硬脆材料的激光钻孔方法技术

本发明专利技术适用于激光钻孔领域，提供了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，本发明专利技术实施例提供的激光钻孔方法，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，实现了小锥度和光滑壁面的通孔加工。

【技术实现步骤摘要】
硬脆材料的激光钻孔方法
本专利技术属于激光加工领域，尤其涉及硬脆材料的激光钻孔方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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专利技术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专利技术的一些实施例，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是本专利技术实施例提供的激光钻孔示意图；图2是本专利技术实施例提供的所钻通孔的正面效果图；图3是本专利技术实施例提供的所钻通孔的背面效果图；图4是本专利技术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专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术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。具体的，当所述硬脆材料为康宁玻璃，其厚度为0.5mm，要求待钻的通孔的孔径为500um时，所述超快激光入射到聚焦系统30的入射光直径等于10mm，所述聚焦系统30的焦距为60mm，超快激光在硬脆材料的加工处的能量密度为2J/cm2。采用背面烧蚀的加工方式，通过逐渐提升焦点位置实现钻孔，如图2、3、4所示，本实施例的所钻通孔的正面、背面、剖面效果显示，所述通孔的上下表面的崩边均小于15um，且所述通孔没有锥度，壁面光滑。进一步地，所述聚焦系统30的聚焦透镜为远心场镜。以上内容是结合具体的优选实施方式对本专利技术所作的进一步详细说明，不能认定本专利技术的具体实施只局限于这些说明。对于本专利技术所属
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本专利技术由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬脆材料的激光钻孔方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种硬脆材料的激光钻孔方法，其特征在于，利用超快激光采用背蚀的方式进行钻孔，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，其中所述硬脆材料为0.5mm厚的康宁玻璃，所述入射光直径等于10mm，所述焦距为60mm，激...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑学瑞，卢建刚，尹建刚，高昆，唐建刚，高云峰，
申请(专利权)人：大族激光科技产业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44