为了解决传统加工过程中重铸层无法消除的问题,采用超快皮秒激光创新性地在水介质中对Al2O3陶瓷进行皮秒激光钻孔实验,并与空气中钻孔结果进行对比,研究了皮秒激光主要参量如单脉冲能量、扫描次数等对陶瓷微孔的孔径、锥度和重铸层厚度的影响规律,并分析讨论不同介质中皮秒激光与Al2O3陶瓷相互作用机理及材料去除机制。结果表明,在水介质中激光钻孔直径增加约35μm、微孔锥度降低至1.04°并可获得无重铸层钻孔效果; 激光作用过程中水的存在会引起空泡作用、吸收作用和运输作用,有效防止了去蚀材料二次黏附,消除了重铸层和降低了微孔锥度,提升了微孔质量。该研究阐述了水辅助激光钻孔的具体影响状况并加深了对水辅助的影响机理理解。

为了研究不同纳秒激光工艺参量(波长、能量密度、扫描速率)以及铜层厚度对激光刻蚀覆铜板质量(包括刻蚀深度及加工面粗糙度)的影响, 采用50W的1064nm红外光纤激光器和10W的355nm紫外固体激光器对覆铜板进行了对比刻蚀实验。通过分析红外、紫外激光刻蚀覆铜板材料的作用机理并对比实验结果得知, 采用1064nm红外光纤激光作为激光光源时, 设置合适的刻蚀参量, 能在完全去除铜箔层的条件下, 最大限度地保证环氧树脂基底的完整性; 而采用355nm的紫外激光作为激光光源时, 因环氧树脂材料对紫外波段激光的高吸收率, 以及紫外激光对有机材料的光化学作用, 基底材料的损伤难以避免, 此外, 红外光纤激光具有较高的刻蚀效率。结果表明, 综合光纤激光器高稳定性和高集成度的特点, 若激光直接刻蚀技术被用于大规模覆铜板的工业加工中, 红外光纤激光将更具优势性。

为了得到较理想的激光刻蚀结果, 采用355nm固体紫外激光, 分别在空气与水中进行了氧化铝陶瓷片激光刻蚀实验。对激光主要参量如脉冲能量密度、激光扫描速率、激光重复频率等对水下刻蚀深度和质量的影响进行了对比研究; 对激光刻蚀的机理以及水辅助刻蚀的物理过程进行了分析, 分别得到了紫外激光在空气中与水下的刻蚀形貌与不同激光参量下的刻蚀深度数据。结果表明, 水辅助激光刻蚀可以提高刻蚀效率, 改善刻蚀质量; 水下激光刻蚀深度与激光的脉冲能量密度、加工速率、重复频率和水的深度等参量有密切的关系; 水辅助激光刻蚀过程中水的冷却作用以及产生的空泡有效防止去蚀材料的二次黏附, 避免变质层的形成, 既提高了刻蚀质量, 同时也增加了刻蚀深度。

尝试了利用激光进行石英陶瓷刻蚀加工的方法，采用紫外激光器和光纤激光器进行了刻蚀加工实验。加工样品的测试由台阶测试仪以及扫描电镜(SEM)完成，主要观测加工样品的刻蚀深度、刻蚀底面的微观形貌等。实验结果表明，利用激光对石英陶瓷进行刻蚀加工，相对于砂纸或金刚石刻蚀其优点在于激光可以刻蚀出设定的准三维立体结构，刻蚀尺寸、深度可以精确控制。刻蚀量与激光的能量密度、扫描速度等有密切关系。光化学作用与光热作用原理的不同是造成紫外激光和光纤激光的刻蚀结果不同的主要因素。

采用输出功率10 W的355 nm紫外激光器对4层柔性线路板(FPC)进行了盲孔加工实验。分析了紫外激光与铜箔和聚酰亚胺(PI)相互作用的过程和机理,并模拟出在一定条件下紫外激光与聚酰亚胺和铜箔相互作用时的单脉冲刻蚀深度。研究了不同加工方式对加工质量的影响,得到优化工艺参数为:第一次采用加工功率3.9 W,频率80 kHz,第二次将加工功率降到1.4 W,其他参数不变,此时加工盲孔的效果最为理想,重铸层粗糙度为0.88966 μm,孔底粗糙度为1.063 μm。给出了孔底表面的扫描电镜(SEM)图和针式台阶仪测量的盲孔底面三维轮廓及切面二维轮廓图。

采用输出功率8 W的355 nm Nd:YVO4紫外激光器和50 W的1064 nm Nd:YAG激光器对覆铜板(CCL)和柔性线路板(FPC)进行了刻蚀实验,研究了激光功率密度、重复频率、扫描速度和单脉冲能量等加工工艺参数对刻蚀质量的影响。实验结果表明,由于铜和聚合物材料对紫外激光有更高的吸收率,紫外波段的激光只需要较低的能量就可以将表面铜层刻蚀完全,并且引起的热作用也较小。相反,红外激光加工最大的优势就是对环氧树脂和聚酰亚胺基板的破坏较小,从而适合于表面铜层的去除加工。与此同时,355 nm紫外激光器由于能快速轻易地将厚聚合物基板分离,更适合于印刷线路板(PCB)的切割成型加工。