[发明专利]硬脆材料的激光钻孔方法

说明书

技术领域

本发明属于激光加工领域，尤其涉及硬脆材料的激光钻孔方法。

背景技术

现有技术对玻璃、硅片、水晶、蓝宝石、透明陶瓷等硬脆材料的钻孔，多为机械式钻孔，但此钻孔方式存在一定的缺陷，容易使得材料崩裂，如采用钻头在玻璃上进行钻孔，通常采用金刚石钻头并施以压力冷却水进行钻孔，但是在钻头刃口施加的钻进压力和冷却水的冲击力的作用下，在即将钻穿时产生崩裂性贯穿，在玻璃背面产生较大的崩边；同时受限于钻头尺寸的大小，很难在玻璃上钻出孔径小于1mm的微孔。

随着激光技术的发展，激光加工玻璃技术逐步成为市场的主流技术。激光钻孔工艺方法有两种，一种是传统的正面烧蚀材料去除的工艺，从材料的上方向下钻孔，但这种方法会产生加大的锥度，而且加工出的上下表面质量较差；另一种是采用背刻蚀的加工工艺方式，激光透过材料的上方(正面)，从材料的下方(背面)向上钻孔，此方法可以解决加工时产生锥度的问题，但此现行的此工艺多采用纳秒激光器作为光源，纳秒激光的热作用不仅对玻璃影响很大，而且在玻璃切穿时候会形成较大的热冲击造成明显的崩边，需要后续CNC磨边工艺，造成生产效率低，不太适合生产线的量产。

如果采用超快激光可以减小热作用对玻璃形成的冲击，但采用正面烧蚀工艺钻孔同样会产生较大锥度的问题；如若采用背刻蚀的加工方法时，虽然理论上避免较大锥度问题，但超快激光器的单脉峰值功率过高，作用在材料上表面的能量很容易达到材料的破坏阈值，材料上表面破坏后表面的吸收率急剧增加，造成背刻蚀加工中断，而发生正面烧蚀刻蚀，最终也会产生较大锥度。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种硬脆材料的激光钻孔方法，以解决现有钻孔对材料热影响严重及产生锥度的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种硬脆材料的激光钻孔方法，利用超快激光采用背蚀的方式进行钻孔，其中激光聚焦的透镜的焦距≤80mm，激光聚焦前的入射光直径≥4mm。

进一步地，所述超快激光为皮秒红外激光或皮秒绿激光或飞秒红外激光。

进一步地，所述硬脆材料的厚度为0.5mm时，入射直径等于10mm，焦距为60mm，激光在硬脆材料的加工出的能量密度为2J/cm²。

进一步地，用于激光聚焦的透镜为远心场镜。

进一步地，激光钻孔的同时，采用集尘装置从硬脆材料的下方收集残渣或废气。

本发明提供了一种硬脆材料的激光钻孔方法，通过短焦深的超快激光加工硬脆材料，不仅避免了热效应对材料的影响，同时防止材料的正面吸收大量的能量产生正面烧蚀，实现了小锥度的通孔加工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的激光钻孔示意图；

图2是本发明实施例提供的所钻通孔的正面效果图；

图3是本发明实施例提供的所钻通孔的背面效果图；

图4是本发明实施例提供的所钻通孔的剖面效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供一种硬脆材料的激光钻孔方法，利用超快激光采用背蚀的方式进行钻孔，其中用于超快激光聚焦的透镜的焦距≤80mm，激光聚焦前的入射光直径≥4mm，实现短焦深的激光钻孔。

其中，超快激光由超快激光器10发出，所述超快激光经过扩束装置20扩束后，入射到聚焦系统30上，经过聚焦系统30聚焦后的超快激光对所述硬脆材料40进行钻孔，在钻孔的同时，采用集尘装置(图未示)从硬脆材料40的下方收集残渣或废气。

进一步地，所述超快激光为皮秒红外激光或皮秒绿激光或飞秒红外激光。所述超快激光脉冲通过多光子离子化烧蚀材料，只有很少的热量传递到邻近的材料中，降低了热效应对硬脆材料的影响，提高了所钻通孔的表面的光滑度和通孔的加工精度。

进一步地，本实施例采用短焦距和小光斑的激光来钻孔，使得激光焦点的焦深较短，当激光聚焦在所述硬脆材料的底部时，其上表面未处于焦点的焦深范围内，避免了所述硬脆材料的上表面(正面)在底部(背面)钻孔的同时吸收大量的能量，而产生正面的烧蚀，从而使得所钻通孔产生大的锥度缺陷。