不同的实施例可用于基于激光的改性工件的靶材料，同时有利地实现加工处理量和/或质量的提高。加工的方法的实施例可包括以足够短的脉冲宽度将激光脉冲聚焦并导向工件的一区域，以便通过从所述区域非线性光学吸收有效地去除材料并且热影响区的量和所述区域内或区域附近或两者的材料上的热应力相对于使用具有更长脉冲的激光可得到的量有减少。在至少一个实施例中，超短脉冲激光系统可包括光纤放大器或光纤激光器中的至少一个。不同的实施例可适用于切割、切片、划片和在复合材料上或复合材料内形成结构中的至少一种。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及脉冲激光和利用高重复率脉冲激光加工材料。
技术介绍
复合材料是具有例如明显不同物理和/或化学特性的至少两种不同材料的工程材料。所述不同材料的物理和/或化学特性在复合材料内在宏观或微观上可保持基本上独立、不同或可区分。举例来说，材料可由补强物(例如，纤维、微粒、薄片和/或填充物)嵌埋在基材(例如，聚合物、金属和/或陶瓷)中而构成。基材容纳补强物以形成希望的形状，同时补强物改进基材的整体机械特性。复合材料被用于各种应用中，这是由于其不同材料特性的组合，例如强度和轻质、挠性和刚性、耐化学性和耐火性等等。印刷电路板(PCB)的部分可用复合材料制备，以便具有机械强度、满足重量限制、挠性和/或刚性以及耐热性和耐化学性。用于高速电子器件的PCB可包括低-k电介质(材料)，扩大了复合材料的功能性。低_k材料可包括介电常数小于二氧化硅的介电常数的材料。例如，低_k材料可包括电介质材料，例如掺杂二氧化硅、聚合物电介质等。希求绿色技术(环保技术)以及无铅和无害材料的相关使用也是考虑因素。因此，在各种PCB设计的制造中挑战是显而易见的。玻璃纤维基材、碳纤维基材或金属结构可被用于强化复合材料的机械结构，其中所述结构被宿驻在聚合物或有机树脂中以便机械稳定形状。例如，Garolite (结合填充有 环氧树脂的玻璃纤维网)是电子器件PCB常用的基片。复合材料(例如，可用于PCB基片)可包括例如NationalElectricalManufacturers Association(NEMA)(美国电器制造商协会)等级FR-1,FR_2,FR-3，FR-4，FR-5, FR-6, G-10，和复合环氧树脂材料包括 CEM-1，CEM-2，CEM-3，CEM-4，CEM-5等。复合材料可包括具有环氧树脂粘合剂的玻璃纤维布织物，树脂粘合纸，具有玻璃纤维织物表面的纤维素纸，玻璃布和环氧树脂，棉纸和环氧树脂，毛面玻璃和聚酯，玻璃布和聚酯，以及玻璃强化环氧层压材料。在一些类型的PCB中，PCB的导电层由薄的导电箔片或层(例如，铜)制成，而电介质材料的绝缘层通过环氧树脂预浸(预浸处理)复合(材料)纤维进行层压。在一些情况，电介质材料可包括聚四氟乙烯(PTFE或Teflon )、聚酰亚胺、FR-I、FR-4、CEM-UP /或CEM-3。在一些情况，预浸(处理)材料可包括FR-2、FR-3、FR-4、FR-5、FR-6、G-IO、CEM-I、CEM-2、CEM-3、CEM-4、和 / 或 CEM-5。例如，某些 PCB 包括绝缘 FR-4 层，在绝缘层FR-4层上层压有薄层的铜箔(在FR-4层的一个面或两个面上)。导电层(例如，铜箔)的厚度可以在从约10 μ m到约100 μ m的范围内(例如，约18 μ m或约35 μ m)。可以采用其它的导电层厚度。PCB基片的厚度可以在从约500 μ m到约1500 μ m的范围内(例如，约800 μ m或约1000 μ m)。可以采用其它的基片厚度(例如，约30 μ m到约250 μ m)。在一些情况，PCB可包括层压有绝缘(例如，电介质)层的约I和20层之间(即约1-20层)的导电层(例如，铜)。在一些情况，PCB可包括多层PCB，其中多个PCB层被结合在一起。在一些情况，PCB可涂覆有一种或多种物质(例如，蜡、硅橡胶、聚氨酯、丙烯酸树脂、或环氧树脂)，以抑制腐蚀和短路。包括有所述复合材料的PCB的物理分离例如切割并非没有挑战性。传统的机械切割是最常用的方法，但具有明显的缺陷。当材料厚度变得小于约1000 μ m时，用机锯进行切割可导致各种问题，例如崩缺、磨损、开裂和分层(脱层)。高速PCB可具有厚度为约125 μ m的基片，并且基片厚度可在从约30 μ m到约250 μ m的范围内。此外，可能需要专用工具对薄PCB进行机械切割，尤其是如果需要不规则的形状。化学处理(化学加工)要承受较高的环境代价并且同时在很多工业应用中被认为是非绿色环保的。
