CN102922142A

CN102922142A - 一种激光加工的方法

Info

Publication number: CN102922142A
Application number: CN2012104294255A
Authority: CN
Inventors: 张立国
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明属于激光加工领域，公开了一种激光加工的方法，采用激光方向选择性斜入射作用于待加工材料的加工方法，具体为激光经聚焦后得到聚焦光束，聚焦光束直接作用于待加工材料的待加工表面上；把聚焦光束当作方向矢量，沿着平行和垂直于待加工表面分解为X方向和Y方向；聚焦光束的传输方向与Y方向之间成大于0度小于45度的角度；待加工材料的运动方向与X方向之间的空间矢量夹角小于30度；待加工材料与作用于待加工平面上的激光焦点进行相对运动。应用本发明的技术方案具有以下效果：与目前采用激光正入射方式加工相比，更能够避免待加工材料激光等离子体的对激光束的散射、反射、吸收等负面影响，同时可以得到更高的光斑重叠度和激光切逢边缘质量。

Description

一种激光加工的方法

技术领域

本发明属于激光加工领域，特别是激光切割、划片以及激光刻膜等领域。

背景技术

图1为现有技术中激光加工材料的示意图，从图1可知，由于聚焦激光1的剥离作用，部分材料粉尘从待加工材料3表面以高温等离子体爆发出来并有一定高度，部分等离子体2喷发到待加工材料3表面的聚焦激光1里面，被聚焦激光1进一步剧烈加热，产生刺眼的火花。这些刺眼火花的等离子体直接对后续激光进行散射、反射和吸收，直接影响激光加工效果。为了规避等离子体对激光加工的不利影响，人们在激光加工工艺上做了很多努力，有不少很好的成果。

发明内容

本发明提供一种激光加工的方法，是本人在一些激光加工实践中找到一些非常巧妙的规避激光加工等离子体的办法，具体方案如下：

一种采用激光方向选择性斜入射作用于待加工材料的加工方法，具体为激光经聚焦后得到聚焦光束，所述聚焦光束直接作用于所述待加工材料的待加工表面上；

把所述聚焦光束当作方向矢量，沿着平行和垂直于所述待加工表面分解为X方向和Y方向；

所述聚焦光束的传输方向与Y方向之间成大于0度小于45度的角度；

所述待加工材料的运动方向与X方向之间的空间矢量夹角小于30度；

所述待加工材料与作用于所述待加工平面上的激光焦点进行相对运动。

优选的，所述待加工材料的运动方向与X方向之间的空间矢量夹角为0度，即所述待加工材料的运动方向与X方向平行且矢量方向相同。

优选的，所述激光经聚焦镜进行聚焦后得到聚焦光束，所述聚焦镜的镜头下面安装有旋转光学棱镜，所述旋转棱镜可根据所述待加工材料与所述聚焦光束作用于所述待加工平面上的激光焦点的相对运动进行旋转，使得聚焦光束调整到正确的倾斜方向，使得所述待加工材料的运动方向与X方向一致或者接近一致，这是减少等离子体叠加效应的待加工材料相对于聚焦激光束的正确运动方向。一般材料加工的路径是预先定好的，可以通过调整聚焦光束到正确的斜入射角度，来适应待加工材料的运动变化。

所述聚焦光束的传输方向还可以通过反射镜与聚焦镜整体摆动进行适当地调节来实现，这是另一种调整方式，使得待加工材料相对于聚焦激光束沿着减少等离子体叠加效应的方向运动。一般材料加工的路径是预先定好的，可以通过调整聚焦光束到正确的斜入射角度，来适应待加工材料的运动变化。

所述待加工材料为陶瓷、导电薄膜、硅材料或者蓝宝石材料，也可以根据实际需要选择其他材质的材料。

这种激光加工的方法适合于激光薄膜刻膜、激光划片、激光切割等领域，由于激光是斜入射，且待加工材料的运动方向的选择性，前面一个激光脉冲产生的等离子体不会对后一入射的激光脉冲产生散射、反射和吸收，聚焦激光很好避开等离子体屏蔽，较好的把激光能量耦合到材料表面，极大减少聚焦激光的散射或者反射，同时保障聚焦激光束较好的聚焦特性，这样能够得到很好的加工效果和激光能量利用效率。如果待加工材料往相反的方向运动，材料表面的火花就会异常刺眼，后续聚焦激光束剧烈加热前面激光脉冲加工导致喷发出材料表面的等离子体，同时也被等离子体强烈散射、反射和吸收，如此加工效果非常不理想。

