一種激光加工方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光精密加工的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是激光對(duì)玻璃、太陽(yáng)能硅片、LED晶元、PCB以及FPCB板的切割、劃線、打孔等加工領(lǐng)域，具體涉及一種激光加工方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]激光精密加工技術(shù)具有非接觸、加工材料范圍廣、精度高、重復(fù)率高、熱影響區(qū)域小、形狀與尺寸加工柔性高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于微機(jī)械、微電子器件、醫(yī)療器械、航空精密制造等領(lǐng)域。激光的空間控制性和時(shí)間控制性很好，對(duì)加工對(duì)象的材質(zhì)、形狀、尺寸和加工環(huán)境的自由度都很大，特別適用于自動(dòng)化加工。激光加工系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)相結(jié)合可構(gòu)成高效自動(dòng)化加工設(shè)備，已成為企業(yè)實(shí)行適時(shí)生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，為優(yōu)質(zhì)、高效和低成本的加工生產(chǎn)開辟了廣闊的前景。
[0003]激光加工是將激光束照射到工件的表面，以激光的高能量來(lái)切除、熔化材料以及改變物體表面性能。由于激光加工是無(wú)接觸式加工，工具不會(huì)與工件的表面直接摩擦產(chǎn)生阻力，所以激光加工的速度極快、加工對(duì)象受熱影響的范圍較小而且不會(huì)產(chǎn)生噪音。由于激光束的能量和光束的移動(dòng)速度均可調(diào)節(jié)，因此，激光加工可應(yīng)用到不同層面和范圍上。激光能適應(yīng)任何材料的加工制造，尤其在一些有特殊精度和要求、特別場(chǎng)合和特種材料的加工制造方面起著無(wú)可替代的作用。
[0004]目前的激光加工通常利用F-Θ透鏡對(duì)加工光束進(jìn)行聚焦，使焦點(diǎn)光斑直徑盡可能的小，利用焦點(diǎn)處的高能量密度對(duì)材料進(jìn)行加工。因此，在精密加工前需要對(duì)焦點(diǎn)位置進(jìn)行確定，焦點(diǎn)位置控制不好會(huì)極大的影響激光加工的效果，另外對(duì)非平面材料進(jìn)行加工時(shí)，需要對(duì)焦點(diǎn)位置實(shí)時(shí)控制，確保焦點(diǎn)位置始終在材料表面，這就對(duì)控制技術(shù)提出了更高的要求，增加了加工成本。加工光束在沿直徑方向上的能量分布是高斯型的，即光束中心能量最高，沿半徑方向能量逐漸降低，邊緣部分和中心部分的能量差異較大，在加工過(guò)程中會(huì)形成一定的尖錐角，這對(duì)激光精密加工是不利的。傳統(tǒng)的激光加工中，深徑比(孔徑深度/孔徑寬度)有一定的限制，受限于傳統(tǒng)激光加工透鏡焦深與焦斑大小的矛盾關(guān)系，分辨率與加工深度很難同時(shí)獲得提升。
[0005]鑒于以上考慮，尋找一種長(zhǎng)焦深、大深徑比、高分辨率的激光加工系統(tǒng)就顯得尤為必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種激光精密加工的方法和裝置，加工時(shí)無(wú)需確定焦點(diǎn)位置，同時(shí)具有大深徑比、高精度等特點(diǎn)，其實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單、光路易調(diào)節(jié)，在激光加工領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種激光加工方法，其步驟如下:
(1)由工控機(jī)控制系統(tǒng)打開激光器，使激光器發(fā)射激光光束；
(2)使激光光束通過(guò)小孔光闌，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光光束起選模和控制半徑的作用； (3)經(jīng)過(guò)小孔光闌后的激光光束通過(guò)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束；
(4)準(zhǔn)直擴(kuò)束的激光通過(guò)軸棱錐光學(xué)元件變換為貝塞爾光束；
(5)貝塞爾光束通過(guò)振鏡系統(tǒng)入射到被加工材料的表面。
[0008]所述激光器為355nm紫外激光器。
[0009]所述激光器為皮秒或飛秒的超短脈沖的激光器。
[0010]所述透鏡組包括至少兩個(gè)透鏡，透鏡表面鍍有與激光器出射光束波長(zhǎng)相同的增透膜。
[0011]所述軸棱錐光學(xué)元件的底角為0.5°，軸棱錐光學(xué)元件的表面鍍有與激光器出射光束波長(zhǎng)相同的增透膜。
[0012]所述被加工材料的表面設(shè)置在移動(dòng)平臺(tái)上，被加工材料通過(guò)真空吸附裝置或機(jī)械裝夾方式固定在移動(dòng)平臺(tái)。
[0013]所述移動(dòng)平臺(tái)一側(cè)設(shè)有吹氣或吸氣裝置。
[0014]—種激光加工裝置，包括激光器、小孔光闌、透鏡1、透鏡I1、軸棱錐光學(xué)兀件、振鏡系統(tǒng)和三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，所述激光器、小孔光闌、透鏡1、透鏡I1、軸棱錐光學(xué)元件和振鏡系統(tǒng)的中心在一個(gè)平面上，三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)位于振鏡系統(tǒng)的下方。
[0015]所述小孔光闌為可調(diào)小孔光闌。
[0016]一種激光加工裝置，包括激光器、小孔光闌、透鏡1、透鏡I1、軸棱錐光學(xué)元件、反射鏡和三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，所述激光器、小孔光闌、透鏡1、透鏡II和反射鏡的中心在水平面上，軸棱錐光學(xué)元件和反射鏡的中心所在的平面垂直于水平面，三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)位于軸棱錐光學(xué)元件的下方。
[0017]本發(fā)明由工控機(jī)控制的激光器發(fā)射的激光光束通過(guò)小孔光闌，再通過(guò)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)后，經(jīng)過(guò)軸棱錐光學(xué)元件，再通過(guò)振鏡系統(tǒng)直接入射在被加工材料表面，被加工材料放置在由工控機(jī)控制的三維移動(dòng)平臺(tái)上。本發(fā)明把激光器出射的激光光束通過(guò)軸棱錐光學(xué)元件變換為貝塞爾光束，再利用貝塞爾光束進(jìn)行加工，其有益效果為加工時(shí)無(wú)需調(diào)節(jié)焦點(diǎn)位置，加工精度高，可實(shí)現(xiàn)大深徑比、無(wú)尖錐角的激光加工。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明激光加工方法的流程圖。
[0019]圖2為實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3為實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面通過(guò)附圖和實(shí)施例具體描述一下本發(fā)明。
[0022]實(shí)施例1
一種激光加工方法，其步驟如下:
(I)由工控機(jī)控制系統(tǒng)打開激光器，使激光器發(fā)射激光光束。
[0023]激光器應(yīng)根據(jù)被加工材料的性質(zhì)選擇，根據(jù)被加工材料的性質(zhì)，激光器的選擇包括出射波長(zhǎng)、脈沖寬度等。出射波長(zhǎng)、脈沖寬度根據(jù)被加工材料的性質(zhì)和加工精度要求決定。例如，待加工材料為FPCB柔性線路板時(shí)，應(yīng)選擇355nm紫外激光器。若對(duì)加工精度有更高要求時(shí)，應(yīng)選擇皮秒或飛秒等超短脈沖的激光器作為激光光源。
[0024](2)使激光光束通過(guò)小孔光闌，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光光束起選模和控制半徑的作用。
[0025]小孔光闌內(nèi)徑可調(diào)，通過(guò)調(diào)節(jié)小孔光闌的內(nèi)徑大小允許不同半徑的光束通過(guò)，阻擋光束半徑較大的高階模，使光束半徑較小的低階模通過(guò)，以達(dá)到選模的作用。
[0026](3)經(jīng)過(guò)小孔光闌后的激光光束通過(guò)準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)。
[0027]準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)由兩個(gè)凸透鏡組成，兩個(gè)凸透鏡之間的距離為兩個(gè)凸透鏡的焦距之和，準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)的擴(kuò)束倍數(shù)M為第二個(gè)凸透鏡的焦距f2與第一個(gè)凸透鏡焦距f I之比f(wàn)2/Π，凸透鏡組表面鍍有與激光器出射光束波長(zhǎng)相同的增透膜，減小了透鏡對(duì)激光光束的反射，提高了激光加工的效率。
[0028](4)準(zhǔn)直擴(kuò)束的激光通過(guò)軸棱錐光學(xué)元件變換為貝塞爾光束。
[0029]準(zhǔn)直擴(kuò)束后的激光通過(guò)軸棱錐后由波失位于同一錐面上的平面波疊加會(huì)產(chǎn)生貝塞爾光束，軸棱錐光學(xué)元件的底角選擇0.5°，其底角越小，所產(chǎn)生的貝塞爾光束的距離越長(zhǎng)，軸棱錐的作用是把高斯光束變換為貝塞爾光束，具有抗損傷閾值高的特點(diǎn)，能夠承受大功率的連續(xù)或脈沖的激光，適合用在激光加工光路系統(tǒng)中。貝塞爾光束的中心光斑寬度只有入射光束波長(zhǎng)的3/4，但能量占90%以上。因此，貝塞爾光束提高了激光加工的分辨率，而且其最優(yōu)良的特點(diǎn)就是在最大無(wú)衍射距離內(nèi)中心光斑在光的傳播方向上不發(fā)散，因此在激光加工過(guò)程中無(wú)需確定焦點(diǎn)位置，尤其適合對(duì)材料的非平面表面進(jìn)行加工。
[0030](5)貝塞爾光束通過(guò)振鏡系統(tǒng)入射到被加工材料的表面。
[0031]振鏡系統(tǒng)的工作原理是將激光束入射到兩反射鏡(掃描鏡)上，用工控機(jī)控制兩個(gè)反射鏡的反射角度，這兩個(gè)反射鏡可分