基于157nm深紫外激光的蓝宝石基片微加工

为了探索157nm深紫外激光对蓝宝石材料的微加工技术,采用157nm激光微加工系统,对蓝宝石基片进行了扫描刻蚀和打孔加工,以研究激光工艺参量与刻蚀深度、表面形貌的关系,分析了157nm深紫外激光对蓝宝石材料的作用机理,并利用扫描刻蚀法在蓝宝石基片上加工了一个2维图形。由实验结果可知,157nm深紫外激光作用于蓝宝石材料是一个光化学作用与光热作用并存的加工过程,适合扫描刻蚀的加工参量为能量密度3.2J/cm2,重复频率10Hz～20Hz,扫描速率0.15mm/min;在能量密度2.5J/cm2下的刻蚀率为0.039μm/pulse。结果表明,通过对激光重复频率和扫描速度的控制可实现蓝宝石材料的精细微加工。     

248nm准分子激光加工玻璃微通道的实验研究

为了提高玻璃微通道的加工效率及质量,采用248nm准分子激光加工玻璃微通道的新型加工方法进行了理论分析和实验验证,取得了不同激光参量下玻璃微通道的加工工艺数据。结果表明,激光加工玻璃微通道的刻蚀阈值为4.54103mJ/mm2;随着激光能量的增加,刻蚀深度近似成对数增长,经线性拟合得到刻蚀深度随激光能量变化的公式;随着脉冲频率的增加,刻蚀深度近似成线性增长,经线性拟合得到刻蚀深度随频率变化的公式;且通道底面粗糙度随激光能量及脉冲频率的增加,呈增长趋势;激光的能量在400mJ～600mJ、脉冲频率在4 Hz～7 Hz范围的组合激光参量可实现刻蚀率高、粗糙度小的微通道加工。这些结果对于合理选择激光参量、提高玻璃微通道的加工效率及质量是有帮助的。     

355 nm全固态紫外激光直写刻蚀硼硅玻璃微通道

利用355nm全固态紫外激光对硼硅玻璃进行了直写刻蚀实验,采用单一变量法探究了激光能量密度、重复频率、扫描速度、扫描间距、扫描次数对刻蚀结果的影响。研究结果表明,激光能量密度过大时,玻璃易发生严重的崩边裂损现象;等离子体屏蔽效应随激光能量密度的增大而增强,刻蚀深度减小;随着重复频率的减小,通道边缘碎裂的现象减轻,刻蚀深度增大;减小扫描间距可有效改善沟道底面的平整度;刻蚀深度随扫描次数的增多而增大,同时沟道锥度增大。在较优的加工参数下,实现了宽度为84.8μm,刻蚀深度为178μm,底面较平整,沟道垂直度达89.580°的L型微通道的直写刻蚀。     

深紫外激光对GaN薄膜的激光抛光研究

为了研究157nm深紫外激光的激光抛光加工特性,采用小光斑对GaN半导体薄膜进行了微平面扫描刻蚀.通过探讨激光工艺参量与激光抛光质量的影响关系,得到了最佳的工艺参量范围.结果表明,随着激光抛光扫描速率的增加,材料加工表面粗糙度值Ra逐渐减小,其中扫描速率在0.014mm/s～0.015mm/s处,激光抛光质量最高;而激光抛光扫描间距的减小,或者脉冲频率的增加,都将导致被加工表面粗糙度增大;当脉冲频率取8Hz时,抛光效果较好,表面粗糙度值Ra≈20nm.     

YAG激光参量对刻蚀微坑形貌的影响

为了增加单次激光脉冲刻蚀微坑的深度,提高加工效率,利用双声光调制技术,通过对比不同能量密度的脉冲激光刻蚀微坑深度,及对比两种激光器输出的激光脉冲刻蚀微坑形貌,研究了激光参量对刻蚀微坑形貌的影响。结果表明,脉冲能量密度为20.21J/cm2时,刻蚀微坑深度达到最大值,继续增加能量密度时,微坑深度将随之减小;相比于单腔激光器,双腔激光器刻蚀微坑深度从5μm增加至10μm,微坑直径从161μm降至134μm。     

