不同的實施例可用于基于激光的改性工件的靶材料，同時有利地實現加工處理量和/或質量的提高。加工的方法的實施例可包括以足夠短的脈沖寬度將激光脈沖聚焦并導向工件的一區域，以便通過從所述區域非線性光學吸收有效地去除材料并且熱影響區的量和所述區域內或區域附近或兩者的材料上的熱應力相對于使用具有更長脈沖的激光可得到的量有減少。在至少一個實施例中，超短脈沖激光系統可包括光纖放大器或光纖激光器中的至少一個。不同的實施例可適用于切割、切片、劃片和在復合材料上或復合材料內形成結構中的至少一種。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術總體涉及脈沖激光和利用高重復率脈沖激光加工材料。
技術介紹
復合材料是具有例如明顯不同物理和/或化學特性的至少兩種不同材料的工程材料。所述不同材料的物理和/或化學特性在復合材料內在宏觀或微觀上可保持基本上獨立、不同或可區分。舉例來說，材料可由補強物(例如，纖維、微粒、薄片和/或填充物)嵌埋在基材(例如，聚合物、金屬和/或陶瓷)中而構成。基材容納補強物以形成希望的形狀，同時補強物改進基材的整體機械特性。復合材料被用于各種應用中，這是由于其不同材料特性的組合，例如強度和輕質、撓性和剛性、耐化學性和耐火性等等。印刷電路板(PCB)的部分可用復合材料制備，以便具有機械強度、滿足重量限制、撓性和/或剛性以及耐熱性和耐化學性。用于高速電子器件的PCB可包括低-k電介質(材料)，擴大了復合材料的功能性。低_k材料可包括介電常數小于二氧化硅的介電常數的材料。例如，低_k材料可包括電介質材料，例如摻雜二氧化硅、聚合物電介質等。希求綠色技術(環保技術)以及無鉛和無害材料的相關使用也是考慮因素。因此，在各種PCB設計的制造中挑戰是顯而易見的。玻璃纖維基材、碳纖維基材或金屬結構可被用于強化復合材料的機械結構，其中所述結構被宿駐在聚合物或有機樹脂中以便機械穩定形狀。例如，Garolite (結合填充有 環氧樹脂的玻璃纖維網)是電子器件PCB常用的基片。復合材料(例如，可用于PCB基片)可包括例如NationalElectricalManufacturers Association(NEMA)(美國電器制造商協會)等級FR-1,FR_2,FR-3，FR-4，FR-5, FR-6, G-10，和復合環氧樹脂材料包括 CEM-1，CEM-2，CEM-3，CEM-4，CEM-5等。復合材料可包括具有環氧樹脂粘合劑的玻璃纖維布織物，樹脂粘合紙，具有玻璃纖維織物表面的纖維素紙，玻璃布和環氧樹脂，棉紙和環氧樹脂，毛面玻璃和聚酯，玻璃布和聚酯，以及玻璃強化環氧層壓材料。在一些類型的PCB中，PCB的導電層由薄的導電箔片或層(例如，銅)制成，而電介質材料的絕緣層通過環氧樹脂預浸(預浸處理)復合(材料)纖維進行層壓。在一些情況，電介質材料可包括聚四氟乙烯(PTFE或Teflon )、聚酰亞胺、FR-I、FR-4、CEM-UP /或CEM-3。在一些情況，預浸(處理)材料可包括FR-2、FR-3、FR-4、FR-5、FR-6、G-IO、CEM-I、CEM-2、CEM-3、CEM-4、和 / 或 CEM-5。例如，某些 PCB 包括絕緣 FR-4 層，在絕緣層FR-4層上層壓有薄層的銅箔(在FR-4層的一個面或兩個面上)。導電層(例如，銅箔)的厚度可以在從約10 μ m到約100 μ m的范圍內(例如，約18 μ m或約35 μ m)?？梢圆捎闷渌膶щ妼雍穸取CB基片的厚度可以在從約500 μ m到約1500 μ m的范圍內(例如，約800 μ m或約1000 μ m)?？梢圆捎闷渌幕穸?例如，約30 μ m到約250 μ m)。在一些情況，PCB可包括層壓有絕緣(例如，電介質)層的約I和20層之間(即約1-20層)的導電層(例如，銅)。在一些情況，PCB可包括多層PCB，其中多個PCB層被結合在一起。在一些情況，PCB可涂覆有一種或多種物質(例如，蠟、硅橡膠、聚氨酯、丙烯酸樹脂、或環氧樹脂)，以抑制腐蝕和短路。包括有所述復合材料的PCB的物理分離例如切割并非沒有挑戰性。傳統的機械切割是最常用的方法，但具有明顯的缺陷。當材料厚度變得小于約1000 μ m時，用機鋸進行切割可導致各種問題，例如崩缺、磨損、開裂和分層(脫層)。高速PCB可具有厚度為約125 μ m的基片，并且基片厚度可在從約30 μ m到約250 μ m的范圍內。此外，可能需要專用工具對薄PCB進行機械切割，尤其是如果需要不規則的形狀。化學處理(化學加工)要承受較高的環境代價并且同時在很多工業應用中被認為是非綠色環保的。
