激光打微孔技術(shù)介紹     

        在元件上開個(gè)小孔是件很常見的事。但是，如果要求在堅(jiān)硬的材料上，比如在硬質(zhì)合金上打大量0.1毫米到幾微米直徑的小孔，用普通的機(jī)械加工工具怕是不容易 辦到，即使能夠做，加工成本也會(huì)很高?，F(xiàn)有的機(jī)械加工技術(shù)在材料上激光打微型小孔是采用每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)或者幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)的高速旋轉(zhuǎn)小鉆頭加工的，用這個(gè)辦法一般也只 能加工孔徑大于0.25毫米的小孔。在今天的工業(yè)生產(chǎn)中往往是要求加工直徑比這還小的孔。比如在電子工業(yè)生產(chǎn)中，多層印刷電路板的生產(chǎn)，就要求在板上鉆成 千上萬(wàn)個(gè)直徑約為0.1～0.3毫米的小孔。

        顯然，采用剛才說(shuō)的鉆頭來(lái)加工，遇到的困難就比較大，加工質(zhì)量不容易保證，加工成本不低。早在本世紀(jì)60年代 后，科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室就用激光在鋼質(zhì)刀片上打出微小孔，經(jīng)過(guò)近30年的改進(jìn)和發(fā)展，如今用激光在材料上打微小直徑的小孔已無(wú)困難，而且加工質(zhì)量好。打出的小 孔孔壁規(guī)整，沒(méi)有什么毛刺。打孔速度又很快，大約千分之一秒的時(shí)間就可以打出一個(gè)孔。  

        激光在材料上鉆出小孔的道理很簡(jiǎn)單（皮衣面料雕花打孔機(jī)），做法也不復(fù)雜。激光有很好的相干性，用光學(xué)系統(tǒng)可以把它聚焦成直徑很微小的光點(diǎn)（小于1微米），這相當(dāng)于用來(lái)鉆孔的“微型鉆頭”。其次，激光的亮度很高，在聚焦的焦點(diǎn)上 的激光能量密度（平均每平方厘米面積上的能量）會(huì)很高，普通一臺(tái)激光器輸出的激光，產(chǎn)生的能量就可以高達(dá)109焦耳／厘米2，足可以讓材料發(fā)生熔化并汽 化，在材料上留下一個(gè)小孔，和用鉆頭鉆出來(lái)的一個(gè)樣。 

       怎樣用好激光“鉆頭”，激光科學(xué)工作者也做了許多研究工作。他們發(fā)現(xiàn)，用每秒發(fā)射許多個(gè)光脈沖（通常叫高重復(fù)率激光脈沖）做“鉆頭”，打出來(lái)的小孔質(zhì) 量比用單個(gè)光脈沖，或每秒時(shí)間內(nèi)少數(shù)幾個(gè)光脈沖打出來(lái)的孔好。道理大概是這樣：在用每秒一個(gè)光脈沖或少數(shù)幾個(gè)脈沖打孔時(shí)，對(duì)每個(gè)光脈沖的激光能量要求比較 高，讓材料能被加熱至熔化才能打出孔。但是，融熔了的材料沒(méi)有辦法充分汽化，卻把在它附近的材料加熱和使它們汽化，結(jié)果，被打出來(lái)的小孔在形狀大小上就不 那么規(guī)整。如果使用的是高重復(fù)率激光器輸出的光脈沖，這時(shí)每個(gè)光脈沖平均的能量并不很高，但由于光脈沖的寬度窄，功率水平卻不低。于是每個(gè)激光脈沖在材料 上形成的融熔體不多，主要是發(fā)生汽化。由于使小孔附近的材料加熱時(shí)融熔體很少，因而也就不出現(xiàn)在用單脈沖打孔時(shí)出現(xiàn)的事。打出的小孔形狀和大小就規(guī)整得多 了。

      要使打出的小孔質(zhì)量高，還需要注意激光焦點(diǎn)位置的選擇。選擇焦點(diǎn)位置的原則大致是這樣：對(duì)于比較厚的材料，激光束焦點(diǎn)位置應(yīng)位于工件的內(nèi)部，如果材料 比較薄，激光束焦點(diǎn)需放在工件表面的上方。這樣的安排會(huì)讓打出來(lái)的小孔上下大小基本上一致，不出現(xiàn)“桶狀”的小孔。

      用激光在材料上鉆孔，鉆出的小孔質(zhì)量不僅非常好，特別是在打大量同樣的小孔時(shí)，還能保證多個(gè)小孔的尺寸形狀統(tǒng)一，而且鉆孔速度快，生產(chǎn)效率高。所以， 除在電子工業(yè)生產(chǎn)中用激光打微孔外，其他許多工業(yè)生產(chǎn)部門都在采用，比如普通香煙過(guò)濾嘴上的小孔、噴霧器閥門上的小孔，也在采用激光加工。噴霧器罐和瓶子頸 部都有一個(gè)用來(lái)控制壓縮物質(zhì)（比如除臭劑、油料或者其他液體）的流量，閥門使用的性能就由噴霧器上這只小孔來(lái)決定了。這只小孔的直徑為10微米到40微 米，用其他機(jī)械加工方法不那么好做，用激光來(lái)加工，能保證質(zhì)量，每小時(shí)還可以打4萬(wàn)個(gè)小孔呢。

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