一种用于激光切割低温共烧陶瓷的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于激光切割领域，具体涉及一种用于激光切割低温共烧陶瓷的装置及方法。所述装置包括激光器、扩束镜、双轨光学衍射元件、扫描振镜、远心场镜、用于固定待切割工件的X‑Y运动载台，其中，所述激光器发出第一光束，第一光束经扩束镜准直后到达双轨光学衍射元件，所述双轨光学衍射元件将入射的第一光束转化为两束光斑能量分布一致的第二光束射出，到达扫描振镜，所述第二光束经扫描振镜调整方向后再由远心场镜聚焦至待切割工件(低温共烧陶瓷)表面上，对低温共烧陶瓷进行切割。通过双轨光学衍射元件将第一光束转化为两束光斑能量分布一致的第二光束后，再对低温共烧陶瓷进行切割，可有效的提高切割速度和切割质量，提高工作效率。

A Device and Method for Laser Cutting Low Temperature Co-fired Ceramics

The invention belongs to the field of laser cutting, in particular to a device and a method for laser cutting low-temperature co-fired ceramics. The device comprises a laser, a beam expander, a dual-track optical diffraction element, a scanning galvanometer, a telecentric field mirror and an X Y moving platform for fixing the workpiece to be cut. The laser emits a first beam, and the first beam reaches the dual-track optical diffraction element after collimation by the beam expander. The dual-track optical diffraction element converts the first beam into two beam spot energy distribution. A consistent second beam is emitted and reaches the scanning galvanometer. The second beam is adjusted by the scanning galvanometer and then focused by the telecentric field mirror onto the surface of the workpiece to be cut (cryogenic co-fired ceramics) to cut the cryogenic co-fired ceramics. After the first beam is transformed into the second beam with the same energy distribution of the two beams by the double-track optical diffraction element, the cutting speed and quality of the cryogenic co-fired ceramics can be effectively improved and the working efficiency can be improved.

【技术实现步骤摘要】
一种用于激光切割低温共烧陶瓷的装置及方法
本专利技术属于激光切割领域，具体涉及一种用于激光切割低温共烧陶瓷的装置及方法。
技术介绍
