CN112139679B - 一种ltcc生陶瓷超快激光钻孔系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔系统及方法，通过采用超快激光作为钻孔激光源进行钻孔，由于超快激光具有超短脉冲宽度、高单脉冲能量以及高重复频率，可使得在钻孔时的热效应影响较小，提高了钻孔质量，同时，高重复频率的超快激光的钻孔效率较高，能够适用多种孔径大小的微孔，提高了钻孔孔径的灵活性；同时，超快激光相比于CO2激光稳定性更好，后期维护成本较低。
Description
技术领域
本申请涉及激光钻孔技术领域，尤其涉及一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔系统及相应的方法。
背景技术
低温共烧陶瓷(LTCC)技术是美国在20世纪80年代中期首先推出的集互联、无源元件和封装于一体的多层陶瓷制造技术。随着科学技术的不断进步，目前电子产品外形可变得更小型和更薄但功能却更强大。以一个移动电话的无线通信产业为例，手机的尺寸减少，早期的移动电话的功能是从最简单的音频传输的数据开始，目前已经发展到掌上网络电脑。若能将部分无源元件集成到基板中，则不仅有利于系统的小型化，提高电路的组装密度，还有利于提高系统的可靠性。
而且，微通孔形成是低温共烧陶瓷多层基板高密度互连中极为关键的工艺，因为孔径大小、位置精度均将直接影响布线密度与基板质量。为了实现超高密度化，通孔孔径应小于100μm。LTCC生瓷带的微孔制作方法有:机械冲孔和激光打孔。
但是，其中，LTCC生瓷带的微孔制作方法之一的机械冲孔，其缺点是：一是需要冲头、冲模与微孔尺寸对应，这也就需要对应不同的微孔尺寸来制作相应模具，既提高了钻孔成本，又降低了钻孔效率；二是冲孔边缘效果粗燥，模具磨损易影响冲孔孔径，导致钻孔质量不高；三是冲孔效率低下。
而激光打孔方式则可以克服上述缺点，但是，目前对LTCC生瓷带微孔进行激光打孔的具体方式通常是CO2激光钻孔，其CO2激光钻孔的缺点则是：一是CO2激光属于气体激光，后期维护不便，使得生产成本较高；二是CO2激光聚焦光斑大，这对于孔径为50μm以下微孔则难以适用；三是CO2为准连续激光或连续激光，其脉冲宽度长，这使得在钻孔加工时的热效应影响较大，从而导致钻孔边缘质量较差且钻孔效率较低。
发明内容
本申请提供了一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔系统及方法，用于解决现有技术中对LTCC生陶瓷钻孔成本较高、钻孔孔径灵活性较差、钻孔质量较差且钻孔效率较低的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法，包括：
步骤一：通过具有预设的激光参数的超快激光聚焦于待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域的表面上，所述预设的激光参数包括激光功率；
步骤二：通过所述超快激光按照预设的扫描方式与预设的扫描参数对所述待加工LTCC生陶瓷板的所述待加工区域进行扫描，所述预设的扫描参数包括点雕刻时间，所述预设的扫描方式根据预设的微孔孔径大小进行设定；
步骤三：通过沿预设的钻孔轨迹调整所述超快激光的聚焦焦点位置从而对所述待加工LTCC生陶瓷板进行钻孔，进而在所述待加工LTCC生陶瓷板上形成具有预设孔径的微孔。
优选地，所述步骤一之前还包括选择超快激光源发送所述超快激光，具体包括：
当采用所述超快激光源为皮秒红外激光源时，相应的激光波长为1064nm或1030nm，相应的重复频率为400kHz，相应的脉冲宽度≤15ps，相应的激光平均功率≥50W；
当采用所述超快激光源为皮秒绿光激光源时，相应的激光波长为532nm或515nm，相应的重复频率为400kHz，相应的脉冲宽度≤15ps，相应的激光平均功率≥30W。
优选地，所述步骤一之前还包括：
根据所述待加工LTCC生陶瓷板的厚度与所述微孔的预设孔径设定所述超快激光的激光功率。
优选地，所述步骤二之前还包括：
根据所述微孔的预设孔径设定所述超快激光的扫描方式，根据所述待加工LTCC生陶瓷板的厚度与所述微孔的预设孔径设定所述超快激光的点雕刻时间，根据所述微孔的预设孔径设定所述超快激光的扫描方式具体包括：
当所述微孔的预设孔径小于100μm时，则所述超快激光的扫描方式为单点多脉冲扫描方式；
当所述微孔的预设孔径为100μm以上时，则所述超快激光的扫描方式为圆形绕圈切割与单点多脉冲扫描的组合扫描方式，具体包括通过旋转所述超快激光的焦点从而旋转形成同心圆轨迹，中心的圆形轨迹通过所述单点多脉冲扫描形成。
