[发明专利]一种用于玻璃无锥度精密深孔阵列的加工系统及方法

说明书

本发明公开一种用于玻璃无锥度精密深孔阵列的加工系统，沿着光路传播路径，所述加工系统依次包括：激光器、扩束镜、动态光束整形系统、振镜、加工物镜、玻璃工件，所述玻璃工件安装在工装夹具上；所述加工系统还包括辅助系统，用于在激光打孔过程中对孔中残留的粉尘进行排除；经过所述加工物镜形成的激光光斑首先作用于玻璃工件的下表面，通过调整光斑在玻璃工件中的深度，使得激光从下往上对玻璃工件进行打孔；所述辅助系统位于玻璃工件下方，从玻璃工件下方去除激光打孔过程中产生的粉尘，从而减小了由于正面加工激光传输效应所造成的背面损伤等问题。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，具体是一种用于玻璃无锥度精密深孔阵列的加工系统及方法，适用于各种玻璃等透明脆性材料，可以应用于透气阵列孔、散热阵列孔等3C行业所需的精密深孔阵列加工。

背景技术

玻璃，拥有良好的透光性能，以及较好的化学稳定性。因此在建筑行业、日用、艺术、医疗、化学、电子、仪表、光学器件等方面有广泛应用。

但是由于玻璃抗拉强度远低于抗压强度，是典型的脆性材料，因此在玻璃的加工过程中容易产生裂纹等缺陷，影响产品强度。传统的激光微小深孔加工主要是采用激光使得材料损伤，再通过化学腐蚀去除损失材料，得到微小深孔。该方法不仅工序繁琐，而且玻璃腐蚀剂通常对环境有极大伤害。另外一种方法则是，采用激光直接从上往下去除加工。这一类方法无任何繁杂工序，但加工出的微孔往往会有5-10度的锥度，并且由于激光传输效应导致孔出口面存在一定范围损伤，不仅如此，当孔径降至0.1mm，深径比达到5：1时，出口孔径只有10um左右。即使采用倾斜光线加工去除锥度，背面仍然存在30um左右宽度的损伤值。最后一种方法则是从下往上加工并辅助以水除尘，激光从下往上加工中伴有水，保证了加工过程中孔的锥度。对于较大孔加工，可利用静态水辅助加工，不会出现动态水在穿孔瞬间水漫过上表面，影响上表面孔加工质量，通常用水辅助加工上表面质量较差，崩边较大，对于微小孔而言，还有可能出现出口呈椭圆，三角等异常形状，并且在大幅面加工时，存在的水平问题，导致有些孔在穿透后加工时间过长的现象。

公开号为CN110238546A的专利公开了一种基于空间光束整形的飞秒激光加工阵列微孔的系统，属于激光应用技术领域。本发明加工系统，利用空间光调制器SLM，通过设计不同的相位，将单束飞秒激光整形成为具有特定空间分布的多光束阵列光场，调整激光重复频率、激光束腰半径，激光脉冲能量，最后通过光学器件搭建光路将整形完的飞秒激光聚焦到样品表面，实现在多种材料上的高质量、无接触、高效率、大面积的阵列微孔加工，具有高度可重复性与灵活性。本发明系统应用于阵列微孔加工时，有效避免由于激光本身高斯分布所引起的分束不均一性，提高阵列微孔的均一性与质量。通过空间光调制器所加载相位的变化可以自由调控阵列微孔的数量与分布，无需配置多种元件，具有高度可调节性。

公开号为CN108161250A的专利公开了多焦点动态分布激光加工脆性透明材料的方法及装置，激光器输出光束，扩束镜对光束的直径及发散角度进行连续调节，第一反射单元将光束反射至激光光束首次整形装置，光束首次整形装置将能量呈高斯分布的激光光束进行光束整形，整形后的光束能量分布于一个或多个环形区域内，光束二次整形装置将光束进行再次整形，对激光光束能量分布及大小调节，动态控制焦点分布范围，第二反射单元将光束入射至聚焦镜，对光束聚焦，光束形成有限范围内分布的多焦点，焦点分布范围包含被加工对象；X-Y轴运动平台，承载被加工对象，相对于聚焦镜运动。基于激光应力诱导切割技术的延展技术通过增加沿光轴方向的焦点数量实现脆性透明材料的加工。

由上可知现有技术存在的主要问题有四，一是对于玻璃这种脆性材料的从上往下的加工，存在粉尘堆积，不易排除，因而存在一定锥度。二是配合化学腐蚀方法程序繁琐且对环境有害。三是水辅助加工影响上表面质量，工艺效果不稳定影响，影响良率。四是只能同时加工一个孔，影响效率。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用于玻璃无锥度精密深孔阵列的加工系统及方法，解决了微孔加工中存在粉尘堆积、孔加工边缘表面损伤、加工单孔效率低下等问题。