本發明涉及三維集成封裝的激光應用領域，特別是一種板級tgv激光鉆孔加工設備。

背景技術：

1、板級tgv激光鉆孔技術是支撐下一代先進電子封裝（尤其是基于玻璃基板）的關鍵使能技術。其背景源于對高頻、高速、高密度、高可靠互連的迫切需求以及玻璃基板的獨特優勢。超快激光（皮秒/飛秒）憑借其“冷加工”特性，成為實現高質量、高精度tgv制造的唯一可行方案。現代tgv激光鉆孔設備是一個高度復雜的系統工程，集成了頂尖的超快激光技術、精密光學、高精度運動控制、先進傳感、智能軟件和自動化技術，以解決玻璃材料加工中的高深寬比、高質量、高效率、大尺寸、高良率等核心挑戰。

2、現有的玻璃微孔加工技術包括機械鉆孔、噴砂鉆孔、電化學放電成孔、等離子干法蝕刻成孔、光敏玻璃蝕刻成孔等，上述種種技術只能做出孔徑在30μm以上的微孔，并且加工效率低下，微孔形貌特征也不好。而采用超快激光單脈沖穿孔、多脈沖叩擊、自上而下或自下而上環切或螺旋加工，借助微爆炸和燒蝕直接制備微通道結構，可加工最小直徑為20?um左右的微孔，但幾乎無法獲得直徑低于10?μm的無錐度微孔，激光直接燒蝕獲得微孔的技術要求激光能量達到材料的燒蝕閾值，這導致激光直接燒蝕所形成的玻璃通孔表面仍然十分粗糙。因此，通過激光直接燒蝕方式在玻璃材料上形成的微孔的質量及深徑比等指標不夠理想。

3、綜上，現有玻璃微孔加工技術存在孔徑大、加工效率低下、微孔形貌特征差、微孔存在較大錐度、通孔表面粗糙、成孔質量差等技術問題，所述種種問題嚴重限制了本領域進一步發展及推廣應用。

4、有鑒于此，本發明的目的在于提供一種新的技術方案以解決現存的技術問題。

技術實現思路

1、為了克服現有技術的不足，本發明提供一種板級tgv激光鉆孔加工設備，有效解決了現有技術存在的成孔孔徑大、微孔樣貌特征差、通孔表面粗糙、成孔存在錐度、成孔質量差、鉆孔效率低下等技術問題。

2、本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

3、一種板級tgv激光鉆孔加工設備，包括橫梁裝置及支撐平臺，所述橫梁裝置上設置有x軸移動模組，所述x軸移動模組包括x軸移動安裝座，所述x軸移動安裝座上設置有z軸移動模組，所述支撐平臺上設置有y軸移動模組，所述y軸移動模組的作用端設置有用于承托板材的板材頂升模組，所述板材頂升模組包括具有負壓吸附功能的板材吸附平臺及具有負壓吸附功能的頂升桿，所述z軸移動模組包括設置在所述x軸移動安裝座上的z軸光路盒組件、相機定位組件、位移傳感器及貝塞爾切割頭，所述z軸光路盒組件用于將外部送入的激光光束反射到所述貝塞爾切割頭中并通過所述貝塞爾切割頭對所述板材頂升模組上支撐的板材進行打孔加工。

4、作為上述技術方案的進一步改進，所述z軸移動模組還包括設置在所述x軸移動安裝座上的z軸移動導軌、z軸絲桿螺母副、z軸驅動電機及設置在所述z軸移動導軌上的z軸移動安裝座，所述z軸驅動電機的輸出軸與所述z軸絲桿螺母副的絲桿一端連接，所述z軸絲桿螺母副的螺母通過連接塊與所述z軸移動安裝座上，所述相機定位組件、位移傳感器及所述貝塞爾切割頭均設置在所述z軸移動安裝座上，所述z軸驅動電機通過所述z軸絲桿螺母副可帶動所述z軸移動安裝座、所述相機定位組件、所述位移傳感器及所述貝塞爾切割頭在所述z軸移動導軌的導向方向上升降運動，所述z軸光路盒組件設置在所述x軸移動安裝座上。