优选地，所述步骤三具体包括：
当钻孔起始时，所述超快激光的聚焦焦点位置位于所述待加工LTCC生陶瓷板的所述待加工区域的下表面，则在钻孔过程中，逐步调整所述超快激光的聚焦焦点位置由所述待加工LTCC生陶瓷板的所述待加工区域的下表面至所述待加工区域的上表面移动；
或者，
当钻孔起始时，所述超快激光的聚焦焦点位置位于所述待加工LTCC生陶瓷板的所述待加工区域的上表面，则在钻孔过程中，逐步调整所述超快激光的聚焦焦点位置由所述待加工LTCC生陶瓷板的所述待加工区域的上表面至所述待加工区域的下表面移动。
优选地，所述步骤三之后还包括：通过采用离焦方式改变所述超快激光在所述待加工LTCC生陶瓷板的所述待加工区域的表面上的光斑大小从而调整微孔孔径，然后，通过将处于正焦时的所述超快激光的扫描范围与离焦后的所述超快激光的扫描范围进行比对从而获得位移补偿值，并根据所述位移补偿值对离焦后的所述超快激光的扫描范围进行位移补偿校正，以使得离焦后的所述超快激光的扫描范围与所述处于正焦时的所述超快激光的扫描范围一致。
另一方面，本申请实施例还提供了一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔系统，包括：超快激光激光器、扩束镜、扫描振镜、聚焦场镜与控制模块，所述超快激光激光器、所述扩束镜、所述扫描振镜和所述聚焦场镜均与所述控制模块电连接；
所述超快激光激光器用于根据预设的激光参数产生超快激光光束，所述激光光束依次通过所述扩束镜、所述扫描振镜和所述聚焦场镜聚焦于待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域的表面上，所述激光参数包括激光功率；
所述扩束镜用于接收所述超快激光光束后进行扩束处理；
所述扫描振镜用于根据预设的扫描方式与预设的点雕刻时间控制所述超快激光光束对所述待加工LTCC生陶瓷板的所述待加工区域进行聚焦扫描，所述预设的扫描方式根据预设的微孔孔径大小进行设定；
所述聚焦场镜用于以预设的钻孔轨迹调整所述超快激光光束的聚焦焦点位置从而对所述待加工LTCC生陶瓷板进行钻孔加工，进而在所述待加工LTCC生陶瓷板上形成具有预设孔径的微孔；
所述控制模块用于根据用户预先输入的指令控制所述超快激光激光器、所述扩束镜、所述扫描振镜和所述聚焦场镜之间协同工作。
优选地，所述扫描振镜还用于当所述微孔的预设孔径小于100μm时，则控制超快激光光束以单点多脉冲扫描方式对所述待加工LTCC生陶瓷板的所述待加工区域进行扫描；
还用于当所述微孔的预设孔径为100μm以上时，则控制所述超快激光光束以圆形绕圈切割与单点多脉冲扫描的组合扫描方式对所述待加工LTCC生陶瓷板的所述待加工区域进行扫描，具体为，所述扫描振镜控制所述超快激光光束的焦点旋转形成同心圆轨迹，中心的圆形轨迹由所述扫描振镜控制所述超快激光光束进行单点多脉冲扫描形成。
优选地，系统还包括CCD相机，所述聚焦场镜还用于调整离焦距离来改变所述超快激光在所述待加工LTCC生陶瓷板的所述待加工区域的表面上的光斑大小从而调整微孔孔径；所述CCD相机用于采集并向所述控制模块传输处于正焦时的所述扫描振镜的扫描范围与离焦后的所述扫描振镜的扫描范围，所述控制模块还用于根据所述CCD相机采集的所述处于正焦时的所述扫描振镜的扫描范围与离焦后的所述扫描振镜的扫描范围进行比对从而获得位移补偿值；所述扫描振镜还用于根据所述位移补偿值对离焦后的所述超快激光的扫描范围进行位移补偿校正，以使得离焦后的所述扫描振镜的扫描范围与所述处于正焦时的所述扫描振镜的扫描范围一致。
优选地，所述超快激光激光器采用皮秒红外激光器或皮秒绿光激光器。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请实施例提供了一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔系统及方法，通过采用超快激光作为钻孔激光源进行钻孔，由于超快激光具有超短脉冲宽度、高单脉冲能量以及高重复频率，可使得在钻孔时的热效应影响较小，提高了钻孔质量，同时，高重复频率的超快激光的钻孔效率较高，能够适用多种孔径大小的微孔，提高了钻孔孔径的灵活性；同时，超快激光相比于CO2激光稳定性更好，后期维护成本较低。
附图说明
图1为本申请实施例一提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法的流程图；
