一種用于加工硬脆基板的激光打孔裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于加工硬脆基板的激光打孔裝置，其中的激光頭是Q開關(guān)激光器，楔角棱鏡與驅(qū)動裝置固定連接，并且楔角棱鏡的出光面為斜面，驅(qū)動裝置開設(shè)有導(dǎo)光孔，驅(qū)動裝置繞導(dǎo)光孔的軸心線轉(zhuǎn)動，激光頭發(fā)出的激光脈沖通過導(dǎo)光孔傳輸至楔角棱鏡，并且經(jīng)過楔角棱鏡折射后，依次通過第一反射鏡和聚焦鏡傳輸至硬脆基板。其中，該激光打孔裝置采用Q開關(guān)激光器作為激光源，避免因熱應(yīng)力過大造成硬脆基板碎裂，同時，無需在硬脆基板上涂覆PVA，簡化了加工工序，提高了加工效率，此外，通過帶有導(dǎo)光孔的驅(qū)動裝置帶動楔角棱鏡旋轉(zhuǎn)，令其轉(zhuǎn)動過程更加穩(wěn)定，避免激光打孔軌跡的偏移，實現(xiàn)了精確加工。
【專利說明】—種用于加工硬脆基板的激光打孔裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鉆孔加工設(shè)備，尤其涉及一種用于加工硬脆基板的激光打孔裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]激光打孔是最早達到實用化的激光加工技術(shù)，也是激光加工的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一，隨著近代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，市場對陶瓷等硬脆基板材料的需求越來越大，而傳統(tǒng)的鉆孔加工方法已不能滿足某些工藝要求。
[0003]目前，硬脆基板的加工方式，是用1.06um波長、200瓦以上的脈沖激光束對硬脆基板打孔，以氧化鋁陶瓷基板為例，由于對激光的平均功率要求較高，所以通常采用平均功率能達到百瓦以上的二氧化碳激光器，該激光器發(fā)出的激光束可觸發(fā)氧化鋁陶瓷基板表面的氧化反應(yīng)，并且因激光束能量較高使得氧化鋁陶瓷瞬間形成穿孔，再由多個穿孔形成封閉的環(huán)形，從而打出預(yù)設(shè)孔徑的通孔。由于高功率的激光束攜帶很大的熱量，所以在加工過程中容易因熱應(yīng)力過大而造成碎裂，為盡量避免碎裂情況發(fā)生，氧化鋁陶瓷基板上必須涂有PVA作為粘結(jié)劑，該PVA為聚乙烯醇，從而幫助氧化鋁陶瓷基板氣化，快速形成通孔。
[0004]基于以上幾點可以看出，現(xiàn)有的激光打孔設(shè)備需要同時具備較高的激光峰值功率以及在氧化鋁陶瓷基板的表面涂覆PVA這兩個條件，其中，由于氧化鋁陶瓷基板在打孔之前需涂覆PVA，導(dǎo)致加工工序復(fù)雜，加工效率低，同時，激光束依然具有較高的沖擊強度，所以，還存在氧化鋁陶瓷基板出現(xiàn)孔壁裂痕甚至碎裂的風(fēng)險，并且較高的沖擊強度導(dǎo)致打孔處產(chǎn)生大量的粉塵，該粉塵對精密儀器、環(huán)境都將造成不良影響。此外，現(xiàn)有的激光打孔設(shè)備是利用馬達帶動皮帶或者齒輪驅(qū)動棱鏡、反射鏡等光學(xué)元件運轉(zhuǎn)，此類驅(qū)動機構(gòu)在工作過程中會產(chǎn)生晃動，導(dǎo)致激光打孔軌跡的偏移，影響加工精確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于加工硬脆基板的激光打孔裝置，從而避免因熱應(yīng)力過大造成硬脆基板碎裂以及避免產(chǎn)生大量粉塵，同時還簡化加工工序、實現(xiàn)精確加工。