本實(shí)用新型涉及一種氮化鋁陶瓷的激光加工裝置，屬于激光加工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氮化鋁是一種綜合性能優(yōu)良的新型陶瓷材料，具有優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性、可靠的電絕緣性、低的介電常數(shù)和介電損耗、無(wú)毒以及與硅相匹配的熱膨脹系統(tǒng)等一系列優(yōu)良特性，被認(rèn)為是新一代高集成度半導(dǎo)體基片和電子器件封裝的理想材料，引起了國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)所用材料的性能提出了更高的要求。氮化鋁陶瓷也必將在許多領(lǐng)域得到更為廣泛的應(yīng)用。雖然多年來(lái)通過(guò)許多研究者的不懈努力，在粉末的制備、成形、燒結(jié)等方面的研究均取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。氮化鋁硬度高,超過(guò)傳統(tǒng)氧化鋁,是新型的耐磨陶瓷材料,但由于造價(jià)高，只能用于磨損嚴(yán)重的部位.利用ALN陶瓷耐熱耐熔體侵蝕和熱震性，可制作GaAs晶體坩堝、Al蒸發(fā)皿、磁流體發(fā)電裝置及高溫透平機(jī)耐蝕部件，利用其光學(xué)性能可作紅外線窗口。氮化鋁薄膜可制成高頻壓電元件、超大規(guī)模集成電路基片等。氮化鋁耐熱、耐熔融金屬的侵蝕，對(duì)酸穩(wěn)定，但在堿性溶液中易被侵蝕。AIN新生表面暴露在濕空氣中會(huì)反應(yīng)生成極薄的氧化膜。利用此特性，可用作鋁、銅、銀、鉛等金屬熔煉的坩堝和燒鑄模具材料。ALN陶瓷的金屬化性能較好，可替代有毒性的氧化敏瓷在電子工業(yè)中廣泛應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種氮化鋁陶瓷的激光加工裝置。
本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
氮化鋁陶瓷的激光加工裝置，特點(diǎn)是：包含準(zhǔn)連續(xù)激光器、具有保護(hù)層的光纖、玻璃器皿以及恒溫超聲清洗裝置，所述準(zhǔn)連續(xù)激光器的光路輸出端通過(guò)具有保護(hù)層的光纖與激光頭傳導(dǎo)連接，激光頭的輸出光路上依次布置有準(zhǔn)直鏡和聚焦鏡，聚焦鏡的光路輸出端正對(duì)于X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，所述X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通過(guò)升降機(jī)構(gòu)安裝于玻璃器皿之上，玻璃器皿置于恒溫超聲清洗裝置中。
進(jìn)一步地，上述的氮化鋁陶瓷的激光加工裝置，其中，所述X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的上方布置有影像系統(tǒng)。
更進(jìn)一步地，上述的氮化鋁陶瓷的激光加工裝置，其中，所述聚焦鏡上安裝有噴嘴，噴嘴正對(duì)于X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，噴嘴連接輔助吹氣裝置。
更進(jìn)一步地，上述的氮化鋁陶瓷的激光加工裝置，其中，所述準(zhǔn)連續(xù)激光器為1064nm光纖準(zhǔn)連續(xù)激光器。
更進(jìn)一步地，上述的氮化鋁陶瓷的激光加工裝置，其中，所述光纖的保護(hù)層由橡膠或者鋁制薄膜纏繞形成。
更進(jìn)一步地，上述的氮化鋁陶瓷的激光加工裝置，其中，所述玻璃器皿中盛放有溶液，溶液為鹽酸溶液或者丙酮溶液。
更進(jìn)一步地，上述的氮化鋁陶瓷的激光加工裝置，其中，所述影像系統(tǒng)為高分辨率輔助定位影像系統(tǒng)。
再進(jìn)一步地，上述的氮化鋁陶瓷的激光加工裝置，其中，控制系統(tǒng)與X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制連接。
再進(jìn)一步地，上述的氮化鋁陶瓷的激光加工裝置，其中，所述X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上方的一側(cè)布置有真空吸附裝置。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，具體體現(xiàn)在以下方面：
①采用長(zhǎng)脈寬激光器(準(zhǔn)連續(xù)激光器)，產(chǎn)生ms量級(jí)的脈沖，能夠使得脈沖光具有比連續(xù)光高十倍以上的峰值功率，更適宜對(duì)材料的切割、鉆孔與劃線，選用的光路輸出發(fā)散光，需要將激光頭連接到切割頭的進(jìn)口端，即準(zhǔn)直端口，將發(fā)散光調(diào)整為平行光，再通過(guò)切割頭內(nèi)置的聚焦鏡，將平光匯聚成能量最強(qiáng)的一個(gè)點(diǎn)，輔助吹氣，讓通過(guò)切割頭的光路輸出端正對(duì)于X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，使用高清影像對(duì)材料進(jìn)行定位，確定具體的加工位置，激光按照加工圖形以坐標(biāo)系的方式反饋到勻速運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，通過(guò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器能量等參數(shù)的控制，以及運(yùn)動(dòng)速度的控制，保證加工過(guò)程中流暢性，能量加工的一致性；