图2为本申请实施例二提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法的流程图；
图3为本申请实施例三提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法的流程图；
图4为本申请实施例四提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法的流程图；
图5本申请实施例提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法中的单点多脉冲扫描方式的效果示意图；
图6为本申请实施例提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法的示例一中的微孔正面效果示意图；
图7为本申请实施例提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法的示例一中的微孔背面效果示意图；
图8为本申请实施例提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法中的圆形绕圈切割与单点多脉冲扫描的组合扫描方式的效果示意图；
图9为本申请实施例提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法的示例二中的微孔正面效果示意图；
图10为本申请实施例提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法的示例二中的微孔背面效果示意图；
图11为本申请实施例提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔系统的结构示意图；
图12为本申请实施例提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔系统处于正焦的结构示意图；
图13为本申请实施例提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔系统处于正焦的扫描范围示意图；
图14为本申请实施例提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔系统离焦后的结构示意图；
图15为本申请实施例提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔系统离焦后的扫描范围示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，请参阅图1，本实施例提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法，包括：
S101：通过具有预设的激光参数的超快激光聚焦于待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域的表面上，预设的激光参数包括激光功率；
S102：通过超快激光按照预设的扫描方式与预设的扫描参数对待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域进行扫描，预设的扫描参数包括点雕刻时间，预设的扫描方式根据预设的微孔孔径大小进行设定；
S103：通过沿预设的钻孔轨迹调整超快激光的聚焦焦点位置从而对待加工LTCC生陶瓷板进行钻孔，进而在待加工LTCC生陶瓷板上形成具有预设孔径的微孔。
需要说明的是，微孔的预设孔径是根据用户需求进行设定的。
在本实施例中，通过采用超快激光作为钻孔激光源进行钻孔，由于超快激光具有超短脉冲宽度、高单脉冲能量以及高重复频率，可使得在钻孔时的热效应影响较小，提高了钻孔质量，同时，高重复频率的超快激光的钻孔效率较高，能够适用多种孔径大小的微孔，提高了钻孔孔径的灵活性；同时，超快激光相比于CO2激光稳定性更好，后期维护成本较低。
以上为本申请提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法的第一个实施例，以下为本申请提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法的第二个实施例。
为了方便理解，请参阅图2，本实施例提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法，包括：
S201：选择超快激光源发送超快激光；
