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本文主要涉及紫外激光加工技術(shù)．通過(guò)實(shí)驗，將紫外／紅外兩種激光設備對材料的加工結果進(jìn)行比擬，發(fā)現在特殊資料加工上，紫外激光相對于紅外激光，加工邊沿更光滑、效率更高．對于用紅外透過(guò)率較高的資料加工的紅外器件來(lái)說(shuō)，紫外激光在加工中具有明顯的優(yōu)勢。

1引言

激光技術(shù)是20世紀與原子能、半導體及計算機齊名的四項重大發(fā)明之一．四十多年來(lái)，隨著(zhù)小型電子產(chǎn)品和微電子元器件需求量的日益增長(cháng)，對于加工資料(尤其是聚合物材料以及高熔點(diǎn)材料)精密處置日漸成為激光在工業(yè)應用中發(fā)展最快的領(lǐng)域之一．

激光加工是激光產(chǎn)業(yè)的重要應用，與常規的機械加工相比，激光加工更精密、更準確、更迅速．該技術(shù)利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對包括金屬與非金屬的各種資料進(jìn)行加工，涉及到焊接、切割、打標、打孔，熱處理、成型等多種加工工藝。激光獨一無(wú)二的特性使之成為微處理的理想工具，目前廣泛應用于微電子、微機械和微光學(xué)加工三大領(lǐng)域。

激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對材料(包括金屬與非金屬)進(jìn)行切割、焊接、外表處置、打孔及微加工等的一門(mén)加工技術(shù)．

激光加工有其獨特的特點(diǎn)：

1范圍廣泛：幾乎可以對任何材料進(jìn)行雕刻切割。

2平安可靠：采用非接觸式加工，不會(huì )對資料發(fā)生機械擠壓或機械應力．

3精確細致；加工精度可達0．01mm．

4效果一致：保證同一批次的加工效果一致．

5高速快捷：可立即根據電腦輸出的圖樣進(jìn)行高速雕刻和切割，且激光切割的速度比線(xiàn)切割的速度要快很多．

6本錢(qián)低廉：不受加工數量的限制，對于小批量加工服務(wù)，激光加工更加廉價(jià)。

7切割縫隙小：激光切割的割縫一般在0.02mm-0.05mm．

8切割面光滑：激光切割的切割面無(wú)毛刺。

9熱變形小；激光加工的激光割縫細、速度快、能量集中，因此傳到被切割材料上的熱量小，引起資料的變形也非常小。
紅外器件技術(shù)中所用的資料(寶石等)加工條件(精度，變形等)要求采用激光加工。鑒于激光種類(lèi)很多，主要涉及的紅外激光設備和紫外激光加工系統。因此希望通過(guò)實(shí)驗，將紫外／紅外兩種激光系統對同種材料的加工結果進(jìn)行比擬，從而了解它特點(diǎn)與區別，并確定出各自的適用范圍和優(yōu)越性，為今后更好地發(fā)展特殊資料加工作鋪墊。

2實(shí)驗設備介紹
本文采用的實(shí)驗設備是JHM-1GY-300B型YA G激光設備與PSV-6001型355nm全固態(tài)紫外激光鉆孔機。
2．1 YA G激光設備
YA G激光設備的激光波長(cháng)為1.06μm輸出的最大單脈沖激光能量為60J脈沖頻率為1Hz-100Hz連續可調)將激光聚焦到一點(diǎn)，焦平面上的功率密度可達到105-1013Wcm2該設備還可以用于激光焊接，激光焊接就是利用激光束優(yōu)良的方向性和高功率密度等特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行工作的．通過(guò)光學(xué)系統將激光束聚集到很小的區域，極短的時(shí)間內，使被焊處形成一個(gè)能量高度集中的局部熱源區，從而使被焊物熔化并形成牢固的焊點(diǎn)和焊縫。圖1為用YA G激光焊接不銹鋼和鈦合金的焊縫實(shí)例。

