通孔。
2.如权利要求1所述的适用于硬脆基板的激光钻微孔设备，其特征在于，还包括与载台相邻设置的气嘴，所述气嘴的出口朝向硬脆材料。
3.如权利要求1所述的适用于硬脆基板的激光钻微孔设备，其特征在于，所述激光头与光束传递装置之间设有第二反射镜，所述激光头发出的线偏振激光脉冲经过第二反射镜反射后，传输至光束传递装置。
4.一种适用于硬脆基板的激光钻微孔方法，其特征在于，包括如下过程：激光头发出的激光传输至光束传递装置，光束传递装置出射的激光束经过1/4波片调整激光偏正特性后，经由驱动装置和1/2波片调整激光偏正方向，所述1/2波片出射的激光束通过第一反射镜而进入二维振镜，再由场镜出射至硬脆材料，通过二维振镜扫描而令硬脆材料形成预设通孔。
5.如权利要求4所述的适用于硬脆基板的激光钻微孔方法，其特征在于，硬脆材料上形成的通孔范围为20um-150um。
6.如权利要求4所述的适用于硬脆基板的激光钻微孔方法，其特征在于，钻孔速率是15孔/秒-50孔/秒。
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|---|---|
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106392342A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-02-15 | 清华大学 | 一种燃气轮机叶片的激光钻孔装置及方法 |
| CN110919174A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-03-27 | 武汉华工激光工程有限责任公司 | 旋转光路光束装置及旋转光路光束*** |
| CN110977205A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-10 | 武汉华工激光工程有限责任公司 | 盲孔加工旋切***及盲孔加工方法 |
| CN111112859A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-05-08 | 武汉华工激光工程有限责任公司 | 一种透明脆性材料零锥度通孔工艺方法 |
| WO2021152008A1 (de) * | 2020-01-31 | 2021-08-05 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. | Anordnung zur materialbearbeitung mit einem laserstrahl, insbesondere zum laserstrahl-bohren |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6433303B1 (en) * | 2000-03-31 | 2002-08-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method and apparatus using laser pulses to make an array of microcavity holes |
| CN102896427A (zh) * | 2011-07-29 | 2013-01-30 | 发那科株式会社 | 进行穿孔的激光加工方法及激光加工装置 |
| DE102012004312A1 (de) * | 2012-02-27 | 2013-08-29 | Laser- Und Medizin-Technologie Gmbh, Berlin | Verfahren und Vorrichtung zur schnellen konzentrischen Ablenkung mehrerer Lichtstrahlen mit einstellbarem Winkel um die Systemachse |
| CN103551743A (zh) * | 2013-11-04 | 2014-02-05 | 苏州德龙激光股份有限公司 | 流水线玻璃钻孔设备 |
| CN103658993A (zh) * | 2013-12-11 | 2014-03-26 | 北京理工大学 | 基于电子动态调控的晶硅表面飞秒激光选择性烧蚀方法 |
| CN103785947A (zh) * | 2014-01-27 | 2014-05-14 | 深圳英诺激光科技有限公司 | 一种能提高led芯片劈裂良率的激光切割机 |
| CN205437488U (zh) * | 2015-12-30 | 2016-08-10 | 常州英诺激光科技有限公司 | 一种适用于硬脆基板的激光钻微孔设备 |
-
2015
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6433303B1 (en) * | 2000-03-31 | 2002-08-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method and apparatus using laser pulses to make an array of microcavity holes |
| CN102896427A (zh) * | 2011-07-29 | 2013-01-30 | 发那科株式会社 | 进行穿孔的激光加工方法及激光加工装置 |
| DE102012004312A1 (de) * | 2012-02-27 | 2013-08-29 | Laser- Und Medizin-Technologie Gmbh, Berlin | Verfahren und Vorrichtung zur schnellen konzentrischen Ablenkung mehrerer Lichtstrahlen mit einstellbarem Winkel um die Systemachse |
| CN103551743A (zh) * | 2013-11-04 | 2014-02-05 | 苏州德龙激光股份有限公司 | 流水线玻璃钻孔设备 |
| CN103658993A (zh) * | 2013-12-11 | 2014-03-26 | 北京理工大学 | 基于电子动态调控的晶硅表面飞秒激光选择性烧蚀方法 |
| CN103785947A (zh) * | 2014-01-27 | 2014-05-14 | 深圳英诺激光科技有限公司 | 一种能提高led芯片劈裂良率的激光切割机 |
| CN205437488U (zh) * | 2015-12-30 | 2016-08-10 | 常州英诺激光科技有限公司 | 一种适用于硬脆基板的激光钻微孔设备 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106392342A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-02-15 | 清华大学 | 一种燃气轮机叶片的激光钻孔装置及方法 |
| CN110919174A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-03-27 | 武汉华工激光工程有限责任公司 | 旋转光路光束装置及旋转光路光束*** |
| CN110977205A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-10 | 武汉华工激光工程有限责任公司 | 盲孔加工旋切***及盲孔加工方法 |
| CN111112859A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-05-08 | 武汉华工激光工程有限责任公司 | 一种透明脆性材料零锥度通孔工艺方法 |
| WO2021120594A1 (zh) * | 2019-12-20 | 2021-06-24 | 武汉华工激光工程有限责任公司 | 旋转光路光束装置及其使用方法及旋转光路光束*** |
| CN110919174B (zh) * | 2019-12-20 | 2021-06-25 | 武汉华工激光工程有限责任公司 | 旋转光路光束装置及旋转光路光束*** |
| CN110977205B (zh) * | 2019-12-20 | 2022-03-15 | 武汉华工激光工程有限责任公司 | 盲孔加工旋切***及盲孔加工方法 |
| WO2021152008A1 (de) * | 2020-01-31 | 2021-08-05 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. | Anordnung zur materialbearbeitung mit einem laserstrahl, insbesondere zum laserstrahl-bohren |
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