CN103785955A - 一种用于加工硬脆基板的激光打孔装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于加工硬脆基板的激光打孔装置，其中的激光头是Q开关激光器，楔角棱镜与驱动装置固定连接，并且楔角棱镜的出光面为斜面，驱动装置开设有导光孔，驱动装置绕导光孔的轴心线转动，激光头发出的激光脉冲通过导光孔传输至楔角棱镜，并且经过楔角棱镜折射后，依次通过第一反射镜和聚焦镜传输至硬脆基板。其中，该激光打孔装置采用Q开关激光器作为激光源，避免因热应力过大造成硬脆基板碎裂，同时，无需在硬脆基板上涂覆PVA，简化了加工工序，提高了加工效率，此外，通过带有导光孔的驱动装置带动楔角棱镜旋转，令其转动过程更加稳定，避免激光打孔轨迹的偏移，实现了精确加工。

Description

一种用于加工硬脆基板的激光打孔装置
技术领域
本发明涉及钻孔加工设备，尤其涉及一种用于加工硬脆基板的激光打孔装置。
背景技术
激光打孔是最早达到实用化的激光加工技术,也是激光加工的主要应用领域之一，随着近代工业和科学技术的迅速发展,市场对陶瓷等硬脆基板材料的需求越来越大,而传统的钻孔加工方法已不能满足某些工艺要求。
目前，硬脆基板的加工方式，是用1.06um波长、200瓦以上的脉冲激光束对硬脆基板打孔，以氧化铝陶瓷基板为例，由于对激光的平均功率要求较高，所以通常采用平均功率能达到百瓦以上的二氧化碳激光器，该激光器发出的激光束可触发氧化铝陶瓷基板表面的氧化反应，并且因激光束能量较高使得氧化铝陶瓷瞬间形成穿孔，再由多个穿孔形成封闭的环形，从而打出预设孔径的通孔。由于高功率的激光束携带很大的热量，所以在加工过程中容易因热应力过大而造成碎裂，为尽量避免碎裂情况发生，氧化铝陶瓷基板上必须涂有PVA作为粘结剂，该PVA为聚乙烯醇，从而帮助氧化铝陶瓷基板气化，快速形成通孔。
基于以上几点可以看出，现有的激光打孔设备需要同时具备较高的激光峰值功率以及在氧化铝陶瓷基板的表面涂覆PVA这两个条件，其中，由于氧化铝陶瓷基板在打孔之前需涂覆PVA，导致加工工序复杂，加工效率低，同时，激光束依然具有较高的冲击强度，所以，还存在氧化铝陶瓷基板出现孔壁裂痕甚至碎裂的风险，并且较高的冲击强度导致打孔处产生大量的粉尘，该粉尘对精密仪器、环境都将造成不良影响。此外，现有的激光打孔设备是利用马达带动皮带或者齿轮驱动棱镜、反射镜等光学元件运转，此类驱动机构在工作过程中会产生晃动，导致激光打孔轨迹的偏移，影响加工精确性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种用于加工硬脆基板的激光打孔装置，从而避免因热应力过大造成硬脆基板碎裂以及避免产生大量粉尘，同时还简化加工工序、实现精确加工。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种用于加工硬脆基板的激光打孔装置，其包括有激光头，沿激光头发出的激光脉冲的传输方向依次设置有驱动装置、楔角棱镜、第一反射镜、聚焦镜和载台，激光头是Q开关激光器，楔角棱镜与驱动装置固定连接，并且楔角棱镜的出光面为斜面，驱动装置开设有导光孔，在驱动装置的带动下，所述楔角棱镜绕导光孔的轴心线转动，激光头发出的激光脉冲通过导光孔传输至楔角棱镜，并且经过楔角棱镜折射后，依次通过第一反射镜和聚焦镜传输至载台上的硬脆基板。
优选地，激光头与驱动装置之间设有第二反射镜，激光头发出的激光脉冲经过第二反射镜反射后，传输至驱动装置。
优选地，楔角棱镜的入射光与出射光之间的夹角为0.5°～1°。
本发明相比现有技术而言的有益效果在于，该激光打孔装置采用Q开关激光器作为激光源，该Q开关激光器具有单发脉冲能量小、光子能量大的特点，从而避免因热应力过大造成硬脆基板碎裂，以及避免产生大量粉尘，同时，无需在硬脆基板上涂覆PVA，简化了加工工序，提高了加工效率，此外，通过带有导光孔的驱动装置带动楔角棱镜旋转，令其转动过程更加稳定，避免激光打孔轨迹的偏移，实现了精确加工。
附图说明
图1为激光打孔装置第一加工状态的结构示意图。
图2为激光打孔装置第二加工状态的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
