本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于空間組合激光焦點(diǎn)的多層材料分層銑削加工系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

目前的紫外激光電路板盲孔鉆孔，屬于激光加工領(lǐng)域高難度領(lǐng)域，一般PCB板特別是柔性電路板，是多層材料疊加而成，激光需要在很小的維度(一般是10毫米以內(nèi))進(jìn)行去除銅皮、銅皮下面的絕緣層，且不傷下一層的底銅，且要求孔壁光滑，表面銅皮不翹起，并要求高速鉆孔。目前據(jù)了解所有的紫外激光PCB盲孔鉆孔，在去除銅皮之間的絕緣層的時(shí)候，主要是去除聚酰亞胺等材料，都是采用激光焦點(diǎn)離焦的做法，即激光先聚焦在銅皮表面，去掉銅皮以后，激光焦點(diǎn)離開銅皮，采用離焦大光斑進(jìn)行清除銅皮下面的絕緣層材料，由于離焦光斑峰值功率低，因此該離焦光斑僅僅去除絕緣層，不去除銅層，因此可以獲得滿意的盲孔。但是，由于激光離焦運(yùn)動(dòng)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)激光鉆孔時(shí)間，因此，激光焦點(diǎn)離焦清除電路板絕緣材料層是一個(gè)非常低效但是無(wú)奈的辦法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于空間組合激光焦點(diǎn)的多層材料分層銑削加工系統(tǒng)及方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：

一方面，本發(fā)明提供了一種基于空間組合激光焦點(diǎn)的多層材料分層銑削鉆孔系統(tǒng)，包括開窗銑削激光器、選擇銑削激光器、激光合束器和激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊；

所述開窗銑削激光器，用于產(chǎn)生第一開窗銑削激光束，并入射激光合束器；

所述選擇銑削激光器，用于產(chǎn)生第一選擇銑削激光束，并入射激光合束器；

所述激光合束器，用于對(duì)入射的所述第一開窗銑削激光束和第一選擇銑削激光束進(jìn)行合束，輸出相同方向平行傳輸?shù)牡诙_窗銑削激光束和第二選擇銑削激光束，并分別入射所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊；

所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊，用于對(duì)所述相同方向平行傳輸?shù)牡诙_窗銑削激光束和第二選擇銑削激光束進(jìn)行聚焦，獲得空間組合激光聚焦焦點(diǎn)，并控制所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)在待加工工件的不同孔位之間進(jìn)行切換，或者，控制所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)在待加工工件的一個(gè)孔位處進(jìn)行銑削運(yùn)動(dòng)；其中，所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)包括開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)和選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)，當(dāng)所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)處于靜態(tài)時(shí)，所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心和所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心的離散度小于10毫米；

所述待加工工件為多層材料疊加而成的薄片板，其中，多層材料分為激光破壞閾值高材料和激光破壞閾值低材料；當(dāng)所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)銑削所述待加工工件的盲孔時(shí)，所述待加工工件包含至少三層，激光傳輸最先遇到的一層材料和所述盲孔的孔底材料為激光破壞閾值高材料，加工盲孔時(shí)最后被銑削的一層材料為激光破壞閾值低材料；

在盲孔加工過(guò)程中，所述開窗銑削激光器出光，由形成的開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)，通過(guò)控制包含開窗銑削激光器激光出光時(shí)間、開窗銑削激光焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度在內(nèi)的工藝條件控制激光銑削深度，對(duì)待加工工件的除了加工盲孔時(shí)最后被銑削的一層材料外的其他材料層完成銑削加工；然后所述選擇銑削激光器出光，由形成的選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)對(duì)待加工工件的加工盲孔時(shí)最后被銑削的一層材料完成銑削加工；

所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的激光峰值功率密度高于所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的激光峰值功率密度，且足以銑削所述激光破壞閾值高材料，所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)激光峰值功率密度足以銑削所述激光破壞閾值低材料，但不足以銑削所述激光破壞閾值高材料。

需要說(shuō)明的是，所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心和所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心的離散度小于10毫米，指的是所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心和所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心的空間最大距離小于10毫米，只有開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)和選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)才構(gòu)成空間組合激光聚焦焦點(diǎn)。只有激光焦點(diǎn)之間足夠靠近，才能夠在加工盲孔時(shí)候發(fā)揮最大的加工效率。

需要說(shuō)明的是，激光破壞閾值高材料，說(shuō)明需要高峰值功率密度的激光脈沖聚焦進(jìn)行加工；激光破壞閾值低材料，說(shuō)明只需要滿足激光破壞材料閾值的激光脈沖聚焦光斑進(jìn)行加工即可，即低峰值功率激光器；

本發(fā)明的有益效果為：多束激光通過(guò)同一激光聚焦系統(tǒng)聚焦，即多束激光均通過(guò)激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊進(jìn)行聚焦，其中多束激光中開窗銑削激光束進(jìn)行高速高精度微細(xì)光斑聚焦鉆孔，對(duì)待加工工件中激光破壞閾值高材料進(jìn)行銑削加工，多束激光中選擇銑削激光束對(duì)待加工工件中激光破壞閾值低材料進(jìn)行銑削加工。本發(fā)明采用不同特性的激光聚焦焦點(diǎn)對(duì)待加工工件的不同種類材料的加工層進(jìn)行銑削加工，結(jié)合振鏡掃描進(jìn)行孔與孔之間加工切換等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效高精度高質(zhì)量激光鉆孔，非常適合于對(duì)由多層材料組成的待加工工件的銑削加工。

特別是在由多種不同激光破壞閾值材料構(gòu)成的多層薄片板的盲孔應(yīng)用中，采用不同峰值功率密度的激光焦點(diǎn)，高峰值功率密度的開窗銑削激光焦點(diǎn)進(jìn)行大刀闊斧的開窗銑削加工，在加工到盲孔孔底最后一層的激光破壞閾值低材料時(shí)停下，否則高峰值功率密度的開窗銑削激光焦點(diǎn)很容易打穿孔底或者沒(méi)有打穿孔底但孔底的激光破壞閾值低材料沒(méi)有清理干凈，直接影響后道工序的填空鍍銅工序。采用申請(qǐng)技術(shù)方案，此時(shí)不需要再采用傳統(tǒng)的方法，即讓開窗銑削激光焦點(diǎn)離焦來(lái)加工盲孔孔底最后一層待加工的激光破壞閾值低材料，而是由選擇銑削激光焦點(diǎn)進(jìn)行輕松的選擇性銑削這層材料，不擔(dān)心會(huì)傷及孔底，因?yàn)檫x擇銑削激光焦點(diǎn)的峰值功率不足以打壞盲孔孔底那層激光破壞閾值高材料，而選擇銑削激光束的出光延時(shí)時(shí)間大約不到1微秒，如果采用激光焦點(diǎn)離焦方式，一般需要300毫秒才可以進(jìn)行這一層材料的銑削加工，因此，本申請(qǐng)這種方案節(jié)省了大量的激光加工時(shí)間，此時(shí)不擔(dān)心傷害盲孔孔底材料，穩(wěn)定工藝參數(shù)區(qū)間大大擴(kuò)寬。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以作如下改進(jìn)。

進(jìn)一步的，所述開窗銑削激光器為短激光脈沖激光器，所述選擇銑削激光器為長(zhǎng)激光脈沖激光器，其中，長(zhǎng)短是所述開窗銑削激光器與所述選擇銑削激光器相對(duì)而言。

