CN111014960A - 铁氧体直孔的加工系统及加工方法、铁氧体和电路基板 - Google Patents

铁氧体直孔的加工系统及加工方法、铁氧体和电路基板 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种铁氧体直孔的加工系统及加工方法、铁氧体和电路基板，涉及铁氧体直孔加工技术领域。该铁氧体直孔的加工系统沿激光照射方向线路依次包括激光器、扩束镜、折返镜、旋切钻孔光学装置和用于放置铁氧体的样品台，其中，旋切钻孔光学装置可实现激光光束倾斜入射到铁氧体的加工面上，可使得所得到的直孔无锥度，直孔的边缘几乎无热影响和裂纹，内壁光滑无毛刺，大大提升了产品质量。本发明提供了一种铁氧体直孔的加工方法，该加工方法采用上述铁氧体直孔的加工系统对铁氧体进行直孔加工，鉴于上述铁氧体直孔的加工系统所具有的优势，使得通过该加工方法也具有同样的优势。本发明还提供了一种铁氧体。

Description

铁氧体直孔的加工系统及加工方法、铁氧体和电路基板
技术领域
本发明涉及铁氧体直孔加工技术领域，尤其是涉及一种铁氧体直孔的加工系统及加工方法、铁氧体和电路基板。
背景技术
铁氧体材料具有很高的导磁率，可以使电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。由于上述特性，铁氧体材料广泛应用于印制电路板、电源线和数据线上，可以有效防止近场通信(Near Field Communication，NFC)信号被金属、电池等所吸收，增加天线的磁场强度，有效增加通信感应距离。
在印制电路板中，铁氧体材料是电路装置中的基板，而电路元件会穿过基板中的导通孔，另外铁氧体表面会镀上一层导电材料作为介质层，再将金属材料电镀在金属层上成为导线，称为金属化。如果导通孔表面有熔渣和热影响，介质层容易剥离，从而导致整个电路不能工作。因此要求导通无锥度，孔内部光滑无毛刺，表面无翻渣无热影响。
对于铁氧体这类脆性材料采用传统的机械加工方式进行加工容易产生裂纹，而且对于孔直径0.5mm以下的小孔，机械加工效率低，容易损伤钻头，故目前经常会采用激光来加工铁氧体直孔。现有的激光打孔装置结构具体如图1所示。该激光打孔装置包括激光器10、扩束镜20、振镜70和用于放置铁氧体60的样品台50。从图1中可以看出，经振镜70后的激光光束呈扩散状作用在铁氧体60的加工表面，由于激光光束上面部分与铁氧体60接触，会去除表面一部分，从而形成打孔锥度，所以得到的孔容易上大下小，同时铁氧体60表面的热影响区域也会比较大，直接影响产品质量。
有鉴于此，特提出本发明以解决上述技术问题中的至少一个。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种铁氧体直孔的加工系统，通过该加工系统对铁氧体进行直孔加工，可使得直孔无锥度，直孔的边缘几乎无热影响和裂纹，内壁光滑无毛刺，大大提升了产品质量。
本发明的第二目的在于提供一种铁氧体直孔的加工方法。
本发明的第三目的在于提供一种铁氧体，铁氧体上的至少部分直孔采用上述铁氧体直孔的加工系统和加工方法制得。
本发明的第四目的在于提供一种电路基板，采用上述铁氧体制得。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种铁氧体直孔的加工系统，沿激光照射方向线路依次包括：激光器、扩束镜、折返镜、旋切钻孔光学装置和用于放置铁氧体的样品台。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础上，旋切钻孔光学装置射出的激光光束与光轴的夹角为锐角。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础上，旋切钻孔光学装置射出的激光光束与光轴的夹角为3-7°，优选为3.2-6.8°，进一步优选为3.5-6.5°。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础上，所述激光器为皮秒紫外激光器。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础上，所述激光器的功率为1-30W；
优选地，所述激光器的波长为320-363nm；