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0007]—種用于加工硬脆基板的激光打孔裝置，其包括有激光頭，沿激光頭發(fā)出的激光脈沖的傳輸方向依次設(shè)置有驅(qū)動裝置、楔角棱鏡、第一反射鏡、聚焦鏡和載臺，激光頭是Q開關(guān)激光器，楔角棱鏡與驅(qū)動裝置固定連接，并且楔角棱鏡的出光面為斜面，驅(qū)動裝置開設(shè)有導(dǎo)光孔，在驅(qū)動裝置的帶動下，所述楔角棱鏡繞導(dǎo)光孔的軸心線轉(zhuǎn)動，激光頭發(fā)出的激光脈沖通過導(dǎo)光孔傳輸至楔角棱鏡，并且經(jīng)過楔角棱鏡折射后，依次通過第一反射鏡和聚焦鏡傳輸至載臺上的硬脆基板。
[0008]優(yōu)選地，激光頭與驅(qū)動裝置之間設(shè)有第二反射鏡，激光頭發(fā)出的激光脈沖經(jīng)過第二反射鏡反射后，傳輸至驅(qū)動裝置。
[0009]優(yōu)選地，楔角棱鏡的入射光與出射光之間的夾角為0.5°?1°。[0010]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)而言的有益效果在于，該激光打孔裝置采用Q開關(guān)激光器作為激光源，該Q開關(guān)激光器具有單發(fā)脈沖能量小、光子能量大的特點，從而避免因熱應(yīng)力過大造成硬脆基板碎裂，以及避免產(chǎn)生大量粉塵，同時，無需在硬脆基板上涂覆PVA，簡化了加工工序，提高了加工效率，此外，通過帶有導(dǎo)光孔的驅(qū)動裝置帶動楔角棱鏡旋轉(zhuǎn)，令其轉(zhuǎn)動過程更加穩(wěn)定，避免激光打孔軌跡的偏移，實現(xiàn)了精確加工。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為激光打孔裝置第一加工狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為激光打孔裝置第二加工狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作更加詳細的描述。
[0014]本發(fā)明公開了 一種用于加工硬脆基板的激光打孔裝置，結(jié)合圖1和圖2所示，其包括有激光頭1，沿激光頭I發(fā)出的激光脈沖的傳輸方向依次設(shè)置有驅(qū)動裝置2、楔角棱鏡3、第一反射鏡4、聚焦鏡5和載臺6,硬脆基板7放置于載臺6之上,激光頭I是Q開關(guān)激光器，即Q開關(guān)窄脈寬、短波長紫外二極管泵浦固體激光器，楔角棱鏡3與驅(qū)動裝置2固定連接，并且楔角棱鏡3的出光面為斜面，驅(qū)動裝置2開設(shè)有導(dǎo)光孔20，在驅(qū)動裝置2的帶動下，所述楔角棱鏡3繞導(dǎo)光孔20的軸心線轉(zhuǎn)動，激光頭I發(fā)出的激光脈沖通過導(dǎo)光孔20傳輸至楔角棱鏡3，并且經(jīng)過楔角棱鏡3折射后，產(chǎn)生偏振角度，再依次通過第一反射鏡4和聚焦鏡5傳輸至載臺6上的硬脆基板7，該硬脆基板7可以為氧化鋁陶瓷基板，也可以是其他具有硬、脆特性的基板。當驅(qū)動裝置2帶動楔角棱鏡3轉(zhuǎn)動一圈時，由于偏振角度的存在，使得激光脈沖在硬脆基板7上以封閉的圓形軌跡依次打孔，從而形成預(yù)設(shè)半徑的圓形通孔，該通孔的孔徑可以通過調(diào)整楔角棱鏡3的出光面的角度，或者調(diào)整楔角棱鏡3與第一反射鏡4之間的距離進行設(shè)定，其中，楔角棱鏡3的入射光與出射光之間的夾角優(yōu)選為0.5°?