如此選擇的原因是，激光破壞閾值高材料需要采用高峰值功率激光器加工，因此所述開窗銑削激光器選擇窄脈寬激光器，而激光破壞閾值低材料如果也采用高峰值功率激光器加工，非常容易產(chǎn)生大量等離子體，不但影響后續(xù)激光脈沖的進(jìn)一步耦合到材料表面，而且?guī)?lái)大量熱影響區(qū)(等離子體加熱造成加工區(qū)域過(guò)熱)，非常影響激光加工效率和效果，因此所述選擇銑削激光器選擇長(zhǎng)脈寬激光器，可以非常好的避免等離子體的大量產(chǎn)生，非常有利于保障好的激光加工效率和效果。這就是對(duì)于多層材料的加工，采用空間組合激光聚焦焦點(diǎn)帶來(lái)的好處，可以針對(duì)待加工材料的種類，選用不同的激光光源進(jìn)行組合。

進(jìn)一步，所述離散度小于100微米，盡量減少所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)和選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)之間的空間距離，為所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)和選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)對(duì)同一個(gè)孔位加工節(jié)省空間移動(dòng)時(shí)間，進(jìn)而節(jié)省加工時(shí)間。

進(jìn)一步的，還包括光束整形器，所述光束整形器位于所述選擇銑削激光器與所述激光合束器之間，用于對(duì)第一選擇銑削激光束進(jìn)行光束整形，使得經(jīng)過(guò)所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊聚焦后的選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)為平頂光斑或者準(zhǔn)平頂光斑；或者所述光束整形器位于所述開窗銑削激光器與所述激光合束器之間，用于對(duì)第一開窗銑削激光束進(jìn)行光束整形，使得經(jīng)過(guò)所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊聚焦后的開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)為平頂光斑或者準(zhǔn)平頂光斑。

所述光束整形器可以是微透鏡陣列、鼓型透鏡陣列、高透過(guò)率散射片、方形/八邊形光纖均勻、光束整形透鏡、衍射光學(xué)元件(二元光學(xué)器件)或者這些形式的組合，使得所述開窗銑削激光束和/或所述選擇銑削激光束經(jīng)所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊聚焦獲得橫向場(chǎng)強(qiáng)分布為平頂或者準(zhǔn)平頂?shù)拈_窗銑削激光聚焦光斑和/或選擇銑削激光聚焦光斑。開窗銑削激光聚焦光斑，可以獲得好的開窗銑削效果，減小銑削錐度；選擇銑削激光焦點(diǎn)選用平頂分布激光光斑，可獲得較好的激光銑削效果。

進(jìn)一步的，在待加工工件表面，所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的光斑直徑大于所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的光斑直徑。

所述進(jìn)一步的有益效果為：考慮到不同材料特性，對(duì)于激光破壞閾值高材料，可以采用短脈寬激光光源，對(duì)于激光破壞閾值高材料，可以采用長(zhǎng)脈寬激光光源，長(zhǎng)脈寬激光光源在加工激光破壞閾值低材料時(shí)候，相對(duì)不容易產(chǎn)生激光等離子體，有利于提升激光加工效率和品質(zhì)，而采用空間組合激光聚焦焦點(diǎn)加工多層材料疊加的盲孔，非常適合于采用不同特性的光源聚焦形成空間組合激光聚焦焦點(diǎn)，加工不同的材料就使用不同特性的激光焦點(diǎn)進(jìn)行加工，其中，不同特性的激光焦點(diǎn)是指激光焦點(diǎn)的光斑大小、光斑激光能量分布、光斑激光峰值功率密度、光斑激光脈沖能量何光斑激光脈沖寬度等不同。其中，激光聚焦焦點(diǎn)的不同特性，是由對(duì)應(yīng)激光光源輸出特性、光束傳輸外光路的配置決定的，可以根據(jù)具體應(yīng)用需要進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，所述的光束傳輸外光路包括但不限于激光擴(kuò)束、激光光束整形、激光聚焦系統(tǒng)等。

進(jìn)一步的，還包括激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊，所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊位于所述開窗銑削激光器和所述激光合束器之間，用于對(duì)所述第一開窗銑削激光束進(jìn)行運(yùn)動(dòng)調(diào)制，進(jìn)而帶動(dòng)對(duì)應(yīng)的開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)進(jìn)行銑削運(yùn)動(dòng)；或者，

所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊位于所述選擇銑削激光器和所述激光合束器之間，用于對(duì)所述第一選擇銑削激光束進(jìn)行運(yùn)動(dòng)調(diào)制，進(jìn)而帶動(dòng)對(duì)應(yīng)的選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)進(jìn)行銑削運(yùn)動(dòng)；或者，

所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊位于所述激光合束器和所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊之間，用于對(duì)合束后的第二開窗銑削激光束和第二選擇銑削激光束進(jìn)行運(yùn)動(dòng)調(diào)制，進(jìn)而帶動(dòng)選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)和選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)進(jìn)行銑削運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步的，當(dāng)所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊位于所述開窗銑削激光器和所述激光合束器之間時(shí)，或者，當(dāng)所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊位于所述選擇銑削激光器和所述激光合束器之間時(shí)，所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊，還用于調(diào)制所述第一開窗銑削激光束或者調(diào)制所述第一選擇銑削激光束，使得所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心和所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心向待加工孔位中心靠攏，從而調(diào)整所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心和所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心的離散度；

當(dāng)所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊位于所述激光合束器和所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊之間時(shí)，所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊，還用于調(diào)制所述第二開窗銑削激光束或者第二選擇銑削激光束，使得所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)或所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)向待加工孔位中心靠攏，從而調(diào)整所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心和所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心的離散度。

所述進(jìn)一步的有益效果為：這種設(shè)計(jì)的好處是，隨著系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間使用后，由于機(jī)臺(tái)的機(jī)械應(yīng)力形變等原因造成空間組合激光聚焦焦點(diǎn)內(nèi)各焦點(diǎn)空間位置發(fā)生變化時(shí)，所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊可以補(bǔ)償這些細(xì)微變化，確保了系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定使用，確保空間組合激光聚焦焦點(diǎn)的離散度在一定范圍內(nèi)，從而確保空間組合激光焦點(diǎn)對(duì)同一孔位加工的高效快捷。

進(jìn)一步的，所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊為聲光偏轉(zhuǎn)器或電光偏轉(zhuǎn)器或壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)反射鏡或電流計(jì)驅(qū)動(dòng)反射鏡或折射棱鏡或電主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)折射棱鏡或其中任意兩者或多者的組合；

當(dāng)所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊為聲光偏轉(zhuǎn)器時(shí)，聲光偏轉(zhuǎn)器通過(guò)改變聲光偏轉(zhuǎn)器的驅(qū)動(dòng)源的載波頻率調(diào)節(jié)所述入射激光的布拉格光柵反射角，改變?nèi)肷浼す鈧鬏敺较颍?/p>

當(dāng)所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊為電光偏轉(zhuǎn)器時(shí)，通過(guò)改變電光偏轉(zhuǎn)器的驅(qū)動(dòng)源的電壓調(diào)節(jié)所述入射激光傳輸方向；

壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)反射鏡或電流計(jì)驅(qū)動(dòng)反射鏡，是指反射鏡被驅(qū)動(dòng)偏擺，入射到反射鏡的激光束偏擺角發(fā)生變化；或，電流計(jì)驅(qū)動(dòng)折射棱鏡，是指折射鏡被驅(qū)動(dòng)偏擺，入射到折射棱鏡的激光束經(jīng)折射后折射角度發(fā)生變化；

電主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)折射棱鏡，是指折射棱鏡旋轉(zhuǎn)時(shí)，入射到折射棱鏡的激光束經(jīng)折射后折射光束發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步的，所述激光合束器為偏振合束元件或?yàn)橹辽賰蓚€(gè)反射鏡的組合。

進(jìn)一步的，所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊為振鏡掃描聚焦單元或平臺(tái)移動(dòng)靜態(tài)聚焦單元；

所述振鏡掃描聚焦單元包括掃描平場(chǎng)聚焦鏡和掃描振鏡；所述掃描平場(chǎng)聚焦鏡用于對(duì)從所述激光合束器輸出的第二開窗銑削激光束和第二選擇銑削激光束進(jìn)行聚焦，獲得空間組合激光聚焦焦點(diǎn)；所述掃描振鏡用于控制所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)在待加工工件的不同加工孔位之間的高速切換，或者在一個(gè)孔位對(duì)激光焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)調(diào)制；

或者，所述振鏡掃描聚焦單元包括掃描平場(chǎng)聚焦鏡、掃描振鏡和二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)；所述掃描平場(chǎng)聚焦鏡對(duì)從所述激光合束器輸出的第二開窗銑削激光束和第二選擇銑削激光束進(jìn)行聚焦，獲得空間組合激光聚焦焦點(diǎn)；所述掃描振鏡用于控制所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)在待加工工件的不同加工孔位之間的高速切換，或者在一個(gè)孔位對(duì)激光焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)調(diào)制；所述二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)用于承載待加工工件以及加工區(qū)域的切換或者與振鏡掃描進(jìn)行復(fù)合聯(lián)動(dòng)；

所述平臺(tái)移動(dòng)靜態(tài)聚焦單元包括靜態(tài)聚焦鏡和線性移動(dòng)平臺(tái)，所述靜態(tài)聚焦鏡用于對(duì)從所述激光合束器輸出的第二開窗銑削激光束和第二選擇銑削激光束進(jìn)行聚焦，獲得空間組合激光聚焦焦點(diǎn)；所述線性移動(dòng)平臺(tái)用于控制所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)在待加工工件的不同加工孔位之間的切換。

進(jìn)一步的，當(dāng)空間組合激光焦點(diǎn)對(duì)同一個(gè)孔位進(jìn)行加工時(shí)，如果所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)和/或選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)沒(méi)有進(jìn)入孔位加工位置，則需要所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊或者所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊把對(duì)應(yīng)的激光焦點(diǎn)切換到對(duì)應(yīng)孔位進(jìn)行加工。

最好的情況是，不經(jīng)過(guò)所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊或者所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊調(diào)整，所述窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)和/或選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)同時(shí)處于待加工孔位位置，這樣最省鉆孔時(shí)間。

進(jìn)一步的，所述待加工工件為多層電路板基材，所述激光破壞閾值高材料為銅或者金或者銀，或者其他導(dǎo)電材料，所述激光破壞閾值低材料為聚酰亞胺、聚酯、丙烯酸粘接層或改良型環(huán)氧樹脂。

進(jìn)一步的，所述開窗銑削激光器和所述選擇銑削激光器可以為同一臺(tái)激光器，該激光器發(fā)出激光經(jīng)過(guò)光路切換光開關(guān)進(jìn)行光路切換，分別產(chǎn)生第一開窗銑削激光束和第一選擇銑削激光束。

另一方面，本發(fā)明提供了一種基于空間組合激光焦點(diǎn)的多層材料分層銑削加工方法，包括：

S1，由開窗銑削激光器產(chǎn)生的第一開窗銑削激光束以及由選擇銑削激光器產(chǎn)生的第一選擇銑削激光束分別入射激光合束器；

S2，激光合束器對(duì)所述第一開窗銑削激光束和第一選擇銑削激光束進(jìn)行合束，輸出相同方向平行傳輸?shù)牡诙_窗銑削激光束和第二選擇銑削激光束，并入射激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊；

S3，激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊對(duì)所述相同方向平行傳輸?shù)牡诙_窗銑削激光束和第二選擇銑削激光束進(jìn)行聚焦，獲得空間組合激光聚焦焦點(diǎn)，并控制所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)在待加工工件的不同孔位之間進(jìn)行切換，或者，控制所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)在待加工工件的一個(gè)孔位處進(jìn)行銑削運(yùn)動(dòng)；其中，所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)包括開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)和選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)，當(dāng)所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)處于靜態(tài)時(shí)，所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心和所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心的離散度小于10毫米；

所述待加工工件為多層材料疊加而成的薄片板，其中，多層材料分為激光破壞閾值高材料和激光破壞閾值低材料；當(dāng)所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)銑削所述待加工工件的盲孔時(shí)，所述待加工工件包含至少三層，激光傳輸最先遇到的一層材料和所述盲孔的孔底材料為激光破壞閾值高材料，加工盲孔時(shí)最后被銑削的一層材料為激光破壞閾值低材料；

在盲孔加工過(guò)程中，所述開窗銑削激光器出光，由形成的開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)，通過(guò)控制包含開窗銑削激光器激光出光時(shí)間、開窗銑削激光焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度在內(nèi)的工藝條件控制激光銑削深度，對(duì)待加工工件的除了加工盲孔時(shí)最后被銑削的一層材料外的其他材料層完成銑削加工；然后所述選擇銑削激光器出光，由形成的選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)對(duì)待加工工件的加工盲孔時(shí)最后被銑削的一層材料完成銑削加工；

所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的激光峰值功率密度高于所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的激光峰值功率密度，且足以銑削所述激光破壞閾值高材料，所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)激光峰值功率密度足以銑削所述激光破壞閾值低材料，但不足以銑削所述激光破壞閾值高材料。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以作如下改進(jìn)。

進(jìn)一步的，還包括：

在所述選擇銑削激光器與所述激光合束器之間設(shè)置光束整形器，對(duì)第一選擇銑削激光束進(jìn)行光束整形，使得經(jīng)過(guò)所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊聚焦后的選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)為平頂光斑或者準(zhǔn)平頂光斑。

進(jìn)一步的，所述離散度小于100微米，盡量減少所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)和選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)之間的空間距離，為所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)和選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)對(duì)同一個(gè)孔位加工節(jié)省空間移動(dòng)時(shí)間，進(jìn)而節(jié)省加工時(shí)間。

進(jìn)一步的，還包括：

在所述開窗銑削激光器和所述激光合束器之間設(shè)置激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊，對(duì)所述第一開窗銑削激光束進(jìn)行運(yùn)動(dòng)調(diào)制，進(jìn)而帶動(dòng)對(duì)應(yīng)的開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)進(jìn)行銑削運(yùn)動(dòng)；或者，

在所述選擇銑削激光器和所述激光合束器之間設(shè)置激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊，對(duì)所述第一選擇銑削激光束進(jìn)行運(yùn)動(dòng)調(diào)制，進(jìn)而帶動(dòng)對(duì)應(yīng)的選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)進(jìn)行銑削運(yùn)動(dòng)；或者，

