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激光加工

激光加工

分类: 激光
属性: 技术
最后修改时间: 2013年05月25日
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激光热加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程。

激光加工是激光系统最常用的应用。根据激光束与材料相互作用的机理,大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。激光热加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程,包括激光焊接激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等;光化学反应加工是指激光束照射到物体,借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。包括光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。

由于激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性四大特性,因此就给激光加工带来一些其它加工方法所不具备的特性。由于它是无接触加工,对工件无直接冲击,因此无机械变形;激光加工过程中无"刀具"磨损,无"切削力"作用于工件;激光加工过程中,激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,对非激光照射部位没有或影响极小。因此,其热影响的区小工件热变形小后续加工最小;由于激光束易于导向、聚焦、实现方向变换,极易与数控系统配合、对复杂工件进行加工因此它是一种极为灵活的加工方法;生产效率高,加工质量稳定可靠,经济效益和社会效益好。

 激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门,对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。

激光加工优点

①激光功率密度大,工件吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化,即使熔点高、硬度大和质脆的材料(如陶瓷、金刚石等)也可用激光加工;

②激光头与工件不接触,不存在加工工具磨损问题;

③工件不受应力,不易污染;

④可以对运动的工件或密封在玻璃壳内的材料加工;

⑤激光束的发散角可小于1毫弧,光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至十千瓦量级,因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工;

⑥激光束容易控制,易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合,实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度;⑦在恶劣环境或其他人难以接近的地方,可用机器人进行激光加工。
 

激光切割

激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中,可大大减少加工时间,降低加工成本,提高工件质量。激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。与传统的板材加工方法相比 , 激光切割其具有高的切割质量、高的切割速度、高的柔性(可随意切割任意形状)、广泛的材料适应性等优点。

激光焊接

激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一,焊接过程属热传导型,即激光辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等参数,使工件熔化,形成特定的熔池。由于其独特的优点,已成功地应用于微、小型零件焊接中。与其它焊接技术比较,激光焊接的主要优点是:激光焊接速度快、深度大、变形小。能在室温或特殊的条件下进行焊接,焊接设备装置简单。

激光钻孔 

随着电子产品朝着便携式、小型化的方向发展,对电路板小型化提出了越来越高的需求,提高电路板小型化水平的关键就是越来越窄的线宽和不同层面线路之间越来越小的微型过孔和盲孔。传统的机械钻孔最小的尺寸仅为100μm,这显然已不能满足要求,代而取之的是一种新型的激光微型过孔加工方式。目前用CO2激光器加工在工业上可获得过孔直径达到在30-40μm的小孔或用UV激光加工10μm左右的小孔。目前在世界范围内激光在电路板微孔制作和电路板直接成型方面的研究成为激光加工应用的热点,利用激光制作微孔及电路板直接成型与其它加工方法相比其优越性更为突出,具有极大的商业价值。

 激光加工在服装行业具体应用:

因为激光加工工艺具有自动化程度高、加工精确高、速度快、效率高、操作简单方便等特点,适应了国际服装生产技术潮流所以激光加工技术以及设备正在以惊人的速度在服装行业内得到推广和普及。

一、激光切割应用:

激光切割过程中,不会使布料变形或起皱,激光切割尺寸精度高,激光切割形状可随着图稿进行任意更改,增加了设计的实用性和创造性。另外,激光切割技术是用“激光刀”代替金属刀,激光切割任何面料,能瞬间将切口熔化并凝固,缝隙小、精确度高达到自动“锁边”的功能。传统工艺用刀模切割或热加工,切口易脱丝、发黄、发硬。

二、激光雕刻应用:
 

激光雕刻是利用软件技术,按设计图稿输入数据进行自动雕刻。激光雕刻是激光加工技术在服装行业中运用最成熟、最广泛的技 术,能雕刻任何复杂图形标志,还可以进行射穿的镂空雕刻和表面雕刻,从而雕刻出深浅不一、质感不同、具有层次感和过渡颜色效果的各种图案。

三、激光打标应用:

激光打标具有打标精度高、速度快、标记清晰等特点。激光打标兼容了激光切割、雕刻技术的各种优点,可以在各种材料上进行精密加工,还可以加工尺寸小且复杂的图案,激光标记具有永不磨损的防伪性能。

激光加工技术在电子工业中的应用

激光加工技术属于非接触性加工方式,所以不产生机械挤压或机械应力,特别符合电子行业的加工要求。另外,还由于激光加工技术的高效率、无污染、高精度、热影响区小,因此在电子工业中得到广泛应用。

1.激光划片

激光划技术是生产集成电路的关键技术,其划线细、精度高(线宽为15-25μm,槽深5-200μm)、加工速度快(可达200mm/s),成品率达 99.5%以上。集成电路生产过程中,在一块基片上要制备上千个电路,在封装前要把它们分割成单个管芯。传统的方法是用金刚石砂轮切割,硅片表面因受机械力而产生辐射状裂纹。用激光划线技术进行划片,把激光束聚焦在硅片表面,产生高温使材料汽化而形成沟槽。通过调节脉冲重叠量可精确控制刻槽深度,使硅片很容易沿沟槽整齐断开,也可进行多次割划而直接切开。由于激光被聚焦成极小的光斑,热影响区极小,切划50μm深的沟槽时,在沟槽边25μm的地方温升不会影响有源器件的性能。激光划片是非接触加工,硅片不会受机械力而产生裂纹。因此可以达到提高硅片利用率、成品率高和切割质量好的目的。还可用于单晶硅多晶硅非晶硅太阳能电池的划片以及硅、锗、砷化稼和其他半导体衬底材料的划片与切割。

 2.激光微调

激光微调技术可对指定电阻进行自动精密微调,精度可达0.01%一0.002%,比传统方法的精度和效率高,成本低。集成电路、传感器中的电阻是一层电阻薄膜,制造误差达上15一20%,只有对之进行修正,才能提高那些高精度器件的成品率。激光可聚焦成很小的光斑,能量集中,加工时对邻近的元件热影响极小,不产生污染,又易于用计算机控制,因此可以满足快速微调电阻使之达到精确的预定值的目的。加工时将激光束聚焦在电阻薄膜上,将物质汽化。微调时首先对电阻进行测量,把数据传送给计算机,计算机根据预先设计好的修调方法指令光束定位器使激光按一定路径切割电阻,直至阻值达到设定值,同样可以用激光技术进行片状电容的电容量修正及混合集成电路的微调。优越的定位精度,使激光微调系统在小型化精密线形组合信号器件方面提高了产量和电路功能。

3.激光打标

激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射,使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应,从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标有雕刻和掩模成像两种方式:掩模式打标用激光把模版图案成像到工件表面而烧蚀出标记。雕刻式打标是一种高速全功能打标系统。激光束经二维光学扫描振镜反射后经平场光学镜头聚焦到工件表面,在计算机控制下按设定的轨迹使材料汽化,可以打出各种文字、符号和图案等,字符大小可以从毫米到微米量级,激光标记是永久性的,不易磨损,这对产品的防伪有特殊的意义。已大量用在给电子元器件、集成电路打商标型号、给印刷电路板打编号等。近年来紫外波段激光技术发展很快,由于材料在紫外波激光作用下发生电子能带跃迁,打破或削弱分子间的结合键,从而实现剥蚀加工,加工边缘十分齐整,因此在激光标记技术中异军突起,尤其受到微电子行业的重视。
 

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