利用紫外皮秒激光器對(duì)單晶硅材料進(jìn)行切割實(shí)驗(yàn)研究,探討不同激光能量密度、光斑重合度、切縫寬度及切割次數(shù)對(duì)切縫表面形貌和切割深度的影響。通過不同單脈沖能量的打孔實(shí)驗(yàn)測(cè)得在波長355 nm、脈寬12 ps的情況下,單晶硅的損傷閾值為3.22 J/cm²,并對(duì)最佳能量密度進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,激光能量密度為2～4倍的損傷閾值、光斑重合度為50%～60%時(shí)可以獲得良好的切縫效果且熱影響區(qū)最小達(dá)到1.01μm。切縫的最大切割深度由切縫寬度決定,與切割次數(shù)無關(guān),實(shí)驗(yàn)測(cè)得的最大寬深比約為1∶5。

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【部分圖文】：

圖1 皮秒激光加工示意圖

實(shí)驗(yàn)使用的是德國EdgeWave公司生產(chǎn)的型號(hào)為PX100-3-GF的紫外皮秒激光器。出射光束為直徑3mm的平行光束,經(jīng)過3倍擴(kuò)束后,通過一系列反射鏡入射到振鏡系統(tǒng)中。經(jīng)過遠(yuǎn)心場(chǎng)鏡(EFL100mm)聚焦后得到直徑d=7.54μm的聚焦光斑。激光器最大輸出單脈沖能量為13....

圖2 孔徑大小隨激光單脈沖能量變化

實(shí)驗(yàn)采用8組不同的單脈沖能量Ep對(duì)單晶硅材料進(jìn)行損傷測(cè)試,Ep變化范圍為5～12μJ,間隔1μJ。每組能量測(cè)量6個(gè)損傷直徑數(shù)據(jù)點(diǎn),具體變化情況如圖2所示。將圖2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,并進(jìn)行最小二乘法擬合,得到單脈沖燒蝕直徑的平方與能量密度的對(duì)數(shù)關(guān)系如圖3所示。由圖3可知擬合結(jié)果滿....

圖3 單脈沖燒蝕直徑的平方與能量密度的對(duì)數(shù)關(guān)系

圖2孔徑大小隨激光單脈沖能量變化由于單晶硅和金屬材料的晶格結(jié)構(gòu)不一致,因此利用金屬材料的損傷閾值理論選取單晶硅的最佳能量密度時(shí)會(huì)存在誤差。為找到單晶硅材料切割的最佳能量密度與損傷閾值的倍數(shù)關(guān)系,本文開展了不同能量密度下單晶硅材料的切割實(shí)驗(yàn),其效果如圖4所示。實(shí)驗(yàn)中只改變激光能量....

圖5 激光重疊率變化對(duì)熱影響的影響

實(shí)驗(yàn)中通過改變加工速度來控制光斑重合度,變化范圍為45%～80%,其余參數(shù)保持不變,分別為:激光頻率400kHz、能量密度12.88J/cm2、加工次數(shù)50次、切縫寬度設(shè)置為單線。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的光斑重合度對(duì)切縫熱影響區(qū)和表面形貌影響分別如圖5、圖6所示。由圖5可以看出,當(dāng)光斑重合....

本文編號(hào)：4017004