CN110340542A - 一种切割氧化物陶瓷基片的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种切割氧化物陶瓷基片的方法，包括如下步骤：待切割的氧化物陶瓷基片表面进行标记；将氧化物陶瓷基片固定在激光切割器中，采用低功率激光沿标记进行多次重复切割，直至切割深度达设定比例；对切割后的氧化物陶瓷基片施力，使氧化物陶瓷基片沿切割轨迹断裂完成切割。本发明提供的一种切割氧化物陶瓷基片的方法，切断面平齐，提升切割质量和切割速度。

Description

一种切割氧化物陶瓷基片的方法
技术领域
本发明涉及陶瓷加工技术领域，具体地说，涉及一种切割氧化物陶瓷基片的方法。
背景技术
陶瓷因具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温、高绝缘、无磁性、比重小、自润滑及热膨胀系数小等的独特优点,除了在日常生活和工业生产中发挥着重要作用,正越来越多地作为电子器件、滑动构件、发动机制件、能源构件等应用材料,在机械、化工、电子以及航空航天等一些尖端科技领域中显示出巨大的应用需求和优势潜力。
高功率氧化铝DBC首先将高热导、高绝缘的氮化铝陶瓷金属化，然后在一定环境中把高电导的无氧铜板焊接到氮化铝陶瓷上，从而形成的一种复合金属氮化铝陶瓷基板，它既具有陶瓷的高电绝缘性、高机械强度、低热膨胀等特性，同时氮化铝陶瓷又有的高导热性，而无氧铜金属具有高导电性和优异的焊接性能，并能像PCB线路板一样刻蚀出各种形状的图形，是电力电子领域功率模块(IGBT)封装连接芯片与散热底座的关键器件。
以激光作为加工能源,在硬脆性陶瓷加工方面的发展潜力已见端倪，它可以实现无接触式加工,减少了因接触应力对陶瓷带来的损伤；陶瓷对激光具有较高的吸收率(氧化物陶瓷对10.6nm波长激光的最高吸收率可达80％以上),聚焦的高能激光束作用于陶瓷局部区域的能量可超过108J/cm2,瞬间就可使材料熔化蒸发,实现高效率加工；由于聚焦光斑小,产生的热影响区小,可以达到精密加工的要求；激光的低电磁干扰以及易于导向聚焦的特点,方便实现三维及异形面的特殊加工要求。激光切割的难易程度由材料的热物理性质决定,由于陶瓷是由共价键、离子键或两者混合化学键结合的物质,晶体间化学键方向性强,因而具有高硬度和高脆性的本征特性。相对于金属材料,即使是高精密陶瓷,其显微结构均匀度亦较差,严重降低了材料的抗热震性,常温下对剪切应力的变形阻力很大,极易形成裂纹、崩豁甚至于材料碎裂。而氧化铝基片的厚度比较薄，在切割过程中，容易因应力集中而崩裂。因此,高效无损伤激光切割陶瓷类高硬脆无机非金属材料一直是一个诱人的且亟待解决的问题。
专利申请号为CN201710928635.1公开了一种激光切割陶瓷的方法，先在陶瓷体上进行描线，在切割的部位涂上一层陶瓷激光切割的吸收剂，然后进行打点刻划或虚线刻划，先以低功率激光多次扫描陶瓷体上需要切割的同一加工路径，最后以高功率激光进行切断，完成切割。由于陶瓷体脆性比较大，在通过高功率激光切断过程中，容易产生应力过大而崩裂，导致切断面不平齐。
发明内容
本发明的目的在于提供一种切割氧化物陶瓷基片的方法，切断面平齐，提升切割质量和切割速度。
本发明公开的切割氧化物陶瓷基片的方法所采用的技术方案是:
一种切割氧化物陶瓷基片的方法，包括如下步骤：待切割的氧化物陶瓷基片表面进行标记；将氧化物陶瓷基片固定在激光切割器中，采用低功率激光沿标记进行多次重复切割，直至切割深度达设定比例；对切割后的氧化物陶瓷基片施力，使氧化物陶瓷基片沿切割轨迹断裂完成切割。
作为优选方案，所述的设定比例深度为氧化物陶瓷基片整体厚度的50％～70％。
作为优选方案，所述低功率激光沿描线轨迹进行多次切割，切割深度为氧化物陶瓷基片整体厚度65％～70％。
作为优选方案，所述待切割的氧化物陶瓷基片的厚度在5～10mm。
