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解決方案

紅外激光加工氧化鋁陶瓷基片

2020-02-20 我要評論(0 )   

一、陶瓷基片介紹陶瓷基片,又稱陶瓷基板,是以電子陶瓷為(wei) 基板的,對膜電路元件及外貼元件形成一個(ge) 支撐底座的片狀材料。陶瓷基片

一、陶瓷基片介紹

陶瓷基片,又稱陶瓷基板,是以電子陶瓷為(wei) 基板的,對膜電路元件及外貼元件形成一個(ge) 支撐底座的片狀材料。


陶瓷基片具有耐高溫、電絕緣性能高、介電常數和介質損耗低、熱導率大、化學穩定性好、與(yu) 元件的熱膨脹係數相近等主要優(you) 點,但陶瓷基片較脆,製成的基片麵積較小,成本高。


陶瓷基片具有以下優點:

1、絕緣性能好,可靠性高。

2、介電係數較小,高頻特性好。

3、熱膨脹係數小,熱失配率低。

4、熱導率高。


二、傳統陶瓷基片的加工難點

陶瓷基片傳(chuan) 統加工方式主要分為(wei) 兩(liang) 類,分別是模壓法與(yu) 機械加工(車、銑、鑽、磨等)。


模壓法:將陶瓷粉末與(yu) 塑化劑混合後倒入磨具中,施加壓力成行。隻能製作簡單的陶瓷基片,且生產(chan) 效率不高,生產(chan) 周期長。在製作陶瓷基片時,此方法基本淘汰,現在主要用作製取陶瓷基片的胚片。


機械加工:由於(yu) 陶瓷材料具有高硬度,高脆性,容易碎裂的特性,傳(chuan) 統加工難度很大。但傳(chuan) 統機械加工仍可基本滿足陶瓷基片的生產(chan) ,隻是加工效率低,成品率並不高,加工損耗大。


三、激光加工的優(you) 點與(yu) 選擇

激光加工的優點:1、激光加工屬於非接觸式加工,切割精度高、劃線深度可控;2、加工圖形任意編輯,CAD圖紙導入即可,無需開模,生產周期短;3、加工質量高,無毛邊,不崩邊;4、加工速度快,加工成本低;5、可實現精密加工,可加工0.15mm直徑的小孔,加工廢料少。


激光加工主要采用CO2激光器與(yu) QCW脈衝(chong) 激光器加工。


CO2激光器:氧化鋁陶瓷片對CO2激光器所發射出來的激光吸收率高,但由於(yu) 其光斑大,無法切割微小圖形、劃線寬度寬,且加工效率比QCW脈衝(chong) 激光低,現在並不推薦使用。


QCW脈衝(chong) 激光器:QCW脈衝(chong) 激光器屬於(yu) 光纖型激光器,波長為(wei) 1070nm,氧化鋁陶瓷對於(yu) 1070nm波長左右的光束吸收率為(wei) 25%左右,但由於(yu) 其光束質量高,光斑較CO2激光器小。所以相對於(yu) CO2激光器來比,其切割速度快,能切割微小圖形,效率相對於(yu) CO2激光器要高。


在此我們(men) 做一份表格進行對比:


傳(chuan) 統機械加工

CO2激光器

紅外激光(QCW型)

加工效率

一般

加工損耗

微小圖形加工能力

一般

耗材表現

刀具損耗大

加工處理

需塗抹吸收劑

加工單價(jia)


從(cong) 表格中我們(men) 可以看出,激光在陶瓷基片的加工上具有極大的優(you) 勢,尤其以QCW脈衝(chong) 型紅外激光表現突出。但QCW脈衝(chong) 型激光器也有一個(ge) 問題,就是氧化鋁陶瓷片對紅外激光的吸收率並不高,僅(jin) 為(wei) 25%,這就導致加工的不穩定性。


4、如何彌補吸收率低的問題

其實有很多種方法可以增強氧化鋁陶瓷對紅外激光的吸收率,基本都是在氧化鋁陶瓷表麵塗抹一層吸光劑,以增強吸光率。大多數吸光劑的主要成分基本都是胭脂紅、誘惑紅加溶劑。但此類吸光劑的製取較為(wei) 複雜,製備時,先將誘惑紅和胭脂紅混合攪拌均勻;將混合粉體(ti) 投入到器皿中,加入溶劑進行調配,混合均勻;將器皿加入磁子,放在磁力攪拌器上,通過加熱和磁子旋轉攪拌方式,使粉體(ti) 均勻溶解,形成塗覆溶液。當然,在陶瓷基板表麵塗抹灰塵之類的做法也可以增加吸光率。