优选地，所述激光器的脉宽小于15ps。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础上，所述样品台的高度可调节；
优选地，所述铁氧体的厚度为0.1-1mm。
本发明还提供了一种铁氧体直孔的加工方法，采用上述的铁氧体直孔的加工系统对铁氧体进行直孔加工。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础上，所述铁氧体直孔的加工方法包括以下步骤：
使激光器发出的激光经扩束镜后进入折返镜，然后再进入旋切钻孔光学装置；
使旋切钻孔光学装置射出的激光光束倾斜入射到铁氧体的加工面上，并聚焦于铁氧体加工面的焦点处，进行直孔加工；
优选地，采用逐渐扩孔的方式进行直孔加工；
优选地，在采用铁氧体直孔的加工系统对铁氧体进行直孔加工之前，还包括对铁氧体直孔的加工系统中的各装置进行调试的步骤。
本发明还提供了一种铁氧体，铁氧体上的至少部分直孔采用上述铁氧体直孔的加工系统或上述铁氧体直孔的加工方法制得。
本发明还提供了一种电路基板，采用上述铁氧体制得。
与现有技术相比，本发明提供的铁氧体直孔的加工系统及加工方法、铁氧体和电路基板具有以下技术效果：
(1)本发明提供了一种铁氧体直孔的加工系统，沿激光照射方向线路依次包括激光器、扩束镜、折返镜、旋切钻孔光学装置和用于放置铁氧体的样品台，激光器发出的激光经扩束镜后进入折返镜，然后再进入旋切钻孔光学装置，经旋切钻孔光学装置射出的激光光束倾斜入射到铁氧体的加工面上，其中，旋切钻孔光学装置可实现激光光束倾斜入射到铁氧体的加工面上，可使得所得到的直孔无锥度，直孔的边缘几乎无热影响和裂纹，内壁光滑无毛刺，大大提升了产品质量。
(2)本发明提供了一种铁氧体直孔的加工方法，该加工方法采用上述铁氧体直孔的加工系统对铁氧体进行直孔加工。鉴于上述铁氧体直孔的加工系统所具有的优势，使得通过该加工方法制得的直孔无锥度，直孔的边缘几乎无热影响和裂纹，内壁光滑无毛刺，提高了产品质量。
该加工方法避免传统机械加工中产品易裂、成品率低、效率低以及易损伤钻头等问题，同时也解决普通激光微孔加工产生的锥度、微裂纹以及上表面边缘热损伤等问题。
(3)本发明提供了一种铁氧体，采用上述铁氧体直孔的加工系统或铁氧体直孔的加工方法制得。鉴于上述铁氧体直孔的加工系统和铁氧体直孔的加工方法所具有的优势，使得铁氧体上的直孔无锥度，直孔的边缘几乎无热影响和裂纹，内壁光滑无毛刺，从而使得其在电路基板上具有良好的应用。
(4)本发明提供了一种电路基板，采用上述铁氧体制得。鉴于上述铁氧体所具有的优势，使得其可应用于电路基板上，同时保证电路基板的正常工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中激光打孔装置结构示意图；
图2为本发明一种实施方式下的铁氧体直孔的加工系统的结构示意图；
图3为本发明一种实施方式下的经旋切钻孔光学装置射出的激光光束与光轴的夹角α；
图4为采用本发明实施例1提供的铁氧体直孔的加工系统得到的铁氧体直孔的正面图；
图5为图4中铁氧体直孔的反面图；
图6为图4中铁氧体直孔的剖视图；
图7为采用本发明对比例1提供的激光打孔装置得到的铁氧体直孔的正面图；
图8为图7中铁氧体直孔的反面图；
图9为图7中铁氧体直孔的剖视图。
图标：10-激光器；20-扩束镜；30-折返镜；40-旋切钻孔光学装置；50-样品台；60-铁氧体；70-振镜。
具体实施方式
下面将结合实施对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的第一个方面，提供了一种铁氧体直孔的加工系统，沿激光照射方向线路依次包括：激光器10、扩束镜20、折返镜30、旋切钻孔光学装置40和用于放置铁氧体60的样品台50，具体如图2所示。
具体的，激光器10发出的激光经扩束镜20后进入折返镜30，然后再进入旋切钻孔光学装置40，经旋切钻孔光学装置40射出的激光光束倾斜入射到铁氧体60的加工面上。
其中，激光器10主要是用于发射激光，作为该加工系统的光源。激光器的种类有很多，此处不作具体限定，可选用本领域常见的激光器种类。
扩束镜20是能够改变激光光束直径和发散角的透镜组件。在该加工系统中，扩束镜20可通过不同的倍数改变聚焦光斑的大小。扩束镜20的结构为本领域的现有技术，本领域技术人员可以根据需要调整扩束镜内透镜组件的组成。