②采用具有保護(hù)層的光纖進(jìn)行傳導(dǎo)，取代傳統(tǒng)意義的飛行光路，減少了粉塵對(duì)激光器等設(shè)備傷害，增加了光腔的密封性；
③通過(guò)光學(xué)搭配，采用經(jīng)過(guò)優(yōu)化的激光光路和光學(xué)模塊的應(yīng)用，綜合光纖激光在氧化鋁陶瓷方面劃線和打孔領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，并改進(jìn)傳統(tǒng)的加工方式，實(shí)現(xiàn)劃線、切割和微孔加工，相比其他光源加工方式有了更快的加工速度和加工質(zhì)量，更適用于芯片封裝、LED照明等行領(lǐng)域；本實(shí)用新型保證了氮化鋁陶瓷又快又好的加工以及加工完成后材料表面雜質(zhì)的清洗。
④用于對(duì)散熱性能良好的氮化鋁陶瓷進(jìn)行劃線、切割等加工，適合芯片封裝、LED照明等行業(yè)，實(shí)現(xiàn)劃線、切割和微孔加工，相比于傳統(tǒng)的激光設(shè)備打孔方式，加工速度更快，加工質(zhì)量更好。
附圖說(shuō)明
圖1：本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖詳細(xì)說(shuō)明具體實(shí)施方案。
如圖1所示，氮化鋁陶瓷的激光加工裝置，包含準(zhǔn)連續(xù)激光器1、具有保護(hù)層的光纖2、玻璃器皿11以及恒溫超聲清洗裝置12，準(zhǔn)連續(xù)激光器1的光路輸出端通過(guò)具有保護(hù)層的光纖2與激光頭3傳導(dǎo)連接，激光頭3的輸出光路上依次布置有準(zhǔn)直鏡4和聚焦鏡6，聚焦鏡6的光路輸出端正對(duì)于X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)9，X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)9通過(guò)升降機(jī)構(gòu)安裝于玻璃器皿11之上，玻璃器皿11置于恒溫超聲清洗裝置12中。X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)9的上方布置有影像系統(tǒng)5，聚焦鏡6上安裝有噴嘴7，噴嘴7正對(duì)于X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)9，噴嘴7連接輔助吹氣裝置8。X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)9上方的一側(cè)布置有真空吸附裝置。控制系統(tǒng)10與X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)9控制連接。
準(zhǔn)連續(xù)激光器1與激光頭3之間光路采用具有保護(hù)層的光纖進(jìn)行傳導(dǎo)，取代傳統(tǒng)意義的飛行光路，減少了粉塵對(duì)激光器等設(shè)備傷害，增加了光腔的密封性。光纖2的保護(hù)層由橡膠或者鋁制薄膜對(duì)纏繞形成，防止光纖折斷或者被外界的雜質(zhì)污染。
準(zhǔn)連續(xù)激光器1為1064nm光纖準(zhǔn)連續(xù)激光器。具有QCW出光模式，能夠使得脈沖光具有比連續(xù)光高十倍以上的峰值功率，更適宜對(duì)材料的切割、鉆孔與劃線。
激光頭3輸出的無(wú)規(guī)則自然光通過(guò)準(zhǔn)直鏡4調(diào)整為有序的平行光束。
激光平行光束進(jìn)入聚焦鏡6，實(shí)現(xiàn)激光匯聚，并與影像系統(tǒng)5配合、進(jìn)而控制激光加工位置，激光按照加工圖形以坐標(biāo)系的方式反饋到勻速運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，基于平臺(tái)位置觸發(fā)信號(hào)，輸出激光，聚焦到待加工工件表面，以瞬間融化材料進(jìn)行加工。
影像系統(tǒng)5為高分辨率輔助定位影像系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的準(zhǔn)備定位和自動(dòng)捕捉功能。
X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)9由控制系統(tǒng)10設(shè)置速度、加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)，操作簡(jiǎn)易方便。
玻璃器皿11中盛放有溶液，溶液為鹽酸溶液或者丙酮溶液，兩種溶液不能混合使用。但可以將氮化鋁陶瓷先在稀鹽酸溶液浸泡2～4小時(shí)后，再在丙酮溶液里繼續(xù)浸泡2小時(shí)即可。