需要说明的是，超快激光源具体包括：当采用超快激光源为皮秒红外激光源时，相应的激光波长为1064nm或1030nm，相应的重复频率为400kHz，相应的脉冲宽度≤15ps，相应的激光平均功率≥50W；当采用超快激光源为皮秒绿光激光源时，相应的激光波长为532nm或515nm，相应的重复频率为400kHz，相应的脉冲宽度≤15ps，相应的激光平均功率≥30W。
可以理解的是，高重复频率可以提供钻孔效率。
S202：通过具有预设的激光参数的超快激光聚焦于待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域的表面上，预设的激光参数包括激光功率；
S203：通过超快激光按照预设的扫描方式与预设的扫描参数对待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域进行扫描，预设的扫描参数包括点雕刻时间，预设的扫描方式根据预设的微孔孔径大小进行设定；
S204：通过沿预设的钻孔轨迹调整超快激光的聚焦焦点位置从而对待加工LTCC生陶瓷板进行钻孔，进而在待加工LTCC生陶瓷板上形成具有预设孔径的微孔。
以上为本申请提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法的第二个实施例，以下为本申请提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法的第三个实施例。
为了方便理解，请参阅图3，本实施例提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法，包括：
S301：根据待加工LTCC生陶瓷板的厚度与微孔的预设孔径设定超快激光的激光功率；
需要说明的是，其待加工LTCC生陶瓷板的厚度越大，超快激光的激光功率与点雕刻时间均增大；同时，微孔的预设孔径越大，其超快激光的激光功率与点雕刻时间也均增大。
S302：选择超快激光源发送超快激光；
需要说明的是，超快激光源具体包括：当采用超快激光源为皮秒红外激光源时，相应的激光波长为1064nm或1030nm，相应的重复频率为400kHz，相应的脉冲宽度≤15ps，相应的激光平均功率≥50W；当采用超快激光源为皮秒绿光激光源时，相应的激光波长为532nm或515nm，相应的重复频率为400kHz，相应的脉冲宽度≤15ps，相应的激光平均功率≥30W。
同时，步骤S301与步骤S302顺序可以互换。
S303：通过具有预设的激光参数的超快激光聚焦于待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域的表面上，预设的激光参数包括激光功率；
S304：通过超快激光按照预设的扫描方式与预设的扫描参数对待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域进行扫描，预设的扫描参数包括点雕刻时间，预设的扫描方式根据预设的微孔孔径大小进行设定；
S305：通过沿预设的钻孔轨迹调整超快激光的聚焦焦点位置从而对待加工LTCC生陶瓷板进行钻孔，进而在待加工LTCC生陶瓷板上形成具有预设孔径的微孔。
以上为本申请提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法的第三个实施例，以下为本申请提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法的第四个实施例。
为了方便理解，请参阅图4，本实施例提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法，包括：
S401：根据待加工LTCC生陶瓷板的厚度与微孔的预设孔径设定超快激光的激光功率；
需要说明的是，其待加工LTCC生陶瓷板的厚度越大，超快激光的激光功率与点雕刻时间均增大；同时，微孔的预设孔径越大，其超快激光的激光功率与点雕刻时间也均增大。
S402：选择超快激光源发送超快激光；
需要说明的是，超快激光源具体包括：当采用超快激光源为皮秒红外激光源时，相应的激光波长为1064nm或1030nm，相应的重复频率为400kHz，相应的脉冲宽度≤15ps，相应的激光平均功率≥50W；当采用超快激光源为皮秒绿光激光源时，相应的激光波长为532nm或515nm，相应的重复频率为400kHz，相应的脉冲宽度≤15ps，相应的激光平均功率≥30W。
同时，步骤S401与步骤S402顺序可以互换。