在所述激光合束器和所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊之間設(shè)置激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊，對(duì)合束后的第二開窗銑削激光束和第二選擇銑削激光束進(jìn)行運(yùn)動(dòng)調(diào)制，進(jìn)而帶動(dòng)選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)和選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)進(jìn)行銑削運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明的有益效果是：在加工多層不同材料的薄片板時(shí)，不同特性的激光焦點(diǎn)，可以用來(lái)加工不同層材料，這樣可以大幅度提高激光加工效率和激光加工品質(zhì)，特別是在加工由多層不同材料疊加的薄片板的盲孔鉆孔時(shí)，在盲孔最后一層激光破壞閾值低材料的銑削時(shí)，采用選擇銑削激光焦點(diǎn)去除該材料，不用擔(dān)心損傷下一層激光破壞閾值高材料，帶來(lái)很好的工藝穩(wěn)定區(qū)間，與傳統(tǒng)的激光焦點(diǎn)離焦耗時(shí)加工方式相比，節(jié)省了加工時(shí)間由于選擇銑削激光焦點(diǎn)的光斑大，提高了加工效率。

進(jìn)一步的，當(dāng)所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊位于所述開窗銑削激光器和所述激光合束器之間時(shí)，或者，當(dāng)所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊位于所述選擇銑削激光器和所述激光合束器之間時(shí)，所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊還對(duì)所述第一開窗銑削激光束或者調(diào)制所述第一選擇銑削激光束進(jìn)行調(diào)制，使得所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心和所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心向待加工孔位中心靠攏，從而調(diào)整所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心和所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心的離散度；

當(dāng)所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊位于所述激光合束器和所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊之間時(shí)，所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊還對(duì)所述第二開窗銑削激光束或者第二選擇銑削激光束進(jìn)行調(diào)制，使得所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)或所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)向待加工孔位中心靠攏，從而調(diào)整所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心和所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心的離散度。

本申請(qǐng)中當(dāng)空間組合激光焦點(diǎn)對(duì)同一個(gè)孔位進(jìn)行加工時(shí)候，如果所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)和/或選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)沒(méi)有進(jìn)入孔位加工位置，則需要所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊或者所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊把對(duì)應(yīng)的激光焦點(diǎn)切換到對(duì)應(yīng)孔位進(jìn)行加工。最好的情況是，不經(jīng)過(guò)所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊或者所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊調(diào)整，所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)和/或選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)同時(shí)處于待加工孔位位置，這樣最省鉆孔時(shí)間。

本申請(qǐng)公開的一種基于空間組合激光焦點(diǎn)的多層材料分層銑削加工系統(tǒng)及方法，開窗銑削激光器和所述選擇銑削激光器可以為兩臺(tái)激光器，也可以為同一臺(tái)激光器，當(dāng)開窗銑削激光器和選擇銑削激光器為同一臺(tái)激光器時(shí)，該激光器發(fā)出的激光可以經(jīng)過(guò)光路切換光開關(guān)進(jìn)行光路切換，分別產(chǎn)生第一開窗銑削激光束和第一選擇銑削激光束；優(yōu)選的，該激光器具備脈沖能量以及脈沖重復(fù)頻率動(dòng)態(tài)控制功能；所述光路切換光開關(guān)包含光路切換電光開關(guān)或者光路切換聲光開關(guān)或者高速振鏡光路切換開關(guān)，或者這些器件的組合。

在盲孔加工過(guò)程中，當(dāng)需要所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)加工時(shí)，光路切換光開關(guān)把銑削激光器輸出的激光束偏向開窗銑削激光束光路，形成第一開窗銑削激光束，此時(shí)所述銑削激光器相當(dāng)于前面所述開窗銑削激光器；當(dāng)需要所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)加工時(shí)，光路切換光開關(guān)把銑削激光器輸出的激光束偏向選擇銑削激光束光路，形成第一選擇銑削激光束，此時(shí)所述銑削激光器相當(dāng)于前面所述選擇銑削激光器。所述銑削激光器的輸出光束在切換到任一光路時(shí)，銑削激光器的開關(guān)光控制按照空間組合激光焦點(diǎn)的加工要求進(jìn)行，或者，按照對(duì)應(yīng)的所述開窗銑削激光器和選擇銑削激光器控制要求進(jìn)行。

其中，光路切換電光開關(guān)，利用晶體的電光效應(yīng)，改變透射激光的偏振態(tài)，并結(jié)合偏振分束光學(xué)元件構(gòu)成的開關(guān)。所述電光效應(yīng)，是指某些各向同性的透明物質(zhì)在電場(chǎng)作用下顯示出光學(xué)各向異性的效應(yīng)的現(xiàn)象，即透明物質(zhì)的折射率因外加電場(chǎng)而發(fā)生變化的現(xiàn)象。當(dāng)加在晶體上的電場(chǎng)方向與通光方向平行,稱為縱向電光調(diào)制；當(dāng)通光方向與所加電場(chǎng)方向相垂直,稱為橫向電光調(diào)制。利用電光效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光波的振幅調(diào)制(強(qiáng)度調(diào)制調(diào)制器)和位相調(diào)制(電光相位調(diào)制器)。當(dāng)電光晶體上不加電壓，激光束通過(guò)偏振分束光學(xué)元件或者被偏振分束元件按照一定角度反射；對(duì)應(yīng)的，當(dāng)電光晶體上加一定電壓，激光束被偏振分束元件按照一定角度反射或者通過(guò)偏振分束光學(xué)元件，這樣實(shí)現(xiàn)了光束的開關(guān)切換。

光路切換聲光開關(guān)是指利用聲光調(diào)制技術(shù)或者聲光偏轉(zhuǎn)技術(shù)，對(duì)激光束進(jìn)行光束偏擺切換的光開關(guān)。聲光開關(guān)由聲光介質(zhì)和壓電換能器構(gòu)成。當(dāng)驅(qū)動(dòng)源的某種特定載波頻率驅(qū)動(dòng)換能器時(shí)，換能器即產(chǎn)生同一頻率的超聲波并傳入聲光介質(zhì)，在介質(zhì)內(nèi)形成周期性的折射率變化而成為相位型衍射光柵，光束通過(guò)介質(zhì)時(shí)被光柵衍射改變光的傳播方向，衍射光的強(qiáng)度和方向隨超聲波的強(qiáng)度和頻率的狀態(tài)而變化。這就是超聲波與光的相互作用，即聲光效應(yīng)，該效應(yīng)就是聲光開關(guān)和聲光偏轉(zhuǎn)器的工作原理。

高速振鏡光路切換開關(guān)是一種優(yōu)良的矢量掃描器件，基本原理是通電線圈在磁場(chǎng)中產(chǎn)生力矩，其轉(zhuǎn)子上通過(guò)機(jī)械紐簧或電子的方法加有復(fù)位力矩,大小與轉(zhuǎn)子偏離平衡位置的角度成正比,當(dāng)線圈通以一定的電流而轉(zhuǎn)子發(fā)生偏轉(zhuǎn)到一定的角度時(shí)，電磁力矩與回復(fù)力矩大小相等，故，只能偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角與電流成正比，高速振鏡光路切換開關(guān)的設(shè)計(jì)思路完全沿襲電流表的設(shè)計(jì)方法，鏡片取代了表針，而探頭的信號(hào)由計(jì)算機(jī)控制的-5V—5V或-10V－+10V的直流信號(hào)取代，以完成預(yù)定的動(dòng)作。本發(fā)明的光路切換也可以有高速振鏡完成，利用高速振鏡的反射鏡片把入射到振鏡鏡片上的光束進(jìn)行空間切換，從而實(shí)現(xiàn)光束的開關(guān)與切換。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的一種基于空間組合激光焦點(diǎn)的多層材料分層銑削鉆孔系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2-1為多層材料鉆孔前截面圖；

