【摘 要】
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激光打孔技术较传统打孔技术具有成本低、效率高、质量好等优势,普遍应用于氧化铝陶瓷电路基板微孔加工。现有的氧化铝陶瓷激光打孔技术存在重铸层厚、锥度大、表面飞溅物多、一致性较差、打孔速度慢等问题,需要对其进行进一步的优化。围绕上述问题,本文提出了高功率连续激光调制脉冲串打孔新方法,搭建了声光调制高功率连续光纤激光器打孔实验系统,对氧化铝陶瓷激光打孔过程进行了理论分析和工艺研究,主要内容有:（1）采用C
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激光打孔技术较传统打孔技术具有成本低、效率高、质量好等优势,普遍应用于氧化铝陶瓷电路基板微孔加工。现有的氧化铝陶瓷激光打孔技术存在重铸层厚、锥度大、表面飞溅物多、一致性较差、打孔速度慢等问题,需要对其进行进一步的优化。围绕上述问题,本文提出了高功率连续激光调制脉冲串打孔新方法,搭建了声光调制高功率连续光纤激光器打孔实验系统,对氧化铝陶瓷激光打孔过程进行了理论分析和工艺研究,主要内容有:（1）采用COMSOL Multiphysics软件的流体传热和层流两相流物理场,建立了固-液-气三相统一的氧化铝陶瓷激光打孔仿真模型。基于该模型,对高频调制的激光脉冲串和单个长脉冲打孔过程进行了仿真模拟。结果表明,峰值功率一定时,脉冲宽度越长,即注入的能量越大,材料去除率就越高;当注入的总能量相同时,使用单脉冲打孔和脉冲串打孔的材料去除率基本一致。如峰值功率为800 W,总能量相同时,使用单脉冲打孔,材料去除率为5.03×10-2mm~3/J;使用调制重频为200 k Hz,脉冲宽度为4μs的脉冲串打孔,材料去除率为5.11×10-2mm~3/J。（2）对单脉冲和调制脉冲串激光打孔进行了对比实验研究。结果表明,峰值功率一定,注入能量一定时,两者的材料去除率基本一致,与模型结果吻合较好,验证了模型的有效性。此外,调制脉冲串打孔重铸层更少,质量优于单脉冲打孔。（3）采用调制脉冲串激光对0.38 mm厚氧化铝陶瓷（纯度为96%）进行打孔实验研究。通过控制变量法分析了峰值功率、重复频率、脉冲宽度、离焦量和打孔时间等因素对打孔质量及打孔效率的影响,系统优化了激光打孔工艺。激光打孔优化参数为:峰值功率800W,脉冲宽度1.5μs,重复频率200 k Hz,打孔时间5 ms,离焦量0.6 mm。该参数得到的孔上下表面孔径、圆度、锥度和群孔一致性均达到指标要求。
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