CN116748692A - 一种高效率高质量激光刻蚀密布微结构的方法 - Google Patents
一种高效率高质量激光刻蚀密布微结构的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116748692A CN116748692A CN202310875682.XA CN202310875682A CN116748692A CN 116748692 A CN116748692 A CN 116748692A CN 202310875682 A CN202310875682 A CN 202310875682A CN 116748692 A CN116748692 A CN 116748692A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- microstructures
- processing
- scanning
- microstructure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000010329 laser etching Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 48
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 13
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000009191 jumping Effects 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/362—Laser etching
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
- B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
- B23K26/0624—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
Abstract
本发明提供了一种高效率高质量激光刻蚀加工密布微结构的方法，包括：步骤一：将待加工材料的待加工区域进行分区，形成若干个分区单元，对所述分区单元进行编号；步骤二：针对各个所述分区单元，将所述分区单元内的微结构进行排序；步骤三：按照编号依次选择所述分区单元，根据所述分区单元内的微结构的排序，利用短脉冲激光器束进行一轮扫描加工；步骤四：改变激光参数，重复步骤三，直至微结构形成。本发明可实现在利用短脉冲激光器加工密布微结构时，降低热致负面效应，提高加工质量。
Description
技术领域
本发明涉及激光刻蚀加工领域，尤其涉及一种高效率高质量激光刻蚀密布微结构的方法。
背景技术
在工程应用中，尤其是很多小型零件上需要制备大量密布的小微结构。比如柔性印刷线路板上的覆盖层，其上面密布了用于排列引脚的微结构；航空发动机上密布的散热微结构，手机折叠屏折叠处密布微结构提升其折叠处的柔性等。这些微结构往往自身尺度小，且分布密集。加工密布微结构具有挑战。
接触式机械加工方法，由于存在接触力，容易导致待加工对象变形，不适合用于加工密布微结构。目前，激光刻蚀，利用激光和物质相互作用诱导的热过程，使材料很快被加热至汽化温度，从而去除材料。这种加工方法没有刀具磨损，工件不受力，光斑直径可小到微米量级，非常适合密布微结构的加工。然而激光刻蚀加工基于热效应原理，热效应会导致加工区域附近发生热损伤或者其它热导致的缺陷。这种热导致缺陷，在加工密布微结构的时候，会更加明显。为了解决这个问题，目前普遍采用超短脉冲激光器(ps、fs激光器等)，可以很好的抑制热影响的范围，但是其昂贵的价格和设备工作的不稳定性始终制约着其在工业领域的大范围应用，且加工效率低下。短脉冲激光器(ns激光器)技术上更成熟，价格低廉，加工效率高，并且其优良的稳定性在当下的工业生产中也得到了验证。但是，短脉冲激光器的缺点，其与物质相互作用会诱导明显的热致负面效应，尤其在加工密布微结构的时候，不同区域之间的热积累，会加剧热致负面效应，影响加工质量和加工精度。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种高效率高质量激光刻蚀密布微结构的方法，实现在利用短脉冲激光器加工密布微结构时，降低热致负面效应，提高加工质量。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种高效率高质量激光刻蚀加工密布微结构的方法，包括：
步骤一：将待加工材料的待加工区域进行分区，形成若干个分区单元，对所述分区单元进行编号；
步骤二：针对各个所述分区单元，将所述分区单元内的微结构进行排序；
步骤三：按照编号依次选择所述分区单元，根据所述分区单元内的微结构的排序，利用短脉冲激光器束进行一轮扫描加工；
步骤四：改变激光参数，重复步骤三，直至微结构形成。
进一步的，所述步骤一中，对所述分区单元进行编号的原则为：使编号相邻的两个分区单元的空间间隔远。
进一步的，所述步骤二中，对所述分区单元内的微结构进行排序的原则为：对于行加工顺序以及各行内的微结构加工顺序，使相邻序号的微结构空间间隔远。
进一步的，所述步骤四中的激光参数包括扫描速度、激光功率、激光脉宽、光斑大小、微结构尺寸。
进一步的，所述密布微结构需进行多轮扫描加工时，通过所述步骤四中改变激光参数，先进行粗扫描加工后进行精扫描加工。
进一步的，所述密布微结构需进行三轮扫描加工时，第一轮扫描激光参数为：激光功率为30-40w，激光脉宽为50-100ns，光斑直径为0-50μm，扫描速度为500-1000mm/s，第二轮扫描激光参数为：激光功率为20-30w，激光脉宽为20-50ns，光斑直径为25-40μm，扫描速度为1000-2000mm/s；第三轮扫描激光参数为：激光功率为10-20w，激光脉宽为10-20ns，光斑直径为10-15μm，扫描速度为3000-5000mm/s.