作为优选方案，所述氧化物陶瓷基片在低功率激光切割完后，采用非聚焦激光在氧化物陶瓷基片的描线轨迹上产生裂纹，再通过设备将氧化物陶瓷基片沿切割轨迹断开。
作为优选方案，切割氧化物陶瓷基片的方法还包括对所述切割轨迹施加气流，所述气流轨迹跟随激光轨迹。
作为优选方案，所述激光切割器射出的低功率激光频率为800～900HZ、峰值功率为36～45W、脉宽为150～200μm的脉冲激光，激光器的走刀速度为6～8毫米每秒。
作为优选方案，所述激光切割器射出的低功率激光频率为850～900HZ、峰值功率为40～42W、脉宽为170～180μm的脉冲激光，激光器的走到速度为6～8毫米每秒。
作为优选方案，所述切割器采用二氧化碳激光切割器。
本发明公开的切割氧化物陶瓷基片的方法的有益效果是：先在氧化物陶瓷基片需要切割的位置进行标记，再将氧化物陶瓷基片固定在激光切割器中。氧化物陶瓷对激光的吸收率高，在激光的照射下，在激光照射点的氧化物陶瓷基片会吸收激光能量而升华，从而在激光直射点产生气化。通过低功率激光沿标记进行重复切割，低功率激光的能量低，单位时间内对氧化物陶瓷基片表面去除的材料少，通过重复切割，形成切割槽。且通过低功率激光进行切割，可有效降低热载荷，减小应力的产生，从而抑制裂纹的产生与扩展。重复切割使切割深度达到设定的比例，再对切割后的氧化物陶瓷基片施加压力，受力点在标记的两侧，施加压力使氧化物陶瓷基片产生应力，由于低功率激光切割时形成切割槽，应力产生的裂纹会沿着切割槽的轨迹进行扩展，最后掰开，达到无损切割的目的。
附图说明
图1是本发明一种切割氧化物陶瓷基片的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步阐述和说明:
请参考图1，一种切割氧化物陶瓷基片的方法，包括如下步骤：待切割的氧化物陶瓷基片表面进行标记，通过作标记，确认切割的部位和走向，为激光的走向提供对位基准。其中待切割的氧化物陶瓷基片的厚度在5～10mm，厚度在5～10mm的氧化物陶瓷脆性较强。切割器采用二氧化碳激光切割器。
将氧化物陶瓷基片固定在激光切割器中，采用低功率激光沿标记进行重复切割，切割深度为氧化物陶瓷基片整体厚度的50％～70％，其中激光切割器射出的低功率激光频率为800～900HZ、峰值功率为36～45W、脉宽为150～200μm的脉冲激光，激光器的走到速度为6～8毫米每秒，通过低功率激光慢走刀的方式，对标记轨迹进行重复切割，低功率激光单位时间内释放的能量较低，氧化物陶瓷基片对激光的吸收率较高，激光正射的氧化物陶瓷基片部分吸收能量后气化，产生去除材料的作用，从而形成切割槽。氧化物陶瓷基片在切割过程中，氧化物陶瓷基片吸收能量，内部将产生应力，采用低功率激光以慢走刀的方式对氧化物陶瓷基片进行切割，可有效抑制加工过程中氧化物陶瓷基片内部压力的产生，从而避免在加工过程中产生崩裂等现象。
并且在低功率激光沿描线轨迹进行切割时，对切割轨迹施加气流，并且气流轨迹跟随激光轨迹，气流可以采用氮气。低功率激光在切割时，氧化物陶瓷基片表面气化，通过氮气将气化物吹走，并将未气化完全的残余废料吹出切割槽，使切割槽保持干净，低功率激光走刀时，能够直接发射到氧化物陶瓷基片表面，避免残余杂料的干扰，加快切割，并且可带走大量热量，避免温度过高而导致崩裂。
氧化物陶瓷基片在低功率激光切割完后，采用非聚焦激光在氧化物陶瓷基片的标记轨迹上产生裂纹，非聚焦激光照射在氧化物陶瓷基片上时，由于非聚焦激光能量不集中，在氧化物陶瓷基片无法产生切割效果。但非聚焦激光能量传递的能量被氧化物陶瓷基片吸收后，氧化物陶瓷基片内部产生应力，应力在物体形状急剧变化的地方极易产生应力集中，氧化物陶瓷基片切割槽中产生应力集中，从而产生沿描线轨迹的裂纹。
