CN113649710A - 一种电子陶瓷基板激光切割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光切割技术领域,提供一种电子陶瓷基板激光切割方法,解决采用现有技术的激光切割工艺导致裂纹产生以及切割效率低的问题,包括以下制备步骤:(1)将待切割的陶瓷基板放置于激光切割机的切割平台,并进行固定;(2)调整激光切割机的参数:调整占空比为45%-50%,激光能量为20-52J;通过对激光切割机参数的调整,使激光切割时激光光斑呈连续的矩形排列在陶瓷基板的切缝处,且切缝的深度为0.05-0.09mm,切缝的宽度为0.01-0.02mm;(3)启动激光切割机对陶瓷进行切割。

Description

一种电子陶瓷基板激光切割方法
技术领域
本发明涉及激光切割技术领域,尤其涉及一种电子陶瓷基板激光切割方法。
背景技术
传统的硬脆性材料切割,采用高速旋转刀片或金刚石预先在陶瓷片上产生预切痕,然后按切痕方向将其掰开。常规的机械加工方法容易导致切削粉末飞溅、微裂纹产生,有的甚至出现碎片,特别是在划线交叉点上,影响强度和功能,且切割边表面质量低下,需要二次加工,同时也会造成刀片的磨损。
为了改变上述情况,市场上出现了激光切割机,目前激光切割已经广泛应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电子、石油及冶金等工业部门中,目前常用的激光切割方法主要有四种:1、激光气化切割法;2、激光熔化切割法;3、反应气体辅助切割法;4、激光热应力法。这四种切割方法往往同时存在于同一切割过程中。
常见的电子陶瓷基板主要有AI2O3、AlN、BeO、SiC和BN,由于这些陶瓷基板具有自身硬度高、脆性高的特定,往往采用激光切割的方式对其进行加工,但是由于在进行激光切割时,材料通过吸收激光能量迅速升温发生气化或熔化并被去除形成切缝,陶瓷材料自身较高的热膨胀系数与相对较低的热导率等特点使其难以发生显著的错位运动,因而,由于材料局部区域较大的热应力导致裂纹产生,基板较薄的还可能出现破裂的情况。
为了减少裂纹的产生,中国专利号201710928635.1公开了一种激光切割陶瓷的方法,所述激光切割陶瓷的方法应用于以汽化切割机制为主的陶瓷,采用调Q的CO2激光及纳秒级脉冲宽抑制裂纹,以汽化多道切割方式对陶瓷进行无损切割;切割方法如下:步骤一:选择陶瓷体上需要切割的部位;步骤二:在陶瓷体上需要切割的部位进行描线,之后对陶瓷体上打点刻划或虚线刻划,虚线刻画与实际切割距离误差为1mm;步骤三:首选在陶瓷体上需要切割的部位内涂上一层陶瓷激光切割的吸收剂;步骤四:将陶瓷体上需要切割的部位固定在切割器的底部,所述的切割部位至少低于陶瓷激光切割的吸收剂层1-2mm;步骤五:调节切割系统中的激光器,通过对激光频率重新组合,使多个激光脉冲落到加工工件同一点,首先以较低功率激光多次扫描陶瓷体上需要切割部位的同一加工路径,以不断推进加工深度,至一定厚度后,转而以高功率激光完成切割;所述激光器射出的频率为750Hz的脉冲激光,激光器的走刀速度为4mm/s;步骤六:还包括在步骤五中,在所述陶瓷体的切割部位吹入压缩空气,吹走汽化的和/或切割下来的材料;步骤七:分离陶瓷体和陶瓷体上需要切割的部位。该方法处理工艺较为简单,但加工时间长,效率低,需要60-120次的重复扫描“走刀”才能切割处理好几毫米厚的陶瓷基片。
发明内容
因此,针对上述的问题,本发明提供一种电子陶瓷基板激光切割方法,解决采用现有技术的激光切割工艺导致裂纹产生以及切割效率低的问题。
为实现上述目的,本发明采用了以下技术方案:一种电子陶瓷基板激光切割方法,包括以下制备步骤:
(1)将待切割的陶瓷基板放置于激光切割机的切割平台,并进行固定;