本发明公开了一种用于加工硬脆基板的激光打孔装置，结合图1和图2所示，其包括有激光头1，沿激光头1发出的激光脉冲的传输方向依次设置有驱动装置2、楔角棱镜3、第一反射镜4、聚焦镜5和载台6，硬脆基板7放置于载台6之上，激光头1是Q开关激光器，即Q开关窄脉宽、短波长紫外二极管泵浦固体激光器，楔角棱镜3与驱动装置2固定连接，并且楔角棱镜3的出光面为斜面，驱动装置2开设有导光孔20，在驱动装置2的带动下，所述楔角棱镜3绕导光孔20的轴心线转动，激光头1发出的激光脉冲通过导光孔20传输至楔角棱镜3，并且经过楔角棱镜3折射后，产生偏振角度，再依次通过第一反射镜4和聚焦镜5传输至载台6上的硬脆基板7，该硬脆基板7可以为氧化铝陶瓷基板，也可以是其他具有硬、脆特性的基板。当驱动装置2带动楔角棱镜3转动一圈时，由于偏振角度的存在，使得激光脉冲在硬脆基板7上以封闭的圆形轨迹依次打孔，从而形成预设半径的圆形通孔，该通孔的孔径可以通过调整楔角棱镜3的出光面的角度，或者调整楔角棱镜3与第一反射镜4之间的距离进行设定，其中，楔角棱镜3的入射光与出射光之间的夹角优选为0.5°～1°。
其中，激光头1采用Q开关激光器，该Q开关激光器发出的单发脉冲激光的能量较小，仅有0.5mJ，但是其输出的光子能量以及瞬时峰值较大，尤其在倍频后，TEMoo模激光的平均功率远小于低谐模的二氧化碳激光，在对硬脆基板7打孔时，利用该单发脉冲激光的较大光子能量使得硬脆基板7有效穿孔，由于该激光的单发脉冲能量较小，使得打孔过程趋近于冷加工，从而避免因热应力大造成孔壁裂痕，以及避免产生大量粉尘。在打孔加工之前，硬脆基板7上无需涂覆PVA来防止碎裂，从而大大简化了加工工序。此外，上述楔角棱镜3由驱动装置2直接驱动，该驱动装置2带动楔角棱镜3绕导光孔20的轴心线转动，相比现有技术而言，无需皮带、齿轮等作动力传导，使得楔角棱镜3转动过程更加稳定，避免激光打孔轨迹的偏移，实现了精确加工。其中，通过降低驱动装置2的转速，可以提高激光脉冲在圆形轨迹上的密集度，从而易于形成通孔；以此规律，若激光脉冲在圆形轨迹上的密集度过大，还可以通过提高驱动装置2的转速来降低密集度，从而提高加工效率。
作为一种优选方式，为了缩短该激光打孔装置在水平方向的长度，激光头1与驱动装置2之间设有第二反射镜8，激光头1发出的激光脉冲经过第二反射镜8反射后，传输至驱动装置2。
本发明公开的激光打孔装置中，激光头1是Q开关激光器，楔角棱镜3与驱动装置2固定连接，并且楔角棱镜3的出光面为斜面，驱动装置2开设有导光孔20，驱动装置2绕导光孔20的轴心线转动，激光头1发出的激光脉冲通过导光孔20传输至楔角棱镜3，并且经过楔角棱镜3折射后，依次通过第一反射镜4和聚焦镜5传输至硬脆基板7。该激光打孔装置采用Q开关激光器作为激光源，避免因热应力过大造成硬脆基板7碎裂，以及避免产生大量粉尘，同时，无需在硬脆基板7上涂覆PVA，简化了加工工序，提高了加工效率，此外，通过带有导光孔的驱动装置带动楔角棱镜旋转，令其转动过程更加稳定，避免激光打孔轨迹的偏移，实现了精确加工。
以上只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。

Claims (3)

1.一种用于加工硬脆基板的激光打孔装置，其特征在于，包括有激光头，沿激光头发出的激光脉冲的传输方向依次设置有驱动装置、楔角棱镜、第一反射镜、聚焦镜和载台，硬脆基板放置于载台上，所述激光头是Q开关激光器，所述楔角棱镜与驱动装置固定连接，并且楔角棱镜的出光面为斜面，所述驱动装置开设有导光孔，在驱动装置的带动下，所述楔角棱镜绕导光孔的轴心线转动，所述激光头发出的激光脉冲通过导光孔传输至楔角棱镜，并且经过楔角棱镜折射后，依次通过第一反射镜和聚焦镜传输至硬脆基板。
2.如权利要求1所述的用于加工硬脆基板的激光打孔装置，其特征在于，所述激光头与驱动装置之间设有第二反射镜，所述激光头发出的激光脉冲经过第二反射镜反射后，传输至驱动装置。
3.如权利要求1所述的用于加工硬脆基板的激光打孔装置，其特征在于，所述楔角棱镜的入射光与出射光之间的夹角为0.5°～1°。
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