Новости
Пикосекундные и наносекундные лазеры: полное руководство по совершенствованию процессов обраб
В быстро развивающемся мире производства электроники спрос на более компактные, тонкие и гибкие схемы достиг беспрецедентного уровня.
Гибкие печатные платы (FPC) и платы с высокой плотностью межсоединений (HDI) требуют хирургической точности, которую традиционные механические методы уже не могут обеспечить.
Это приводит нас к двум тяжеловесам промышленной лазерной микрообработки: наносекундным (нс) и пикосекундным (пс) лазерам. Хотя оба используются для резки, сверления и травления, выбор между ними может определить надежность и выход годной продукции.
1. Технические характеристики: сравнение наносекундных и пикосекундных лазеров
Понимание технических основ — первый шаг к выбору подходящего инструмента для вашей производственной линии.
Сходства в промышленных характеристиках
Несмотря на различия в скорости, они имеют общие промышленные характеристики:
Доступность длин волн: Обе технологии предлагают стандартные промышленные длины волн, включая 1064 нм (инфракрасное излучение), 532 нм (зеленое излучение) и 355 нм (ультрафиолетовое/УФ излучение).
УФ-излучение особенно популярно в обработке печатных плат благодаря высокой степени поглощения в полимерах и меди.
Интеграция: Обе технологии могут быть интегрированы в высокоскоростные гальванометрические сканирующие системы и станки с ЧПУ.
Промышленная надежность: Современные пикосекундные и наносекундные лазеры предназначены для круглосуточной работы в условиях крупносерийного производства.
Критические различия
Характеристики | Наносекундный (нс) лазер | Пикосекундный (пс) лазер |
Длительность импульса | 10⁻⁹ секунд (например, 10 нс – 100 нс) | 10⁻¹² секунд (например, 1 пс – 20 пс) |
Пиковая мощность | Мегаватты (МВт) | Гигаватты (ГВт) |
Механизм абляции | Фототермический (плавление/испарение) | Фотоакустический (холодная обработка) |
Точность | Стандартная (микромасштаб) | Сверхточная (субмикромасштаб) |
2. Почему пикосекундные лазеры превосходят другие методы предотвращения «карбонизации»
В промышленной терминологии карбонизация означает обугливание или сгорание материала, окружающего лазерный разрез.
Это создает зону термического воздействия (ЗТВ), которая может привести к сбоям в работе цепей, ухудшению изоляции или структурной слабости гибких печатных плат (ГПЗ).
Наука «холодной обработки»
Основная причина, по которой пикосекундные лазеры предотвращают карбонизацию, заключается в соотношении длительности импульса и времени термической релаксации (ВТР).
Наносекундные лазеры («горячий» процесс): Наносекундный импульс относительно «медленный». Он дает достаточно времени для передачи тепловой энергии в окружающий материал.
Это тепло вызывает плавление, кипение и, в конечном итоге, обугливание (карбонизацию) материала, прежде чем он будет удален.
Пикосекундные лазеры («холодный» процесс): Пикосекундный импульс настолько быстр, что завершает свое взаимодействие с материалом до того, как тепло сможет передаться соседним атомам.
Вместо плавления высокая пиковая мощность вызывает многофотонное поглощение, превращая материал непосредственно в плазму.
Это называется «холодной обработкой», в результате чего получается чистый срез практически без карбонизации.
3. Обработка гибких печатных плат и плат: подробный анализ производительности
При обработке таких материалов, как полиимид (PI) и медь (Cu), разница в результатах поразительна.
Резка полиимида (PI) и создание защитного слоя на гибких печатных платах
Результат за наносекунды: часто наблюдается «потемнение» или «пожелтение» края. Нагрев может привести к скручиванию полиимида или растеканию клеевого слоя, что повлияет на конечный результат сборки.
Результат за пикосекунды: чистые, острые края с сохранением исходного цвета материала. Отсутствуют остатки, что крайне важно для адгезии последующих слоев.
Сверление микропереходов на печатных платах и абляция меди
Результат за наносекунды: просверленные отверстия могут иметь «коническую» форму со шлаком (повторно затвердевшей расплавленной медью) на входе. Это требует агрессивной химической очистки перед нанесением покрытия.