5、作為上述技術方案的進一步改進，所述相機定位組件包括設置在所述z軸移動安裝座上的粗定位相機組件及精定位相機組件，所述粗定位相機組件及所述精定位相機組件通過相機組件安裝座固定安裝在所述z軸移動安裝座上，所述粗定位相機組件包括配套使用的粗定位相機、粗定位相機鏡頭及粗定位相機點光源，所述精定位相機組件包括配套使用的精定位相機、精定位相機鏡頭及精定位相機點光源。

6、作為上述技術方案的進一步改進，所述位移傳感器為點光譜位移傳感器，所述位移傳感器通過傳感器安裝座固定安裝在所述z軸移動安裝座上。

7、作為上述技術方案的進一步改進，所述貝塞爾切割頭通過切割頭安裝座固定安裝在所述z軸移動安裝座上，所述切割頭安裝座上設置有切割頭溫度傳感器。

8、作為上述技術方案的進一步改進，所述z軸光路盒組件的光路出口與所述貝塞爾切割頭的光路入口之間設置有光路保護套筒。

9、作為上述技術方案的進一步改進，所述貝塞爾切割頭的底部設置有吸塵頭，所述吸塵頭中間位置具有配合所述貝塞爾切割頭的光束出口的通槽，所述吸塵頭通過吸塵頭安裝座及吸塵頭安裝板固定在所述z軸移動安裝座上，所述x軸移動安裝座側部設置有吸塵管道，所述吸塵頭安裝座內部開設有內部吸塵通道，所述內部吸塵通道與所述吸塵頭的吸塵內腔連通，內部吸塵通道的出口通過吸塵連接管與所述吸塵管道的下端入口連通。

10、作為上述技術方案的進一步改進，所述z軸移動安裝座通過z軸移動導軌座設置在所述z軸移動導軌上，所述z軸移動安裝座從其側部對應所述z軸移動導軌座的位置開設有z軸冷卻通道，所述z軸冷卻通道在所述z軸移動安裝座側部的入口處設置有z軸冷卻管路接頭，所述z軸冷卻通道的另一端延伸到所述z軸移動安裝座的背部并形成多出風口的出風結構。

11、作為上述技術方案的進一步改進，所述x軸移動模組包括設置在所述橫梁裝置上的x軸直線電機、x軸移動導軌及設置在所述x軸移動導軌上的x軸移動安裝座，所述x軸直線電機的定子固定設置在所述橫梁裝置上，所述x軸直線電機的動子與所述x軸移動安裝座固定連接，所述x軸直線電機用于驅動所述x軸移動安裝座在所述x軸移動導軌上移動。

12、作為上述技術方案的進一步改進，所述x軸移動模組還包括設置在所述橫梁裝置上的x軸移動光柵及設置在所述x軸直線電機的動子側部的x軸溫度傳感器。

13、作為上述技術方案的進一步改進，所述x軸移動模組還包括設置在所述橫梁裝置上的x軸限位開關及x軸限位緩沖器。

14、作為上述技術方案的進一步改進，所述x軸移動安裝座通過x軸移動導軌座設置在所述x軸移動導軌上，所述x軸移動安裝座從其側部對應所述x軸移動導軌座的位置開設有x軸冷卻通道，所述x軸冷卻通道在所述x軸移動安裝座側部的入口處設置有x軸冷卻管路接頭，所述x軸冷卻通道的另一端延伸到所述x軸移動安裝座的背部并形成多出風口的出風結構。

15、作為上述技術方案的進一步改進，所述橫梁裝置包括橫梁主體，所述橫梁主體上安裝所述x軸移動導軌的一側設置有第一橫向加厚部及第二橫向加厚部，所述第一橫向加厚部與所述第二橫向加厚部之間具有第一橫向凹槽，所述x軸移動導軌包括相互平行的第一x軸移動導軌及第二x軸移動導軌，所述第一x軸移動導軌設置在所述第一橫向加厚部上，所述第二x軸移動導軌設置在所述第二橫向加厚部上，所述x軸直線電機設置在所述第一橫向凹槽中。

