本发明涉及激光加工领域。具体涉及一种陶瓷材料高速打孔方法及装备。
背景技术：
1、陶瓷具有硬度、导热性、电阻率、热稳定性高，介电常数小，热膨胀系数与芯片匹配等特点，是新一代微电子器件、系统首选，其已成为航空航天、5g通讯、大功率电力半导体及大功率led照明等领域电路基板的主要材料，应用前景广阔。而陶瓷作为典型硬脆材料，传统机械加工易导致基板断裂，特种加工方法也存在极大限制。随着工业激光器的技术成熟及应用普及，激光加工作为一种非接触、无磨损的新型绿色技术，高精度、高效率、过程可控使其成为陶瓷电路基板加工新的选择。
2、现有研究中，纳秒、皮秒、飞秒激光的快速发展使其在微米、纳米制造中体现出显著质量优势，然而加工效率低、稳定性不够、设备成本昂贵等现状难以满足陶瓷基板工业化加工需求；具备大脉冲能量的毫秒激光有高的材料移除效率，但加工伴随明显热效应，熔融陶瓷的溅射排除不足，微孔常伴随大孔径、大锥度、微裂纹等缺陷。因此，如何实现高效率、高质量的陶瓷材料微孔加工成为亟需解决的难题。
3、陶瓷材料对激光吸收极低，比如氧化铝陶瓷对近红外激光吸收一般低于5％，因此传统的毫秒激光在进行陶瓷材料微孔加工中往往需要极高的峰值功率密度才可以在陶瓷表面形成一定的烧蚀效果。然而，该类高峰值功率密度毫秒激光打孔的整个周期会存在吸收率突增现象：在毫秒激光烧蚀初始表面形成缺陷小孔后，后续注入的高峰值功率脉冲激光会在小孔内光滑内壁的多重反射下有效吸收，适宜深度的小孔甚至能够提升对毫秒激光的吸收提升到饱和(类似于黑洞小孔)。因此，毫秒激光加工陶瓷微孔后期会因吸收提高显著增大毫秒激光加热、熔化及汽化的材料，导致微孔直径扩大、热缺陷增大(裂纹、重铸层厚度、微孔锥度等)，难以满足实际需求。
4、针对上述问题，本专利提出一种新型陶瓷材料高速打孔方法及装备，具体利用时间整形的毫秒脉冲激光进行陶瓷材料微孔加工，其中时间整形的毫秒激光具有高峰值功率前沿及低峰值功率中沿、后沿，充分利用高峰值功率前沿在陶瓷材料上制备缺陷，该缺陷会显著增大陶瓷材料对后续毫秒激光的吸收，从而后续低峰值功率中沿、后沿能够在吸收增强下形成所需的微孔加工，降低毫秒激光加工的热效应，从而控制微孔直径、热缺陷等。
技术实现思路
1、本发明提供的一种新型陶瓷材料高速打孔方法及装备，包括以下步骤：
2、步骤一、通过调控激光器的控制，使输出的毫秒激光具有高峰值功率前沿和低峰值功率中沿、后沿的特定脉冲波形；
3、步骤二、该激光经过准直镜从而具备低发散、远距离传输能力，再通过振镜控制其偏转，由聚焦镜聚焦后作用于样品上表面指定位置；
4、步骤三、毫秒脉冲激光的高峰值功率前沿作用于样品后产生缺陷，缺陷会显著增大样品对后续毫秒激光的吸收，因而低峰值功率中沿、后沿可以实现所需的微孔加工，有效降低加工过程中热效应，最终实现陶瓷材料高效率、高质量微孔加工。
5、进一步，所述毫秒激光的波长在266-2000nm范围内。
6、进一步，调控毫秒激光脉冲波形的方式包括但不限于控制激光器输入激励的波形。
7、进一步，所述毫秒激光脉冲前沿的峰值功率为中沿、后沿的峰值功率的3倍以上。
8、进一步，所述毫秒激光脉冲前沿脉宽为50μs-1ms，峰值功率为3kw-15kw，毫秒激光脉冲中沿、后沿脉宽为100μs-10ms，峰值功率为1kw-3kw。
9、进一步，所述缺陷直径为5μm-100μm，深度为1μm-20μm，形状为锥形、平顶型等，缺陷可以提高材料吸收5倍以上。
10、进一步，所述样品为氧化铝、氮化铝、氮化硅等材料。
11、进一步，所述样品的厚度为0.2mm-5mm。
12、进一步，所述振镜调整激光方向后使其垂直入射样品表面，并通过振镜的移动控制激光在样品上的加工路径。
13、进一步，通过夹具和载物台固定样品，并使其上表面位于激光焦点位置。
14、有益效果
15、本发明主要具备以下技术优点：
16、1，通过形成特定的脉冲波形(具备高峰值功率前沿、低峰值功率中沿、后沿)，解决陶瓷类材料毫秒激光打孔过程的吸收率改变问题，充分利用脉冲前沿在陶瓷表面制备缺陷增强激光吸收，从而降低整体的注入激光能量，降低毫秒激光加工的热效应，从而控制微孔直径、热缺陷等，提高微孔的质量。
17、2，由于缺陷大幅提升后续激光的吸收，因而通过合适的波形，单脉冲作用下即可形成所需通孔，并可以应用于高速移动、扫描打孔中，从而提高加工效率。
1.一种陶瓷材料高速打孔方法及装备，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及装备，其特征在于，所述毫秒激光的波长在266-2000nm范围内。
3.根据权利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及装备，其特征在于，调控毫秒激光脉冲波形的方式包括但不限于控制激光器输入激励的波形。
4.根据权利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及装备，其特征在于，所述毫秒激光脉冲前沿的峰值功率为中沿、后沿的峰值功率的3倍以上。
5.根据权利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及装备，其特征在于，所述毫秒激光脉冲前沿脉宽为50μs-1ms，峰值功率为3kw-15kw，毫秒激光脉冲中沿、后沿脉宽为100μs-10ms，峰值功率为1kw-3kw。
6.根据权利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及装备，其特征在于，所述缺陷直径为5μm-100μm，深度为1μm-20μm，形状为锥形、平顶型等，缺陷可以提高材料吸收5倍以上。
7.根据权利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及装备，其特征在于，所述样品为氧化铝、氮化铝、氮化硅等材料。
8.根据权利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及装备，其特征在于，所述样品的厚度为0.2mm-5mm。
9.根据权利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及装备，其特征在于，所述振镜调整激光方向后使其垂直入射样品表面，并通过振镜的移动控制激光在样品上的加工路径。
10.根据权利要求1所述的陶瓷材料高速打孔方法及装备，其特征在于，通过夹具和载物台固定样品，并使其上表面位于激光焦点位置。
