RU2118925C1 - Способ лазерной технологической обработки материалов - Google Patents

Способ лазерной технологической обработки материалов Download PDF

Info

Publication number
RU2118925C1
RU2118925C1 RU97109218A RU97109218A RU2118925C1 RU 2118925 C1 RU2118925 C1 RU 2118925C1 RU 97109218 A RU97109218 A RU 97109218A RU 97109218 A RU97109218 A RU 97109218A RU 2118925 C1 RU2118925 C1 RU 2118925C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
focused
laser beam
workpiece
processed
Prior art date
Application number
RU97109218A
Other languages
English (en)
Other versions
RU97109218A (ru
Inventor
Сергей Константинович Семенов
Дмитрий Борисович Охрименко
Original Assignee
Сергей Константинович Семенов
Дмитрий Борисович Охрименко
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Константинович Семенов, Дмитрий Борисович Охрименко filed Critical Сергей Константинович Семенов
Priority to RU97109218A priority Critical patent/RU2118925C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2118925C1 publication Critical patent/RU2118925C1/ru
Publication of RU97109218A publication Critical patent/RU97109218A/ru

Links

Images

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Изобретение относится к лазерным технологиям и может найти применение при резке, придании нужной формы диэлектрикам и полупроводникам в различных отраслях приборостроения. Направленный пучок лазерного излучения фокусируют на расстоянии от задней поверхности обрабатываемого материала, формируют требуемую конфигурацию обрабатываемого участка заготовки путем локального разрушения. Пучок лазерного излучения фокусируют внутри объема материала на расстоянии, обеспечивающем приповерхностное разрушение заготовки со стороны ее задней поверхности. Перемещают фокус пучка лазерного излучения внутри объема заготовки по направлению к ее передней стенке, формируя требуемую поверхность. Способ позволяет обрабатывать материалы, прозрачные для лазерного излучения, с высокой степенью точности. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к области лазерных технологий, в частности к способам резки, сверления и придания нужной объемной формы диэлектрикам и полупроводникам, прозрачным для лазерного излучения.
Известен способ лазерной технологической обработки заготовки, заключающийся в том, что направленный пучок лазерного излучения фокусируют на расстоянии от задней поверхности обрабатываемого материала и формируют требуемую конфигурацию обрабатываемого участка заготовки путем локального разрушения (см. РСТ, заявка WO 88/04214, кл. B 23 K 26/00, 1988).
Недостатком известного способа является экранирование лазерного излучения продуктами обработки, которые удаляются с заготовки путем подачи вспомогательного газа.
Технической задачей настоящего изобретения является повышение скорости и точности лазерной обработки полупроводников и диэлектриков за счет исключения взаимодействия лазерного пучка с продуктами обработки путем их удаления через первоначально сформированный участок отверстия.
Поставленная задача достигается тем, что направленный пучок лазерного излучения фокусируют на расстоянии от задней поверхности обрабатываемого материала и формируют требуемую конфигурацию обрабатываемого участка заготовки путем локального разрушения, при этом пучок лазерного излучения фокусируют внутри объема материала на расстоянии, обеспечивающем приповерхностное разрушение заготовки со стороны ее задней поверхности, и перемещают фокус пучка лазерного излучения внутри объема заготовки по направлению к ее передней поверхности, формируя требуемую поверхность. Фокусируют излучение на расстоянии от задней поверхности Lf = 1/2 d, где Lf - расстояние фокуса от задней поверхности, d - длина канала пробоя в объеме материала, причем фокус перемещают с шагом, равным T = 1/2 d. В случае обработки материалов с необработанной поверхностью, последнюю покрывают слоем жидкости, имеющей близкий коэффициент преломления с обрабатываемым материалом. Луч лазера перемещают с помощью компьютера по трем координатам. Вблизи задней поверхности устанавливают экран, соблюдая экологическую чистоту процесса, а продукты обработки собирают на экран, не препятствуя дальнейшему проведению обработки.
Технический результат - резка, сверление прозрачных для данного излучения материалов с высокой степенью точности; резка, сверление материалов с необработанной поверхностью, используя жидкость с близким коэффициентом преломления; экологическая чистота процесса; обработка мелких заготовок: полировка, придание нужной объемной формы.
На фиг. 1 изображена схема фокусировки лазерного излучения на материал с просветленной поверхностью
На фиг. 2 - схема фокусировки лазерного излучения на материал с необработанной поверхностью.
Конкретное описание способа заключается в следующем.
Как видно из фиг.1, на твердое тело 1 линзой 3 фокусируется излучение лазера 4 вблизи задней поверхности образца 5. При этом при условии пробоя факел вещества 2 выносится на заднюю поверхность.
