皮秒激光旋切加工微孔试验研究

孙树峰， 廖惠鹏， 吴旭浩， 章 斌

(1.青岛理工大学 机械工程学院， 青岛 266520；2.温州大学 机电工程学院， 温州 325035;3.浙江久恒光电科技有限公司， 温州 325035)

引 言

近年来，在微流体器件制造、电子封装等领域对高深径比、高质量微孔加工的需求越来越多[1-5]。微孔一般指直径小于300μm的孔，在精密加工领域，尤其对微孔的尺寸及质量提出了很高的要求。传统打孔方法包括机械钻孔、电火花打孔和电子束打孔等都存在一定的局限性[6]，采用激光加工技术被认为是实现高效精密制孔的一个有效途径[7]，超短脉冲(皮秒、飞秒)激光加工时能够有效减小长脉冲激光产生的热影响等问题，其中飞秒激光的“冷加工”效应能够获得更好的加工质量[8]，但造价昂贵的飞秒激光器目前很难实现大规模工业化应用，而性价比相对较高的皮秒激光在微加工行业已得到较为广泛的应用[7-10]。本试验中所用的皮秒激光脉冲宽度为200ps，远高于热量在电子-晶格中的弛豫时间(10ps)，在打孔过程中由于热积累会导致热烧蚀，为提高所加工微孔的质量，需研究旋切速率和激光参量等因素对加工质量的影响。

本试验中采取的旋切打孔法通过实现激光束与加工材料的相对旋转运动，可以避免由于高斯光束的能量分布不均匀而造成的微孔圆度缺陷，这种加工方法有效地提高了所加工微孔的圆度，避免了非圆形光斑(如椭圆光斑)造成的加工误差。在激光束相对工件持续旋转扫描运动的过程中，能够逐层去除材料，使得此种加工微孔的工艺方法能够在一定程度上提高所加工孔的深度。……