圖2-2為多層材料開窗銑削截面圖；

圖2-3為盲孔截面圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中激光合束器的具體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的一種基于空間組合激光焦點(diǎn)的多層材料分層銑削加工系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例3的一種基于空間組合激光焦點(diǎn)的多層材料分層銑削加工方法流程圖。

附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：

1、開窗銑削激光器，11、第一開窗銑削激光束，2、選擇銑削激光器，21、第一選擇銑削激光束，3、光束整形器，4、激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊，5、激光合束器，501、偏振合束元件，502、激光合束器第一反射鏡，503、激光合束器第二反射鏡，6、第二開窗銑削激光束，7、第二選擇銑削激光束，8、激光聚焦與焦點(diǎn)切換，801、第二電機(jī)的電機(jī)主軸，802第二反射鏡片，803、第二反射平行光束，804、第一反射平行光束，805、第一反射鏡片，806、第一電機(jī)807的電機(jī)主軸，807、第一電機(jī)，808、遠(yuǎn)心掃描平場(chǎng)聚焦鏡，9、聚焦光束，10、待加工工件，1001、第一銅層，1002、聚酰亞胺層，1003、第二銅層，1004、去掉銅皮的盲孔，1005、盲孔。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1、一種基于空間組合激光焦點(diǎn)的多層材料分層銑削鉆孔系統(tǒng)。下面結(jié)合圖1-圖3對(duì)本實(shí)施例提供的系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

參見圖1，本實(shí)施例提供的基于空間組合激光焦點(diǎn)的多層材料分層銑削鉆孔系統(tǒng)包括開窗銑削激光器1、選擇銑削激光器2、激光合束器5和激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊8；

所述開窗銑削激光器1，用于產(chǎn)生第一開窗銑削激光束11，并入射激光合束器5；

所述選擇銑削激光器2，用于產(chǎn)生第一選擇銑削激光束21，并入射激光合束器5；

所述激光合束器5，用于對(duì)入射的所述第一開窗銑削激光束11和第一選擇銑削激光束21進(jìn)行合束，輸出相同方向平行傳輸?shù)牡诙_窗銑削激光束6和第二選擇銑削激光束7，并分別入射所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊8；

所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊8，用于對(duì)所述相同方向平行傳輸?shù)牡诙_窗銑削激光束6和第二選擇銑削激光束7進(jìn)行聚焦，獲得空間組合激光聚焦焦點(diǎn)，并控制所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)在待加工工件10的不同孔位之間進(jìn)行切換，或者，控制所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)在待加工工件10的一個(gè)孔位處進(jìn)行銑削運(yùn)動(dòng)；其中，所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)包括開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)和選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)，當(dāng)所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)處于靜態(tài)時(shí)，所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心和所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心的離散度小于10毫米；優(yōu)選的，所述離散度小于100微米，盡量減少所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)和選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)之間的空間距離，為所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)和選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)對(duì)同一個(gè)孔位加工節(jié)省空間移動(dòng)時(shí)間，進(jìn)而節(jié)省加工時(shí)間。

所述待加工工件10為多層材料疊加而成的薄片板，其中，多層材料分為激光破壞閾值高材料和激光破壞閾值低材料；當(dāng)所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)銑削所述待加工工件10的盲孔時(shí)，所述待加工工件10包含至少三層，激光傳輸最先遇到的一層材料和所述盲孔的孔底材料為激光破壞閾值高材料，加工盲孔時(shí)最后被銑削的一層材料為激光破壞閾值低材料；

在盲孔加工過(guò)程中，所述開窗銑削激光器1出光，由形成的開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)，通過(guò)控制包含開窗銑削激光器1激光出光時(shí)間、開窗銑削激光焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度在內(nèi)的工藝條件控制激光銑削深度，對(duì)待加工工件10的除了加工盲孔時(shí)最后被銑削的一層材料外的其他材料層完成銑削加工；然后所述選擇銑削激光器2出光，由形成的選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)對(duì)待加工工件10的加工盲孔時(shí)最后被銑削的一層材料完成銑削加工；

所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的激光峰值功率密度高于所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的激光峰值功率密度，且足以銑削所述激光破壞閾值高材料，所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)激光峰值功率密度足以銑削所述激光破壞閾值低材料，但不足以銑削所述激光破壞閾值高材料。

下面以對(duì)印刷電路板的盲孔進(jìn)行分層銑削鉆孔為例進(jìn)行說(shuō)明。

開窗銑削激光器1產(chǎn)生第一開窗銑削激光束11并入射激光合束器5，選擇銑削激光器2產(chǎn)生第一選擇銑削激光束21，并入射激光合束器5。其中，第一開窗銑削激光束11與第一選擇銑削激光束21的激光波長(zhǎng)可以相同，也可以不同，第一開窗銑削激光束11為脈沖激光束，第一選擇銑削激光束21可以為連續(xù)激光束，也可以為脈沖激光束。例如，第一開窗銑削激光束11與第一選擇銑削激光束21波長(zhǎng)均為355納米波長(zhǎng)的紫外激光或者綠光激光或者紅外激光，或者第一開窗銑削激光束11為皮秒激光，第一選擇銑削激光束21為長(zhǎng)脈寬激光等等。

所述激光合束器5將入射的第一開窗銑削激光束11和第一選擇銑削激光束21進(jìn)行合束，輸出相同方向平行傳輸?shù)牡诙_窗銑削激光束6和第二選擇銑削激光束7，并入射激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊8。