2．2紫外激光鉆孔機
PSV-6001型紫外激光鉆孔機采用的基于半導體泵浦固態(tài)激光器的高功率三倍頻(DPSS激光，波長(cháng)為355nm平均功率為2.3W最高頻率可達100kHz工件上的光斑直徑可小到20μm以下。該機應用繪圖軟件并進(jìn)行合理的參數設置，可執行鉆孔、刻線(xiàn)、切割等一系列操作。已做的各項實(shí)驗中，利用該紫外激光鉆孔機進(jìn)行加工的有機資料包括聚合物、紙制品等。無(wú)機資料包括金屬、寶石、玻璃、陶瓷等．

2．3紫外／紅外激光器的比擬
紅外YA G激光器(波長(cháng)為1．06μm資料處置方面用得最為廣泛的激光源。但是許多塑料和大量用作柔性電路板基體材料的一些特殊聚合物(如聚酰亞胺)都不能通過(guò)紅外處理或"熱"處置進(jìn)行精細加工。因為"熱"使塑料變形，切割或鉆孔的邊緣上產(chǎn)生炭化形式的損傷，可能導致結構性的削弱和寄生傳導性通路，而不得不增加一些后續處置工序以改善加工質(zhì)量。因此，紅外激光器不適用于某些柔性電路的處置。除此之外，即使在高能量密度下，紅外激光器的波長(cháng)也不能被銅吸收，這更加苛刻地限制了使用范圍。
然而，紫外激光器的輸出波長(cháng)在0.4μm以下，這是處置聚合物材料的主要優(yōu)點(diǎn)。
與紅外加工不同，紫外微處理從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)不是熱處理，而且大多數資料吸收紫外光比吸收紅外光更容易。高能量的紫外光子直接破壞許多非金屬材料表面的分子鍵，用這種"冷"光蝕處理技術(shù)加工出來(lái)的部件具有光滑的邊緣和最低限度的炭化。而且，紫外短波長(cháng)本身的特性對金屬和聚合物的機械微處理具有優(yōu)越性．它可以被聚焦到亞微米數量級的點(diǎn)上，因此可以進(jìn)行細微部件的加工，即使在不高的脈沖能量水平下，也能得到很高的能量密度，有效地進(jìn)行材料加工．

微細孔在工業(yè)界中的應用已經(jīng)相當廣泛，主要形成的方式有兩種：
一是使用紅外激光：將材料表面的物質(zhì)加熱并使其汽化(蒸發(fā))以除去材料，這種方式通常被稱(chēng)為熱加工．主要采用YA G激光(波長(cháng)為1.06μm
二是使用紫外激光：高能量的紫外光子直接破壞許多非金屬材料表面的分子鍵，使分子脫離物體，這種方式不會(huì )產(chǎn)生高的熱量，故被稱(chēng)為冷加工，主要采用紫外激光(波長(cháng)為355nm．
表1這兩種加工方式的比擬。

3實(shí)驗結果與討論
 3．1鉆孔實(shí)驗
圖2為采用JHM-1GY-300B型YA G激光設備與PSV-6001型355nm紫外激光鉆孔機分別在厚度同樣為lmm陶瓷片上打出的咖2小孔。
結果標明，用紅外激光打的小孔圓度較差，且邊緣被"燒"黑．而用紫外激光加工的陶瓷片，小孔圓度較好且邊緣光滑。從實(shí)驗結果以及表1中的數據不難發(fā)現，紫外激光較紅外激光在加工速度、鉆孔精度上不止高出幾個(gè)等級，而且質(zhì)量效果也有明顯的優(yōu)勢．

3．2切割實(shí)驗
激光切割是利用聚焦的高功率激光照射加工資料外表，當激光超越閾值功率密度后，引起照射點(diǎn)材料溫度急劇上升，溫度達到沸點(diǎn)后，資料發(fā)生氣化并形成孔洞，隨著(zhù)激光束與工件的相對移動(dòng)，最終在資料外表形成切縫。切割質(zhì)量(包括切縫寬度、邊緣的直線(xiàn)度、光潔度)由激光功率、激光束模式、輔助氣體壓強和切割速度決定。切割所需的激光功率直接正比于材料的厚度，對于黑色金屬更是一條典型的直線(xiàn)。最大切割厚度為功率、會(huì )聚透鏡焦距、激光波長(cháng)、切割速度的函數。焦距及收斂角是切割質(zhì)量、厚度、速度的重要參數。