以切割槽为中心线，通过设备将氧化物陶瓷基片两侧夹住，使受力点相对于标记对称，即氧化物陶瓷基片两侧的受力点相对于切割槽对称，在氧化物陶瓷基片两侧均匀用力，并且缓慢用力，将氧化物陶瓷基片沿切割轨迹掰开。设备将氧化物陶瓷基片两侧夹住，并且受力点以标记轨迹为中心轴对称，在设备对氧化物陶瓷基片两侧缓慢用力时，产生的作用力使氧化物陶瓷基片内部产生应力集中，由于切割槽的存在，在切割槽处产生应力集中，过大的应力使氧化物陶瓷基片在切割槽处产生裂纹，通过切割槽的引导作用，裂纹会沿切割槽开裂，最后从裂纹处掰开。优选的，氧化物陶瓷基片采用真空吸盘的方式固定。
在另一实施例中，以切割槽为中心线，通过双手握住氧化物陶瓷基片的两侧，在氧化物陶瓷基片两侧均匀用力，缓慢加力，使产生的裂纹均匀地沿切割槽展开，最后沿切割槽将氧化物陶瓷基片掰开，操作简单，可有效提高生产品质并且提升生产效率。
在另一实施例中，激光切割器射出的低功率激光频率为850～900HZ、峰值功率为40～42W、脉宽为170～180μm的脉冲激光，激光器的走到速度为6～8毫米每秒。低功率激光沿描线轨迹进行重复切割，切割深度为氧化物陶瓷基片整体厚度65％～70％。通过较大低功率激光频率和峰值功率，加大激光的能量，加快切割的效率，并且在40～42W的峰值功率下，氧化物陶瓷基片不会因应力过大而崩裂。
上述方案中，先在氧化物陶瓷基片需要切割的位置进行标记，再将氧化物陶瓷基片固定在激光切割器中。氧化物陶瓷对激光的吸收率高，在激光的照射下，在激光照射点的氧化物陶瓷基片会吸收激光能量而升华，从而在激光直射点产生气化。通过低功率激光沿标记进行重复切割，低功率激光的能量低，单位时间内对氧化物陶瓷基片表面去除的材料少，通过重复切割，形成切割槽。且通过低功率激光进行切割，可有效降低热载荷，减小应力的产生，从而抑制裂纹的产生与扩展。重复切割使切割深度达到设定的比例，再对切割后的氧化物陶瓷基片施加压力，受力点在标记的两侧，施加压力使氧化物陶瓷基片产生应力，由于低功率激光切割时形成切割槽，应力产生的裂纹会沿着切割槽的轨迹进行扩展，最后掰开，达到无损切割的目的。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种切割氧化物陶瓷基片的方法，其特征在于，包括如下步骤：
待切割的氧化物陶瓷基片表面进行标记；
将氧化物陶瓷基片固定在激光切割器中，采用低功率激光沿标记进行多次重复切割，直至切割深度达设定比例；
对切割后的氧化物陶瓷基片施力，使氧化物陶瓷基片沿切割轨迹断裂完成切割。
2.如权利要求1所述的切割氧化物陶瓷基片的方法，其特征在于，所述的设定比例深度为氧化物陶瓷基片整体厚度的50％～70％。
3.如权利要求2所述的切割氧化物陶瓷基片的方法，其特征在于，所述低功率激光沿描线轨迹进行多次切割，切割深度为氧化物陶瓷基片整体厚度65％～70％。
4.如权利要求1所述的切割氧化物陶瓷基片的方法，其特征在于，所述待切割的氧化物陶瓷基片的厚度在5～10mm。
5.如权利要求1所述的切割氧化物陶瓷基片的方法，其特征在于，所述氧化物陶瓷基片在低功率激光切割完后，采用非聚焦激光在氧化物陶瓷基片的描线轨迹上产生裂纹，再通过设备将氧化物陶瓷基片沿切割轨迹断开。
6.如权利要求1所述的切割氧化物陶瓷基片的方法，其特征在于，还包括对所述切割轨迹施加气流，所述气流轨迹跟随激光轨迹。
7.如权利要求1所述的切割氧化物陶瓷基片的方法，其特征在于，所述激光切割器射出的低功率激光频率为800～900HZ、峰值功率为36～45W、脉宽为150～200μm的脉冲激光，激光器的走刀速度为6～8毫米每秒。
8.如权利要求7所述的切割氧化物陶瓷基片的方法，其特征在于，所述激光切割器射出的低功率激光频率为850～900HZ、峰值功率为40～42W、脉宽为170～180μm的脉冲激光，激光器的走到速度为6～8毫米每秒。
9.如权利要求1所述的切割氧化物陶瓷基片的方法，其特征在于，所述切割器采用二氧化碳激光切割器。
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