技术实现思路
至少由于前述的挑战和限制，申请人认识到不仅需要高效地机器加工材料而且还要避免热或机械弱化材料，所述副作用由不希望的热效应所导致。对于某些实施例，能排除昂贵的处理(加工)步 骤的解决方案是非常需要的。因此，本文所述的系统和方法的不同实施例可被用于基于激光改性工件的复合靶材料，同时实现加工处理量和/或质量的改进。使用所述系统和方法的实施例的激光加工可能对于替换传统机械切割方法是有吸引力的，并且对于一些应用可结合机械切割(或其它加工工艺)使用。在一个总体方面，提供了一种激光加工具有复合材料的工件的方法。所述方法可包括以足够短的脉冲宽度将激光脉冲聚焦并导向工件的复合材料的区域，以便控制一种或多种材料内的热积聚使得能够快速材料去除来自所述区域的材料，并且使热影响区(HAZ)减小或最小化和/或使区域内或接近区域的碳化材料量相对于在更长脉冲下可获得的量减少。例如，在所述方法的一些实施例中，脉冲宽度可以在约IOfs到约500ps的范围内。在另一总体方面，一种激光加工具有复合材料的复合工件的方法可包括将激光脉冲聚焦并导向所述复合材料的区域。在另一总体方面，将超短(例如，fs)脉冲用于加工复合材料例如高速PCB减少了切口宽度、切口质量和脉冲间的空间重叠之间的至少一些权衡。当PCB结构越小时切口尺寸控制可能越重要；切口尺寸和HAZ尺寸可能都需要减小。如本文示例所示，用超短(例如，fs)脉冲在非线性吸收区域中作业产生高质量切割。至少一个实施例包括划片、切割、切片或加工以便从具有复合材料的工件的一区域去除材料的方法，所述复合材料包括具有不同光学性能的至少两种非金属材料。所述方法包括将激光脉冲导向复合材料工件，所述激光脉冲具有至少一个脉冲宽度在(大于)十飞秒到约500皮秒的范围内并且脉冲重复率在从大于十(或几十)kHz到约IOMHz的范围内。所述方法包括将激光脉冲聚焦成光斑尺寸(Ι/e2)在几微米(即大于I微米)到约100 μ m的范围内的激光光斑，其中至少一个聚焦激光脉冲提供的功率密度高于以至少一个激光脉冲的波长在复合材料非线性吸收的阈值。所述方法包括相对于工件定位激光光斑，使得用于去除材料的相邻聚焦光斑(Ι/e2)之间的空间重叠足以在所述波长、脉冲宽度、重复率和功率密度下划片、切割、切片或加工所述工件。所述方法控制所述工件区域的一种或多种材料内的热积聚，同时限制区域周围不需要材料的积聚。在不同的实施例中，所述工件的复合材料包括材料结构及其基质材料。在不同的实施例中，所述工件包括非复合材料，所述非复合材料被设置成与所述复合材料接触，并且所述方法包括去除所述非复合材料中的至少一部分。在不同的实施例中，作用到非复合材料的脉冲的能量密度高于对应于在所述波长线性吸收的单脉冲烧蚀阈值。在不同的实施例中，所述非复合材料包括金属。在不同的实施例中，所述非复合材料包括聚合物。在不同的实施例中，所述工件包括至少两层非复合材料，并且所述复合材料被设置在至少两层非复合材料之间，并且所述方法包括从至少一层非复合材料中去除至少一部分的非复合材料。在不同的实施例中，所述工件的厚度小于约1000 μ m。在不同的实施例中，至少一个脉冲的能量密度(能流)在从约O. 01J/cm2到约I本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：许景周，曹圭千，L·沙，孙晋嵘，
申请(专利权)人：IMRA美国公司，
类型：
国别省市：
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