一种IGBT陶瓷基板的激光切割系统及控制方法与流程

本发明涉及一种IGBT陶瓷基板的激光切割系统，本发明还涉及一种IGBT陶瓷基板的激光切割控制方法。

背景技术：

本发明做出以前，在IGBT陶瓷基板切割方面，采用传统硬刀片划片的方式进行切割，从理论上看，可以达到0.1mm的精度，但实际使用过程当中还有因机械装置本身带来的误差，及刀片的抖动，所以误差难再减小。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种IGBT陶瓷基板的激光切割系统，简单方便，操作灵活，使切割系统成为闭环系统，经过切割之后的单个陶瓷基板的尺寸精度可以控制到0.05mm以内；本发明的目的还提供一种IGBT陶瓷基板的激光切割控制方法。

为了达到上述目的，本发明有如下技术方案：

本发明的一种IGBT陶瓷基板的激光切割系统，包括计算机主机、显示器、工业相机、运动控制卡、直线电机驱动器、直线电机、大理石移动工作台、光纤激光器、激光切割头，所述计算机主机分别与运动控制卡连接，运动控制卡与两个直线电机驱动器连接，两个直线电机驱动器分别与两个直线电机连接，两个直线电机分别与大理石移动工作台连接，运动控制卡与工业相机、激光器连接,激光器与激光切割头连接；所述切割头侧方有氧气气嘴，用来接氧气进行切割时的保护，氧气压力设在0.5-1mpa，依据陶瓷板的厚度增加气压也相应增加，氧气的作用一是切割时助燃，让陶瓷瞬间融化 气化，二是将挂渣吹走保护聚焦镜片以免切割挂渣反溅到镜片上，三是保证切完后陶瓷板的断面不发黄；切割前将切割头离陶瓷基板上表面的距离设在0.2-0.5mm,厚度在1mm及以下的陶瓷基板将激光焦距调整到陶瓷基板的下表面，1mm以上的陶瓷基板将激光焦距调整到陶瓷基板厚度的三分之一到三分之二的位置。

本发明的一种IGBT陶瓷基板的激光切割方法，有以下步骤：

1)装载大理石移动工作台的机柜内采用龙门式结构，该龙门式结构底座为Y轴，横梁为X轴，光纤激光器安装在机柜的底部上，切割头固定在X轴上，切割头上下可调节，切割头在X方向、模具在Y轴方向移动，实现对陶瓷基板的切割；