折返镜30主要是用于改变光路。折返镜30的结构为现有技术，此处不再赘述。
旋切钻孔光学装置40与常规光学装置不同。该旋切钻孔光学装置40可实现激光光束倾斜入射到铁氧体60的加工面上，可使得所得到的直孔无锥度，直孔的边缘几乎无热影响和裂纹，直孔内壁光滑无毛刺，大大提升了产品质量。
旋切钻孔光学装置的结构主要是由光学镜片构成，具体结构可参见申请号为CN201621208738.8的专利。
作为本发明的一种可选实施方式，旋切钻孔光学装置射出的激光光束与光轴的夹角为锐角，如图3中的夹角α所示。
作为本发明的一种可选实施方式，旋切钻孔光学装置射出的激光光束与光轴的夹角为3-7°，优选为3.2-6.8°，进一步优选为3.5-6.5°。
典型但非限制性的旋切钻孔光学装置射出的激光光束与光轴的夹角为3°、3.2°、3.5°、3.6°、3.8°、4.0°、4.2°、4.5°、4.6°、4.8°、5.0°、5.2°、5.5°、5.6°、5.8°、6.0°、6.2°、6.5°、6.6°、6.8°或7.0°。
激光光束与光轴的夹角是根据直孔孔径大小和铁氧体的厚度来设计的。旋切钻孔光学装置中光学镜片的焦距决定激光光束与光轴的夹角的大小。通过对旋切钻孔光学装置射出的激光光束与光轴的夹角角度的进一步限定，使得所得到的直孔无锥度。
作为本发明的一种可选实施方式，激光器为皮秒紫外激光器。
皮秒紫外激光器为脉宽为皮秒的紫外激光器。相较于纳秒紫外激光器，皮秒紫外激光器具有脉冲宽度更短，峰值功率更高等特点，特别是脉冲宽度在15ps左右时，利用这种超快激光脉冲可以实现非常理想的激光“冷”加工效果。皮秒紫外激光的波长更短，光子能量更高，因此利用皮秒紫外激光器可以得到更小的加工尺寸，更高的加工精度，同时加工效率比普通的纳秒紫外激光器加工提高2-3倍。
作为本发明的一种可选实施方式，激光器的功率为1-30W。激光器典型但非限制性的功率为1W、2W、4W、5W、6W、8W、10W、12W、14W、15W、16W、18W、20W、22W、24W、25W、26W、28W或30W。
作为本发明的一种可选实施方式，激光器的波长为320-363nm。
作为本发明的一种可选实施方式，激光器的脉宽小于15ps。
通过对激光器的功率、波长以及脉宽的进一步限定，从而控制激光器所发出的激光的特性。
作为本发明的一种可选实施方式，样品台的高度可调节。通过灵活调节样品台的高度，便于激光器发出的激光聚焦于铁氧体加工面上的焦点。
作为本发明的一种可选实施方式，铁氧体的厚度为0.1-1mm。
铁氧体典型但非限制性的厚度为0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1mm。
铁氧体的厚度与激光器调试的参数以及焦点相关，故应确保各参数之间相配合。
根据本发明的第二个方面，提供了一种铁氧体直孔的加工方法，采用上述的铁氧体直孔的加工系统对铁氧体进行直孔加工。
该加工方法采用上述铁氧体直孔的加工系统对铁氧体进行直孔加工。鉴于上述铁氧体直孔的加工系统所具有的优势，使得通过该加工方法制得的直孔无锥度，直孔的边缘几乎无热影响和裂纹，内壁光滑无毛刺，提高了产品质量。
该加工方法避免传统机械加工中产品易裂、成品率低、效率低以及易损伤钻头等问题，同时也解决普通激光微孔加工产生的锥度、微裂纹以及上表面边缘热损伤等问题。
作为本发明的一种可选实施方式，所述铁氧体直孔的加工方法包括以下步骤：
使激光器发出的激光经扩束镜后进入折返镜，然后再进入旋切钻孔光学装置；
使旋切钻孔光学装置射出的激光光束倾斜入射到铁氧体的加工面上，并聚焦于铁氧体加工面的焦点处，进行直孔加工。
作为本发明的一种可选实施方式，采用逐渐扩孔的方式进行打孔。
采用逐渐扩孔的方式进行打孔，可以减少边缘的热影响。包括但不限于以下扩孔方式：中心孔，螺旋线外径为0.15mm，内径0.02mm，间距0.005mm，加工次数100次；中间孔螺旋线外径为0.2mm，内径0.12mm，间距0.005mm，加工次数100次；外孔螺旋线外径为0.25mm，内径0.17mm，间距0.005mm，加工次数100次。开始加工时，先加工中心孔，再加工中间孔，最后加工外孔。