本實(shí)施例中的激光合束器5為偏振合束元件501，實(shí)際上，偏振合束元件501至少可以采用以下四種技術(shù)方案，第一種技術(shù)方案是偏振分束器(PBS＝polarizing beam splitter)反過(guò)來(lái)使用，所述偏振分束器能夠使得一個(gè)偏振態(tài)光反射，另一個(gè)偏振態(tài)光束透射，在進(jìn)行兩種偏振態(tài)光束合束時(shí)，一種偏振態(tài)光束P偏振光和和另一種偏振態(tài)光束S偏振光分別從偏振分束器對(duì)應(yīng)輸出端輸入，那么偏振分束器輸入端可以輸出P偏振光和S偏振光合束的激光光束；第二種技術(shù)方案是采用薄膜偏振片(Thin Film Polarizer)，也能夠使得一個(gè)偏振態(tài)光反射，另一個(gè)偏振態(tài)光束透射，在進(jìn)行兩種偏振態(tài)光束合束時(shí)，一種偏振態(tài)光束透射，例如P偏振光透過(guò)薄膜偏振片，另一種偏振態(tài)光束，例如S偏振光從薄膜偏振片輸出P偏振光束的位置輸入，那么薄膜偏振片會(huì)對(duì)該S偏振光全反射，這樣薄膜偏振片輸出端可以輸出P偏振光和S偏振光合束的激光光束，這種方案的優(yōu)勢(shì)是激光光束合束效率高，體積小；第三種技術(shù)方案是一種特殊情況，采用布儒斯特片進(jìn)行合束，在進(jìn)行兩種偏振態(tài)光束合束時(shí)，一種偏振態(tài)光束透射，例如P偏振光透過(guò)布儒斯特片，另一種偏振態(tài)光束，例如S偏振光從布儒斯特片輸出P偏振光束的位置輸入，那么薄膜偏振片會(huì)對(duì)該S偏振光部分反射，這樣薄膜偏振片輸出端可以輸出P偏振光和S偏振光合束的激光光束，這種方案的優(yōu)勢(shì)是可以完成相同波長(zhǎng)或者不同波長(zhǎng)的激光光束進(jìn)行合束。還有一種方案，是采用反射鏡空間組合，使得最終的反射光束是相同方向平行傳輸即可，這些相同方向平行傳輸?shù)募す馐灰寄軌蜻M(jìn)入振鏡掃描平場(chǎng)聚焦系統(tǒng)(激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊)就可以了，平行入射的兩束平行光束經(jīng)平場(chǎng)聚焦鏡聚焦后聚焦于同一個(gè)點(diǎn)。這種情形請(qǐng)見圖3，這是激光合束器有反射鏡空間組合構(gòu)成的一種情形。所述激光合束器5由兩片反射鏡構(gòu)成，所述第一開窗銑削激光束11經(jīng)激光合束器第一反射鏡502反射獲得第二開窗銑削激光束6；所述第一選擇銑削激光束21經(jīng)激光合束器第二反射鏡503反射獲得第二選擇銑削激光束7；所述第二開窗銑削激光束6與第二選擇銑削激光束7同向平行傳輸，經(jīng)激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊8聚焦，在待加工材料10上的對(duì)應(yīng)的激光焦點(diǎn)中心最大間距小于10毫米。需要說(shuō)明的是，理論上兩個(gè)激光焦點(diǎn)是重合的，這里之所有給出誤差范圍，是因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用調(diào)整時(shí)候會(huì)有誤差，且這個(gè)誤差不影響空間組合激光聚焦焦點(diǎn)的組合應(yīng)用。

從激光合束器5輸出的第二開窗銑削激光束6和第二選擇銑削激光束7經(jīng)過(guò)激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊8進(jìn)行聚焦，獲得空間組合激光聚焦焦點(diǎn)，并控制該空間組合激光聚焦焦點(diǎn)在待加工工件10的不同孔位之間進(jìn)行切換，或者在一個(gè)孔位對(duì)激光焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)調(diào)制。

在本實(shí)施例中，激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊10包括振鏡掃描聚焦單元，振鏡掃描聚焦單元包括掃描振鏡和掃描平場(chǎng)聚焦鏡，掃描平場(chǎng)聚焦鏡有普通平場(chǎng)掃描聚焦鏡和遠(yuǎn)心掃描聚焦鏡等類型。本實(shí)施例中，掃描平場(chǎng)聚焦鏡采用遠(yuǎn)心掃描聚焦鏡808，遠(yuǎn)心掃描聚焦鏡808的焦距為100毫米，平場(chǎng)聚焦范圍50毫米×50毫米，鏡片增透膜波長(zhǎng)355納米。掃描振鏡包括第一反射鏡片805和第二反射鏡片802。所述掃描振鏡的第一反射鏡片805安裝在掃描振鏡的第一電機(jī)807的電機(jī)主軸806上。所述掃描振鏡的第二反射鏡片802安裝在掃描振鏡的第二電機(jī)的電機(jī)主軸801上。

所述待加工工件10為60微米厚度雙面柔性印刷電路板，其中上下兩層銅層均為15微米厚度銅，中間為25微米厚度的聚酰亞胺，聚酰亞胺層與上下銅層之間各有2微米厚度的干膠。

本實(shí)施例的光路流程如下：所述開窗銑削激光器1發(fā)射的第一開窗銑削激光束11，與所述選擇銑削激光器2發(fā)射的所述第一選擇銑削激光束21均入射所述激光合束器5，輸出相同方向平行傳輸?shù)牡诙_窗銑削激光束6與第二選擇銑削激光束光束7，經(jīng)掃描振鏡第一反射鏡片805得到第一反射平行光束804，所述第一反射平行光束804經(jīng)掃描振鏡的第二反射鏡片802得到第二反射平行光束803，所述第二反射平行光束803經(jīng)遠(yuǎn)心平場(chǎng)掃描聚焦鏡808進(jìn)行聚焦，得到聚焦光束9，所述聚焦光束9直接作用于待加工工件10。需要說(shuō)明的是，所述第二反射平行光束803經(jīng)遠(yuǎn)心平場(chǎng)掃描聚焦鏡808進(jìn)行聚焦，可以理解為一個(gè)大光束直徑的光束經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)心平場(chǎng)掃描鏡聚焦，因此這里只提到“得到聚焦光束9”。

需要說(shuō)明的是，印刷電路板包含至少三層，激光傳輸最先遇到的一層材料和所述盲孔的孔底材料為激光破壞閾值高材料，加工盲孔時(shí)最后被銑削的一層材料為激光破壞閾值低材料；

在盲孔加工過(guò)程中，所述開窗銑削激光器出光，由形成的開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)，通過(guò)控制包含開窗銑削激光器激光出光時(shí)間、開窗銑削激光焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度在內(nèi)的工藝條件控制激光銑削深度，對(duì)待加工工件的除了加工盲孔時(shí)最后被銑削的一層材料外的其他材料層完成銑削加工；然后所述選擇銑削激光束出光，由形成的選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)對(duì)待加工工件的加工盲孔時(shí)最后被銑削的一層材料完成銑削加工；

所述第一開窗銑削激光束11為直徑是6.5毫米的擴(kuò)束準(zhǔn)直光束，其相關(guān)參數(shù)如下：激光波長(zhǎng)355納米，光束質(zhì)量因子小于1.1，光斑圓度大于百分之九十，平均功率8瓦@50千赫茲，激光脈沖寬度20納秒，單模高斯激光(橫向場(chǎng)強(qiáng)為高斯分布)，脈沖重復(fù)頻率范圍30到200千赫茲。與第二開窗銑削激光束6的對(duì)應(yīng)的開窗銑削激光焦點(diǎn)的光斑直徑為10微米，焦深10毫米。

所述第一選擇銑削激光束21為直徑是2毫米的激光光束，其相關(guān)參數(shù)如下：激光波長(zhǎng)355納米，光束質(zhì)量因子小于1.1，光斑圓度大于百分之九十，平均功率3瓦@30千赫茲，激光脈沖寬度50納秒，單模高斯激光(橫向場(chǎng)強(qiáng)為高斯分布)，脈沖重復(fù)頻率范圍20到100千赫茲。與所述第二選擇銑削激光束7對(duì)應(yīng)的選擇銑削激光焦點(diǎn)光斑的光斑直徑為45微米，焦深800微米。由上述數(shù)據(jù)可知，所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的光斑直徑大于所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的光斑直徑，且前者的激光峰值功率密度遠(yuǎn)小于后者。