2)大理石移动工作台上加载二维直线电机，定位精度达到0.005mm,重复定位精度达到0.005mm；

3)在光纤激光器的旁轴光路上加载工业相机，用于识别扑捉大理石移动工作台的工作面上的图像；

4)光纤激光器侧方有同轴气管，用来切割时用氧气保护及助燃；

5)光纤激光器加载F100准直镜配合F80的聚焦镜，能使切割线宽保持在0.05mm以内；

6)在切割前，工业相机采集到陶瓷基板上不同位置的两个标记点，采集完成后计算机主机自动计算陶瓷基板的偏转角度，然后在切割时进行偏转切割。

其中，进一步还有有以下步骤：

1)将所述陶瓷基板平放在模具上利用真空泵吸附，把需要切割图形的CAD文档导入到计算机主机中，然后把陶瓷基板上的标记点移动到工业相机正下方，用来新建扑捉的模 板；

2)模板建好后，根据不同的陶瓷厚度调整不同的激光切割参数。

由于采取了以上技术方案，本发明的优点在于：

本发明结构简单方便，操作灵活，使切割系统成为闭环系统，切割误差小，经过切割之后的单个陶瓷基板的尺寸精度可以控制到0.05mm以内。

附图说明

图1为本发明整体结构的方框示意图；

图2为本发明IGBT陶瓷基板的示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1-2：

本发明的一种IGBT陶瓷基板的激光切割系统，包括计算机主机、显示器、工业相机、运动控制卡、直线电机驱动器、直线电机、大理石移动工作台、光纤激光器、激光切割头，所述计算机主机分别与运动控制卡连接，运动控制卡与两个直线电机驱动器连接，两个直线电机驱动器分别与两个直线电机连接，两个直线电机分别与大理石移动工作台连接，运动控制卡与工业相机、激光器连接,激光器与激光切割头连接；所述切割头侧方有氧气气嘴，用来接氧气进行切割时的保护，氧气压力设在0.5-1mpa，依据陶瓷板的厚度增加气压也相应增加，氧气的作用一是切割时助燃，让陶瓷瞬间融化气化，二是将挂渣吹走保护聚焦镜片以免切割挂渣反溅到镜片上，三是保证切完后陶瓷板的断面不发黄；切割前将切割头离陶瓷基板上表面的距离设在0.2-0.5mm,厚度在1mm及以 下的陶瓷基板将激光焦距调整到陶瓷基板的下表面，1mm以上的陶瓷基板将激光焦距调整到陶瓷基板厚度的三分之一到三分之二的位置。

本发明的一种IGBT陶瓷基板的激光切割方法，有以下步骤：

1)装载大理石移动工作台的机柜内采用龙门式结构，该龙门式结构底座为Y轴，横梁为X轴，光纤激光器安装在机柜的底部上，切割头固定在X轴上，切割头上下可调节，切割头在X方向、模具在Y轴方向移动，实现对陶瓷基板的切割；

2)大理石移动工作台上加载二维直线电机，定位精度达到0.005mm,重复定位精度达到0.005mm；

3)在光纤激光器的旁轴光路上加载工业相机，用于识别扑捉大理石移动工作台的工作面上的图像；

4)光纤激光器侧方有同轴气管，用来切割时用氧气保护及助燃；

5)光纤激光器加载F100准直镜配合F80的聚焦镜，能使切割线宽保持在0.05mm以内；

6)在切割前，工业相机采集到陶瓷基板上不同位置的两个标记点，采集完成后计算机主机自动计算陶瓷基板的偏转角度，然后在切割时进行偏转切割。

其中，进一步还有有以下步骤：

1)将所述陶瓷基板平放在模具上利用真空泵吸附，把需要切割图形的CAD文档导入到计算机主机中，然后把陶瓷基板上的标记点移动到工业相机正下方，用来新建扑捉的模板；

2)模板建好后，根据不同的陶瓷厚度调整不同的激光切割参数。

进一步说明：

1.切割头侧方有氧气气嘴，用来接氧气进行切割时的保护，氧气压力在0.5-1mpa，依据陶瓷基板的厚度增加气压也相应增加，氧气的作用一是切割时助燃，让陶瓷瞬间融化气化，二是将挂渣吹走保护聚焦镜片以免切割挂渣反溅到镜片上，三是保证切完后陶瓷基板的断面不发黄。

2.切割前将切割头调到离陶瓷片上表面合适的高度，切割头离陶瓷片上表面的距离在0.2-0.5mm,厚度在1mm及以下的陶瓷基板将焦距调整到陶瓷基板的下表面，1mm以上的根据实际情况将焦距调整到陶瓷基板厚度的三分之一到三分之二的位置。

3.将IGBT陶瓷基板平放在模具上利用真空泵吸附，把需要切割图形的CAD文档导入到切割软件。然后把陶瓷基板上的标记点移动到工业相机正下方，用来新建扑捉的模板。

4.模板建好后，根据不同的陶瓷厚度调整不同的激光切割参数；切割陶瓷一般使用峰值功率高的QCW模式，以厚度0.6mm陶瓷基板为例，脉宽设为0.25ms，频率设为400Hz，功率设为90％，激光切割参数应该根据实际切割效果进行适当的修改，保证切割完成后陶瓷基板断面基本为本色，且光滑，上下两面无挂渣，或者有轻微挂渣但可用手轻轻擦掉。

IGBT陶瓷覆铜基板是利用铜的含氧共晶体直接将铜覆接在陶瓷上，其基本原理是覆接过程前或过程中在铜与陶瓷之间引入适量的氧元素，在1065℃～1083℃范围内(低于 铜的熔点1083℃)，铜与氧形成铜—氧共晶体，该共晶体一方面与陶瓷发生化学反应生成尖晶石的物质，另外一方面浸润铜箔和陶瓷实现了陶瓷与铜箔的结合。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。