近年来，随着军用电子整机、通讯类电子产品及消费类电子产品迅速向短、小、轻、薄方向发展，微波多芯片组件(MMCM)技术因具有重量轻、体积小(尤其受到天线网格间距的限制)，成本低和可靠性高的技术特点而被广泛应用。多层片式元件是实现这一技术的有效途径，从经济和环保角度考虑，微波元器件的片式化，需要微波介质材料与熔点较低、电导率高的金属Cu和Ag的电极共烧，为此人们开发出新型的低温共烧陶瓷(LowTemperatureCofiredCeramics，LTCC)技术。LTCC技术提供了比传统的厚膜、薄膜和高温共烧陶瓷(HTCC)技术更加灵活的设计方法，正成为目前宇航、军事、汽车、微波以及射频通讯领域多芯片组件(MCM)最常用的技术之一。而LTCC技术的整个制程中有切片这一主要的工艺环节，切片是指烧结前将热压后的基板按照设计尺寸(考虑收缩率)切割成单体器件。常规的LTCC低温共烧陶瓷切片设备采用的是传统的刀片切割方法，由于切割过程中机械力挤压作用导致切割道对位偏移以及整片粘片导致的整片报废问题使其加工良率较低(约50％)，耗材费用较高(刀片需定期更换)，在切割道尺寸＜30um的情况下，刀片切割已不满足切片尺寸需求。激光切割方法属于非接触类加工方法，可快速高效的对生陶瓷基板进行精准定位切割，切割精度高，效果好；在5G时代即将到来之际，MMCM技术需要提升到更小尺寸，传统的刀片切割方法已不能满足需求加工需求，激光加工将成为切割生陶瓷片的主要加工方式。目前，传统的紫外纳秒激光+平台运动方式切割LTCC低温共烧陶瓷片有两个问题：1、纳秒激光与材料作用形式包括融化和气化两种，这使得该种激光加工方式会影响切割质量，包括截面电极区域发黑问题以及端面切割锥度问题；2、平台加工方式的加工速度较慢，在保证切割质量前提下，需要用较低能量的激光来回切割数次，这使得平台加工的效率较慢，无法满足加工需求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于激光切割低温共烧陶瓷的装置及方法，解决现有的激光加工低温共烧陶瓷时，出现加工质量差以及加工速度较慢等问题。为解决该技术问题，本专利技术提供一种用于激光切割低温共烧陶瓷的装置，包括激光器、扩束镜、双轨光学衍射元件、扫描振镜、远心场镜、用于固定待切割工件的X-Y运动载台，其中，所述激光器发出第一光束，第一光束经扩束镜准直后到达双轨光学衍射元件，所述双轨光学衍射元件将入射的第一光束转化为两束光斑能量分布一致的第二光束射出，到达扫描振镜，所述第二光束经扫描振镜调整方向后由远心场镜聚焦，再对X-Y运动载台上的待切割工件进行切割。本专利技术的更进一步优选方案是：所述装置还包括设置在双轨光学衍射元件与扫描振镜之间的多光点光学衍射元件，所述多光点光学衍射元件可将双轨光学衍射元件整形后的两束第二光束转换为多束光斑能量分布一致的多光束。本专利技术的更进一步优选方案是：所述装置还包括设置在X-Y运动载台一侧的用于与激光器配合完成切割的CCD同步影像监控系统。本专利技术的更进一步优选方案是：所述装置还包括设置在激光器与扫描振镜之间的多个用于连接光路的反射镜。本专利技术的更进一步优选方案是：所述装置还包括设置在X-Y运动载台一侧的旁轴吹气装置。本专利技术的更进一步优选方案是：所述激光器为紫外皮秒激光器，激光波长为343nm，最大输出功率为30w，脉冲宽度＜10ps，重复频率为400KHz～800KHz，最大脉冲能量为75uJ。本专利技术的更进一步优选方案是：所述反射镜与扩束镜之间设有用于防止激光束漏光的光闸。本专利技术还提供一种用于激光切割低温共烧陶瓷的装置的激光切割方法，包括步骤：A、激光器出光，射出第一光束到达扩束镜；B、第一光束经扩束镜准直后到达双轨光学衍射元件；C、所述双轨光学衍射元件将第一光束转化为两束光斑能力分布一致的第二光束后，两束第二光束射向多光点光学衍射元件；D、所述两束第二光束经多光点光学衍射元件整形为多光束后射向扫描振镜；E、扫描振镜调整多光束的方向后，由远心场镜聚焦对X-Y台上的陶瓷片进行切割。本专利技术的更进一步优选方案是：所述步骤C还包括步骤；调节双轨光学衍射元件与远心场镜的距离，以改变两个第二光束光斑之间的距离。本专利技术的更进一步优选方案是：所述步骤D还包括步骤；旋转多光点光学衍射元件，以改变多光束的光斑之间的距离。本专利技术的有益效果在于，所述激光器发出第一光束，第一光束经扩束镜准直后到达双轨光学衍射元件，所述双轨光学衍射元件将入射的第一光束转化为两束光斑能量分布一致的第二光束射出，到达扫描振镜，所述第二光束经扫描振镜调整方向后由远心场镜聚焦至待切割工件(低温共烧陶瓷)表面上，进行低温共烧陶瓷的切割，通过双轨光学衍射元件将入射光束进行分为两束光斑能量分布一致的第二光束对低温共烧陶瓷进行切割，可有效的提高切割速度，以及切割质量，提高工作效率。