Результат пикосекундной обработки: получение идеально цилиндрических отверстий с прямыми стенками. Медь испаряется чисто, не оставляя шлака и значительно снижая необходимость в последующей обработке.
4. Резюме: Выбор подходящего инструмента для вашего применения
Применение | Рекомендуемый лазер | Основная причина |
Высокопроизводительная резка гибких печатных плат (FPC) | Пикосекундный лазер | Отсутствие карбонизации, сохранение гибкости. |
Глухое сверление отверстий в печатных платах HDI | Пикосекундный лазер | Высокое соотношение сторон, отсутствие расплавленных остатков. |
Жесткая резка печатных плат (толстых) | Наносекундный лазер | Экономически эффективный, более высокая скорость удаления материала. |
Простая маркировка компонентов | Наносекундный лазер | Эффективный и значительно более низкий инвестиционный доход. |
Вывод: Будущее за сверхбыстрыми технологиями
Хотя наносекундные лазеры остаются экономически эффективным инструментом для многих «сложных» промышленных задач, пикосекундный лазер является явным лидером для высокоточной электроники.
Исключая карбонизацию и зону термического воздействия, пикосекундные лазеры позволяют инженерам расширять границы проектирования гибких печатных плат (FPC) и печатных плат (PCB),
обеспечивая более высокую производительность и превосходную надежность продукции.
-
Какие меры предосторожности необходимо соблюдать при работе с лазерным маркиратором?
1. Категорически запрещается включать блок питания лазера и блок питания с модуляцией добротности без воды или при нарушении циркуляции воды.
2. Блок питания с модуляцией добротности не должен работать без нагрузки (т.е. выходной контакт блока питания с модуляцией добротности должен быть оставлен плавающим).
3. В случае возникновения каких-либо ненормальных явлений сначала выключите гальванометр и выключатель с ключом, а затем проведите проверку.
4. Запрещается включать другие компоненты до включения криптоновой лампы во избежание попадания высокого напряжения и повреждения компонентов.
5. Следите за тем, чтобы выходной контакт (анод) блока питания лазера оставался подвешенным во избежание искрения и пробоя другими электроприборами.
6. Поддерживайте чистоту внутренней циркулирующей воды. Регулярно очищайте резервуар для воды и заполняйте его чистой деионизированной или чистой водой.
-
Что делать, если интенсивность лазерного луча снизилась и маркировка стала недостаточно четкой?
1. Выключите аппарат и проверьте, изменился ли лазерный резонатор; отрегулируйте линзу резонатора. Добейтесь наилучшего светового пятна на выходе;
2. Акустооптический кристалл смещен или выходная энергия акустооптического источника питания слишком низкая;
Отрегулируйте положение аудиовизуального кристалла или увеличьте рабочий ток аудиовизуального источника питания;
3. Лазерный луч, попадающий в гальванометр, отклоняется от центра: отрегулируйте лазер;
4. Если ток отрегулирован примерно на 20 А, но светочувствительность по-прежнему недостаточна: криптоновая лампа стареет. Замените ее на новую.
-
Как обслуживать станок для УФ-лазерной резки?
1. Необходимо регулярно проводить уборку ежедневно, удаляя мусор со столешницы, ограничителей и направляющих, а также смазывая направляющие смазочным маслом.
2. Необходимо регулярно очищать контейнер для сбора отходов, чтобы предотвратить засорение выпускного отверстия излишками отходов.
3. Очищайте чиллер каждые 15 дней, сливая всю воду из него и заполняя его чистой водой.
4. Отражатель и фокусирующую линзу следует протирать специальным чистящим раствором каждые 6–8 часов.
При протирке используйте ватный диск или ватную палочку, смоченную в чистящем растворе, и протирайте фокусирующую линзу от центра к краю против часовой стрелки.
При этом будьте осторожны, чтобы не поцарапать линзу.
5. Условия в помещении могут повлиять на срок службы устройства, особенно в условиях повышенной влажности и запыленности.