本发明激光加工的原理如下：激光脉冲在待加工材料表面激发等离子体呈现爆发球形状，入射聚焦激光光束分解为与待加工材料的加工平面平行的X方向和垂直的Y方向，待加工材料沿着X方向或者接近X方向运动（待加工材料的运动方向与X方向之间的空间矢量夹角小于30度），下一个激光脉冲就不会碰到前面一个激光脉冲激发的等离子体（该等离子体与材料具有相同的运动速度），每一个激光脉冲产生的等离子体没有叠加，因此火花暗淡，加工效果很好；反之，如果待加工材料向相反方向运动，由于等离子体喷发都有一定高度，激光脉冲就直接碰到前面一个激光脉冲激发的等离子体（该等离子体与材料有相同的运动速度），等离子体火花刺眼，材料加工效果极差。即使入射聚焦激光光束在材料表面光斑重叠度还是较大，例如激光划片和激光异形切割，这时候激光由于是方向选择性斜入射，也能够较好的把激光能量耦合到材料表面，极大减少聚焦激光的散射、反射以及吸收；激光由于是方向选择性斜入射，也能够让聚焦光束传输到待加工材料表面时候还能够保持良好的聚焦特性，这样能够得到很好的加工效果和激光能量利用效率。

应用本发明的技术方案，与现有正入射激光加工技术相比，具有以下的优点和积极效果：

（1）本发明提出采用激光方向选择性斜入射方式进行激光加工，特别是激光刻膜以及激光划片或者切割等应用，与目前采用激光正入射方式加工相比，更能够避免待加工材料等离子体的对激光束的散射、反射、吸收等负面影响。

（2）本发明提出激光方向选择性斜入射方式进行激光加工，能够让聚焦光束传输到待加工材料表面时候还能够保持良好的聚焦特性，这样能够得到很好的加工效果和激光能量利用效率。

（3）本发明提出激光方向选择性斜入射方式进行激光加工，圆形光斑落在材料表面的光斑截面为椭圆形，且椭圆形长轴可以放在材料运动方向，直接加大激光脉冲聚焦光斑重叠度，激光切逢边缘更加光滑。

（4）本发明提出采用激光方向选择性斜入射方式进行激光加工，更容易配合采用激光同轴吹气等辅助措施去除或者减轻等离子的负面影响。

附图说明

图1 为现有技术中激光加工材料的示意图；

图2为实施例1中导电薄膜的激光刻膜的原理图；

图3 为实施例1中导电薄膜向右移动的激光加工示意图；

图4 为实施例1中导电薄膜向左移动的激光加工示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例：

以导电薄膜的激光刻膜作为实施例。

图2为实施例1中导电薄膜的激光刻膜的原理图，由图2可知，把聚焦光束当作方向矢量，沿着平行和垂直于所述待加工表面分解为X方向和Y方向，入射聚焦激光光束4与Y方向成15度角度，激光脉冲在待加工材料6表面激发等离子体5呈现爆发球形状，如果待加工材料6的运动方向与X方向之间的空间矢量夹角小于30度向右运动，下一个激光脉冲就不会碰到前面一个激光脉冲激发的等离子体（该等离子体5与待加工材料6具有相同的向右运动速度），每一个激光脉冲产生的等离子体5没有叠加，因此火花暗淡，加工效果很好；反之，如果待加工材料6向左运动，激光脉冲就直接碰到前面一个激光脉冲激发的等离子体5（该等离子体5与待加工材料6具有相同的向右运动速度），等离子体5火花刺眼，待加工材料6加工效果极差。即使入射聚焦激光光束4在待加工材料6表面光斑重叠度还是较大，例如激光划片，这时候激光由于是斜入射，也能够较好的把激光能量耦合到待加工材料6表面，极大减少聚焦激光的散射、反射以及吸收；由于规避了等离子散射，聚焦光束保持良好的聚焦特性聚焦到材料表面，这样能够得到很好的加工效果和激光能量利用效率。