1064nm和355nm激光扫描刻蚀覆铜板工艺及质量研究

为了研究不同纳秒激光工艺参量（波长、能量密度、扫描速率）以及铜层厚度对激光刻蚀覆铜板质量（包括刻蚀深度及加工面粗糙度）的影响,采用50W的1064nm红外光纤激光器和10W的355nm紫外固体激光器对覆铜板进行了对比刻蚀实验。通过分析红外、紫外激光刻蚀覆铜板材料的作用机理并对比实验结果得知,采用1064nm红外光纤激光作为激光光源时,设置合适的刻蚀参量,能在完全去除铜箔层的条件下,最大限度地保证环氧树脂基底的完整性;而采用355nm的紫外激光作为激光光源时,因环氧树脂材料对紫外波段激光的高吸收率,以及紫外激光对有机材料的光化学作用,基底材料的损伤难以避免,此外,红外光纤激光具有较高的刻蚀效率。结果表明,综合光纤激光器高稳定性和高集成度的特点,若激光直接刻蚀技术被用于大规模覆铜板的工业加工中,红外光纤激光将更具优势性。     

水辅助准分子激光微加工硅的实验研究

为了研究脉冲激光在不同介质中的刻蚀特性,采用20ns短脉冲、248nm准分子激光(能量为150mJ~250mJ)分别在水和空气两种介质中对半导体单晶Si片进行微刻蚀实验研究。在实验的基础上,研究了两种介质中准分子激光刻蚀Si的刻蚀孔的基本形貌和刻蚀速率,并对结果进行了对比分析。研究结果表明,水辅助激光微加工时,熔屑易从加工区排出,有助于提高加工的表面质量;同时,水的约束提高了冲击作用,使得刻蚀速率加快。     

激光改性硅酸盐玻璃表面局域制备金属铜层

为了实现普通硅酸盐玻璃表面的金属化,利用波长为355nm的脉冲紫外激光刻蚀粗化活化,并结合化学镀,在其表面局域制备出了导电金属铜层。研究了激光加工参量对玻璃表面微观形貌、粗糙度、刻蚀深度的影响规律,并在玻璃表面成功引入了钯元素。结果表明,当第1次紫外激光扫描速率为200mm/s、脉冲频率为100kHz、能量密度为27J/cm2~37J/cm2和填充间距在10μm左右时,玻璃表面可以获得的刻蚀深度在25μm~35μm之间,刻蚀区域的粗糙度R_a在6μm~7μm之间,此时玻璃不会开裂;而第2次激光的能量密度在9J/cm2~11J/cm2之间时（其余参量不变）,钯元素的引入实现了化学镀铜,此时铜层和玻璃之间的平均结合强度可以达到10MPa以上,铜层的体积电阻率可以达到10-6Ω·cm数量级。这是一种具有局域选择性、无需掩模、低成本、高结合强度和良好导电性的玻璃表面金属化工艺。     

248nm准分子激光刻蚀的无裂损石英玻璃表面微通道

利用248nm纳秒准分子激光,采用掩模投影和石英玻璃前表面直写刻蚀的方法,研究了激光脉冲能量密度、重复频率、扫描次数对微通道裂损的影响规律,分析了石英玻璃激光刻蚀及裂损的机理。结果表明,248nm纳秒准分子激光刻蚀石英玻璃的机理为光致电离及热烧蚀的共同作用;无裂损刻蚀JGS1型石英玻璃的激光能量密度阈值范围为16~30J·cm~(-2),刻蚀率可达每脉冲500nm;随着激光重复频率及扫描次数的增加,微通道容易因热积累及等离子体微爆炸冲击作用而裂损。基于优化的激光加工参数,当微通道宽度小于100μm时,可以实现无裂损的直线型(深度小于或等于50μm)及圆弧型(深度小于或等于28.5μm)微通道的加工。     

玻璃材料微通道的三倍频激光微加工研究

本文提出了一种新的制备生物芯片微通道的方法,从玻璃材料的特点与激光精密加工的优点出发,用三倍频ND：YAG激光器(λ=355nm)在玻璃基体上加工生物芯片微通道。文章对这种方法进行了初步探索,先用三倍频紫外激光对玻璃直接刻蚀,再用显微镜、三维形貌仪观察与测量所形成的微通道的质量。实验得出了激光脉冲重复频率与振镜扫描速度对微通道刻蚀的影响关系,以及要防止玻璃碎裂,所需要的激光能量密度。     