S403：通过具有预设的激光参数的超快激光聚焦于待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域的表面上，预设的激光参数包括激光功率；
S404：根据微孔的预设孔径设定超快激光的扫描方式，根据待加工LTCC生陶瓷板的厚度与微孔的预设孔径设定超快激光的点雕刻时间，预设的扫描方式根据预设的微孔孔径大小进行设定；
需要说明的是，根据微孔的预设孔径设定超快激光的扫描方式具体包括：
当微孔的预设孔径小于100μm时，或微孔的预设孔径在20～100μm时，则超快激光的扫描方式为单点多脉冲扫描方式；
单点多脉冲扫描方式的原理是功率密度很高的短脉冲激光在短时间内向工件传导了巨大能量，使工件材料被熔化和蒸发，在蒸发过程中，钻孔中的材料体积急剧膨胀，产生了很大的蒸气压力，而蒸气压力将熔化的工件材料从孔眼中推出。
同理，超快激光发射脉冲聚焦在待测LTCC生陶瓷板待加工区域的表面上，而点雕刻时间决定了超快激光对LTCC生陶瓷表面的聚焦点接受的激光脉冲数量，其中，累积脉冲数量越多，积累能量越多，在聚焦点对应的待加工区域内的材料就被熔化和蒸发量就越多，从而对聚焦点进行钻孔加工。
当微孔的预设孔径为100μm以上时，则超快激光的扫描方式为圆形绕圈切割与单点多脉冲扫描的组合扫描方式，具体包括通过旋转超快激光的焦点从而旋转形成同心圆轨迹，中心的圆形轨迹通过单点多脉冲扫描形成。
需要说明的是，通过旋转超快激光的焦点从而旋转形成同心圆轨迹，其中，同心圆轨迹应为广义理解为同心圆轨迹和近似同心圆轨迹，同时，可以根据微孔的预设孔径设置同心圆圈数与间隔，当微孔孔径越大，其同心圆圈数越多，而相邻同心圆之间的间隔为20～60μm。
S405：通过超快激光按照预设的扫描方式与预设的扫描参数对待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域进行扫描，预设的扫描参数包括点雕刻时间；
S406：通过沿预设的钻孔轨迹调整超快激光的聚焦焦点位置从而对待加工LTCC生陶瓷板进行钻孔，进而在待加工LTCC生陶瓷板上形成具有预设孔径的微孔。
进一步地，步骤S406具体包括：
当钻孔起始时，超快激光的聚焦焦点位置位于待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域的下表面，则在钻孔过程中，逐步调整超快激光的聚焦焦点位置由待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域的下表面至待加工区域的上表面移动；
或者，
当钻孔起始时，超快激光的聚焦焦点位置位于待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域的上表面，则在钻孔过程中，逐步调整超快激光的聚焦焦点位置由待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域的上表面至待加工区域的下表面移动。
进一步地，步骤S406之后还包括：通过采用离焦方式改变超快激光在待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域的表面上的光斑大小从而调整微孔孔径，然后，通过将处于正焦时的超快激光的扫描范围与离焦后的超快激光的扫描范围进行比对从而获得位移补偿值，并根据位移补偿值对离焦后的超快激光的扫描范围进行位移补偿校正，以使得离焦后的超快激光的扫描范围与处于正焦时的超快激光的扫描范围一致。
需要说明的是，LTCC生陶瓷片板的厚度一般为10～50μm，在对于不同大小微孔钻孔时，通过离焦方式改变超快激光在待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域的表面上的光斑大小，即可以调整超快激光在Z轴方向的位置，可以调整钻孔孔径大小，而在一般示例中，离焦范围为±10mm以内。
可以理解的是，为了增大微孔孔径，本实施例通过调整离焦距离从而改变超快激光在待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域的表面上的光斑大小，其聚焦位置相对正焦时的聚焦位置发生了下移，从而增大光斑大小，也就增大了钻孔后的微孔孔径，由于调整了焦距位置，其扫描范围也会发生位移变化，为了使得离焦前后的扫描范围不变，本实施例通过将处于正焦时的超快激光的扫描范围与离焦后的超快激光的扫描范围进行比对从而获得位移补偿值，并根据位移补偿值对离焦后的超快激光的扫描范围进行位移补偿校正，以使得离焦后的超快激光的扫描范围与处于正焦时的超快激光的扫描范围一致，从而不影响激光扫描的精确范围。
