Керамика из глинозема (Al₂O₃) широко используется в электронных упаковках, датчиках и прецизионных конструкционных компонентах благодаря своей высокой твердости, отличной электроизоляции и высокой-термостойкости. Однако традиционная механическая обработка часто приводит к сколам и трещинам, что делает лазерную бесконтактную обработку одним из предпочтительных решений для изготовления микро-отверстий в современной керамике.
Итак, насколько маленького отверстия можно просверлить лазером в глиноземной керамике?
Использование лазера ЮйчанYC-TC01 Станок для лазерной обработки керамикиНапример, обычный инфракрасный волоконный наносекундный лазер (1064 нм) может достичь минимального диаметра отверстия примерно 50 мкм в оксиде алюминия в идеальных условиях. Однако этот предел обычно достижим только на керамических подложках толщиной около 500 мкм. Для подложек толщиной более 500 мкм стабильный диаметр промышленных сквозных-отверстий обычно составляет примерно 80–200 мкм.
YC-TC01 объединяет функции лазерной резки, сверления и разметки на единой платформе. Типичные стандартные конфигурации включают: Мощность лазера: 150 Вт, Ширина импульса: 50–200 нс, Размер пятна: 50 мкм. Система предназначена для твердых и хрупких современных керамических материалов, таких как оксид алюминия, нитрид кремния и цирконий. Он может обеспечить стабильное массовое производство диаметром 50–80 мкм через отверстия в керамических подложках, что делает его пригодным для применений, требующих высокой точности, гибкости и эффективности обработки.
Машина особенно хорошо работает в условиях мелкого-серийного и много-производства.
Для керамических пластин толщиной более 3 мм типичный диаметр отверстия увеличивается примерно до φ200–500 мкм, при этом конусность отверстия становится более заметной, а диаметр выхода имеет тенденцию к уменьшению.
Может ли УФ-лазерное сверление достичь более высокой точности?
В обработке УФ-лазером (355 нм) преобладают холодная абляция и удаление материала типа «шелушения». Зона термического-воздействия может быть уменьшена примерно до 10–50 мкм, практически без видимого слоя повторного литья.
Поскольку размер сфокусированного пятна можно уменьшить примерно до 20 мкм, УФ-лазерные системы позволяют создавать более стабильные небольшие сквозные-отверстия в керамике из оксида алюминия, при этом значительно уменьшая термические повреждения, сколы по краям и микротрещины.
Инфракрасные волоконные наносекундные лазеры (1064 нм) обычно имеют больший размер пятна и более сильные тепловые эффекты. При одинаковых условиях сверления риск сколов и растрескивания кромок выше по сравнению с УФ-лазерными системами.
Таким образом, хотя наносекундные волоконные лазеры (1064 нм) немного слабее, чем УФ-наносекундные лазеры, по возможности обработки микроотверстий в оксиде алюминия, они все же предлагают важные преимущества, включая более низкую стоимость, высокую стабильность и простоту обслуживания.
Ключевые факторы, влияющие на диаметр отверстия
1. Размер фокусируемого пятна (наиболее прямой фактор)
Поскольку УФ-лазеры имеют более короткие длины волн, чем инфракрасные лазеры (1064 нм), они позволяют получить меньшие сфокусированные пятна и поэтому более подходят для сверления микро-отверстий. В сочетании с высокоточными гальванометрическими системами-и динамической фокусирующей оптикой точность позиционирования может достигать ±2 мкм, что позволяет стабильно контролировать диаметры отверстий около 40 мкм.
2. Толщина материала и глубина отверстия
Тонкие керамические подложки (<1 mm): Easier to process small through-holes with higher yield rates
Thick ceramic substrates (>2 мм): Диаметр отверстия имеет тенденцию увеличиваться с глубиной сверления.
For deep holes (>5 мм), минимально достижимый диаметр обычно составляет около 100 мкм, при этом контроль конусности становится все более важным.
3. Параметры обработки
Точечное бурение с одним-импульсом: Увеличенный диаметр отверстия; сильные сколы по краям (более или равные 100 мкм). Ротационная резка/спиральное сканирование: самые маленькие и круглые отверстия; минимальная конусность (предпочтительный метод для диаметров φ50–80 мкм).
Власть: Чрезмерно высокая мощность приводит к увеличению диаметра отверстий и сколам кромок; слишком низкая мощность препятствует полному проникновению. Уровни мощности должны быть тщательно согласованы с порогом обработки материала.
Скорость сканирования:Более высокие скорости приводят к уменьшению диаметра отверстий; скорости 200–400 мм/с обеспечивают высокое-качество сквозных-отверстий.
Вспомогательный газ: Кислород способствует горению; азот обеспечивает охлаждение. Оба газа влияют на получаемый диаметр отверстия и качество кромки.
4. Чистота глинозема
99% плотный глинозем: труднее обрабатывать; приводит к увеличению диаметра отверстий и более высокой склонности к растрескиванию.
96% пористый оксид алюминия: сравнительно легче обрабатывать; облегчает создание отверстий меньшего-диаметра.
Резюме и рекомендации по выбору оборудования
Приложения для массового производства (приоритет стоимости)
Наносекундные волоконные лазеры рекомендуются для стабильного изготовления микроотверстий диаметром 50 мкм-на керамических подложках толщиной 0,5–2 мм, обеспечивая превосходное соотношение цены и надежности.
Прецизионные приложения (приоритет качества)
УФ-пикосекундные лазеры рекомендуются для обработки микро-отверстий размером 20–50 мкм с минимальными сколами и трещинами, особенно для ультра-тонких керамических подложек.
Приложения с высочайшей точностью (исследования и высокотехнологичное-производство)
Фемтосекундные лазерные системы позволяют создавать микро-отверстия размером 5–10 мкм с возможностью ультра-холодной обработки, что делает их пригодными для производственных применений в микро/нано-масштабах.
YCLASER специализируется на высокоточном-лазерном оборудовании, а также предоставляет услуги по контрактной обработке различных твердых и хрупких материалов. Клиенты, заинтересованные в лазерных решениях для твердых и хрупких материалов, приглашаются на свяжитесь с нами для бесплатного тестирования образца и оценка обработки.