XeCl准分子激光精细刻蚀金刚石和玻璃的实验研究

研究了XeCl激光精细刻蚀玻璃、金刚石等材料的能流阈值和单脉冲能流密度、激光脉冲重复频率等激光参数对单脉冲刻蚀深度的影响，并与理论计算结果进行了比较，为XeCl激光在该加工领域的实际应用提供了实验数据和理论依据。     

不同冷却方式对激光加工CFRP的影响研究

为了探索不同冷却方式对激光加工的影响,采用水、气体以及水气复合3种不同冷却方式辅助激光加工碳纤维复合材料进行了对比研究,同时采用单因素实验研究了不同工艺条件对加工质量的影响,并分析了作用机理。结果表明,在3种冷却方式下,热影响区、槽深均随着功率、频率的降低而降低,随着扫描速率的增加而降低;在相同工艺参数下,水气复合辅助激光加工产生的热影响区最小,气体辅助激光加工产生的热影响区次之,水辅助激光加工产生的热影响区最大;当激光功率为2250 W、频率为1200 Hz、速率为120 mm/s时,水、气体以及水气复合3种不同冷却方式的热影响区分别为378μm, 283μm, 196μm,槽深分别为401μm, 789μm, 647μm;采用水气复合辅助激光加工可以在加工过程中实现较好的冷热平衡,获得最好的加工质量。该研究为更好地实现碳纤维复合材料低损伤加工提供了参考。     

紫外光激光加工盲孔的工艺研究

紫外光(UV)激光因波长短、能量大、加工精度高等优点,被越来越多地应用到PCB微孔制作工艺中。文章研究了UV激光加工φ200μm的盲孔,通过正交试验分析了激光功率、加工速度、激光频率和Z轴高度等各因素与钻孔深度之间的关系,且获得了UV激光制作一阶与二阶盲孔的最佳工艺参数和方法。研究结果表明,钻孔深度随着激光功率和加工速度的增大而增大,而激光频率的增加使钻孔深度减小。     

水辅助激光无重铸层钻孔Al2O3陶瓷实验研究

为了解决传统加工过程中重铸层无法消除的问题，采用超快皮秒激光创新性地在水介质中对Al₂O₃陶瓷进行皮秒激光钻孔实验，并与空气中钻孔结果进行对比，研究了皮秒激光主要参量如单脉冲能量、扫描次数等对陶瓷微孔的孔径、锥度和重铸层厚度的影响规律，并分析讨论不同介质中皮秒激光与Al₂O₃陶瓷相互作用机理及材料去除机制。结果表明，在水介质中激光钻孔直径增加约35μm、微孔锥度降低至1.04°并可获得无重铸层钻孔效果；激光作用过程中水的存在会引起空泡作用、吸收作用和运输作用，有效防止了去蚀材料二次黏附，消除了重铸层和降低了微孔锥度，提升了微孔质量。该研究阐述了水辅助激光钻孔的具体影响状况并加深了对水辅助的影响机理理解。     

准分子激光直写二维图形加工

为了探索准分子激光脉冲直写加工的参数和工艺,建立准分子激光微加工系统和材料加工工艺,对二维加工过程中激光刻蚀效果与扫描速度和激光参数之间的关系进行了理论推导,分析表明最大扫描速度受激光光斑尺寸和重复频率的约束.以玻璃为实验靶材,在2.7×1mm2 范围内进行了二维图形刻蚀实验研究.结果显示,刻蚀对材料周围的热影响很小,刻蚀图形清洁而且清晰,通过控制扫描速度可以获得均匀的二维图形.     

157nm激光微加工过程中激光参量对刻蚀性能的影响

为了研究157nm激光工艺参量对刻蚀件能的影响,采用157nm深紫外激光对两种宽禁带材料(石英玻璃和蓝宝石)进行微刻蚀试验,得到了理想的工艺参量范围,蓝宝石的刻蚀速率大约是石英玻璃的一半,并且蓝宝石的刻蚀表面要比石英玻璃粗糙得多.随着刻蚀深度的增加,光解生成物的脱出变得困难,从而导致刻蚀速率的降低.选用较高的扫描速率和...