技術實現思路
至少由于前述的挑戰和限制，申請人認識到不僅需要高效地機器加工材料而且還要避免熱或機械弱化材料，所述副作用由不希望的熱效應所導致。對于某些實施例，能排除昂貴的處理(加工)步 驟的解決方案是非常需要的。因此，本文所述的系統和方法的不同實施例可被用于基于激光改性工件的復合靶材料，同時實現加工處理量和/或質量的改進。使用所述系統和方法的實施例的激光加工可能對于替換傳統機械切割方法是有吸引力的，并且對于一些應用可結合機械切割(或其它加工工藝)使用。在一個總體方面，提供了一種激光加工具有復合材料的工件的方法。所述方法可包括以足夠短的脈沖寬度將激光脈沖聚焦并導向工件的復合材料的區域，以便控制一種或多種材料內的熱積聚使得能夠快速材料去除來自所述區域的材料，并且使熱影響區(HAZ)減小或最小化和/或使區域內或接近區域的碳化材料量相對于在更長脈沖下可獲得的量減少。例如，在所述方法的一些實施例中，脈沖寬度可以在約IOfs到約500ps的范圍內。在另一總體方面，一種激光加工具有復合材料的復合工件的方法可包括將激光脈沖聚焦并導向所述復合材料的區域。在另一總體方面，將超短(例如，fs)脈沖用于加工復合材料例如高速PCB減少了切口寬度、切口質量和脈沖間的空間重疊之間的至少一些權衡。當PCB結構越小時切口尺寸控制可能越重要；切口尺寸和HAZ尺寸可能都需要減小。如本文示例所示，用超短(例如，fs)脈沖在非線性吸收區域中作業產生高質量切割。至少一個實施例包括劃片、切割、切片或加工以便從具有復合材料的工件的一區域去除材料的方法，所述復合材料包括具有不同光學性能的至少兩種非金屬材料。所述方法包括將激光脈沖導向復合材料工件，所述激光脈沖具有至少一個脈沖寬度在(大于)十飛秒到約500皮秒的范圍內并且脈沖重復率在從大于十(或幾十)kHz到約IOMHz的范圍內。所述方法包括將激光脈沖聚焦成光斑尺寸(Ι/e2)在幾微米(即大于I微米)到約100 μ m的范圍內的激光光斑，其中至少一個聚焦激光脈沖提供的功率密度高于以至少一個激光脈沖的波長在復合材料非線性吸收的閾值。所述方法包括相對于工件定位激光光斑，使得用于去除材料的相鄰聚焦光斑(Ι/e2)之間的空間重疊足以在所述波長、脈沖寬度、重復率和功率密度下劃片、切割、切片或加工所述工件。所述方法控制所述工件區域的一種或多種材料內的熱積聚，同時限制區域周圍不需要材料的積聚。在不同的實施例中，所述工件的復合材料包括材料結構及其基質材料。在不同的實施例中，所述工件包括非復合材料，所述非復合材料被設置成與所述復合材料接觸，并且所述方法包括去除所述非復合材料中的至少一部分。在不同的實施例中，作用到非復合材料的脈沖的能量密度高于對應于在所述波長線性吸收的單脈沖燒蝕閾值。在不同的實施例中，所述非復合材料包括金屬。在不同的實施例中，所述非復合材料包括聚合物。在不同的實施例中，所述工件包括至少兩層非復合材料，并且所述復合材料被設置在至少兩層非復合材料之間，并且所述方法包括從至少一層非復合材料中去除至少一部分的非復合材料。在不同的實施例中，所述工件的厚度小于約1000 μ m。在不同的實施例中，至少一個脈沖的能量密度(能流)在從約O. 01J/cm2到約I本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發人員：許景周，曹圭千，L·沙，孫晉嶸，
申請(專利權)人：IMRA美國公司，
類型：
國別省市：
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