(2)调整激光切割机的参数:调整占空比为45%-50%,激光能量为20-52J;通过对激光切割机参数的调整,使激光切割时激光光斑呈连续的矩形排列在陶瓷基板的切缝处,且切缝的深度为0.05-0.09mm,切缝的宽度为0.01-0.02mm;
(3)启动激光切割机对陶瓷进行切割。
进一步的改进是:步骤(2)中,激光切割机的切割速度设置为2-10mm/s。
进一步的改进是:所述激光切割机为CO2激光机。
进一步的改进是:步骤(3)中,切割时采用辅助气体去除熔融材料。
进一步的改进是:所述辅助气体为氧气或氮气或空气。
进一步的改进是:所述辅助气体通过辅助气体喷嘴喷入到切缝中,所述辅助气体喷嘴非同轴辅助气体喷嘴。
进一步的改进是:所述陶瓷基板厚度为5mm内。
进一步的改进是:所述喷嘴与激光切割机产生的光束的夹角为30-75°。
进一步的改进是:所述喷嘴与激光切割机产生的光束的夹角为60°。
进一步的改进是:CO2激光机的输出功率为1000-2000W。
通过采用前述技术方案,本发明的有益效果为:
1、本发明通过对激光切割机的参数进行调整,尤其是占空比和激光能量这2项参数的调整,使激光切割时光斑呈连续的矩形排列在陶瓷基板的切缝处,即,与传统的激光椭圆形或圆形光斑相比,本发明的激光光束在切割处呈现短窄的矩形条状分布,使经过激光切片处理后的陶瓷基板在沿着该切线进行分切时不容易产生毛边。传统的圆形或椭圆形光斑在切缝处容易产生弧形裂纹,对陶瓷基板的性能产生影响。
2、本发明是在生产的过程中偶然发现的,本发明人在对激光切割机进行调试时,在一次偶然的过程中由于将原本应该设定的占空比、激光能量数值调错了,最后陶瓷基板被切割后切割的地方经过扫描电镜扫描后不再是原本的形状,因而又对占空比和激光能量的数值进行调整,最后得到呈矩形形状的激光光斑。
3、本发明非同轴辅助气体喷嘴,通过喷嘴喷出的气体对切割处进行除熔渣并降温,能够减少热影响区,进而使热应力减少,从而降低裂纹的发生。辅助气体喷嘴设置为非同轴,与传统的同轴的相比,同轴设置会使从喷嘴喷出的气体对切割处施加一定的压力,从而使陶瓷基板发生断裂的概率增加。
4、本发明适合应用在5mm以内的薄陶瓷基板,对于厚度较厚的陶瓷基板由于切割面容易形成重凝层和熔渣沉积,切割面容易产生裂纹,影响切割质量。
附图说明
图1为本发明实施例一中氮化铝陶瓷基板激光切割示意图;
图2是图1中的A处激光切割光斑分布结构示意图;
图3为对比例一中激光光斑的分布示意图;
图4为对比例一中激光切割面的扫描电镜显微照片示意图;
图5为本发明实施例二中激光切割处理系统的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
参考图1及图2,一种3mm氮化铝陶瓷基板激光切割方法,包括以下制备步骤:
(1)将待切割的陶瓷基板放置于CO2激光切割机的切割平台,并进行固定;
(2)调整CO2激光切割机的参数:调整占空比为45%,激光能量为50J;通过对激光切割机参数的调整,使激光切割时激光光斑呈连续的矩1排列在陶瓷基板的切缝处,且切缝的深度为0.05mm,切缝的宽度为0.01mm;激光切割机的切割速度设置为2mm/s;
(3)启动激光切割机对陶瓷进行切割,切割时采用辅助氮气气体去除熔融材料,所述辅助气体通过辅助气体喷嘴喷入到切缝中,所述辅助气体喷嘴非同轴辅助气体喷嘴,辅助气体为氮气。
对比例一
参考实施例一及图3与图4,步骤(2)中占空比为10%,激光能量为18J,其他制备步骤与实施例一相同。
从图2和图3的对比可以发现,实施例一的激光光斑通过放大后看呈现的是连续的矩形排列,而对比例一的激光光斑呈现的是圆形2排列,从图4可以看出,圆形光斑在切割面具有半圆形的裂痕面,在激光切割处理后的陶瓷基板切割处会产生半圆形的裂痕,在产品进行分片处理时容易产生细小的半圆形或半椭圆形裂痕,对产品的形状具有一定的影响,而采用实施例一的激光切割方法,陶瓷基板在分片处理时则不会有半圆形或半椭圆形的裂痕出现,产品的形状较为规则,外观平整,产品性能较佳。