1° O
[0015]其中，激光頭I采用Q開關(guān)激光器，該Q開關(guān)激光器發(fā)出的單發(fā)脈沖激光的能量較小，僅有0.5mJ，但是其輸出的光子能量以及瞬時峰值較大，尤其在倍頻后，TEMoo模激光的平均功率遠小于低諧模的二氧化碳激光，在對硬脆基板7打孔時，利用該單發(fā)脈沖激光的較大光子能量使得硬脆基板7有效穿孔，由于該激光的單發(fā)脈沖能量較小，使得打孔過程趨近于冷加工，從而避免因熱應(yīng)力大造成孔壁裂痕，以及避免產(chǎn)生大量粉塵。在打孔加工之前，硬脆基板7上無需涂覆PVA來防止碎裂，從而大大簡化了加工工序。此外，上述楔角棱鏡3由驅(qū)動裝置2直接驅(qū)動，該驅(qū)動裝置2帶動楔角棱鏡3繞導(dǎo)光孔20的軸心線轉(zhuǎn)動，相比現(xiàn)有技術(shù)而言，無需皮帶、齒輪等作動力傳導(dǎo)，使得楔角棱鏡3轉(zhuǎn)動過程更加穩(wěn)定，避免激光打孔軌跡的偏移，實現(xiàn)了精確加工。其中，通過降低驅(qū)動裝置2的轉(zhuǎn)速，可以提高激光脈沖在圓形軌跡上的密集度，從而易于形成通孔；以此規(guī)律，若激光脈沖在圓形軌跡上的密集度過大，還可以通過提高驅(qū)動裝置2的轉(zhuǎn)速來降低密集度，從而提高加工效率。
[0016]作為一種優(yōu)選方式，為了縮短該激光打孔裝置在水平方向的長度，激光頭I與驅(qū)動裝置2之間設(shè)有第二反射鏡8，激光頭I發(fā)出的激光脈沖經(jīng)過第二反射鏡8反射后，傳輸至驅(qū)動裝置2。[0017]本發(fā)明公開的激光打孔裝置中，激光頭I是Q開關(guān)激光器，楔角棱鏡3與驅(qū)動裝置2固定連接，并且楔角棱鏡3的出光面為斜面，驅(qū)動裝置2開設(shè)有導(dǎo)光孔20，驅(qū)動裝置2繞導(dǎo)光孔20的軸心線轉(zhuǎn)動，激光頭I發(fā)出的激光脈沖通過導(dǎo)光孔20傳輸至楔角棱鏡3，并且經(jīng)過楔角棱鏡3折射后，依次通過第一反射鏡4和聚焦鏡5傳輸至硬脆基板7。該激光打孔裝置采用Q開關(guān)激光器作為激光源，避免因熱應(yīng)力過大造成硬脆基板7碎裂，以及避免產(chǎn)生大量粉塵，同時，無需在硬脆基板7上涂覆PVA，簡化了加工工序，提高了加工效率，此外，通過帶有導(dǎo)光孔的驅(qū)動裝置帶動楔角棱鏡旋轉(zhuǎn)，令其轉(zhuǎn)動過程更加穩(wěn)定，避免激光打孔軌跡的偏移，實現(xiàn)了精確加工。
[0018]以上只是本發(fā)明較佳的實施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)所做的修改、等同替換或者改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明所保護的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于加工硬脆基板的激光打孔裝置，其特征在于，包括有激光頭，沿激光頭發(fā)出的激光脈沖的傳輸方向依次設(shè)置有驅(qū)動裝置、楔角棱鏡、第一反射鏡、聚焦鏡和載臺，硬脆基板放置于載臺上，所述激光頭是Q開關(guān)激光器，所述楔角棱鏡與驅(qū)動裝置固定連接，并且楔角棱鏡的出光面為斜面，所述驅(qū)動裝置開設(shè)有導(dǎo)光孔，在驅(qū)動裝置的帶動下，所述楔角棱鏡繞導(dǎo)光孔的軸心線轉(zhuǎn)動，所述激光頭發(fā)出的激光脈沖通過導(dǎo)光孔傳輸至楔角棱鏡，并且經(jīng)過楔角棱鏡折射后，依次通過第一反射鏡和聚焦鏡傳輸至硬脆基板。
2.如權(quán)利要求1所述的用于加工硬脆基板的激光打孔裝置，其特征在于，所述激光頭與驅(qū)動裝置之間設(shè)有第二反射鏡，所述激光頭發(fā)出的激光脈沖經(jīng)過第二反射鏡反射后，傳輸至驅(qū)動裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的用于加工硬脆基板的激光打孔裝置，其特征在于，所述楔角棱鏡的入射光與出射光之間的夾角為0.5°?1°。
【文檔編號】B23K26/382GK103785955SQ201410042020
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】陳強智 申請人:深圳英諾激光科技有限公司, 常州英諾激光科技有限公司