Material effects in ultra-short pulse laser drilling of metals

Banks, P.S.; Feit, Michael D.; Rubenchik, A. M.; Stuart, B. C.; Perry, M. D.

doi:10.1007/s003390051420

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“…Previous work 15,16 has shown that deep channel formation is an exceedingly complex process. At the beginning of the drilling process, the laser pulse strikes the clean surface of the material and forms a hole several nanometers deep.…”

Section: Fill Hole Formation and Laser Confinementmentioning

confidence: 99%

Micron-Scale Deep Hole Drilling for Beryllium Capsule Fill Applications

Armstrong

Rubenchik

Gunther

et al. 2006

Fusion Science and Technology

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Section: Fill Hole Formation and Laser Confinementmentioning

confidence: 99%

Micron-Scale Deep Hole Drilling for Beryllium Capsule Fill Applications

Armstrong

Rubenchik

Gunther

et al. 2006

Fusion Science and Technology

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“…La profundidad de mecanizado está determinada -una vez fijada F 0 -por el número de pulsos utilizado, siendo típicos espesores de la capa removida por pulso entre las decenas de nm y la µm dependiendo de los materiales y de F 0 [16]. Para un espesor dado, la forma de los taladros es más o menos cónica, tanto más cuanto menor sea F 0 y el número de pulsos empleados.…”

Section: Micromecanizado De Rubalit Tm 708sunclassified

Micromecanizado de materiales cerámicos mediante láser de femtosegundo

Moreno¹,

Méndez²,

García³

et al. 2005

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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En este trabajo presentamos la aplicación de pulsos láser ultracortos (110 fs @ 1 kHz; hasta 1.1 mJ/pulso) al micromecanizado de materiales cerámicos, en concreto Rubalit TM 708S, un material compuesto principalmente de alúmina y empleado en la industria microelectrónica. El mecanismo de eliminación de material es la ablación directa, que difiere de la ablación térmica empleada por los láseres convencionales en la prácticamente total ausencia de efectos térmicos, lo que redunda en un aumento significativo de la precisión y calidad del mecanizado. Mediante técnicas basadas en la difracción óptica determinamos el umbral de energía necesario para que tenga lugar el proceso de ablación directa. Con ese dato y regulando la energía por pulso y el número de pulsos somos capaces de producir mecanizados del diámetro y profundidad deseados. Además, el procesado se realiza en aire. Demostramos que es posible ejecutar micromecanizado de calidad mediante este procedimiento en cualquier material cerámico, independientemente de sus propiedades mecánicas, variando ligeramente los parámetros del proceso. En este caso, además de la alúmina hemos procesado SiN sinterizado, un material de uso extendido en la industria.Palabras Clave: Ablación. Láser de femtosegundo. Alúmina. Femtosecond laser micromachining of ceramicsIn this work, we present the application of ultrashort and intense laser pulses (110 fs @ 1 kHz; up to 1.1 mJ/pulse) to the micromachining of ceramics, specifically Rubalit TM 708S, a material based on alumina and widely used as a substrate in microelectronics. The mechanism for removing material is the so called direct ablation. It differs from thermal ablation of conventional lasers in the practically total absence of thermal effects which produces a remarkable increase of quality and precision of the machining. By means of an optical diffraction-based technique we find out the energy density threshold to work in the direct ablation regime. Adjusting the energy per pulse as well as the number of pulses, we are able to drill holes of the desired diameter and depth. In addition, processing is developed in air. We also demonstrate that high quality fs-laser micromachining is suitable for every ceramic, whatever the mechanical properties, with similar working parameters. In order to show this point, we have also processed sintered SiN, a material of wide-ranging interest in industry.Keywords: Ablation. Femtosecond laser. Alumina. IntroduccIónDesde el desarrollo de los primeros láseres hace más de cuatro décadas, las aplicaciones de esta herramienta en los más variados campos científicos y tecnológicos han sido innumerables [1]. El espectacular avance de los conocimientos sobre los procesos no lineales en materiales, junto al de la optoelectrónica, ha permitido disponer muy recientemente de fuentes de radiación láser que son capaces de emitir pulsos de muy corta duración y suficiente energía que, convenientemente focalizados, dan lugar a densidades de energía capaces de producir la ablación directa de materiales sólidos ...

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“…The key parameters influencing the laser process quality and efficiency are the fluence, pulse duration, wavelength, beam quality and polarisation [7][8][9]. The influence of polarisation on micro-machining has been experimentally demonstrated in [9][10][11][12], showing that drilling high-aspectratio (depth/diameter) microscopic holes in metal with linear polarised ultra-short-pulse lasers produces anisotropic profiles.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Real-time control of polarisation in ultra-short-pulse laser micro-machining

et al. 2012

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The use of a fast-response, transmissive, ferroelectric liquid-crystal device for real-time control of the polarisation direction of a femtosecond laser beam, and the benefits for various aspects of ultra-short pulse micromachining, are discussed. Several configurations have been used to drive the polarisation in real-time. Our microscopic investigations of the resulting features revealed significant improvements in process efficiency and quality, compared to static linear and circular polarisations. Following our successful micro-machining tests, real-time polarisation control could emerge as a powerful tool in laser engineering.

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Material effects in ultra-short pulse laser drilling of metals

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Micron-Scale Deep Hole Drilling for Beryllium Capsule Fill Applications

Micron-Scale Deep Hole Drilling for Beryllium Capsule Fill Applications

Micromecanizado de materiales cerámicos mediante láser de femtosegundo

Real-time control of polarisation in ultra-short-pulse laser micro-machining

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