基于纳秒脉冲激光的微孔加工技术研究
发布时间：2020-10-16 14:00
氮化硅(Si_3N_4)陶瓷基板具有高硬度、绝缘、耐热、耐磨以及化学稳定性等优异性能,在机械、电子、航空航天等领域多用作刚性印制电路基板(Printed Circuit Board)使用,而IC载板和有胶双面覆铜板作为柔性PCB板中的两种常用在一些小型、便携、可穿戴设备上,例如手机、数码相机、PDA、LCM、无人机等。现代许多电子产品已经朝着微型化、便携式、高密度化和高性能方向发展,所需的微孔也将越来越小,微孔加工问题一直备受人们关注。由于被加工材料的复杂化、加工集成化等,传统微孔加工方法已经难以满足当今加工制备的需求。激光加工作为特种加工技术的一种,在微孔加工领域有着高精度高质量高效率的优势,已成为一种优良的选择。本文采用纳秒脉冲激光器对Si_3N_4陶瓷基板,IC载板和有胶双面覆铜板进行微孔加工工艺研究,阐述激光微孔加工的原理。系统研究激光平均功率、重复频率、扫描速度对微孔加工质量的影响,探索Si_3N_4在不同介质下的微孔质量问题,研究不同孔径下激光微孔加工质量与效率之间的关系,得出以下主要结论:激光加工Si_3N_4陶瓷基板,平均功率较小、重复频率和扫描速度较大时,微孔质量较差。平均功率过大,扫描速度过小时,会产生过度烧蚀现象,因此需要选择合适的激光参数进行微孔加工。不同环境下加工对微孔质量有明显影响,主要通过微孔出入口孔径、圆度、表面重铸层以及热影响区的变化等方面进行质量表征。探究加工不同孔径Si_3N_4陶瓷基板微孔质量与效率之间的关系,通过微孔质量以及所需的加工时间进行表征。激光加工IC载板和有胶双面覆铜板,激光重复频率对微孔质量影响较小,激光平均功率和扫描速度对微孔有较大影响。由于材料本身特性区别,相同工艺下对不同材料微孔加工影响规律不同。加工IC载板时,扫描速度较小,微孔质量较优;加工有胶双面覆铜板时,扫描速度较大,微孔质量较优。研究加工不同孔径PCB基板微孔质量与效率之间的关系,通过微孔质量以及所需的加工时间进行表征。以上关于Si_3N_4和PCB基板激光微孔加工研究,为后续研究提供必要的基础理论支持和工艺参考。
【学位单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ174.6;TG665
【部分图文】：
图 1-1 常用孔加工方式Fig.1-1 The common way of micro-drilling激光在微孔加工方面的应用有以下几个特点：（1）速度快、效率高激光微孔加工是利用高功率密度的激光束定位到聚焦点快速对材料进行加工，去除快，加工时间短，因此使用激光进行微孔加工的效率非常高[8, 12]。联合激光高、机床高精度和计算机控制系统的方便快捷优势，通过计算机编程实现高效率和度的微孔加工。（2）加工大的深径比微孔微孔加工领域，孔径越小，深度越深的微孔越难加工，因此可用微孔深径比来衡孔质量。激光加工同其他的微孔加工方法相比激光工艺更易于优化，容易获得比加工方式大得多的深径比[34]。传统加工方法获得的深径比一般不超过 20：1，但激
续时间范围（100μs-20ms）。单脉冲微孔加工是所有制孔方法中最高效的一种方法，一般用于加工大批量集群孔，例如，过筛装置、滤网等[41]。多脉冲加工的适用范围是加工直径不超过 1mm，深度不超过 20mm的微孔。脉冲的持续时间从微秒至毫秒。由于多脉冲加工具有不同脉冲持续时间、能量密度和时间意义上的脉冲形状，因此加工出的微孔在质量上有很大区别，具体体现在重塑层、深径比、锥度、重塑层和基材的裂纹等方面[41, 42]。旋切加工采用脉冲激光辐照，是制孔与切割两种工艺的组合。首先采用单脉冲或者多脉冲工艺加工一个通孔，然后激光辐照与工件之间产生一个相对运动。在基材上加工具有不同形状，不同出入口轮廓的孔洞，脉冲持续时间在微秒到毫秒范围之间[40]。螺旋加工时，激光辐照相对于工件发生旋转，脉冲持续时间处于纳秒范围内。孔加工过程中材料去除机制为蒸发，这样可以避免在微孔底部形成较大的熔池。螺旋加工工艺非常精确，加工的微孔质量较优[40, 41]。