現我們(men) 介紹一種簡單的吸光劑,無論是購買(mai) 還是製取都十分方便。這種吸收劑是由水性紅墨水組成,將紅墨水倒出後,將其風幹一段時間至粘稠狀即可,使用時使用布料沾取後均勻塗抹在陶瓷片上。


我們(men) 將沒有進行塗抹吸光劑、塗抹灰塵以及塗抹了兩(liang) 種吸光劑進行對比:



無吸光劑

塗抹灰塵

塗抹吸光劑

塗抹紅墨水吸光劑

主要材料


灰塵

胭脂紅、誘惑紅

紅墨水

原材料購買(mai) 難易


購買(mai) 較為(wei) 困難

極易購買(mai)

製取複雜程度


無需製取

製取複雜

製取簡單

製取時設備需求


需要專(zhuan) 業(ye) 設備

使用複雜程度


塗抹均勻較為(wei) 困難

塗抹均勻非常簡單

塗抹均勻非常簡單

使用後加工情況

加工不穩定,易出現斷光

加工穩定,無斷光現象

加工穩定,無斷光現象

加工穩定,無斷光現象

加工後清洗情況

無需清洗

清洗困難

簡單衝(chong) 洗即可

簡單衝(chong) 洗即可

是否具備大規模生產(chan) 可能性

加工不穩定,無法大規模生產(chan)

很難做到大規模生產(chan)

可以做到大規模生產(chan)

可以做到大規模生產(chan)


在表格中,我們(men) 可以看出,在不塗抹任何東(dong) 西時,加工不穩定,成品率低;塗抹灰塵時,僅(jin) 適合對表麵要求不高且小批量的加工;塗抹傳(chuan) 統吸光劑時可進行大批量穩定加工,但製取吸光劑需要專(zhuan) 業(ye) 設備,購買(mai) 原材料較為(wei) 困難;塗抹紅墨水時,也可以進行大批量穩定加工,在購買(mai) 原材料與(yu) 製取時都極為(wei) 簡單。


我們通過實驗論證一下

實驗人:

銘鐳激光工程師

實驗機型配置:

激光器:QCW150-1500激光器

切割頭:

光纖切割頭KC-15

工作平台:

銘鐳陶瓷激光切割工作平台

控製軟件:

銘鐳運動控製係統

調試出最佳參數為(wei) :

切割速度:1.5米/分、切割高度:0.5mm、劃線速度6米/分、劃線高度0.8mmm、切割劃線焦點均為(wei) -0.5。


下麵我們(men) 將調試出的最佳效果展示一下,沒有塗抹吸光劑與(yu) 塗抹紅墨水吸光劑的效果差距很大。



如圖1、2所示,未使用任何吸光劑,激光劃線時會(hui) 出現斷光,切割不斷的情況發生。劃線深度也不統一,劃線深度不可控。


(3)

如圖3所示,將由紅墨水製取的吸光劑塗抹陶瓷片後,無斷光現象發生,切割質量高且穩定,切割處無毛刺,無崩邊。


(4)

如圖4所示,由於(yu) 吸光劑的原材料為(wei) 水性紅墨水,使用流動水衝(chong) 洗後無殘留,再經過超聲波清洗後效果更佳。


(5)

如圖5所示,在使用吸光劑後,劃線深度穩定,無斷光現象發生,劃線深度均為(wei) 0.3mm,符合生產(chan) 要求。


從(cong) 以上圖片可以看出,紅墨水吸光劑可顯著提高氧化鋁陶瓷對紅外激光吸收率,可保證大批量穩定加工。在現在這個(ge) 注重效率的時代,使用紅外激光(QCW脈衝(chong) 型激光)可顯著提高生產(chan) 效率,以前加工不穩定的問題也得到了解決(jue) 。紅外激光(QCW脈衝(chong) 型激光)可為(wei) 我國加工更多的精密氧化鋁陶瓷基片,降低我國對進口的依賴,極大的帶動了我國的電子產(chan) 業(ye) 。


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