Для опробирования метода в качестве прозрачных диэлектриков использовались стекло, оргстекло и лейкосапфир.
Использовался Nd: YAG лазер с энергией излучения 70-100 мДж, частотой следования импульсов до 20 Гц и длительностью импульса излучения 10 нс. Параметры лазера подбирались специально для обеспечения устойчивого пробоя внутри диэлектриков. Максимальная скорость технологической обработки (резка, сверление, маркировка) обеспечивалась при расположении фокуса на расстоянии, равном половине длины канала пробоя (фиг.1): Lf = 1/2 d, где Lf - расстояние фокуса от задней поверхности диэлектрика, d - длина канала пробоя в диэлектрике.
В условиях данного эксперимента Lf = 0,3-0,5 мм. Данный оптимум легко объясним: при L > Lf затруднен выход микровзрыва на заднюю поверхность; при L < Lf выносится слишком мало материала и техобработка идет неэффективно.
В условиях пробоя, при Lf = 1/2 d происходит вынос вещества из объема за границу твердого тела.
Перемещением фокуса с шагом T = 1/2 d обеспечивается практически непрерывное перекрытие каналов и осуществление квазинепрерывного процесса резки. Легко оценивается скорость реза в данных условиях - 6 мм/сек, которая достаточно хорошо согласуется с экспериментом.
Точность обработки будет определяться качеством фокусировки и уровнем используемых энергий. Очевидно, что при использовании коротковолнового излучения при определенных значениях энергии можно добиться высокой точности обработки. При этом узость канала не может более ограничивать достижение высокой точности.
Для достижения необходимой точности и скорости обработки одна поверхность должна быть просветлена для получения качественной фокусировки. В случае вещества с необработанной поверхностью это условие можно осуществить, используя известный способ просветления необработанной поверхности с помощью жидкости 6, имеющей близкий коэффициент преломления с обрабатываемым веществом (фиг.2) или с помощью оптического лака. Им покрывают необработанную поверхность и полируют. Полировать оптический лак обычно существенно проще, чем твердые вещества.
Использование предлагаемого способа актуально при обработке других материалов, прозрачных для иных излучений лазеров. Например, можно использовать CO2 лазер для резки, сверления и пространственной обработки ZnSe, Ge, Si, GaAs, KPC, NaCl и других материалов. Аналогично, эксимерные и медные лазеры подходят для технологической обработки с высокой и сверхвысокой точностью стекла, сапфира, синтетических и природных алмазов. Компьютерное управление перемещением луча лазера по трем координатам позволит придать любую форму обрабатываемой поверхности и осуществить полировку микроизделий технологической лазерной обработкой согласно предлагаемому методу.

Claims (6)

1. Способ лазерной технологической обработки материалов заготовки, заключающийся в том, что направленный пучок лазерного излучения фокусируют на расстоянии от задней поверхности обрабатываемого материала и формируют требуемую конфигурацию обрабатываемого участка заготовки путем локального разрушения, отличающийся тем, что пучок лазерного излучения фокусируют внутри объема материала на расстоянии, обеспечивающем приповерхностное разрушение заготовки со стороны ее задней поверхности, и перемещают фокус пучка лазерного излучения внутри объема заготовки по направлению к ее передней стенке, формируя требуемую поверхность.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фокусируют излучение на расстоянии от задней поверхности Lf = 1/2d, где Lf - расстояние фокуса от задней поверхности, d - длина канала пробоя в объеме материала, при этом фокус перемещают с шагом, равным T = 1/2d.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае обработки материалов с необработанной поверхностью последнюю перед подачей лазерного излучения покрывают слоем жидкости, имеющей близкий коэффициент преломления с обрабатываемым материалом.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае обработки материалов с необработанной поверхностью, последнюю перед подачей лазерного излучения покрывают слоем оптического лака с коэффициентом, близким к коэффициенту преломления обрабатываемого материала.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что луч лазера перемещают с помощью компьютера по трем координатам.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что вблизи задней поверхности устанавливают кран, соблюдая экологическую чистоту процесса, при этом продукты обработки собирают на экран, не препятствуя дальнейшему проведению обработки.
RU97109218A 1997-06-03 1997-06-03 Способ лазерной технологической обработки материалов RU2118925C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97109218A RU2118925C1 (ru) 1997-06-03 1997-06-03 Способ лазерной технологической обработки материалов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97109218A RU2118925C1 (ru) 1997-06-03 1997-06-03 Способ лазерной технологической обработки материалов