實(shí)施例2、

由上述實(shí)施例1可知，開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)與選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)構(gòu)成空間組合激光聚焦焦點(diǎn)(圖中沒(méi)有標(biāo)示)，本實(shí)施例在上述實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)可以進(jìn)一步設(shè)計(jì)成平頂分布激光焦點(diǎn)。請(qǐng)見圖4，在選擇銑削激光器2與激光合束器5之間設(shè)置光束整形器3，使得對(duì)應(yīng)的選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)橫向場(chǎng)強(qiáng)分布為平頂光斑分布，這種設(shè)計(jì)好處在于平頂激光非常有利于高效高質(zhì)量的銑削加工，使得盲孔孔底干凈，清除加工效率極高。

另外，在本實(shí)施例中，還可以在開窗銑削激光器1和所述激光合束器5之間設(shè)置激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊2，對(duì)第一開窗銑削激光束11進(jìn)行運(yùn)動(dòng)調(diào)制，進(jìn)而帶動(dòng)對(duì)應(yīng)的開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)進(jìn)行銑削運(yùn)動(dòng)；或者，在選擇銑削激光器2和激光合束器5之間設(shè)置激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊2，對(duì)第一選擇銑削激光束21進(jìn)行運(yùn)動(dòng)調(diào)制，進(jìn)而帶動(dòng)對(duì)應(yīng)的選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)進(jìn)行銑削運(yùn)動(dòng)；或者，在激光合束器5和激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊8之間設(shè)置激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊2，對(duì)合束后的第二開窗銑削激光束6和第二選擇銑削激光束7進(jìn)行運(yùn)動(dòng)調(diào)制，進(jìn)而帶動(dòng)選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)和選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)進(jìn)行銑削運(yùn)動(dòng)。

其中，激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊2可以為聲光偏轉(zhuǎn)器，也可以為電光偏轉(zhuǎn)器，也可以為壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)反射鏡或電流計(jì)驅(qū)動(dòng)反射鏡或者折射棱鏡，還可以為電主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)折射棱鏡，或者為前述這幾種中的任意兩種或兩種以上空間組合。

比如，當(dāng)激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊2為聲光偏轉(zhuǎn)器時(shí)，聲光偏轉(zhuǎn)器通過(guò)改變聲光偏轉(zhuǎn)器的驅(qū)動(dòng)源的載波頻率調(diào)節(jié)入射激光的布拉格光柵反射角，改變?nèi)肷浼す鈧鬏敺较颍划?dāng)激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊2為電光偏轉(zhuǎn)器時(shí)，電光偏轉(zhuǎn)器利用電光晶體折射率隨電壓而改變的特性，沿垂直于電光偏轉(zhuǎn)晶體生長(zhǎng)方向施加外加電壓，使電光偏轉(zhuǎn)晶體沿生長(zhǎng)方向形成漸變折射率梯度分布，進(jìn)而使電光偏轉(zhuǎn)晶體內(nèi)部光波等相位面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并在其輸出端實(shí)現(xiàn)光束方向的偏轉(zhuǎn)，則連續(xù)改變外加電壓就會(huì)連續(xù)改變光束的偏轉(zhuǎn)角。

當(dāng)所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊4位于所述開窗銑削激光器1和所述激光合束器5之間時(shí)，或者，當(dāng)所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊4位于所述選擇銑削激光器2和所述激光合束器5之間時(shí)，所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊4，還用于調(diào)制所述第一開窗銑削激光束11或者調(diào)制所述第一選擇銑削激光束21，使得所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心和所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心向待加工孔位中心靠攏，從而調(diào)整所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心和所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心的離散度；

當(dāng)所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊4位于所述激光合束器5和所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊8之間時(shí)，所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊4，還用于調(diào)制所述第二開窗銑削激光束6或者第二選擇銑削激光束7，使得所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)或所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)向待加工孔位中心靠攏，從而調(diào)整所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心和所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心的離散度。

這種設(shè)計(jì)的好處是，隨著系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間使用后，由于機(jī)臺(tái)的機(jī)械應(yīng)力形變等原因造成空間組合激光焦點(diǎn)內(nèi)各焦點(diǎn)空間位置發(fā)生變化時(shí)，所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊可以補(bǔ)償這些細(xì)微變化，確保了系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定使用。確保空間組合激光聚焦焦點(diǎn)的離散度在一定范圍內(nèi)，從而確保空間組合激光焦點(diǎn)對(duì)同一孔位加工的高效快捷。

當(dāng)空間組合激光焦點(diǎn)對(duì)同一個(gè)孔位進(jìn)行加工時(shí)候，如果所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)和/或選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)沒(méi)有進(jìn)入孔位加工位置，則需要所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊或者所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊把對(duì)應(yīng)的激光焦點(diǎn)切換到對(duì)應(yīng)孔位進(jìn)行加工。最好的情況是，不經(jīng)過(guò)所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊或者所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊調(diào)整，所述窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)和/或選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)同時(shí)處于待加工孔位位置，這樣最省鉆孔時(shí)間。

本實(shí)施例工作流程如下：激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊8中的振鏡使得待加工工件10處于正確空間位置，開窗銑削激光器1出光(此時(shí)選擇銑削激光器2不出光)，振鏡掃描帶動(dòng)開窗銑削激光焦點(diǎn)在待加工材料10表面去除銅層1001，形成去掉銅皮盲孔1004，可以參見圖2-1和圖2-2，圖2-1為多層材料鉆孔前截面圖，圖2-2為多層材料開窗銑削界面圖。然后選擇銑削激光器2出光(此時(shí)開窗銑削激光器1不出光)，振鏡掃描帶動(dòng)選擇銑削激光焦點(diǎn)在待加工工件10的去掉銅皮盲孔1004孔底的底層材料1002上進(jìn)行銑削運(yùn)動(dòng)鉆孔，形成盲孔1005，且不傷底層的銅層1003，請(qǐng)見圖2-3，圖2-3為盲孔截面圖。完成盲孔1005鉆孔后，激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊8將空間組合激光聚焦焦點(diǎn)切換到下一鉆孔孔位。

對(duì)于本實(shí)施例而言，所述第一開窗銑削激光束11可以是紅外皮秒激光，所述第一選擇銑削激光束21可以是脈沖綠光激光，振鏡反射鏡片鍍雙波長(zhǎng)反射膜，聚焦系統(tǒng)也采用雙波長(zhǎng)聚焦設(shè)計(jì)。

上述實(shí)施例1和實(shí)施例2的核心思想就是對(duì)于多種材料疊加的薄片板的加工，需要用對(duì)應(yīng)的不同特性的激光焦點(diǎn)空間組合，實(shí)現(xiàn)了在同一個(gè)鉆孔光學(xué)聚焦系統(tǒng)下面，設(shè)置了空間組合激光焦點(diǎn)，不同的材料層可以使用不同的激光焦點(diǎn)進(jìn)行加工，特別是這種疊加空間組合材料的盲孔鉆孔，在要求盲孔底部平坦無(wú)殘?jiān)?，孔壁光滑，空口無(wú)毛刺和太多的熱影響區(qū)，而且要求鉆孔效率高，那么采用空間組合激光聚焦焦點(diǎn)將非常好的解決這個(gè)問(wèn)題，且不同的材料加工，可以選擇合適的激光光源，合適的光路設(shè)計(jì)，盡可能做到每種材料的激光加工最優(yōu)化；可以應(yīng)用于絕大部分多層不同材料疊加的薄片板精細(xì)激光鉆孔領(lǐng)域，是激光鉆孔領(lǐng)域領(lǐng)域的又一大突破。