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术用于激光切割低温共烧陶瓷的装置结构示意图；图2是本专利技术双轨光学衍射元件工作原理图；图3是本专利技术多光点光学衍射元件工作原理图；图4是本专利技术光束整形效果图；图5是本专利技术激光切割效果示意图；图6是本专利技术另一激光切割效果示意图；图7是本专利技术激光切割低温共烧陶瓷的方法的流程图。具体实施方式本专利技术提供一种用于激光切割低温共烧陶瓷的装置，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1、图2所示，本专利技术较佳实施例的一种用于激光切割低温共烧陶瓷的装置，包括激光器1、扩束镜2、双轨光学衍射元件3、扫描振镜4、远心场镜5、用于固定待切割工件的X-Y运动载台6，其中，所述激光器1发出第一光束，第一光束经扩束镜2准直后到达双轨光学衍射元件3，所述双轨光学衍射元件3将入射的第一光束转化为两束光斑能量分布一致的第二光束射出，到达扫描振镜4，所述两束第二光束经扫描振镜4调整方向后由远心场镜5聚焦，再对X-Y运动载台6上的待切割工件(低温共烧陶瓷)进行切割。通过双轨光学衍射元件3将入射光束进行分为两束光斑能量分布一致的第二光束对低温共烧陶瓷进行切割，可有效的解决端面切割锥度过大的问题，同时两光束同时进行切割，可有效的提高切割速度，提高工作效率。更进一步的，所述扩束镜2将具有一定发散角的高斯光束准直，而且可将光束半径扩大，从而减小最终聚焦光斑直径，增大切割精度。更进一步的，如图1所示，所述X-Y运动载台6设有真空吸附装置，通过增加一个真空吸附装置可以有效的固定放置在X-Y运动载台上的待切割工件，保证切割工作的正常进行。所述扫描振镜包含两个旋转电机，其中每个旋转电机上设有一片反射镜片，加工的孔型通过旋转电机控制反射镜片的旋转进而控制出射光束的运动轨迹而实现。射入扫描振镜的光束，经扫描振镜内部两个反射镜片的角度调整，将所需直线由切割软件快速转换为电信号拟合出运动轨迹，最后光束经由远心场景聚焦至生陶瓷样品表面上，实现不同形状的切割。更进一步的，如图1、图3、图5所示，所述装置还包括设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于激光切割低温共烧陶瓷的装置，其特征在于，包括激光器、扩束镜、双轨光学衍射元件、扫描振镜、远心场镜、用于固定待切割工件的X‑Y运动载台，其中，所述激光器发出第一光束，第一光束经扩束镜准直后到达双轨光学衍射元件，所述双轨光学衍射元件将入射的第一光束转化为两束光斑能量分布一致的第二光束射出，到达扫描振镜，所述第二光束经扫描振镜调整方向后由远心场镜聚焦，再对X‑Y运动载台上的待切割工件进行切割。

【技术特征摘要】
1.一种用于激光切割低温共烧陶瓷的装置，其特征在于，包括激光器、扩束镜、双轨光学衍射元件、扫描振镜、远心场镜、用于固定待切割工件的X-Y运动载台，其中，所述激光器发出第一光束，第一光束经扩束镜准直后到达双轨光学衍射元件，所述双轨光学衍射元件将入射的第一光束转化为两束光斑能量分布一致的第二光束射出，到达扫描振镜，所述第二光束经扫描振镜调整方向后由远心场镜聚焦，再对X-Y运动载台上的待切割工件进行切割。2.根据权利要求1所述的用于激光切割低温共烧陶瓷的装置，其特征在于，所述装置还包括设置在双轨光学衍射元件与扫描振镜之间的多光点光学衍射元件，所述多光点光学衍射元件可将双轨光学衍射元件整形后的两束第二光束转换为多束光斑能量分布一致的多光束。3.根据权利要求1所述的用于激光切割低温共烧陶瓷的装置，其特征在于，所述装置还包括设置在X-Y运动载台一侧的用于与激光器配合完成切割的CCD同步影像监控系统。4.根据权利要求1所述的用于激光切割低温共烧陶瓷的装置，其特征在于，所述装置还包括设置在激光器与扫描振镜之间的多个用于连接光路的反射镜。5.根据权利要求1所述的用于激光切割低温共烧陶瓷的装置，其特征在于，所述装置还包括设置在X-Y运动载台一侧的旁轴吹气装置。6.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈畅，王朝帆，柳啸，何俊，杨深明，张红江，卢建刚，马国东，尹建刚，高云峰，
申请(专利权)人：大族激光科技产业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44