下面列举部分示例对本实施例进行说明。
示例一
本示例以预设孔径为45μm的微孔为例，对不同厚度的LTCC生陶瓷板进行钻孔，其中，设定激光平均功率为60W，激光波长为515nm，重复频率为400kHz，脉冲宽度为10ps，采用单点多脉冲扫描方式进行扫描进而钻孔，如图5所示。
表1表示为不同LTCC生陶瓷板的厚度设定的点雕刻时间与激光功率，其中，激光功率为加工时的激光功率，是以激光平均功率作为参数的百分比。
表1
由表1可以得出，随着LTCC生陶瓷板厚度的增加，其点雕刻时间也随之增加，而如果其厚度变化较小，则激光功率可以恒定不变。
参考图6与图7，分别表示为在LTCC生陶瓷板厚度小于100μm的情况下，孔径为45μm的微孔的正面效果图与背面效果图，由图中可以看出，经钻孔后的微孔正面孔径为48.13×48.79μm，钻孔后的微孔背面孔径为49.84×50.72μm，误差小于2μm，误差较小。
示例二
本示例以厚度为30μm的LTCC生陶瓷板为例，其中，设定激光平均功率为60W，激光波长为515nm，重复频率为400kHz，脉冲宽度为10ps，雕刻延时为0.1ms，空走速度为8000mm/s，空走延时为0.1ms，其他延时设为0ms，并采用圆形绕圈切割与单点多脉冲扫描的组合扫描方式进行扫描进而钻孔，如图8所示。
表2表示为厚度为30μm的LTCC生陶瓷板在不同微孔孔径的激光功率、点雕刻时间、雕刻速度与圆形孔径，其中，激光功率为加工时的激光功率，是以激光平均功率作为参数的百分比；同时，其同心圆路径以由外至内依次定义为大圆、中圆、小圆与点。
表2
通过本示例设定的各参数，可以对不同孔径的微孔进行钻孔，如图9与图10所示，表示为在厚度为30μm的LTCC生陶瓷板上钻孔孔径为280μm的微孔的正面效果图与背面效果图，经过实际测量后，其经钻孔后的微孔正面孔径为285.07×287.35μm，钻孔后的微孔背面孔径为284.57×288.24μm，误差较小。
以上为本申请提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法的第四个实施例，以下为本申请提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔系统的一个实施例。
为了方便理解，请参考图11，本实施例提供的一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔系统，包括：超快激光激光器1、扩束镜2、扫描振镜3、聚焦场镜4与控制模块，超快激光激光器1、扩束镜2、扫描振镜3和聚焦场镜4均与控制模块电连接；
超快激光激光器1用于根据预设的激光参数产生超快激光光束，激光光束依次通过扩束镜2、扫描振镜3和聚焦场镜4聚焦于待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域的表面上，预设的激光参数包括激光功率；
扩束镜2用于接收超快激光光束后进行扩束处理；
扫描振镜3用于根据预设的扫描方式与预设的点雕刻时间控制超快激光光束对待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域进行扫描；
聚焦场镜4用于以预设的钻孔轨迹调整超快激光光束的聚焦焦点位置从而对待加工LTCC生陶瓷板进行钻孔加工，进而在待加工LTCC生陶瓷板上形成具有预设孔径的微孔；
控制模块用于根据用户预先输入的指令控制超快激光激光器1、扩束镜2、扫描振镜3和聚焦场镜4之间协同工作。
需要说明的是，还可以在LTCC生陶瓷超快激光钻孔系统中设置若干个反射镜50、51、52、53，用于调整超快激光光束路径，以提高激光器发送激光光束路径的灵活性。
进一步地，扫描振镜3还用于当微孔的预设孔径小于100μm时，则控制超快激光光束以单点多脉冲扫描方式对待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域进行聚焦扫描；还用于当微孔的预设孔径为100μm以上时，则控制超快激光光束以圆形绕圈切割与单点多脉冲扫描的组合扫描方式对待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域进行扫描，具体为，扫描振镜3控制超快激光光束的焦点旋转形成同心圆轨迹，中心的圆形轨迹由扫描振镜3控制超快激光光束进行单点多脉冲扫描形成。
