激光打微孔的概述

激光打微孔概述：

在元件上開一個(gè)小孔是很常見的。但如果要求用硬材料，如在硬質(zhì)合金上打出多達(dá)0.1毫米至幾微米直徑的小孔，則用普通的機(jī)械加工工具加工并不容易，即使可以，加工成本也會(huì)很高。現(xiàn)有的機(jī)械加工技術(shù)在材料上打小孔是用每分鐘幾萬轉(zhuǎn)或幾十萬轉(zhuǎn)的高速旋轉(zhuǎn)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(gè)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(gè)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(zhì)量難以保證，而且加工成本不低。早在20世紀(jì)60年代以后，科學(xué)家就在實(shí)驗(yàn)室用激光在鋼刀片上開一個(gè)小孔，經(jīng)過近30.3mm的小孔，經(jīng)過近30秒的改進(jìn)和開發(fā)，沒有一個(gè)小孔。

使用激光在物料上鉆孔的道理很簡單（激光打孔），實(shí)踐起來也不復(fù)雜。

激光器具有良好的相干性，利用光學(xué)系統(tǒng)可將其聚焦成直徑非常小的光點(diǎn)（小于1微米），相當(dāng)于用于鉆孔的“微型鉆頭”。第二，激光的亮度非常高，在焦點(diǎn)上的激光能量密度(平均每平方厘米面積的能量)會(huì)非常高，一般一臺(tái)激光器輸出的激光，所產(chǎn)生的能量可達(dá)109焦耳/厘米?，足能使材料熔化汽化，在材料上留下一個(gè)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(xué)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(gè)光脈沖（通常稱為高重復(fù)率激光脈沖）作為“鉆頭”，打出的小孔質(zhì)量優(yōu)于用單個(gè)光脈沖，或者用每秒發(fā)射少數(shù)光脈沖的小孔質(zhì)量。可能是這樣的：當(dāng)用每秒一個(gè)光脈沖或少數(shù)幾個(gè)脈沖打孔時(shí)，對每個(gè)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(fù)率激光輸出的光脈沖，此時(shí)每一個(gè)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(gè)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?yàn)槭剐】赘浇牟牧霞訜釙r(shí)，熔融的材料也不會(huì)出現(xiàn)單脈沖形成。

為了提高打孔的質(zhì)量，還需要注意激光焦點(diǎn)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(zhì)，激光束聚焦位置應(yīng)該在工件內(nèi)部。如果材料較薄，激光束的焦點(diǎn)應(yīng)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(huì)出現(xiàn)“桶狀”的孔。

采用激光在材料上打磨，不僅打磨質(zhì)量好，尤其是打磨相同數(shù)量的小孔時(shí)，還可以保證多個(gè)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(zhì)（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(gè)小孔。這個(gè)小孔的直徑是10-40微米，用其它機(jī)械加工方法做得不好，用激光加工，既能保證質(zhì)量，又能保證速度。