Влажная среда склонна вызывать ржавчину на отражающих линзах, а также легко может привести к коротким замыканиям, разрядам и искрению бархатного лазера.
-
Какие несчастные случаи могут быть вызваны лазерным излучением при использовании лазерного рез
(1) Пожар возник из-за контакта лазера с легковоспламеняющимися материалами.
Всем известно, что мощность лазерных генераторов очень высока, особенно если речь идёт о мощных лазерных режущих станках, температура излучаемого лазером лазера чрезвычайно высока. Вероятность возникновения пожара при контакте лазерного луча с легковоспламеняющимися предметами очень высока.
(2) Во время работы станка могут выделяться вредные газы.
Например, при резке кислородом происходит химическая реакция с режущим материалом, в результате которой образуются неизвестные химические вещества, мелкодисперсные частицы и другие примеси. Попадая в организм человека, кислород может вызывать аллергические реакции или дискомфорт в лёгких и других дыхательных путях. При выполнении работ следует принимать меры предосторожности.
(3) Прямое воздействие лазера на организм человека может быть вредным.
Вред, наносимый лазерами человеческому организму, в основном включает повреждения глаз и кожи. Среди вреда, наносимого лазерами, повреждение глаз является наиболее серьёзным. Более того, повреждение глаз является необратимым. Поэтому при выполнении домашнего задания необходимо уделять внимание защите глаз.
-
Каков диаметр сфокусированного пятна наносекундного, пикосекундного и фемтосекундного лазера?
Наносекунда: диаметр светового пятна составляет 0,5–1 мм.
Пикосекунда: диаметр сфокусированного пятна составляет около 0,02 мм.
Фемтосекунда: под воздействием лазерного луча с высокой частотой повторения 100–200 кГц и очень короткой длительностью импульса 10 пс
диаметр сфокусированного пятна составляет всего 0,003 мм.
-
Каковы основные области применения станков для УФ-лазерной резки?
Станок для лазерной резки с ультрафиолетовым излучением (УФ) может использоваться для резки и разделения печатных плат.
Он может точно резать и формовать различные типы печатных плат с V-образными и штампованными отверстиями, а также с вырезами и крышками.
Он также может использоваться для разделения корпусных печатных плат и обычных гладких плат.
Он подходит для резки различных типов подложек печатных плат, таких как керамические подложки, гибко-жёсткие платы, FR4, печатные платы, гибкие печатные платы, модули распознавания отпечатков пальцев, защитные плёнки, композитные материалы, медные подложки, алюминиевые подложки и т. д.
-
Меры предосторожности при работе с лазерными режущими станками для обработки различных металли
Медь и латунь:
Оба материала обладают высокой отражательной способностью и отличной теплопроводностью.
Латунь толщиной менее 1 мм можно обрабатывать азотным лазером.
Можно резать медь толщиной менее 2 мм. В качестве газа для лазерной резки должен использоваться кислород.
Резка меди и латуни возможна только при наличии в системе устройства, обеспечивающего «поглощение отражения». В противном случае отражение повредит оптические компоненты.
Синтетические материалы:
К обрабатываемым синтетическим материалам относятся: термопласты, термореактивные материалы и искусственный каучук.
Алюминий:
Несмотря на высокую отражательную способность и теплопроводность, алюминиевые материалы толщиной менее 6 мм можно резать, в зависимости от типа сплава и мощности лазера.
При резке кислородом поверхность реза получается шероховатой и твёрдой.
При использовании азота поверхность реза получается гладкой.
Чистый алюминий чрезвычайно трудно резать из-за его высокой чистоты.
Резка алюминиевых материалов возможна только при установке устройства «отражение-поглощение» на систему волоконного лазера.
В противном случае отражение может повредить оптические компоненты.
-
На что следует обратить внимание при лазерной резке нержавеющей стали?
Лазерная резка нержавеющей стали требует использования кислорода при условии отсутствия окисления кромок.
Если для получения кромок без окисления и заусенцев используется азот, дальнейшая обработка не требуется.
Нанесение масляной пленки на поверхность листа обеспечит лучший эффект перфорации без снижения качества обработки.