利用紫外皮秒激光器對單晶硅材料進行切割實驗研究,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驗測得在波長355 nm、脈寬12 ps的情況下,單晶硅的損傷閾值為3.22 J/cm²,并對最佳能量密度進行測試。實驗結(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%時可以獲得良好的切縫效果且熱影響區(qū)最小達到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,實驗測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

實驗使用的是德國EdgeWave公司生產(chǎn)的型號為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倍擴束后,通過一系列反射鏡入射到振鏡系統(tǒng)中。經(jīng)過遠心場鏡(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

實驗采用8組不同的單脈沖能量Ep對單晶硅材料進行損傷測試,Ep變化范圍為5～12μJ,間隔1μJ。每組能量測量6個損傷直徑數(shù)據(jù)點,具體變化情況如圖2所示。將圖2中的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換,并進行最小二乘法擬合,得到單脈沖燒蝕直徑的平方與能量密度的對數(shù)關系如圖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數(shù)關系

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會存在誤差。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)關系,本文開展了不同能量密度下單晶硅材料的切割實驗,其效果如圖4所示。實驗中只改變激光能量....

圖5 激光重疊率變化對熱影響的影響

實驗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、切縫寬度設置為單線。實驗測得的光斑重合度對切縫熱影響區(qū)和表面形貌影響分別如圖5、圖6所示。由圖5可以看出,當光斑重合....

本文編號：4017004