图3 为导电薄膜向右移动的激光加工示意图，由图3可知，入射光束经过反射镜11反射得到光束12，所述光束12经聚焦镜13，得到第一聚焦光束14，所述第一聚焦光束14经过光学棱镜15，得到第二聚焦光束16，所述第二聚焦光束16沿着平行和垂直于导电薄膜的待加工表面分解为X方向和Y方向，此时导电薄膜18的运动方向与X方向之间的空间矢量夹角为0度向右运动。在下一个激光脉冲到达导电薄膜18表面时候，前一个激光脉冲在导电薄膜18的表面形成的等离子体17已经随导电薄膜18向右运动并移开一段距离，前一个激光脉冲产生的等离子体17对后续脉冲负面影响减弱或者消失（与导电薄膜18的向右运动速度以及脉冲重复频率、聚焦光斑大小等有关）。

图4为导电薄膜向左移动的的激光加工示意图，由图4可知，当导电薄膜18向右运动结束，光学棱镜15转动180度，此时第二聚焦光束16方向与导电薄膜18的运动方向也是105度，导电薄膜18的运动方向与X方向之间的空间夹角为0度向左运动，在下一个激光脉冲到达导电薄膜18表面时候，前一个激光脉冲在导电薄膜18的表面形成的等离子体17已经随导电薄膜18向左运动并移开一段距离，前一个激光脉冲产生的等离子体对后续激光脉冲负面影响减弱或者消失（与导电薄膜18的向左运动速度以及脉冲重复频率、聚焦光斑大小等有关），其他部分同图3的描述。

这样，对于导电薄膜18的往返运动，光学棱镜15相应地旋转，带动第二聚焦光束16进行旋转，使得所述导电薄膜的运动方向始终与X方向一致或者接近一致，按照本发明的技术方案，前一个激光脉冲产生的等离子体对后续激光脉冲负面影响减弱或者消失。

如果需要第二聚焦光束16对导电薄膜18进行异形切割甚至进行切割圆孔时候，所述光学棱镜15的旋转可以采用通过电机进行精密角度定位，根据导电薄膜18的运动方向，光学棱镜15随时调整，使得第二聚焦光束16的运传输方向相应旋转，使得所述待加工材料的运动方向始终与X方向一致或者接近一致，按照本发明的技术方案，前一个激光脉冲产生的等离子体对后续激光脉冲负面影响减弱或者消失。

导电薄膜18为太阳能薄膜电池领域激光刻膜，本发明完全可以实现正面刻膜，而不需要激光透过玻璃刻膜，如此以来，可以采用玻璃内部缺陷较多但是可见光透明度高的超白玻璃，可以明显提高薄膜太阳能电池的电池效率。

上述实施例本发明的一个典型的应用，实际上其原理应用不限于上面所述情形。例如本方案也可以很好的应用于硅、陶瓷、蓝宝石等材料的激光划片、激光切割、激光钻孔。

总之，本发明提出一种激光加工的方法，采用激光方向选择性斜入射作用于待加工材料的加工方法，具体为激光经聚焦后得到聚焦光束，聚焦光束直接作用于待加工材料的待加工表面上；把聚焦光束当作方向矢量，沿着平行和垂直于待加工表面分解为X方向和Y方向；聚焦光束的传输方向与Y方向之间成大于0度小于45度的角度；待加工材料的运动方向与X方向之间的空间矢量夹角小于30度；待加工材料与作用于待加工平面上的激光焦点进行相对运动。应用本发明的技术方案具有以下效果：与目前采用激光正入射方式加工相比，更能够避免待加工材料等离子体的对激光束的散射、反射、吸收等负面影响，同时可以得到更高的光斑重叠度和激光切逢边缘质量。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种激光加工的方法，其特征在于：采用激光方向选择性斜入射作用于待加工材料的加工方法，具体为激光经聚焦后得到聚焦光束，所述聚焦光束直接作用于所述待加工材料的待加工表面上；

2.根据权利要求1所述的激光加工的方法，其特征在于所述待加工材料的运动方向与X方向之间的空间矢量夹角为0度。

3.根据权利要求1所述的激光加工的方法，其特征在于所述激光经聚焦镜进行聚焦后得到聚焦光束，所述聚焦镜的镜头下面安装有旋转光学棱镜。

4.根据权利要求2或3所述的激光加工的方法，其特征在于所述待加工材料为陶瓷、导电薄膜、硅材料或者蓝宝石材料。