16、作為上述技術方案的進一步改進，所述y軸移動模組包括設置在所述支撐平臺上的y軸直線電機、y軸移動導軌及設置在所述y軸移動導軌上的y軸移動安裝座，所述y軸直線電機的定子固定設置在所述支撐平臺上，所述板材頂升模組固定設置在所述y軸移動安裝座上，所述y軸直線電機的動子與所述y軸移動安裝座固定連接，所述y軸直線電機用于驅動所述y軸移動安裝座在所述y軸移動導軌上移動。

17、作為上述技術方案的進一步改進，所述y軸移動模組還包括設置在所述支撐平臺上的y軸移動光柵及設置在所述y軸直線電機的動子側部的y軸溫度傳感器。

18、作為上述技術方案的進一步改進，所述y軸移動模組還包括設置在所述支撐平臺上的y軸限位開關及y軸限位緩沖器。

19、作為上述技術方案的進一步改進，所述y軸移動安裝座通過y軸移動導軌座設置在所述y軸移動導軌上，所述y軸移動安裝座從其側部對應所述y軸移動導軌座的位置開設有y軸冷卻通道，所述y軸冷卻通道在所述y軸移動安裝座側部的入口處設置有y軸冷卻管路接頭，所述y軸冷卻通道的另一端延伸到所述y軸移動安裝座的背部并形成多出風口的出風結構。

20、作為上述技術方案的進一步改進，所述板材頂升模組包括頂升模組底座及表面開設有平臺吸附孔的板材吸附平臺，所述板材吸附平臺通過吸附平臺安裝座固定安裝在所述頂升模組底座上，所述頂升模組底座與所述板材吸附平臺之間設置有豎直方向延伸的升降導向件，所述升降導向件上設置有可沿所述升降導向件的導向方向運動的升降安裝座，所述頂升模組底座或所述吸附平臺安裝座上設置有升降驅動裝置，所述升降驅動裝置的作用端連接到所述升降安裝座并用于帶動所述升降安裝座升降運動，所述升降安裝座上設置有頂升桿，所述頂升桿內部開設有頂升桿負壓通道且所述頂升桿負壓通道的出口設置在所述頂升桿的上端面，所述板材吸附平臺上開設有適配所述頂升桿的頂升桿避空通孔，所述頂升桿的上端穿過所述頂升桿避空通孔，當所述升降驅動裝置驅動所述頂升桿上升并到達最高點時，所述頂升桿的上端面高于所述板材吸附平臺的上表面，當所述升降驅動裝置驅動所述頂升桿下降并到達最低點時，所述頂升桿的上端面與所述板材吸附平臺的上表面持平或低于所述板材吸附平臺的上表面。

21、作為上述技術方案的進一步改進，所述頂升桿具有多根，所述頂升桿通過頂升桿安裝座固定安裝在所述升降安裝座上。

22、作為上述技術方案的進一步改進，所述頂升桿安裝座上開設有安裝座內部氣路，所述頂升桿的下部設置有與所述頂升桿負壓通道連通的氣路連通孔，所述氣路連通孔將所述安裝座內部氣路與所述頂升桿負壓通道連通，所述安裝座內部氣路在所述頂升桿安裝座側部具有氣路出口且所述氣路出口處設置有頂升桿氣路接頭。

23、作為上述技術方案的進一步改進，所述板材吸附平臺內部開設有吸附平臺內部氣路，所述吸附平臺內部氣路與所述平臺吸附孔連通，所述吸附平臺內部氣路的入口位于所述板材吸附平臺的側部并設置有吸附平臺氣路接頭。

24、作為上述技術方案的進一步改進，所述升降驅動裝置包括絲桿步進電機，所述絲桿步進電機具有電機絲桿，所述電機絲桿上設置有適配的絲桿螺母，所述絲桿螺母固定地設置在所述絲桿步進電機內部，所述電機絲桿的上端部設置有轉動軸承，所述轉動軸承通過軸承固定塊與所述升降安裝座固定連接。

25、作為上述技術方案的進一步改進，所述吸附平臺安裝座為豎向設置的平臺連接板，所述吸附平臺安裝座的上端與所述板材吸附平臺的底面固定連接，所述吸附平臺安裝座的下端與所述頂升模組底座的上表面固定連接，所述平臺連接板包括第一連接板及第二連接板，所述第一連接板與所述第二連接板相互垂直。

