1 武汉理工大学理学院，湖北 武汉 430070
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
3 思达威（北京）能源科技有限公司，北京 100097
4 中国石油勘探开发研究院，北京 100083
随着人类能源需求的增长，油气钻井活动日益频繁。激光钻井在能源领域具有极大的应用价值，有望实现井下原位玻璃套管的制造，以替代传统金属套管，为油气钻井工程节省大量时间和资金。激光辐照岩石玻璃化的稳定形成是实现玻璃套管的关键因素。基于激光扫描花岗岩实验并结合物相检测和数值模拟方法，对激光烧蚀花岗岩玻璃化的影响因素和机理进行了研究。结果表明，受激光扫描后，花岗岩各组成矿物按熔化的难易程度分别发生熔化和碎裂现象，部分表面转化为深色玻璃；高速气流可有效清除岩石碎屑和粉尘，且能够提高激光作用效率和增加岩石玻璃的附着力；花岗岩易受温度作用而发生破裂，其较低的扫描速度和气流辅助条件有利于玻璃化的形成。在实际工程应用中，采用控制扫描速度和辅助高速气流的方法控制岩石的温度作用，形成稳定岩石玻璃和制造稳固覆盖于硬岩表面的原位玻璃化井壁。本研究探究了激光扫描作用岩石的玻璃化机理，为拓展激光钻井的工程应用提供了重要参考。
油气钻井 激光钻井 玻璃化 花岗岩 套管 温度应力 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0514002
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 湖北光谷实验室，湖北 武汉 430074
3 航空工业济南特种结构研究所高性能电磁窗航空科技重点实验室，山东 济南 250023
为改善玻璃纤维复合材料制孔的精度和质量，本文提出了一种双振镜激光扫描加工方法。双振镜激光扫描加工系统共包括4片可偏转反射镜，4片反射镜协同运动可以实现对扫描激光的四轴（x，y，α，β）控制，其中x和y为激光焦点在二维平面的位置，α和β为扫描激光的入射角度。基于双振镜激光扫描加工系统开展了玻璃纤维复合材料的制孔实验，通过调节激光入射角度和激光扫描策略，在厚度为3.6 mm的玻璃纤维复合材料板上加工了侧壁完全垂直的孔，孔直径可达10 mm，热影响区宽度小于10 μm，侧壁表面粗糙度小于2 μm，没有发现材料分层和纤维拔出等缺陷。
激光技术 激光钻孔 四轴激光扫描 玻璃纤维复合材料 飞秒激光 中国激光
2023, 50(24): 2402403
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 湖北光谷实验室，湖北 武汉 430074
采用五轴激光扫描技术研究了FR4覆铜板的深盲孔制造技术。通过实验研究了激光参数和扫描图形的填充间距对盲孔侧壁锥度和底部材料去除均匀性的影响，通过调节激光扫描策略，实现了盲孔锥度和孔径的连续调节。盲孔深度为925 μm，最大深径比可达4.9∶1，孔侧壁平直，孔底玻璃纤维复合材料被完全去除，铜层的损伤深度小于1 μm。实验结果表明，五轴激光扫描技术可以有效提升激光的盲孔制造能力。
激光技术 激光钻盲孔 五轴激光扫描 侧壁锥度 飞秒激光 中国激光
2023, 50(24): 2402401
1 厦门市电子陶瓷材料与器件重点实验室，厦门大学材料学院, 福建 厦门 361000
2 厦门爱谱生电子科技有限公司，福建 厦门 361101
柔性电路板微盲孔技术目前是高密度互连制作工艺流程的关键一环。采用355 nm紫外激光器对双面柔性覆铜板进行钻孔加工试验，研究了紫外激光的功率、扫描速度对两种柔性覆铜板（电解铜和压延铜）盲孔的形貌及质量的影响。试验发现，激光功率和扫描速度对盲孔质量有直接影响。研究结果表明，压延铜采用激光功率为4.5 W、扫描速度为50 mm/s时，电解铜采用激光功率为5.5 W、扫描速度为150 mm/s时，所加工出的盲孔质量最优。
柔性电路板 紫外激光钻孔 电解铜 压延铜 flexible printed circuit board ultraviolet laser drilling electrolytic copper rolled copper
济南森峰激光科技股份有限公司，山东 济南 250011
