精密激光加工的應(yīng)用
(1)精密激光打孔
隨著技術(shù)的進(jìn)步,傳統(tǒng)的打孔方法在許多場(chǎng)合已不能滿足需求。例如在堅(jiān)硬的碳化鎢合金上加工直徑為幾十微米的小孔;在硬而脆的紅、藍(lán)寶石上加工幾百微米直徑的深孔等,用常規(guī)的機(jī)械加工方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)。而激光束的瞬時(shí)功率密度高達(dá)108 W/cm2,可在短時(shí)間內(nèi)將材料加熱到熔點(diǎn)或沸點(diǎn),在上述材料上實(shí)現(xiàn)打孔。與電子束、電解、電火花、和機(jī)械打孔相比,激光打孔質(zhì)量好、重復(fù)精度高、通用性強(qiáng)、效率高、成本低及綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。國(guó)外在激光精密打孔已經(jīng)達(dá)到很高的水平。瑞士某公司利用固體激光器給飛機(jī)渦輪葉片進(jìn)行打孔,可以加工直徑從20μm到80μm的微孔,并且其直徑與深度之比可達(dá) 1∶80。激光束還可以在脆性材料如陶瓷上加工各種微小的異型孔如盲孔、方孔等,這是普通機(jī)械加工無(wú)法做到的。
(2)精密激光切割
與傳統(tǒng)切割法相比,激光精密切割有很多優(yōu)點(diǎn)。例如,它能開(kāi)出狹窄的切口、幾乎沒(méi)有切割殘?jiān)嵊绊憛^(qū)小、切割噪聲小,并可以節(jié)省材料 15%~30%。由于激光對(duì)被切割材料幾乎不產(chǎn)生機(jī)械沖力和壓力,故適宜于切割玻璃、陶瓷和半導(dǎo)體等既硬又脆的材料,加上激光光斑小、切縫窄,所以特別適宜于對(duì)細(xì)小部件作各種精密切割。瑞士某公司利用固體激光器進(jìn)行精密切割,其尺寸精度已經(jīng)達(dá)到很高的水平。 激光精密切割的一個(gè)典型應(yīng)用就是切割印刷電路板PCB(Printed circuits Boards)中表面安裝用模板(SMT stencil)。傳統(tǒng)的SMT模板加工方法是化學(xué)刻蝕法,其致命的缺點(diǎn)就是加工的極限尺寸不得小于板厚,并且化學(xué)刻蝕法工序繁雜、加工周期長(zhǎng)、腐蝕介質(zhì)污染環(huán)境。采用激光加工,不僅可以克服這些缺點(diǎn),而且能夠?qū)Τ善纺0暹M(jìn)行再加工,特別是加工精度及縫隙密度明顯優(yōu)于前者,制作費(fèi)也由早期的遠(yuǎn)高于化學(xué)刻蝕到現(xiàn)在的略低于前者。但由于用于激光加工的整套設(shè)備技術(shù)含量高,售價(jià)亦很高,目前僅美國(guó)、日本、德國(guó)等少數(shù)國(guó)家的幾家公司能夠生產(chǎn)整機(jī)。
(3)精密激光焊接
激光焊接熱影響區(qū)很窄,焊縫小,尤其可焊高熔點(diǎn)的材料和異種金屬,并且不需要添加材料。國(guó)外利用固體YAG激光器進(jìn)行縫焊和點(diǎn)焊,已有很高的水平。另外,用激光焊接印刷電路的引出線,不需要使用焊劑,并可減少熱沖擊,對(duì)電路管芯無(wú)影響,從而保證了集成電路管芯的質(zhì)量。 經(jīng)過(guò)二十多年的努力,在激光精密加工工藝與成套設(shè)備方面,我國(guó)雖然已在陶瓷激光劃片與微小型金屬零件的激光點(diǎn)焊、縫焊與氣密性焊接以及打標(biāo)等領(lǐng)域得到應(yīng)用,但在激光精密加工技術(shù)中技術(shù)含量很高、應(yīng)用市場(chǎng)廣闊的微電子線路模板精密切割與刻蝕工藝、陶瓷片與印刷電路板上各種規(guī)格尺寸的通孔、盲孔與異型孔、槽的激光精密加工等方面,尚處于研究與開(kāi)發(fā)階段,未見(jiàn)有相應(yīng)的工業(yè)化樣機(jī)問(wèn)世。國(guó)內(nèi)的廣大用戶(hù)一般采用進(jìn)口模板或到香港等地委托加工,其價(jià)格高、周期長(zhǎng),嚴(yán)重影響了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期;近年來(lái),國(guó)外少數(shù)大公司看到我國(guó)在激光精密加工業(yè)中巨大的潛在市場(chǎng),已開(kāi)始在我國(guó)設(shè)立分公司。但高昂的加工費(fèi)用增加了產(chǎn)品成本,仍使許多企業(yè)望而卻步。
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