进一步的，所述微结构包括孔或者槽。
本发明的有益效果：
1)本发明采用分区、微结构排序的方式加工密布微结构，减小前后加工区域之间的热积累，提高加工质量。可以实现采用低成本、技术更成熟的纳秒激光器获得媲美于皮秒乃至更短脉冲激光器上的加工效果。随着所制备微结构的数量越多，微结构间隙越小，制备件的数量越大，其优势愈加明显。不仅解决了效率和质量兼顾问题，也大大降低了成本。
2)本发明通过灵活设定多轮扫描加工参数的方式，实现从粗加工到精加工，既保证加工效率也提高加工质量。
附图说明
图1为本发明实施例的一种高效率高质量激光刻蚀密布微结构的方法中，对待加工区域进行分区划分的示意图；
图2为本发明实施例的一种高效率高质量激光刻蚀密布微结构的方法中，在单个分区内对微结构加工顺序进行排序的示意图；
图3为本发明实施例的一种高效率高质量激光刻蚀密布微结构的方法中，多轮扫描下光斑大小及扫描路径示意图；
图4为本发明实施例的一种高效率高质量激光刻蚀密布微结构的方法中，激光作用于待加工材料表面时产生的热影响区示意图；
图5为传统连续刻蚀加工与利用本发明实施例的一种高效率高质量激光刻蚀密布微结构的方法加工后的效果对比图。
附图标记：
1.待加工区域，2.分区序号，3.分区单元，4.待加工微结构，5.单行内微结构加工顺序，6.行加工顺序，7.激光扫描路径，8.热影响区，9.第一热影响区，10.第二热影响区。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受于下面公开的具体实施的限制。
根据本发明实施例的一种高效率高质量激光刻蚀加工密布微结构的方法，包括：
步骤一：将待加工材料的待加工区域1进行分区，形成若干个分区单元3，对所述分区单元3进行编号；
对所述分区单元3进行编号的原则为：使得编号相邻的两个分区单元3的空间间隔足够远。如图1所示的①到号，即各个分区单元3的加工顺序。后续加工时，依据编号顺序，采用短脉冲激光器依次进行加工。
如图1所示，当加工完前一个分区单元3①，后一个分区单元3②要与前一个分区单元3①有一定间隔，保证加工完前一个分区单元3①的热不会传到在后一个分区单元3②，并且后一个分区单元3②加工时不会使得前一个分区单元3①过热。而当在已加工的分区单元3⑨周围进行扫描时，已加工的分区单元3①和分区单元3②已经完全冷却。
步骤二：针对各个所述分区单元3，将所述分区单元3内的微结构进行排序；
对所述分区单元3内的微结构进行排序的原则为：按照行和列对每个待加工微结构4进行排序编号，对于行加工顺序以及各行内的微结构加工顺序，使得相邻序号的微结构空间间隔足够远。
如图2所示，先加工A行这一排8个微结构，并且加工顺序为图3所示的序号①到⑧。A行加工完后跳转至B行，以同样的顺序加工B行。依据字母A到H的顺序，直到加工完H行。后续加工时，依据编号顺序，采用短脉冲激光器依次进行加工。单行内，在加工前一个微结构①后其热传导不会影响到后一个微结构②，后一个微结构②的加工不会过热而影响前一个微结构①。在已加工完成的相邻微结构间的间隔处加工微结构时，如加工A行与C行之间的微结构时，已完成加工的A行微结构和C行微结构已经冷却。
步骤三：按照编号依次选择所述分区单元3，根据所述分区单元3内的微结构的排序，利用短脉冲激光器束进行一轮扫描加工；
步骤四：改变激光参数，重复步骤三，直至微结构形成。
如果微结构加工不需要多轮扫描，则一轮扫描可完成。如果微结构加工需要多轮扫描时，各轮扫描的参数可根据实际情况优化设定。通过改变激光的参数，包含扫描速度、激光功率、激光脉宽、光斑大小、微结构尺寸等参数控制加工深度和热影响大小。调整好参数后，重复步骤三，分多轮扫描，直至完成加工微结构。进一步的，初始轮扫描或者初始几轮扫描设定为提高效率的粗加工；末轮扫描或者最后几轮扫描可设定为提高加工质量的精加工。
进一步的，如图3所示，激光扫描路径7由小到大，第一轮扫描将微结构的尺寸调整至小于待加工微结构4的尺寸，采用大功率(30-40w)，较长脉宽(50-100ns)，大光斑直径(40-50μm)，低扫描速度(500-1000mm/s)进行第一轮扫描；第二轮扫描时，稍微增大微结构尺寸，采用较小功率(20-30w)，较短脉宽(20-50ns)，较小光斑直径(25-40μm)，较高扫描速度(1000-2000mm/s)进行加工；第三轮扫描时，继续增大微结构尺寸，扫描采用更小功率(10-20w)，更短脉宽(10-20ns)，更小光斑直径(10-15μm)，更高的扫描速度(3000-5000mm/s)进行加工。如此依次优化加工参数，完成扫描。如图4所示，每一轮扫描后的热影响区8自被加工表面往下深度和宽度逐渐减小。