进一步地，请参考图12～图15，系统还包括CCD相机6，聚焦场镜4还用于调整离焦距离来改变超快激光在待加工LTCC生陶瓷板7的待加工区域的表面上的光斑大小从而调整微孔孔径；CCD相机6用于采集并向控制模块传输处于正焦时的扫描振镜3的扫描范围与离焦后的扫描振镜3的扫描范围，控制模块还用于根据CCD相机6采集的处于正焦时的扫描振镜3的扫描范围与离焦后的扫描振镜3的扫描范围进行比对从而获得位移补偿值；扫描振镜3还用于根据位移补偿值对离焦后的超快激光的扫描范围进行位移补偿校正，以使得离焦后的扫描振镜3的扫描范围与处于正焦时的扫描振镜3的扫描范围一致。
需要说明的是，LTCC生陶瓷片板的厚度一般为10～50μm，在对于不同大小微孔钻孔时，聚焦场镜可以通过离焦方式改变超快激光在待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域的表面上的光斑大小，即可以调整聚焦场镜在Z轴方向的位置，可以调整钻孔孔径大小，而在一般示例中，离焦范围为±10mm以内。
在本实施例中，以正焦时的超快激光扫描范围为60mm×60mm为例，其中图12表示为正焦时的超快激光在待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域的表面的聚焦位置，其正焦时的微孔为图13所示，而为了增大微孔孔径，通过聚焦场镜调整离焦距离从而改变超快激光在待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域的表面上的光斑大小，如图14所示，图14表示为离焦后的超快激光在待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域的表面的聚焦位置，其聚焦位置相对正焦时的聚焦位置发生上移，从而增大光斑大小，也就增大了钻孔后的微孔孔径，由于调整了焦距位置，其扫描范围也会发生位移变化，为了使得离焦前后的扫描范围不变，本实施例通过CCD相机采集并向控制模块传输处于正焦时的扫描振镜的扫描范围与离焦后的扫描振镜的扫描范围，控制模块将CCD相机所采集的处于正焦时的扫描振镜的扫描范围与离焦后的扫描振镜的扫描范围进行比对，可以获得离焦后的位移补偿值；然后，扫描振镜根据位移补偿值对离焦后的超快激光的扫描范围进行位移补偿校正，以使得离焦后的扫描振镜的扫描范围与处于正焦时的扫描振镜的扫描范围一致，如图15所示，其表示为经过位移补偿校正后的离焦后的超快激光扫描范围与微孔，其扫描范围仍为60mm×60mm。
进一步地，超快激光激光器1采用皮秒红外激光器或皮秒绿光激光器。
需要说明的是，当采用超快激光激光器1为皮秒红外激光器时，相应的激光波长为1064nm或1030nm，相应的重复频率为400kHz，相应的脉冲宽度≤15ps，相应的激光平均功率≥50W；当采用超快激光激光器1为皮秒绿光激光器时，相应的激光波长为532nm或515nm，相应的重复频率为400kHz，相应的脉冲宽度≤15ps，相应的激光平均功率≥30W。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法，其特征在于，包括：
步骤一：通过具有预设的激光参数的超快激光聚焦于待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域的表面上，所述预设的激光参数包括激光功率；
步骤二：通过所述超快激光按照预设的扫描方式与预设的扫描参数对所述待加工LTCC生陶瓷板的所述待加工区域进行扫描，所述预设的扫描参数包括点雕刻时间，所述预设的扫描方式根据预设的微孔孔径大小进行设定；
步骤三：通过沿预设的钻孔轨迹调整所述超快激光的聚焦焦点位置从而对所述待加工LTCC生陶瓷板进行钻孔，进而在所述待加工LTCC生陶瓷板上形成具有预设孔径的微孔；
所述步骤三之后还包括：通过采用离焦方式改变所述超快激光在所述待加工LTCC生陶瓷板的所述待加工区域的表面上的光斑大小从而调整微孔孔径，然后，通过将处于正焦时的所述超快激光的扫描范围与离焦后的所述超快激光的扫描范围进行比对从而获得位移补偿值，并根据所述位移补偿值对离焦后的所述超快激光的扫描范围进行位移补偿校正，以使得离焦后的所述超快激光的扫描范围与所述处于正焦时的所述超快激光的扫描范围一致。
2.根据权利要求1所述的LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法，其特征在于，所述步骤一之前还包括选择超快激光源发送所述超快激光，具体包括：
当采用所述超快激光源为皮秒红外激光源时，相应的激光波长为1064nm或1030nm，相应的重复频率为400kHz，相应的脉冲宽度≤15ps，相应的激光平均功率≥50W；