26、作為上述技術方案的進一步改進，所述升降導向件包括沿豎直方向設置的升降直線導軌，所述升降直線導軌具有多根并固定設置在所述吸附平臺安裝座側壁，所述升降直線導軌上設置有升降直線導軌座，所述升降直線導軌座上固定設置有升降安裝座連接塊，所述升降安裝座固定安裝在所述升降安裝座連接塊上。

27、作為上述技術方案的進一步改進，所述升降安裝座為一體成型的框架式安裝座，所述升降安裝座包括多根相互平行的安裝座橫桿及多根相互平行的安裝座縱桿，多根所述安裝座橫桿與多根所述安裝座縱桿垂直連接并共同組成所述升降安裝座，包括多根相互平行的安裝座橫桿及多根相互平行的安裝座縱桿在所述升降安裝座上形成有多個安裝座通槽，所述吸附平臺安裝座及所述升降導向件均穿過所述安裝座通槽；所述升降驅動裝置具有兩組，兩組所述升降驅動裝置分別設置在所述頂升模組底座的相對兩側壁。

28、作為上述技術方案的進一步改進，所述橫梁裝置通過第一橫梁基座及第二橫梁基座安裝到鉆孔設備的支撐平臺上，所述橫梁裝置及所述第一橫梁基座、所述第二橫梁基座均為大理石構件。

29、作為上述技術方案的進一步改進，所述支撐平臺為大理石平臺，所述橫梁裝置設置在所述支撐平臺上，所述支撐平臺上開設有若干支撐平臺導流孔，所述支撐平臺導流孔中設置有支撐平臺導流風扇，所述大理石平臺底部設置有若干支撐平臺減震墊。

30、作為上述技術方案的進一步改進，還包括激光器及光路整形盒組件，所述光路整形盒組件包括具有整形盒光路入口及整形盒光路出口的密封整形盒，沿著激光光束的光路路徑，所述密封整形盒內的依次設置有第一反射鏡、第二反射鏡、擴束鏡、玻片及第三反射鏡，所述整形盒光路入口供所述激光器發出的激光光束射出到光路整形盒組件內部，所述整形盒光路出口供激光光束從所述光路整形盒組件射出，從所述光路整形盒組件的整形盒光路出口射出的激光光束用于對應射入到所述z軸光路盒組件的光路入口，所述z軸光路盒組件內部具有第四反射鏡并用于通過所述第四反射鏡將進入到所述z軸光路盒組件內部的激光光束反射給所述貝塞爾切割頭。

31、作為上述技術方案的進一步改進，所述第一反射鏡、所述第二反射鏡及所述第三反射鏡均通過三維調節架安裝在所述密封整形盒內部，所述擴束鏡通過二維調節架安裝在所述密封整形盒內部，所述玻片通過六維調節架安裝在所述密封整形盒內部。

32、本發明的有益效果是：本發明提供了一種板級tgv激光鉆孔加工設備，該種板級tgv激光鉆孔設備的鉆孔加工機構通過x軸移動模組及z軸移動模組帶動所述貝塞爾切割頭在x軸及z軸運動，通過z軸光路盒組件將激光光束反射給所述貝塞爾切割頭，通過所述貝塞爾切割頭對玻璃板材進行鉆孔加工，通過所述貝塞爾切割頭產生貝塞爾光束，所述貝塞爾切割頭可以通過光束整形技術調制為具有長焦深的無衍射光束，且其軸向能量分布可控，結合高速高精度x軸及z軸的控制，可實現在玻璃板材內的能量可控沉積與改性加工區域的精確控制，可實現孔徑和孔型均高度可控的高深徑比微孔的高效加工。比起現有的其他加工技術，加工過程不會產生任何機械力作用，熱效應小，孔型可調控，且在大氣環境中就可以加工，完全可以滿足轉接板的工業批量制備的可行性，對比傳統工藝具有明顯的技術先進性，極大提升生產效益。

33、綜上，該種板級tgv激光鉆孔加工設備有效解決了現有技術存在的成孔孔徑大、微孔樣貌特征差、通孔表面粗糙、成孔存在錐度、成孔質量差、鉆孔效率低下等技術問題。