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2118925C1 true RU2118925C1 (ru) 1998-09-20
RU97109218A RU97109218A (ru) 1999-01-10

Family

ID=20193703

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97109218A RU2118925C1 (ru) 1997-06-03 1997-06-03 Способ лазерной технологической обработки материалов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2118925C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2707374C1 (ru) * 2019-05-17 2019-11-26 Общество с ограниченной ответственностью "МЕТАЛЛИКА71" (ООО "МЕТАЛЛИКА71") Способ формирования упрочненного поверхностного слоя в зоне лазерной резки деталей из легированных конструкционных сталей

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Тарасов Л.В. Лазеры: действительность и надежность. - М.: Наука, 1985, с.50-53. Справочник по технологии лазерной обработки Под ред. Коваленко В.С. Киев, Техника, 1985, с.84.85.149. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2707374C1 (ru) * 2019-05-17 2019-11-26 Общество с ограниченной ответственностью "МЕТАЛЛИКА71" (ООО "МЕТАЛЛИКА71") Способ формирования упрочненного поверхностного слоя в зоне лазерной резки деталей из легированных конструкционных сталей

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210053160A1 (en) Method and System for Ultrafast Laser-based Material Removal, Figuring and Polishing
CN104968620B (zh) 透明材料的高速激光加工
US5886318A (en) Method for laser-assisted image formation in transparent objects
JP2018020378A (ja) 時計要素の彫刻方法およびその方法によって得られる時計要素
US20090045179A1 (en) Method and system for cutting solid materials using short pulsed laser
JPH07136782A (ja) パルスレーザビームを用いた、透明な材料の内側に像を形成する方法及び装置
US20150158116A1 (en) Method and apparatus for internally marking a substrate having a rough surface
CN110139728B (zh) 可获得光滑透明表面的金刚石的脉冲激光加工方法
Ward et al. Fabrication of polaritonic structures in LiNbO 3 and LiTaO 3 using femtosecond laser machining
KR101049381B1 (ko) 초음파 진동을 사용하는 하이브리드 레이저 가공 장치
RU2118925C1 (ru) Способ лазерной технологической обработки материалов
KR20170096415A (ko) 레이저 클리닝 방법과, 이를 이용한 레이저 가공방법 및 장치
JP2020531407A (ja) ダイヤモンドバルクから所定の構造を生成するためのシステムおよび方法
JP2005161372A (ja) レーザ加工装置、構造体、光学素子、及びレーザ加工法
Chow et al. Experimental statistical analysis of laser micropolishing process
Heberle et al. Ultrashort pulse laser cutting of intraocular lens polymers
JP4092256B2 (ja) 金属密着面表面処理方法
Serafetinides et al. Ultrashort laser ablation of PMMA and intraocular lenses
CN110908264A (zh) 利用超短脉冲激光直写全息防伪图案的方法
RU94020443A (ru) Способ лазерного гравирования и устройство его реализующее
Nowak et al. Pulsed-laser machining and polishing of silica micro-optical components using a CO2 laser and an acousto-optic modulator
JP7387791B2 (ja) レーザ加工装置
RU2626734C1 (ru) Способ изготовления одномерной дифракционной фазовой решетки с синусоидальным профилем
RU2764777C1 (ru) Способ обработки поверхности цветного металла путем формирования микрорельефа
KR20170095594A (ko) 레이저 디플래쉬 방법과, 이를 이용한 레이저 가공 방법 및 장치