当采用所述超快激光源为皮秒绿光激光源时，相应的激光波长为532nm或515nm，相应的重复频率为400kHz，相应的脉冲宽度≤15ps，相应的激光平均功率≥30W。
3.根据权利要求1或2所述的LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法，其特征在于，所述步骤一之前还包括：
根据所述待加工LTCC生陶瓷板的厚度与所述微孔的预设孔径设定所述超快激光的激光功率。
4.根据权利要求3所述的LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法，其特征在于，所述步骤二之前还包括：
根据所述微孔的预设孔径设定所述超快激光的扫描方式，根据所述待加工LTCC生陶瓷板的厚度与所述微孔的预设孔径设定所述超快激光的点雕刻时间，根据所述微孔的预设孔径设定所述超快激光的扫描方式具体包括：
当所述微孔的预设孔径小于100μm时，则所述超快激光的扫描方式为单点多脉冲扫描方式；
当所述微孔的预设孔径为100μm以上时，则所述超快激光的扫描方式为圆形绕圈切割与单点多脉冲扫描的组合扫描方式，具体包括通过旋转所述超快激光的焦点从而旋转形成同心圆轨迹，中心的圆形轨迹通过所述单点多脉冲扫描形成。
5.根据权利要求4所述的LTCC生陶瓷超快激光钻孔方法，其特征在于，所述步骤三具体包括：
当钻孔起始时，所述超快激光的聚焦焦点位置位于所述待加工LTCC生陶瓷板的所述待加工区域的下表面，则在钻孔过程中，逐步调整所述超快激光的聚焦焦点位置由所述待加工LTCC生陶瓷板的所述待加工区域的下表面至所述待加工区域的上表面移动；
或者，
当钻孔起始时，所述超快激光的聚焦焦点位置位于所述待加工LTCC生陶瓷板的所述待加工区域的上表面，则在钻孔过程中，逐步调整所述超快激光的聚焦焦点位置由所述待加工LTCC生陶瓷板的所述待加工区域的上表面至所述待加工区域的下表面移动。
6.一种LTCC生陶瓷超快激光钻孔系统，其特征在于，包括：超快激光激光器、扩束镜、扫描振镜、聚焦场镜与控制模块，所述超快激光激光器、所述扩束镜、所述扫描振镜和所述聚焦场镜均与所述控制模块电连接；
所述超快激光激光器用于根据预设的激光参数产生超快激光光束，所述激光光束依次通过所述扩束镜、所述扫描振镜和所述聚焦场镜聚焦于待加工LTCC生陶瓷板的待加工区域的表面上，所述激光参数包括激光功率；
所述扩束镜用于接收所述超快激光光束后进行扩束处理；
所述扫描振镜用于根据预设的扫描方式与预设的点雕刻时间控制所述超快激光光束对所述待加工LTCC生陶瓷板的所述待加工区域进行聚焦扫描，所述预设的扫描方式根据预设的微孔孔径大小进行设定；
所述聚焦场镜用于以预设的钻孔轨迹调整所述超快激光光束的聚焦焦点位置从而对所述待加工LTCC生陶瓷板进行钻孔加工，进而在所述待加工LTCC生陶瓷板上形成具有预设孔径的微孔；
所述控制模块用于根据用户预先输入的指令控制所述超快激光激光器、所述扩束镜、所述扫描振镜和所述聚焦场镜之间协同工作；
还包括CCD相机，所述聚焦场镜还用于调整离焦距离来改变所述超快激光在所述待加工LTCC生陶瓷板的所述待加工区域的表面上的光斑大小从而调整微孔孔径；所述CCD相机用于采集并向所述控制模块传输处于正焦时的所述扫描振镜的扫描范围与离焦后的所述扫描振镜的扫描范围，所述控制模块还用于根据所述CCD相机采集的所述处于正焦时的所述扫描振镜的扫描范围与离焦后的所述扫描振镜的扫描范围进行比对从而获得位移补偿值；所述扫描振镜还用于根据所述位移补偿值对离焦后的所述超快激光的扫描范围进行位移补偿校正，以使得离焦后的所述扫描振镜的扫描范围与所述处于正焦时的所述扫描振镜的扫描范围一致。
7.根据权利要求6所述的LTCC生陶瓷超快激光钻孔系统，其特征在于，所述扫描振镜还用于当所述微孔的预设孔径小于100μm时，则控制超快激光光束以单点多脉冲扫描方式对所述待加工LTCC生陶瓷板的所述待加工区域进行扫描；
还用于当所述微孔的预设孔径为100μm以上时，则控制所述超快激光光束以圆形绕圈切割与单点多脉冲扫描的组合扫描方式对所述待加工LTCC生陶瓷板的所述待加工区域进行扫描，具体为，所述扫描振镜控制所述超快激光光束的焦点旋转形成同心圆轨迹，中心的圆形轨迹由所述扫描振镜控制所述超快激光光束进行单点多脉冲扫描形成。
8.根据权利要求6所述的LTCC生陶瓷超快激光钻孔系统，其特征在于，所述超快激光激光器采用皮秒红外激光器或皮秒绿光激光器。
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