例如，对于厚0.15mm的碳纤维复合材料，需要在其上面制备出1024个方微结构，方微结构的长为2mm，宽为0.08mm，相邻两个方微结构间距为0.2mm。
首先采用光纤激光器，其波长为1064nm，重复频率为100KHz，调整脉冲宽度、功率、扫描速度及光斑大小等参数。分4轮扫描，制备出一个带个1024个方微结构的工件。
第一轮扫描，调整激光功率为35w，脉冲宽度为50，光斑直径为50μm，扫描速度为1000mm/s，扫描方微结构长为1.5mm，宽为0.06mm，依照所述步骤三进行第一次粗加工。所获得加工深度为0.8mm左右。
第二轮扫描，调整激光功率为25w，脉冲宽度为20，光斑直径为30μm，扫描速度为2000mm/s，扫描方微结构长为1.8mm，宽为0.07mm，依照步骤三进行第二次粗加工。所获得加工深度为1.1mm左右。
第三轮扫描，调整激光功率为15w，脉冲宽度为10，光斑直径为20μm，扫描速度为4000mm/s，扫描方微结构长为1.9mm，宽为0.075mm，依照所述步骤三进行第三次精加工。所获得加工深度为1.35mm左右。
第四轮扫描，调整功率为15w，脉冲宽度为4，光斑直径为15μm，扫描速度为10000mm/s，扫描方微结构长为2mm，宽为0.08mm，依照所述步骤三进行第四次精加工。获得加工2*0.08mm的微结构。
如图5所示，传统连续刻蚀下的第一热影响区9范围较大且较深，在本发明的加工模式下所得到的第二热影响区10远远小于传统连续刻蚀下的第一热影响区。
根据本发明实施例的一种高效率高质量激光刻蚀加工密布微结构的方法，使用的激光器为各种类型的脉冲激光器，尤其在采用纳秒激光源时可体现方法的优越性。
根据本发明实施例的一种高效率高质量激光刻蚀加工密布微结构的方法可以适合任何密布微结构加工，任何可加工的材料。包括但不仅限于是薄板上通孔微结构，厚板上密布盲孔微结构。微结构形状包含但不仅限于孔，槽等特征结构。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种高效率高质量激光刻蚀加工密布微结构的方法，其特征在于，包括：
步骤一：将待加工材料的待加工区域进行分区，形成若干个分区单元，对所述分区单元进行编号；
步骤二：针对各个所述分区单元，将所述分区单元内的微结构进行排序；
步骤三：按照编号依次选择所述分区单元，根据所述分区单元内的微结构的排序，利用短脉冲激光器束进行一轮扫描加工；
步骤四：改变激光参数，重复步骤三，直至微结构形成。
2.根据权利要求1所述的高效率高质量激光刻蚀加工密布微结构的方法，其特征在于，所述步骤一中，对所述分区单元进行编号的原则为：使编号相邻的两个分区单元的空间间隔远。
3.根据权利要求1所述的高效率高质量激光刻蚀加工密布微结构的方法，其特征在于，所述步骤二中，对所述分区单元内的微结构进行排序的原则为：对于行加工顺序以及各行内的微结构加工顺序，使相邻序号的微结构空间间隔远。
4.根据权利要求1所述的高效率高质量激光刻蚀加工密布微结构的方法，其特征在于，所述步骤四中的激光参数包括扫描速度、激光功率、激光脉宽、光斑大小、微结构尺寸。
5.根据权利要求1所述的高效率高质量激光刻蚀加工密布微结构的方法，其特征在于，所述密布微结构需进行多轮扫描加工时，通过所述步骤四中改变激光参数，先进行粗扫描加工后进行精扫描加工。
6.根据权利要求1所述的高效率高质量激光刻蚀加工密布微结构的方法，其特征在于，所述密布微结构需进行三轮扫描加工时，第一轮扫描激光参数为：激光功率为30-40w，激光脉宽为50-100ns，光斑直径为0-50μm，扫描速度为500-1000mm/s，第二轮扫描激光参数为：激光功率为20-30w，激光脉宽为20-50ns，光斑直径为25-40μm，扫描速度为1000-2000mm/s；第三轮扫描激光参数为：激光功率为10-20w，激光脉宽为10-20ns，光斑直径为10-15μm，扫描速度为3000-5000mm/s.
7.根据权利要求1所述的高效率高质量激光刻蚀加工密布微结构的方法，其特征在于，所述微结构包括孔或者槽。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310875682.XA CN116748692A (zh) | 2023-07-17 | 2023-07-17 | 一种高效率高质量激光刻蚀密布微结构的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310875682.XA CN116748692A (zh) | 2023-07-17 | 2023-07-17 | 一种高效率高质量激光刻蚀密布微结构的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116748692A true CN116748692A (zh) | 2023-09-15 |
