[发明专利]使用连续光纤激光进行陶瓷加工的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷激光加工包含钻孔及划线技术领域，尤其涉及一种使用连续光纤激光进行陶瓷加工的装置及其方法。

背景技术

陶瓷基板因其良好的绝缘性及散热性能，成为LED灯和高散热要求的线路板等应用的散热基板。陶瓷的硬脆特性使得其难以加工，传统方法有机械式加工，效率低，破碎严重，成本高，精度难以控制；激光式加工，一般采用皮秒红外激光或者二氧化碳激光，前者价格昂贵且功率不高，造成成本高昂且效率低下，后者因聚焦后光斑太粗而无法进行微细加工。但是由于激光技术在陶瓷加工领域中有明显优势，如何用价格便宜且功率奇高的光纤激光进行陶瓷微细加工成了急需攻克的难题。

目前激光钻孔的陶瓷基片厚度从0.1mm到1mm不等，在大于等于0.5mm厚的陶瓷基片上钻小于等于100微米的细孔时极易形成锥孔。传统方法使用连续式激光进行陶瓷加工属于热加工，高能量的激光束将所到达的地方加热熔融后辅与高速气体的吹除与冷却，从而形成沟槽和孔。但是另外一个问题是激光的高能量烧蚀形成的材料熔渣残留在加工区域，严重影响了沟槽和微孔的形状，后续处理残渣的工序更会对孔型造成进一步的损害从而形成“崩边”，”锥孔”，易碎等等不符合加工要求的后果。

皮秒激光器由于其具有极高峰值脉冲功率，通常是连续激光或者脉冲激光的几十甚至几百倍，使得其可以对陶瓷基片进行冷加工，可以得到较好的切割边沿，以及更加垂直的孔型，在陶瓷加工中有比较明显的优势。只是其高昂的价格限制了其进一步广泛的应用。

连续光纤激光器通常具有非常高的平均功率，在切割金属板材等“粗加工”领域得心应手，对于如何使其可以像皮秒激光器一样应用于陶瓷微孔等“细微加工”领域将是本发明要解决的问题。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种使用连续光纤激光进行陶瓷加工的装置及其方法，使得陶瓷加工的精度和速度都得以提高，既节省了成本又提高了效率。

为实现上述目的，本发明提供一种使用连续光纤激光进行陶瓷加工的装置，包括连续光纤激光器、光纤激光准直器、空间光调制器、光聚焦器、用于放置陶瓷基板的工作台和XY轴移动台；所述连续光纤激光器、光纤激光准直器、空间光调制器和光聚焦器三者依次相连接，所述工作台位于光聚焦器的正下方，陶瓷基片的上表面设置于光聚焦器的焦点位置，所述工作台固定在XY轴移动台上，所述XY轴移动台带动工件台做位置移动或者轨迹移动；所述光聚焦器内安装有对光线进行摇摆的光旋转器；

所述连续光纤激光器发出的连续的扩散的光束经过光纤激光准直器后变成平行光，再经由空间光调制器后连续光变为波形可变的脉冲光；脉冲光由光光聚焦器将其聚焦到位于工件台的陶瓷基片上；与光聚焦器为一体的光旋转器则通过轻微而且连续的360度摇摆，使得陶瓷基片上的聚焦光斑在陶瓷基片上形成360度的圆形轨迹；激光在走轨迹的工程中加工出圆形的微孔；搭载工件的XY轴移动台则在完成一处微孔加工后将陶瓷基片移动到下一处进行另一次加工，或者由XY轴移动带动工件走出不同的轨迹，激光在陶瓷基片上实现不同形状的划线。

其中，所述光旋转器由反射镜和三片压电陶瓷组成；反射镜固定在三片压电陶瓷上，且三片压电陶瓷在反射镜背后为120度分布放置；每片压电陶瓷分别一个可变电压带。

其中，所述光聚焦器为远心镜头，安装于反射镜的出光方向。

其中，所述空间光调制器内置控制器及脉冲波形发生器，脉冲波形发生器产生的脉冲电压波整形后经由控制器驱动空间光调制器对光进行调制。

其中，所述连续光纤激光器为单模红外连续光纤激光器，且所述工件台的上方装配有吹向微孔和划线部位的高速压缩空气。

为实现上述的目的，本发明还提供一种使用连续光纤激光进行陶瓷加工的方法，连续光纤激光器发出的连续的扩散的光束经过光纤激光准直器后变成平行光，再经由空间光调制器后连续光变为波形可变的脉冲光；脉冲光由光光聚焦器将其聚焦到位于工件台的陶瓷基片上；与光聚焦器为一体的光旋转器则通过轻微而且连续的360度摇摆，使得陶瓷基片上的聚焦光斑在陶瓷基片上形成360度的圆形轨迹；激光在走轨迹的工程中加工出圆形的微孔；搭载工件的XY轴移动台则在完成一处微孔加工后将陶瓷基片移动到下一处进行另一次加工，或者由XY轴移动带动工件走出不同的轨迹，激光在陶瓷基片上实现不同形状的划线。