
- •Лекция 4.1.2. Лазеры и лазерная технология
- •5.1 Тенденции применения лазеров в технологических процессах
- •5.2 Лазерная сварка
- •5.3 Лазерная пайка
- •5.4. Размерная обработка материалов
- •5.4.2. Лазерная резка
- •5.5.1. Лазерное упрочнение
- •5.5.2. Лазерное легирование
- •Достижения и перспективы развития лазерной технологии. А.Г.Григорьянц
- •Основные труды кафедры.
- •Сведения об авторе.
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
zи = Еи / {dг × r [сv ( Тк - То ) + Lи]}. (5.3)
Здесь Еи - энергия излучения, Дж. Согласно (5.3), например, при Еи = 102 Дж и фокусировке до размера светового пятна dг= 10-3 см2 можно получить отверстие в алюминии глубиной zи = 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 tи = 0,3 - 0,7 мс можно осуществить сверление с отношением zи / dг, 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 dо < 5 мкм используются лазеры с малыми значениями длин волн.