Family
ID=87961031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310875682.XA Pending CN116748692A (zh) | 2023-07-17 | 2023-07-17 | 一种高效率高质量激光刻蚀密布微结构的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116748692A (zh) |
-
2023
- 2023-07-17 CN CN202310875682.XA patent/CN116748692A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101809783B1 (ko) | 반도체 기판을 방사상으로 그루빙하는 방법 | |
| CN1938837B (zh) | 在无源电子元件衬底上形成划线的方法 | |
| US6423930B1 (en) | Scribing with laser | |
| US20110132885A1 (en) | Laser machining and scribing systems and methods | |
| JP2011519175A (ja) | 半導体ウェハのダイシング | |
| US20170285457A1 (en) | Laser ablation tooling via sparse patterned masks | |
| CN106914697A (zh) | 激光加工方法 | |
| JP6365666B2 (ja) | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 | |
| US20140177055A1 (en) | Laser processing apparatus | |
| EP3511106B1 (en) | Laser based machining of glass material | |
| CN107876968A (zh) | 一种用于平行加工的激光加工设备 | |
| KR20180054442A (ko) | 기판의 가공방법 | |
| DE102011051198B4 (de) | Verfahren zum Herstellen eines gewichtsoptimierten Ablenkspiegels | |
| US20140363626A1 (en) | Method of manufacturing glass substrate, and glass substrate | |
| JP2008168297A (ja) | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 | |
| JP2008114388A (ja) | マイクロデバイスの製造方法 | |
| CN116748692A (zh) | 一种高效率高质量激光刻蚀密布微结构的方法 | |
| US8497449B1 (en) | Micro-machining of ceramics using an ytterbium fiber-laser | |
| KR20200093067A (ko) | 레이저 가공 방법 | |
| CN111347179A (zh) | 一种紫外激光加工电子设备的透光微孔工艺及系统 | |
| DE102018205019B4 (de) | Laserbearbeitungsverfahren eines wafers | |
| Abbott et al. | New techniques for laser micromachining MEMS devices | |
| Gillner et al. | Multi parallel ultrashort pulse laser processing | |
| CN116534790A (zh) | 由乳突阵列结构与基底多孔结构复合的加工工艺及成品 | |
| CN209879202U (zh) | 一种导光板和背光模组 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |