一种锥度可控的微群孔高效激光加工方法与流程

本发明属于激光精密制造领域，具体涉及一种锥度可控的微群孔高效激光加工方法。

背景技术：

随着微电子等领域技术的发展，电子电路的设计也朝着微型化、轻量化、高密度化的趋势发展，因此对于电子电路的重要载体pcb(印刷电路板)以及fpc(柔性印刷电路板)，也提出了更高的微孔加工要求。

激光加工作为一种精密加工方法，具有非接触、聚焦光斑小等特点，尤其适用于印刷电路板微孔的加工，是印刷电路板精密钻孔广泛采用的加工方式。目前的印刷电路板激光钻孔系统中，主要利用光学扫描振镜精度高、响应快等特点，在加工过程中通过扫描振镜使光束旋转，从而实现印刷电路板微孔加工需求。但是该方法也存在一些问题，当激光通过振镜附带的场镜作用于零件表面时，由于光束的聚焦原理，形成的聚焦光束为锥形，由此导致所加工微孔的侧面轮廓必然为正锥形，从而无法满足一些pcb微孔的加工要求；其次，依靠扫描振镜使光束进行旋扫并通过运动平台对加工位置进行切换的加工方式，其制造效率往往受限于运动平台对于加工位置的切换，尤其对于在fpc这类轻薄零件上进行钻孔时，钻孔所花费的时间很短，但是平台切换加工位置的时间却超过了钻孔时间，从而制约了加工效率的提升。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有激光微孔加工方法存在锥度不可控以及加工效率低的问题，提供一种锥度可控的微群孔高效激光加工方法。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种锥度可控的微群孔高效激光加工方法，包括以下步骤；

步骤一、激光器发出的光束经扩束镜实现激光扩束，然后进入旋光系统；

步骤二、旋光系统根据微孔加工的孔径及锥度要求旋转激光束，使其满足加工要求；

2.1)调整旋光系统的平移反射镜相对于道威棱镜中轴线的平移量，以控制微孔加工的锥度；

2.2)驱动旋光系统的旋转光楔绕道威棱镜的中轴线正向旋转不同的角度，以控制微孔加工的直径；

步骤三、扫描振镜按被加工零件的微孔加工位置对旋光系统的出射光束进行定位；

步骤四、激光束通过场镜后实现聚焦并作用于被加工零件表面，实现微孔的加工；

步骤五、控制激光器关闭激光，驱动扫描振镜的内部反射镜切换至下一微孔的加工位置；

步骤六、循环步骤一至步骤五实现所有微孔的加工。

进一步地，步骤一中，激光器发出的光束经扩束镜实现激光扩束后，再经反射镜的反射后进入旋光系统，以实现不同光路的调整。

进一步地，步骤三具体为：扫描振镜按照被加工零件的微孔加工位置分别驱动其内部的两个反射镜，使旋光系统出射的光束偏转一定的角度，以此实现聚焦光束分别在不同加工位置的定位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明方法通过旋光系统使聚焦光束相对于零件表面产生一定的夹角，并且该夹角跟根据旋光系统中的平移反射镜进行调节，以此实现微孔加工锥度的控制，因此可实现锥度可控微群孔的高效制造。

2.本发明方法分别结合了旋光系统可实现锥度可控的微孔加工能力以及扫描振镜高响应性的特点，加工过程中使旋光系统按照微孔锥度及孔径的加工要求进行高速旋转，然后通过扫描振镜控制其内部反射镜进行快速偏摆，实现聚焦加工光束在不同位置的高速高精度的定位，从而实现微群孔的高效加工。

附图说明

图1为本发明锥度可控的微群孔高效激光加工方法所采用的装置结构图；

图2为本发明锥度可控的微群孔高效激光加工方法加工无锥微孔的示意图；

图3为本发明锥度可控的微群孔高效激光加工方法加工正锥微孔的示意图；

图4为本发明锥度可控的微群孔高效激光加工方法加工倒锥微孔的示意图；

图5为旋光系统的结构示意图。

附图标记：1-激光器，2-扩束镜，3-第一反射镜，4-第二反射镜，5-旋光系统，6-扫描振镜，7-场镜，8-被加工零件，9-振镜控制板卡，51-平移反射镜，52-旋转光楔，53-道威棱镜，54-第三反射镜。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本发明提出了一种锥度可控的微群孔高效激光加工方法，通过该方法能够实现印刷电路板微孔锥度可调及其高效制造。

如图1所示，实现本发明锥度可控的微群孔高效激光加工方法的装置组成如下，包括激光器1、扩束镜2、第一反射镜3、第二反射镜4、旋光系统5、扫描振镜6、场镜7、被加工零件8以及振镜控制板卡9。其中激光器1作为加工光源，提供微孔加工所需要的能量，激光器1具体可为co2激光器，平均功率为5100-5900w，激光的频率为90-110hz，激光的脉宽为12-15us。扩束镜2用于对激光束进行扩束，以获得精细和较小的聚焦光斑；第一反射镜3及第二反射镜4用于将co2激光器出射的光束导入至旋光系统5中。旋光系统5为激光加工领域中常用的微孔加工装置，如基于道威棱镜形式的激光加工头以及光楔式旋转扫描头等，在本方法中旋光系统5的主要作用包含两个方面：1、使光束产生旋转运动，实现圆孔的加工2、使光束与材料相互作用的空间姿态产生变化，实现锥度可调的微孔加工。扫描振镜6用于对由旋光系统5产生的扫描光束进行加工位置的定位，实现不同加工位置的快速切换。扫描振镜6及场镜7将旋切系统调制的光束定位并聚焦于待加工零件(印刷电路板)上。

在本发明实施中，旋光系统5采用基于道威棱镜53原理的激光加工头，如图5所示，其中虚框部分为本发明方法所使用的旋光系统5，即道威棱镜加工头，它由第三反射镜54、平移反射镜51、旋转光楔52、道威棱镜53等模块组成，其中平移反射镜51的调整决定了微孔加工的锥度，而旋转光楔52决定了微孔加工的直径。加工过程中，为了实现锥度及孔径可调的微孔加工，需要使旋光系统5按照加工孔径及锥度要求分别对平移反射镜51以及旋转光楔进行平移及旋转以实现聚焦光束的位移以及空间角度的调整。

如图2至图4所示，不同光束与材料之间的作用夹角决定了微孔的锥度。在本实施例中为了加工直径为0.1mm的圆柱孔，通过旋光系统5使光束旋转形成直径为0.1mm的圆环并使光束垂直作用于零件表面，从而实现圆柱孔的加工。

基于上述装置，本发明锥度可控的微群孔高效激光加工方法具体包括如下步骤：

步骤一、激光器1发出的光束经扩束镜2实现激光扩束，然后进入旋光系统5；

此步骤中，激光器1发出的光束经扩束镜2实现激光扩束后，也可再经第一反射镜3和第二反射镜4的反射后进入旋光系统5，以实现不同光路的调整；

步骤二、旋光系统5根据微孔加工的孔径及锥度要求旋转激光束，使其满足加工要求；

2.1)调整旋光系统5的平移反射镜51相对于道威棱镜53中轴线的平移量，以控制微孔加工的锥度；

具体的，旋光系统5驱动平移反射镜51使光束相对道威棱镜53中轴线正向平移0.5mm，以实现聚焦后光束垂直于零件表面；

2.2)驱动旋光系统5的旋转光楔绕道威棱镜53的中轴线正向旋转不同的角度，以控制微孔加工的直径；

具体的，驱动旋转光楔绕道威棱镜53的中轴线正向旋转5°，以此实现直径为0.1mm的圆柱孔加工；

步骤三、扫描振镜6按照被加工零件8的微孔加工位置对旋光系统5的出射光束分别进行定位；

扫描振镜6按照印刷电路板的微孔加工位置分别驱动其内部的两个反射镜，使旋光系统5出射的光束偏转一定的角度，以此实现聚焦光束分别在不同加工位置的定位；

步骤四、激光束通过场镜7后实现聚焦并作用于被加工零件8(印刷电路板表面)，实现微孔的加工；

步骤五、振镜控制板卡9控制激光器1关闭激光，然后驱动其内部反射镜快速切换至下一个微孔的加工位置；

步骤六、循环步骤一至步骤五实现所有微孔的加工。

在本发明实施例中，使光束的旋转直径为0.1mm，并调节光束的空间角度，使其垂直作用于印刷电路板。

本发明方法通过旋光系统使聚焦光束相对于零件表面产生一定的夹角，并且该夹角跟根据旋光系统中的平移反射镜进行调节，以此实现微孔加工锥度的控制。

本发明方法分别结合了旋光系统可实现锥度可控的微孔加工能力以及扫描振镜高响应性的特点。加工过程中使旋光系统按照微孔锥度及孔径的加工要求进行高速旋转，然后通过扫描振镜控制其内部反射镜进行快速偏摆，实现聚焦加工光束在不同位置的高速高精度的定位，从而实现微群孔的高效加工。