氧化铝陶瓷基板紫外纳秒激光打孔工艺研究

发布时间：2021-04-09 01:10

　　氧化铝陶瓷基板作为雷达微波组件的核心部件,其硬脆特性使得传统加工方法在导通孔加工中存在很多限制。激光加工作为一种非接触式高能束加工方法,是氧化铝陶瓷表面孔加工的最优选择。文中主要研究了紫外纳秒激光氧化铝陶瓷表面孔加工中的激光加工参数（包括激光平均功率、扫描速度和扫描次数等）对孔的特征尺寸（包括入口直径、出口直径和锥度）的影响规律,并分析了各种规律产生的相关机理。此研究为雷达微波用电子陶瓷基板的导通孔加工提供了有力的理论依据和技术支持。 

【文章来源】：电子机械工程. 2020,36(04)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

氧化铝陶瓷及纳秒激光加工系统

实验目标为在氧化铝陶瓷基板表面加工常用的孔入口直径为200μm的通孔，拟采用同心圆填充激光孔加工，如图2所示。首先，通过软件画一个直径为R的外圈圆形（本实验中R值为180μm）。然后，采用同心圆对外圈圆进行填充（本实验中设置的同心圆间距H为15μm）。设定激光由内向外进行同心圆扫描加工，激光扫描速度为v，完成一次由内向外的同心圆加工等同于完成1次扫描，可以设定多次扫描。1.4 测试与分析

如图4所示，孔的锥度随着激光平均功率的增大而增大，即随着激光平均功率的增加，孔入口直径的增幅比孔出口直径的增幅更明显。其中一个原因是在激光能量作用下，熔池在热传导下产生的径向扩张比深度方向的扩张更加明显。然而在采用毫秒激光冲击法加工氧化铝陶瓷时，孔锥度出现了相反的变化规律，即孔锥度随着激光能量的增大而减小，甚至出现负锥度[9]。这是由于毫秒激光的长脉宽特性使得加工区域积累大量热量形成熔池，当激光能量增大时，熔池上方的高压蒸汽产生反冲压力作用于熔池熔体上，推动熔融材料沿着孔通道向上排出，并在重力作用下喷溅到孔顶部周围，重新凝固形成重铸层。孔入口被重铸层覆盖，导致其直径减小，而孔出口在熔融物排出侵蚀过程中持续扩大，最终导致孔锥度减小。对电子陶瓷基板的导通孔而言，短脉宽和超快激光器可以加工出无重铸层和具有适宜正锥度的孔，更有利于后续镀金属工艺。然而，超快激光虽然可以加工出无重铸层的孔，但其加工效率较低，成本高昂，显然不适用于陶瓷基板导通孔加工的工业化应用[10]。因此，紫外纳秒激光无疑是更理想的选择。2.2 激光扫描速度对孔特征尺寸的影响


本文编号：3126618