作为本发明的一种可选实施方式，在采用铁氧体直孔的加工系统对铁氧体进行直孔加工之前，还包括对铁氧体直孔的加工系统中的各装置进行调试的步骤，包括以下步骤：
(a)粗调激光器焦点：将铁氧体放在样品台上，固定铁氧体，调整样品台的高度，在铁氧体表面划线，用显微镜测量线宽，线宽最小的位置就是焦点；
(b)校正激光器：由于旋切钻孔光学装置有同轴吹气功能，工作区域很小，在材料表面划0.5-2mm左右的圆，进行测量和校正旋切钻孔光学装置；
(c)设定激光器参数：根据铁氧体边缘的热影响和锥度，调整激光器的功率、频率和速度，使得速度在100-5000mm/s，频率在100-700KHZ，功率在30W以下；
(d)细调激光器焦点：步骤(a)找到的焦点位置，样品台往上移动0.1-0.5mm，每隔0.05-0.2mm打孔测试边缘热影响和锥度，再往下移动0.1-0.5mm，每隔0.05-0.2mm打孔测试边缘热影响和锥度，发现在一定的离焦状态下，铁氧体表面的热影响和锥度最小，离焦范围为-0.2-0.2mm。
根据本发明的第三个方面，还提供了一种铁氧体，铁氧体上的至少部分直孔采用上述铁氧体直孔的加工系统或铁氧体直孔的加工方法制得。
鉴于上述铁氧体直孔的加工系统和铁氧体直孔的加工方法所具有的优势，使得铁氧体上的直孔无锥度，直孔的边缘几乎无热影响和裂纹，内壁光滑无毛刺，从而使得其在电路基板上具有良好的应用。
根据本发明的第四个方面，还提供了一种电路基板，采用上述铁氧体制得。鉴于上述铁氧体所具有的优势，使得其可应用于电路基板上，同时保证电路基板的正常工作。
下面结合具体实施例和对比例，对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例提供了一种铁氧体直孔的加工系统，具体如图2所示。该加工系统沿激光照射方向线路依次包括：激光器、扩束镜、折返镜、旋切钻孔光学装置和用于放置铁氧体的样品台；其中，激光器为皮秒紫外激光器，激光器的功率28W，波长为355nm，脉宽为8ps。
本实施例还提供了一种铁氧体直孔的加工方法，采用上述铁氧体直孔的加工系统对铁氧体进行直孔加工，包括以下步骤：
(1)加工前加工系统调试
粗调皮秒紫外激光器焦点：将铁氧体放在样品台上，固定铁氧体，调整样品台的高度，在铁氧体表面划线，用显微镜测量线宽，线宽最小的位置就是焦点；
校正皮秒紫外激光器：由于旋切钻孔光学装置有同轴吹气功能，工作区域很小，在材料表面划1mm左右的圆，进行测量和校正旋切头；
设定皮秒紫外激光器参数：根据铁氧体边缘的热影响和锥度，调整激光器的功率、频率、速度，速度在100-5000mm/s，频率在100-700KHZ，功率在30W以下；
细调皮秒紫外设备焦点：根据粗调时找到的焦点位置，样品台往上移动0.5mm，每隔0.1mm打孔测试边缘热影响和锥度，再往下移动0.5mm，每隔0.1mm打孔测试边缘热影响和锥度，发现在一定的离焦状态下，铁氧体表面的热影响和锥度最小，离焦范围为-0.2-0.2mm；
(2)使激光器发出的激光经扩束镜后进入折返镜，然后再进入旋切钻孔光学装置；
使旋切钻孔光学装置射出的激光光束倾斜入射到铁氧体的加工面上，旋切钻孔光学装置射出的激光光束与光轴的夹角为4°，并聚焦于铁氧体加工面的焦点处，进行直孔加工。
采用逐渐扩孔的方式进行打孔，这样可以减少边缘的热影响。扩孔方式如下：中心孔，螺旋线外径为0.15mm，内径0.02mm，间距0.005mm，加工次数100次；中间孔螺旋线外径为0.2mm，内径0.12mm，间距0.005mm，加工次数100次；外孔螺旋线外径为0.25mm，内径0.17mm，间距0.005mm，加工次数100次。开始加工时，先加工中心孔，再加工中间孔，最后加工外孔。
实施例2
本实施例提供了一种铁氧体直孔的加工系统与实施例1相同。
本实施例提供的铁氧体直孔的加工方法，除了旋切钻孔光学装置射出的激光光束与光轴的夹角为7°，其余步骤与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供了一种铁氧体直孔的加工系统，除了所采用的激光器为皮秒紫外激光器，激光器的功率8W，波长为355nm，脉宽为8ps，其余装置与实施例1相同。
本实施例提供的铁氧体直孔的加工方法与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供了一种现有的激光打孔装置，该激光打孔装置包括纳秒紫外激光器、扩束镜、振镜和用于放置铁氧体的样品台，具体如图1所示。