第一章 绪论 国内外研究现状1 陶瓷激光微孔加工国内外研究现状激光在微孔加工领域一直是都备受人们瞩目，目前在陶瓷加工领域，Nedia了纳秒激光加工AlN陶瓷微孔，研究发现，采用低于烧蚀阈值的激光能量出的AlN微孔呈不规则孔型，以及在超过阈值能量强度下加工出质量较高的分析比较热影响区元素变化，得知N元素从材料中析出，而Al元素与空气反，表面的重铸层主要取决于加工条件。最后进行建模分析揭示出由于材料的等离子屏蔽问题，激光强度和加工深度关系如图 1-3 所示。
【参考文献】
本文编号：2843350
【学位单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ174.6;TG665
【部分图文】：
图 1-1 常用孔加工方式Fig.1-1 The common way of micro-drilling激光在微孔加工方面的应用有以下几个特点：（1）速度快、效率高激光微孔加工是利用高功率密度的激光束定位到聚焦点快速对材料进行加工，去除快，加工时间短，因此使用激光进行微孔加工的效率非常高[8, 12]。联合激光高、机床高精度和计算机控制系统的方便快捷优势，通过计算机编程实现高效率和度的微孔加工。（2）加工大的深径比微孔微孔加工领域，孔径越小，深度越深的微孔越难加工，因此可用微孔深径比来衡孔质量。激光加工同其他的微孔加工方法相比激光工艺更易于优化，容易获得比加工方式大得多的深径比[34]。传统加工方法获得的深径比一般不超过 20：1，但激
续时间范围（100μs-20ms）。单脉冲微孔加工是所有制孔方法中最高效的一种方法，一般用于加工大批量集群孔，例如，过筛装置、滤网等[41]。多脉冲加工的适用范围是加工直径不超过 1mm，深度不超过 20mm的微孔。脉冲的持续时间从微秒至毫秒。由于多脉冲加工具有不同脉冲持续时间、能量密度和时间意义上的脉冲形状，因此加工出的微孔在质量上有很大区别，具体体现在重塑层、深径比、锥度、重塑层和基材的裂纹等方面[41, 42]。旋切加工采用脉冲激光辐照，是制孔与切割两种工艺的组合。首先采用单脉冲或者多脉冲工艺加工一个通孔，然后激光辐照与工件之间产生一个相对运动。在基材上加工具有不同形状，不同出入口轮廓的孔洞，脉冲持续时间在微秒到毫秒范围之间[40]。螺旋加工时，激光辐照相对于工件发生旋转，脉冲持续时间处于纳秒范围内。孔加工过程中材料去除机制为蒸发，这样可以避免在微孔底部形成较大的熔池。螺旋加工工艺非常精确，加工的微孔质量较优[40, 41]。
第一章 绪论 国内外研究现状1 陶瓷激光微孔加工国内外研究现状激光在微孔加工领域一直是都备受人们瞩目，目前在陶瓷加工领域，Nedia了纳秒激光加工AlN陶瓷微孔，研究发现，采用低于烧蚀阈值的激光能量出的AlN微孔呈不规则孔型，以及在超过阈值能量强度下加工出质量较高的分析比较热影响区元素变化，得知N元素从材料中析出，而Al元素与空气反，表面的重铸层主要取决于加工条件。最后进行建模分析揭示出由于材料的等离子屏蔽问题，激光强度和加工深度关系如图 1-3 所示。
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 郑亮;李良;张华;黄红耀;;基于激光旋切法的陶瓷材料盲孔加工方法研究[J];火箭推进;2013年04期
2 辛凤兰;王智勇;刘学胜;王益泉;黄涛;左铁钏;;激光阈值附近微孔加工方法的研究[J];激光技术;2006年03期
3 张银江,方鸣岗;陶瓷激光精密打孔工艺研究[J];激光与红外;2001年03期
相关博士学位论文 前2条
1 夏博;飞秒激光高质量高深径比微孔加工机理及其在线观测[D];北京理工大学;2016年
2 汤宏群;印刷电路板微孔钻削加工过程动态特性研究[D];广东工业大学;2012年
相关硕士学位论文 前1条
1 孙立华;陶瓷激光打孔技术研究[D];长春理工大学;2007年
本文编号：2843350
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/2843350.html
教材专著
