一体化纳秒激光微加工数控系统设计

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1、第一章绪论1、加工条件较易满足。尽管电子束、X射线、离子束具有更短波长、更高的分辨率，但在曝光源、掩膜、抗蚀剂、成像光学系统等方面存在较大困难；与此相比，激光加工条件容易满足，具有明显的经济性和现实性。【2】2、功率密度高。激光加工的功率密度可达1010～1012W／cm2，大大缩短了加工时间。3、加工对象广泛。可以用于多种材料的加工，如金属、有机物、无机物、陶瓷等；在加工中可以控制激光的作用深度、作用时间，扩展了应用范围。4．无接触加工，无工具磨损，加工变形小，精度高，可以进行灵活的三维加工，具有优良的性能价格比。【3J5、自动化程度高。

2、激光光源、光学器件、光电转换器件、光电控制器件和成套设备种类繁多，很方便的进行数据采集、数据处理、自动控制。并且光电转换技术的成熟使其控制系统与计算机接口方便，使得加工系统有更高的自动化程度，更利于工业生产。6．节能、节省材料、无公害无污染。由于激光在微细加工中的种种优点，激光微加工已经成为制造微系统和微器件的一种重要加工手段，具有广阔的应用前景。按照激光在微加工中的作用，可以将激光微加工技术分为以下几类：14J1．激光直接加工：激光束直接作用于物体的表面而引起物体形状或性能改变。按照应用，激光直接加工又可分为激光打孔、激光切割、激光刻蚀、

3、激光淬火、激光合金化等。2．激光辅助加工：激光并不对工件直接作用，而是通过激发化学反应等方法，间接对工件进行加工。主要包括下面两种；1)激光化学加工技术：由于激光对气相或液相物质具有良好的透光性，所以强聚焦的紫外或可见光激光束能够穿透稠密的、化学性质活泼的基片表面的气体或液体，并有选择地对气体或液体进行激发。受激发的气体或液体与衬底进行微观的化学反应，从而进行刻蚀、淀积、掺杂等微细力n-F_。[512)激光．LIGA(微光刻电铸模造)技术：用激光在PMMA和光刻胶上加工出单级模具，再通过注射浇铸31-F_复制品。这种方法适用于在不适合激光直

4、接加工的材料上加工复杂的三维结构。3．激光操控与装配：主要应用于MEMS技术中，可大致分为以下几种。16J1)单片装配：在激光微弯曲技术中，金属结构受到激光辐射的非对称加热而产生表面应力。当这种应力足够大的时候，就会出现塑性变形。在工业上，激光微弯曲技术已经用于簧片继电器的微调。在MEMS加工中，激光微弯曲技术可用于电铸结构的重定形。第～章绪论2)混合装配：混合装配是把微部件从一个基体传输到另一个基体的过程。由激光烧蚀产生的推动力可以用于推动微部件的混合装配。激光的光阱效应近年来也在MEMS器件的定位和操纵中有所应用。3)连接：激光微焊接，

5、在MEMS器件的集成和封装中有着重要的作用。1．1．3国内外激光微加工的研究应用现状从上世纪九十年代开始，激光加工技术已经在美国、德国和日本等发达国家中得到了普遍的运用。在各发达国家中，激光加工技术一开始便立足于高科技行业，如半导体制造、汽车制造、航空航天工业以及新兴的MEMS行业等。睇儿，J随着电子产品朝着便携式、小型化的方向发展，单位体积信息的提高(高密度)和单位时间处理速度的提高(高速化)对微电子封装技术提出不断增长的新需求。印制线路板(PCB)逐步呈现出以高密度互连技术为主体的积层化、多功能化特征。为了有效地保证各层间的电气连接以及

6、外部器件的固定，过孔(via)己成为多层PCB的重要组成部分之一。目前钻孔的费用通常占PCB制板费用的30％～40％。在高速、高密度的PCB设计中，设计者总是希望过孔越小越好。这样电路板上不仅可以留有更多的布线空间，而且过孔越小，越适合于高速电路。传统的机械钻孔最小的尺寸仅为100

7、lm，这显然已不能满足要求，代而取之的是一种新型的激光微型过孔加工方式。目前在工业上，使用C02激光器可加工直径在30～40lam的过孔，使用UV激光可加工10um左右的小孔。瞄J激光微加工技术在设备制造业、汽车以及航空精密制造业和各种微细加工业中也得到广泛应用

8、：可以用激光进行精密切割、钻孔、雕刻、划线、热渗透、微焊接等，如直径20lam左右的喷墨打印机喷嘴加工；可以利用诸如微压型、打磨抛光等激光表面处理技术来加工多种微型光学元件；也可通过诸如激光填充多孔玻璃，玻璃陶瓷的非晶化来改变组织结构，然后通过调和外部机械力，再在软化阶段依靠等离子体辅助进行微成形来加工微光学元件等等。自从1987年美国科学家提出了微机电系统(MEMS)发展计划，人类对微机械的研究进入到了一个新的时代。微机电系统(MEMS)将制动器，控制器，传感器，电源等集成在一个微小体积范围内，形成并发挥系统功能，是光、机、电、磁、化学、

9、自动控制、传感器技术与信息处理等多种技术的综合。微机电系统是在快速发展的微电子制造工艺的基础上产生的，其尺寸在毫米量级或者微米量级，体积小、耗能低，能进入一般机械无法进入的微小空