本对比例提供一种激光打孔方法，采用上述激光打孔装置对铁氧体进行直孔加工，包括以下步骤：
使纳秒紫外激光器发出的激光经扩束镜后进入振镜，经振镜射出的激光光束入射到铁氧体的加工面上，并聚焦于铁氧体加工面的焦点处，进行直孔加工。
为了说明上述实施例和对比例的技术效果，特设以下实验例。
实验例1
以实施例1和对比例1为例，对实施例1和对比例1得到的铁氧体上的直孔进行检测，具体结构如图4-9所示。
其中，图4为实施例1提供的铁氧体上的直孔的正面图，该直孔的半径为133.691μm，周长为840.007μm，面积为56150.797μm2。图5为实施例1提供的铁氧体上的直孔的反面图，该直孔的半径为133.407μm，周长为838.219μm，面积为55911.957μm2。将直孔正反两面的半径、周长以及面积进行对比可知，直孔的半径、周长以及面积变化非常小，几乎可以忽略不计。同时结合图6中实施例1提供的铁氧体上的直孔的剖视图可以看出，直孔基本上无锥度，直孔的边缘几乎无热影响和裂纹，内壁光滑无毛刺。
图7为对比例1提供的铁氧体上的直孔的正面图，该直孔的半径为169.331μm，周长为1063.939μm，面积为90078.846μm2。图8为对比例1提供的铁氧体上的直孔的反面图，该直孔的半径为136.892μm，周长为860.118μm，面积为58871.623μm2。将直孔正反两面的半径、周长以及面积进行对比可知，直孔的半径、周长以及面积变化很大。同时结合图9中对比例1提供的铁氧体上的直孔的剖视图可以看出，铁氧体上的孔内壁不光滑，孔的边缘有毛刺。
综上所述，采用本发明提供的铁氧体直孔的加工方法对铁氧体进行直孔加工，可以使得制得的直孔无锥度，直孔的边缘几乎无热影响和裂纹，内壁光滑无毛刺，能够达到良好的技术效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种铁氧体直孔的加工系统，其特征在于，沿激光照射方向线路依次包括：激光器、扩束镜、折返镜、旋切钻孔光学装置和用于放置铁氧体的样品台。
2.根据权利要求1所述的铁氧体直孔的加工系统，其特征在于，旋切钻孔光学装置射出的激光光束与光轴的夹角为锐角。
3.根据权利要求2所述的铁氧体直孔的加工系统，其特征在于，旋切钻孔光学装置射出的激光光束与光轴的夹角为3-7°，优选为3.2-6.8°，进一步优选为3.5-6.5°。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的铁氧体直孔的加工系统，其特征在于，所述激光器为皮秒紫外激光器。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的铁氧体直孔的加工系统，其特征在于，所述激光器的功率为1-30W；
优选地，所述激光器的波长为320-363nm；
优选地，所述激光器的脉宽小于15ps。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的铁氧体直孔的加工系统，其特征在于，所述样品台的高度可调节；
优选地，所述铁氧体的厚度为0.1-1mm。
7.一种铁氧体直孔的加工方法，其特征在于，采用权利要求1-6任意一项所述的铁氧体直孔的加工系统对铁氧体进行直孔加工。
8.根据权利要求7所述的铁氧体直孔的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
使激光器发出的激光经扩束镜后进入折返镜，然后再进入旋切钻孔光学装置；
使旋切钻孔光学装置射出的激光光束倾斜入射到铁氧体的加工面上，并聚焦于铁氧体加工面的焦点处，进行直孔加工；
优选地，采用逐渐扩孔的方式进行直孔加工；
优选地，在采用铁氧体直孔的加工系统对铁氧体进行直孔加工之前，还包括对铁氧体直孔的加工系统中的各装置进行调试的步骤。
9.一种铁氧体，其特征在于，铁氧体上的至少部分直孔采用权利要求1-6任意一项所述的铁氧体直孔的加工系统或权利要求7或8所述的铁氧体直孔的加工方法制得。
10.一种电路基板，其特征在于，采用权利要求9所述的铁氧体制得。
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