5.3 Лазерная пайка

Другой технологической операцией, также связанной с процессом плавления, является лазерная пайка, которую, подобно сварке, можно проводить в труднодоступных местах, закрытых объемах, используя все замечательные свойства лазерного излучения. Чаще всего для этой операции используются твердотельные лазеры с l = 1,06 мкм, а тип этой операции является, пожалуй, самым массовым видом ЛТ в производстве изделий электронной техники (ИЭТ).

Основными преимуществами лазерной пайки являются следующие возможности: практически мгновенная скорость нагрева; точное дозирование энергии в процессе пайки; прецизионность позицирования зон обработки и т.д.

5.4. Размерная обработка материалов

Под размерной обработкой подразумевают пробивку и сверление микроотверстий, резку различных материалов, скрайбирование и раскалывание хрупких материалов. Все перечисленные операции, кроме последней, связаны с удалением материала за счет испарения из зоны обработки. Это требует использования плотностей мощности порядка 10⁶ - 10⁸ Вт/см² (см. табл.3.2). Максимальная глубина испарения определяется из выражения

z_и = Е_и / {d_г × r [с_v ( Т_к - Т_о ) + L_и]}. (5.3)

Здесь Е_и - энергия излучения, Дж. Согласно (5.3), например, при Е_и = 10² Дж и фокусировке до размера светового пятна d_г= 10^-3 см² можно получить отверстие в алюминии глубиной z_и = 2,8 см. Однако на практике эта величина значительно меньше по многим причинам: отражение излучения в зоне проплавления, его поглощение плазмой и парами, а также за счет теплоотвода и т.д.

5.4.1. ПРОБИВКА И СВЕРЛЕНИЕ ОТВЕРСТИЙ

Эта операция широко используется в промышленности, в приборостроении для получения отверстий в любых, в том числе хрупких и твер-

дых, материалах диаметром от 10 мкм до 1 мм. Имеющая место шероховатость стенок при пробивке отверстий может быть уменьшена продувкой газа в процессе формирования канала.

Рис. 5.4. Стадии обработки отверстия алмазной волоки:

1 - кристалл алмаза; 2 - пластина из хорошо поглощающего излучение материала; 3 - сфокусированное излучение; 4 - лунка в пластине 2; 5 - начальная лунка в кристалле алмаза; 6 - входная распушка и смазочный конус; 7 - рабочий канал; 8 - выходная распушка

Используя импульсный режим работы лазера с t_и = 0,3 - 0,7 мс можно осуществить сверление с отношением z_и / d_г, равным примерно 30, что не достижимо другими методами. Наиболее выигрышной эта операция является при изготовлении отверстий малых диаметров и в хрупких материалах. Наиболее впечатляющим процессом является технология получения отверстий в алмазных волоках. Этот процесс достаточно сложный и ответственный, поэтому обработку ведут, комбинируя лазерную и ультразвуковую обработки. Ввиду чрезвычайной хрупкости материала используется многоимпульсный метод. Стадии одного из вариантов показаны на рис.5.4. Использование лазерного излучения позволило процесс получения отверстий в алмазных волоках или подшипниках ускорить в сотни раз.

Для получения отверстий диаметром d_о < 5 мкм используются лазеры с малыми значениями длин волн.