实施例二
一种电子氧化铝陶瓷基板激光切割方法,采用激光切割处理系统进行切割处理,采用输出功率为250W的CO2激光切割机5,激光的输出方式为脉冲式。具体步骤为:
(1)将待切割的氧化铝陶瓷基板放置于激光切割机的切割平台6,并进行固定;氧化铝陶瓷基板的厚度为2mm,氧化铝的纯度为96%;
(2)调整激光切割机的参数:调整占空比为47%,激光能量为35J;脉冲频率为50hz;
(3)启动激光切割机对陶瓷进行切割,切缝的深度为0.07mm,切缝的宽度为0.02mm。在切割时采用非同轴副轴气体喷嘴对其进行辅助处理,具体的,参考图5,喷嘴的直径为1.5mm,采用氮气作为辅助气体,气体压力为25pa,切割速度为20mm/s,喷嘴3与激光束之间的夹角设置为60°。
本实施例中,通过施加与激光束非同轴的氧气,使氧化铝陶瓷基板4被切割时的熔渣被吹走以及降低切割处的温度,进而使该处的热应力变小,从而控制切割处裂痕的产生,且采用的氮气气体压力控制在25pa左右,采用不同轴与不是很强大的压力,使切割处不会因为额外施加的气体压力产生进一步的裂痕。与传统的同轴施加的辅助气体相比,裂痕发生的概率更小,且没有切面横条纹。
本实施例中,激光在入射到氧化铝陶瓷基板表面后,激光束与材料发生反射、吸收和透射,被材料吸收的激光作用于切割过程,电子在激光作用下发生振动,能量通过电子与晶格之间的弛豫过程转变为热能,进而使氧化铝陶瓷基板切缝处的材料熔化或气化,从而实现切割。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明,但所属领域的技术人员应该明白,在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内,在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化,均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电子陶瓷基板激光切割方法,其特征在于,包括以下制备步骤:
(1)将待切割的陶瓷基板放置于激光切割机的切割平台,并进行固定;
(2)调整激光切割机的参数:调整占空比为45%-50%,激光能量为20-52J;通过对激光切割机参数的调整,使激光切割时激光光斑呈连续的矩形排列在陶瓷基板的切缝处,且切缝的深度为0.05-0.09mm,切缝的宽度为0.01-0.02mm;
(3)启动激光切割机对陶瓷进行切割。
2.根据权利要求1所述的一种电子陶瓷基板激光切割方法,其特征在于:步骤(2)中,激光切割机的切割速度设置为2-10mm/s。
3.根据权利要求1所述的一种电子陶瓷基板激光切割方法,其特征在于:所述激光切割机为CO2激光机。
4.根据权利要求1所述的一种电子陶瓷基板激光切割方法,其特征在于:步骤(3)中,切割时采用辅助气体去除熔融材料。
5.根据权利要求4所述的一种电子陶瓷基板激光切割方法,其特征在于:所述辅助气体为氧气或氮气或空气。
6.根据权利要求4所述的一种电子陶瓷基板激光切割方法,其特征在于:所述辅助气体通过辅助气体喷嘴喷入到切缝中,所述辅助气体喷嘴非同轴辅助气体喷嘴。
7.根据权利要求1所述的一种电子陶瓷基板激光切割方法,其特征在于:所述陶瓷基板厚度为5mm内。
8.根据权利要求6所述的一种电子陶瓷基板激光切割方法,其特征在于:所述喷嘴与激光切割机产生的光束的夹角为30-75°。
9.根据权利要求8所述的一种电子陶瓷基板激光切割方法,其特征在于:所述喷嘴与激光切割机产生的光束的夹角为60°。
10.根据权利要求1所述的一种电子陶瓷基板激光切割方法,其特征在于:CO2激光机的输出功率为1000-2000W。
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