激光打微孔的概述

激光打微孔概述：

在元件上開一個小孔是很常見的。但如果要求用硬材料，如在硬質合金上打出多達0.1毫米至幾微米直徑的小孔，則用普通的機械加工工具加工并不容易，即使可以，加工成本也會很高。現(xiàn)有的機械加工技術在材料上打小孔是用每分鐘幾萬轉或幾十萬轉的高速旋轉小鉆加工的。這種方法一般只能加工孔徑大于0.25mm的小孔。今天的工業(yè)生產(chǎn)往往要求加工直徑小于這個小孔。例如，在電子工業(yè)生產(chǎn)中，多層印制電路板的生產(chǎn)需要在板材上鉆出數(shù)千個直徑約0.1~0.3毫米的孔洞。很明顯，用剛才提到的鉆頭加工，難度較大，加工質量難以保證，而且加工成本不低。早在20世紀60年代以后，科學家就在實驗室用激光在鋼刀片上開一個小孔，經(jīng)過近30.3mm的小孔，經(jīng)過近30秒的改進和開發(fā)，沒有一個小孔。

使用激光在物料上鉆孔的道理很簡單（激光打孔），實踐起來也不復雜。

激光器具有良好的相干性，利用光學系統(tǒng)可將其聚焦成直徑非常小的光點（小于1微米），相當于用于鉆孔的“微型鉆頭”。第二，激光的亮度非常高，在焦點上的激光能量密度(平均每平方厘米面積的能量)會非常高，一般一臺激光器輸出的激光，所產(chǎn)生的能量可達109焦耳/厘米?，足能使材料熔化汽化，在材料上留下一個小孔，就像用鉆頭鉆出來一樣。

如何使用好激光“鉆頭”，激光科學工作者也做了很多研究工作。研究人員發(fā)現(xiàn)，用每秒發(fā)射多個光脈沖（通常稱為高重復率激光脈沖）作為“鉆頭”，打出的小孔質量優(yōu)于用單個光脈沖，或者用每秒發(fā)射少數(shù)光脈沖的小孔質量。可能是這樣的：當用每秒一個光脈沖或少數(shù)幾個脈沖打孔時，對每個光脈沖的激光能量要求較高，使材料能夠被加熱到熔化后才能打出孔。但熔融的材料不能完全汽化，而是將附近的材料加熱并使其汽化，因此，被打出的小孔在形狀大小上并不那么整齊。若采用高重復率激光輸出的光脈沖，此時每一個光脈沖的平均能量并不高，但由于光脈沖的寬度狹窄，功率水平也不低。因此，每一個激光脈沖在材料上形成的熔融體并不多，主要是發(fā)生汽化。因為使小孔附近的材料加熱時，熔融的材料也不會出現(xiàn)單脈沖形成。

為了提高打孔的質量，還需要注意激光焦點位置的選擇。選取聚焦位置的原則大致如下：對于較厚的材質，激光束聚焦位置應該在工件內(nèi)部。如果材料較薄，激光束的焦點應放置在工件表面上方。這種安排將使打孔的上下尺寸基本一致，不會出現(xiàn)“桶狀”的孔。

采用激光在材料上打磨，不僅打磨質量好，尤其是打磨相同數(shù)量的小孔時，還可以保證多個小孔尺寸一致，打磨速度快，生產(chǎn)效率高。所以，除了在電子工業(yè)生產(chǎn)中使用激光打孔外，許多其他工業(yè)生產(chǎn)部門也在使用激光打孔，如普通卷煙過濾嘴上的小孔、噴氣式氣門上的小孔，以及激光加工。噴霧罐和瓶頸都有一種用于控制壓縮物質（如除臭劑、油料或其它液體）的流量，閥門的使用性能取決于噴霧器上的這個小孔。這個小孔的直徑是10-40微米，用其它機械加工方法做得不好，用激光加工，既能保證質量，又能保證速度。