實(shí)施例3、一種基于空間組合激光焦點(diǎn)的多層材料分層銑削加工方法。

參見圖5，本實(shí)施例提供的方法具體包括：

S1，由開窗銑削激光器產(chǎn)生的第一開窗銑削激光束以及由選擇銑削激光器產(chǎn)生的第一選擇銑削激光束分別入射激光合束器；

S2，激光合束器對(duì)所述第一開窗銑削激光束和第一選擇銑削激光束進(jìn)行合束，輸出相同方向平行傳輸?shù)牡诙_窗銑削激光束和第二選擇銑削激光束，并入射激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊；

S3，激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊對(duì)所述相同方向平行傳輸?shù)牡诙_窗銑削激光束和第二選擇銑削激光束進(jìn)行聚焦，獲得空間組合激光聚焦焦點(diǎn)，并控制所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)在待加工工件的不同孔位之間進(jìn)行切換，或者，控制所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)在待加工工件的一個(gè)孔位處進(jìn)行銑削運(yùn)動(dòng)；其中，所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)包括開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)和選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)，當(dāng)所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)處于靜態(tài)時(shí)，所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心和所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心的離散度小于10毫米；

所述待加工工件為多層材料疊加而成的薄片板，其中，多層材料分為激光破壞閾值高材料和激光破壞閾值低材料；當(dāng)所述空間組合激光聚焦焦點(diǎn)銑削所述待加工工件的盲孔時(shí)，所述待加工工件包含至少三層，激光傳輸最先遇到的一層材料和所述盲孔的孔底材料為激光破壞閾值高材料，加工盲孔時(shí)最后被銑削的一層材料為激光破壞閾值低材料；

在盲孔加工過(guò)程中，所述開窗銑削激光器出光，由形成的開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)，通過(guò)控制包含開窗銑削激光器激光出光時(shí)間、開窗銑削激光焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度在內(nèi)的工藝條件控制激光銑削深度，對(duì)待加工工件的除了加工盲孔時(shí)最后被銑削的一層材料外的其他材料層完成銑削加工；然后所述選擇銑削激光器出光，由形成的選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)對(duì)待加工工件的加工盲孔時(shí)最后被銑削的一層材料完成銑削加工；

所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的激光峰值功率密度高于所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的激光峰值功率密度，且足以銑削所述激光破壞閾值高材料，所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)激光峰值功率密度足以銑削所述激光破壞閾值低材料，但不足銑削所述激光破壞閾值高材料。

其中，本實(shí)施例還包括：在所述選擇銑削激光器與所述激光合束器之間設(shè)置光束整形器，對(duì)第一選擇銑削激光束進(jìn)行光束整形，使得經(jīng)過(guò)所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊聚焦后的選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)為平頂光斑或者準(zhǔn)平頂光斑。

以及還包括：在所述開窗銑削激光器和所述激光合束器之間設(shè)置激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊，對(duì)所述第一開窗銑削激光束進(jìn)行運(yùn)動(dòng)調(diào)制，進(jìn)而帶動(dòng)對(duì)應(yīng)的開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)進(jìn)行銑削運(yùn)動(dòng)；或者，

在所述選擇銑削激光器和所述激光合束器之間設(shè)置激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊，對(duì)所述第一選擇銑削激光束進(jìn)行運(yùn)動(dòng)調(diào)制，進(jìn)而帶動(dòng)對(duì)應(yīng)的選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)進(jìn)行銑削運(yùn)動(dòng)；或者，

在所述激光合束器和所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊之間設(shè)置激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊，對(duì)合束后的第二開窗銑削激光束和第二選擇銑削激光束進(jìn)行運(yùn)動(dòng)調(diào)制，進(jìn)而帶動(dòng)選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)和選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)進(jìn)行銑削運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊位于所述開窗銑削激光器和所述激光合束器之間時(shí)，或者，當(dāng)所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊位于所述選擇銑削激光器和所述激光合束器之間時(shí)，所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊還對(duì)所述第一開窗銑削激光束或者調(diào)制所述第一選擇銑削激光束進(jìn)行調(diào)制，使得所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心和所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心向待加工孔位中心靠攏，從而調(diào)整所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心和所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心的離散度；

當(dāng)所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊位于所述激光合束器和所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊之間時(shí)，所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊還對(duì)所述第二開窗銑削激光束或者第二選擇銑削激光束進(jìn)行調(diào)制，使得所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)或所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)向待加工孔位中心靠攏，從而調(diào)整所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心和所述選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)的中心的離散度。

當(dāng)空間組合激光焦點(diǎn)對(duì)同一個(gè)孔位進(jìn)行加工時(shí)候，如果所述開窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)和/或選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)沒(méi)有進(jìn)入孔位加工位置，則需要所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊或者所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊把對(duì)應(yīng)的激光焦點(diǎn)切換到對(duì)應(yīng)孔位進(jìn)行加工。最好的情況是，不經(jīng)過(guò)所述激光聚焦與焦點(diǎn)切換模塊或者所述激光精細(xì)調(diào)制運(yùn)動(dòng)模塊調(diào)整，所述窗銑削激光聚焦焦點(diǎn)和/或選擇銑削激光聚焦焦點(diǎn)同時(shí)處于待加工孔位位置，這樣最省鉆孔時(shí)間。

采用本實(shí)施例提供的基于空間組合激光焦點(diǎn)的多層材料分層銑削加工方法的具體工作原理可參考上述實(shí)施例1和實(shí)施例2的相關(guān)技術(shù)特征，在此不再重復(fù)說(shuō)明。

本發(fā)明提出的一種基于空間組合激光焦點(diǎn)的多層材料分層銑削加工系統(tǒng)及方法，其主要的發(fā)明點(diǎn)在于：在同一個(gè)鉆孔光學(xué)聚焦系統(tǒng)下面，設(shè)置了空間組合激光聚焦焦點(diǎn)；不同種類材料疊加的多層薄片板的激光加工中，每一層材料都可以使用一種合適特性的激光聚焦焦點(diǎn)加工，其中，合適特性是指聚焦激光光斑大小、激光波長(zhǎng)、脈沖能量、激光脈沖寬度、激光峰值功率密度、激光光斑場(chǎng)強(qiáng)分布(平頂或者高斯)等，甚至也包括故意事先做激光焦點(diǎn)離焦處理。特別是對(duì)這種復(fù)合疊加薄片板的盲孔鉆孔處理中，高峰值功率密度的開窗銑削激光焦點(diǎn)進(jìn)行大刀闊斧的開窗銑削加工，在加工到盲孔孔底最后一層時(shí)候停下，由選擇銑削激光焦點(diǎn)進(jìn)行輕松的選擇性銑削這層材料，不擔(dān)心它會(huì)傷孔底，因?yàn)檫x擇銑削激光焦點(diǎn)的峰值功率不足以打壞盲孔完工后孔底那層激光破壞閾值高材料，節(jié)省了大量的激光加工時(shí)間，提高的穩(wěn)定激光鉆孔工藝區(qū)間，提高了激光盲孔鉆孔質(zhì)量；本發(fā)明非常巧妙的解決了多層材料疊加的電路板密集盲孔鉆孔質(zhì)量與效率問(wèn)題。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。