传统的激光打孔方式效率低、速度慢，而应用激光高速转镜制备医用钛合金微孔模板可以在百秒内制备上万个微孔结构。为此，对高速转镜制备医用钛合金微孔模板进行了研究，探究了激光参数、转镜扫描速度对打孔孔径、深度、锥度、孔形貌的影响，当高重复频率激光功率达到500 W时，钻孔孔直径可达100 μm，深度为156 μm，锥度趋于0。高转镜扫描速度最大可达1000 m/s，加工前确定孔距、行距等相关参数，加工效率可达万孔每秒。另外，为增大加工孔径，提出一种优化加工工艺技术，对常规转镜旋转扫描时需要进行校正的转镜扫描位置偏差进行利用。此方法可使最终孔直径达到150 μm，对生物涂层材料及药物沉积钛合金微孔模板更有益处。
激光光学 高速转镜 激光打孔 医用钛合金 微孔阵列 骨板 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1714002
为了改善激光钻孔的几何形貌，提高其刻蚀深度和减小微孔锥度，以304不锈钢为试验材料，采用旋转磁场辅助激光钻孔的加工工艺，研究了在不同转速旋转磁场下，微孔刻蚀深度、表面喷溅、孔壁几何形貌和内壁氧含量的变化，探索了在有/无旋转磁场作用下，单脉冲能量对微孔锥度的影响。试验结果表明，随着旋转磁场转速的提升，微孔刻蚀深度增加，表面喷溅更加显著，氧含量降低，但过快的转速会使孔壁几何形貌变差。此外，旋转磁场的引入可以有效减小微孔锥度，且单脉冲能量越大，微孔锥度降低得越明显。
激光技术 激光钻孔 旋转磁场 形貌 锥度 刻蚀深度 中国激光
2022, 49(16): 1602001
1 中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司,上海 201306
2 中国航发商用航空发动机有限责任公司,上海 200241
为探究飞秒激光制孔工艺规律,采用脉冲宽度235 fs,重复频率100 kHz的飞秒激光在1.5 mm厚304不锈钢上开展不同离焦量下的制孔试验。首先记录不同离焦量下制孔时间,然后在影像测量仪下测量不同离焦量下微孔入口、出口孔径并计算对应锥度,最后在金相显微镜和扫描电镜下对孔壁进行金相观察及元素分布线扫描。试验结果表明：当离焦量由-1.0 mm变化到1.0 mm时,微孔入口、出口孔径均增大,锥度呈现先减小再增大趋势,最大锥度3.32°,孔的出口质量逐渐变差。金相分析证实本试验不同离焦量下孔壁均无重熔层、微裂纹等热致缺陷,但负离焦下加工质量更优。孔壁附近元素线扫描结果表明飞秒激光制孔对基体材料元素分布几乎无影响。相比正离焦加工,负离焦加工效率更高,制孔时间约27 s。
飞秒激光 离焦量 激光制孔 不锈钢 femtosecond laser defocusing amount laser drilling stainless steel
为了避免对含腔体零件内表面造成损伤以及提高加工效率, 需要确定激光打孔过程中穿透材料所需脉冲个数。在对GH3536高温合金激光冲击打孔过程中, 使用光电二极管对材料上表面的光信号进行检测。通过采集得到的电压信号判断材料是否被穿透, 进而识别穿透时已作用的脉冲个数。研究结果表明, 选取的光电二极管产生的电压信号幅值变化, 可反映出打孔过程中孔形貌变化引起的材料上表面激光反射光强度变化, 从而可将打孔进程划分为3个阶段, 并成功识别出试验参数下穿透脉冲个数为14个。
激光技术 激光打孔 穿透检测 光电二极管 高温合金 laser technique laser drilling penetration detection photodiode superalloy
SiC作为第三代半导体材料的典型代表, 因具有优异的物化性能, 在功率器件领域具有极大的应用前景。文章简要介绍了激光制孔的基本原理, 综述了SiC的长脉冲与超短脉冲激光制孔研究进展, 对比了长脉冲与超短脉冲激光的加工特点, 分析了不同脉冲宽度下SiC的制孔效果。同时, 介绍了GaN/SiC, AlGaN/GaN/SiC等SiC功率器件的激光制孔研究现状。最后, 指出了SiC及其功率器件激光制孔面临的挑战, 并展望了未来的发展方向。
半导体 功率器件 激光制孔 SiC SiC semiconductor power devices laser drilling