采用長(zhǎng)脈寬激光器(也叫準(zhǔn)連續(xù)激光器)，產(chǎn)生ms量級(jí)的脈沖，能夠使得脈沖光具有比連續(xù)光高十倍以上的峰值功率，更適宜對(duì)材料的切割、鉆孔與劃線，選用的光路輸出發(fā)散光，需要將激光頭連接到切割頭的進(jìn)口端，即準(zhǔn)直端口，將發(fā)散光調(diào)整為平行光，再通過(guò)切割頭內(nèi)置的聚焦鏡，將平光匯聚成能量最強(qiáng)的一個(gè)點(diǎn)，輔助吹氣，讓通過(guò)切割頭的光路輸出端正對(duì)于X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，使用高清影像對(duì)材料進(jìn)行定位，確定具體的加工位置，激光按照加工圖形以坐標(biāo)系的方式反饋到勻速運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，通過(guò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器能量等參數(shù)的控制，以及運(yùn)動(dòng)速度的控制，保證加工過(guò)程中流暢性，能量加工的一致性。
氮化鋁陶瓷的激光加工方法，待加工的氮化鋁陶瓷固定于X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)9上，準(zhǔn)連續(xù)激光器1發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)具有保護(hù)層的光纖2傳導(dǎo)到激光頭3，激光頭3的光路輸出發(fā)散光，通過(guò)準(zhǔn)直鏡4將自然光調(diào)整為平行光，平行光通過(guò)聚焦鏡6匯聚，與影像系統(tǒng)配合，進(jìn)而控制激光加工位置，激光按照加工圖形以坐標(biāo)系的方式反饋到X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)9上，基于平臺(tái)位置觸發(fā)信號(hào)，輸出激光，聚焦到待加工的氮化鋁陶瓷表面，以瞬間融化材料進(jìn)行加工，待加工完成的氮化鋁陶瓷置入盛放溶液的玻璃器皿11中，由恒溫超聲清洗裝置12進(jìn)行加熱與超聲，去除加工過(guò)程中產(chǎn)生的雜質(zhì)。
焦點(diǎn)位置位于噴嘴7以下，增加輔助吹氣功能8降低加工過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，光路輸出正對(duì)于X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)9，X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)9的上方布置有影像系統(tǒng)5，運(yùn)動(dòng)參數(shù)與激光器參數(shù)通過(guò)控制系統(tǒng)10進(jìn)行控制，確保加工的穩(wěn)定性。
X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)9采用高精度、高分辨率為0.1um的光柵尺，讀數(shù)頭，直線電機(jī)，設(shè)備組裝好通過(guò)激光干涉儀進(jìn)行補(bǔ)償，使設(shè)備位置精度控制在5um以內(nèi)。
加工完成的材料表面和背面存留一些熔渣，需要清洗的流程，選用10％濃度的稀鹽酸浸泡，適量丙酮溶液盛放分別在玻璃器皿11內(nèi)，將玻璃容器放在含有水的超聲波清洗儀內(nèi)，溫度保持在60°左右，這樣的做法能夠加速溶液對(duì)激光作用到氮化鋁陶瓷產(chǎn)生的雜質(zhì)。
通過(guò)光學(xué)搭配，采用經(jīng)過(guò)優(yōu)化的激光光路和光學(xué)模塊的應(yīng)用，綜合光纖激光在氧化鋁陶瓷方面劃線和打孔領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，并改進(jìn)傳統(tǒng)的加工方式，實(shí)現(xiàn)劃線、切割和微孔加工，相比其他光源加工方式有了更快的加工速度和加工質(zhì)量，更適用于芯片封裝、LED照明等行領(lǐng)域。本實(shí)用新型保證了氮化鋁陶瓷又快又好的加工以及加工完成后材料表面雜質(zhì)的清洗。
本實(shí)用新型用于對(duì)散熱性能良好的氮化鋁陶瓷進(jìn)行劃線、切割等加工，適合芯片封裝、LED照明等行業(yè)，實(shí)現(xiàn)劃線、切割和微孔加工，相比于傳統(tǒng)的激光設(shè)備打孔方式，加工速度更快，加工質(zhì)量更好。
需要說(shuō)明的是：以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，并非用以限定本實(shí)用新型的權(quán)利范圍；同時(shí)以上的描述，對(duì)于相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的專門人士應(yīng)可明了及實(shí)施，因此其它未脫離本實(shí)用新型所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在申請(qǐng)專利范圍中。