PCB行业中的UV激光加工 新型激光钻孔及切割系统的使用扩大了行业生产应用范围

时间:2018-06-10 10:51来源:LPKF乐普科作者:Jucy 点击:
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摘要:对于电路板行业的激光切割或者钻孔,只需几瓦或十多瓦的UV 激光即可,无需千瓦级别的激光功率,在消费类电子产品、汽车行业或机器人制造技术中,柔性电路板的使用变得日趋重要。由于

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对于电路板行业的激光切割或者钻孔,只需几瓦或十多瓦的UV 激光即可,无需千瓦级别的激光功率,在消费类电子产品、汽车行业或机器人制造技术中,柔性电路板的使用变得日趋重要。由于UV激光加工系统具有柔性的加工方式,高精度的加工效果,灵活可控的加工过程,其成为了柔性电路板以及薄型PCB 激光钻孔与切割的首选。



如今的激光系统配置的长寿命激光源已基本接近免维护,在生产过程中,激光等级为1级,安全无需其他保护装置。LPKF激光系统配备吸尘装置,不会造成有害物质的排放。加之直观易操作的软件控制,使得激光技术正在取代传统机械工艺,节省了特殊刀具的成本。

CO2  激光还是UV 激光?

例如PCB分板或切割时,可以选择波长约为10.6 µm 的 CO2 激光系统。其加工成本相对较低,提供的激光功率也可达数千瓦。但是它会在切割过程中产生大量热,从而造成在边缘的严重碳化。

图 1:CO2 激光(左)与 UV 激光(右)的切割槽比较。UV 激光产生热效应较小,其切割边沿干净、整齐。

UV 激光波长为355 nm。这种波长的激光束非常容易光学聚焦。小于20瓦激光功率的UV 激光聚焦后光斑直径只有20 µm – 而其产生的能量密度甚至可媲美太阳表面。

UV 激光加工的优势

UV 激光尤其适用于硬板、软硬结合板、软板及其辅料的切割以及打标。那么UV激光加工究竟有哪些优点呢?

UV 激光切割系统在SMT行业的电路板分板以及PCB行业的钻微孔展现出了极大的技术优势。钻孔是激光切割的一种特殊形式– 即用激光在基板上切割出一个个微小圆孔。

 根据电路板材料厚度的不同,激光沿着所需的轮廓一次或者多次切割。材料越薄,切割的速度相对越快。如果累积的激光脉冲低于穿透材料所需的激光脉冲,只会在材料表面上出现划痕;正因为此,我们可以在材料上进行二维码或者条形码的打标,以便后续制程的信息追踪。

UV激光的脉冲能量仅在材料上作用微秒级的时间,在切口旁的几微米处,已无明显热影响,因此无需考虑其产生的热量对元件造成的损坏。针对激光切割时产生的热量对靠近边缘元器件的影响,LPKF在网站上提供了免费下载的测试报告。

靠近边缘的线路和焊点完好无损,无毛刺。

事实上,UV 激光切割不会占据切割缝之外的电路板表面,而不需要设置额外的避让区。

 

图 2:一个基板多个元器件,即使紧贴线路也可安全分板。

另一个体现UV激光灵活性的优势。LPKF UV激光系统集成CAM 软件可直接导入从CAD中导出的数据,对激光切割路径进行编辑,形成激光切割轮廓,选择适用于不同材料的加工参数库,就可以直接激光加工。此外,系统软件还可以设置两种模式:工程人员可以设置包含激光参数在内的所有参数,而操作人员只能导入和执行已定义的加工程序。也就是说:LPKFUV激光系统既适合大批量的量产加工,也适用于试样生产。

钻孔

电路板中的通孔用于连接双面板的正反面间线路,或者用于连接多层板中任意层间线路。为了其导电,需要在钻孔后将孔壁镀上金属层。如今采用传统的机械方法已经无法满足钻孔直径越来越小的要求:尽管现在提高了主轴转速,但精密钻孔刀具的径向速度会因直径太小而降低,甚至无法完成要求的加工效果。另外,从经济因素考虑,易于磨损的刀具耗材也是一个限制性因素。

 针对柔性电路板的钻孔,LPKF 公司研发了一种新型的激光钻孔系统。LPKFMicroLine 5000 激光设备配有533 mm x 610 mm的工作台面,可以卷对卷的自动化作业。钻孔时,激光可以先从孔的中心出发切出微孔轮廓,这比普通方法更为精确。系统可以在高径深比的情况下,在有机或非有机的基板上钻制最小直径只有20µm 的微孔。柔性电路板、IC 基板或 HDI 电路板都非常需要这样的精度。

图 3:新型 UV 激光系统配备大的工作台面。结合了高性能和高精度的要求。

半固化片切割

在电子组件制造过程中,哪些情况要求切割半固化片材料?早在初期,半固化片材料就已经被应用于多层电路板中。多层电路板中的各个电路层通过半固化片的作用被压合在一起;根据电路设计,一些区域的半固化片需要事先切割开窗然后被压合。

 同样类似的过程也适用于FPC覆盖膜。覆盖膜通常由聚酰亚胺以及厚度为25 µm 或 12.5 µm 的胶层构成,且容易变形。单个区域(例如焊盘)无需覆盖膜遮盖,以便后期进行装配、连接等工作。

这种薄性材料对于机械应力非常敏感– 靠非接触式的激光加工可以轻松完成。而且,真空吸附台能够很好固定其位置,保持其平整度。

图 4:通过激光工艺可以在敏感的覆盖层上形成精确的轮廓。

软硬结合板加工

在软硬结合板中,将刚性PCB与柔性PCB压合一起形成多层板。压合过程时,柔性PCB上方并没有和刚性PCB压合粘接在一起,通过激光定深切割把覆盖在柔性PCB上面的刚性盖子切割、分离,留下柔性PCB部分,形成软硬结合板。

这样的定深加工应用同样适用于多层板中用于表面嵌入集成元件的盲槽加工。UV激光会精确切割从多层电路板中分离出来的目标层的盲槽。在该区域内,目标层与其上面所覆盖的材料不可形成连接。

如果使用视觉识别系统可自动识别补偿前期生产过程中导致的板面尺寸涨缩,那么这种经济的加工方式会立即提高良品率。例如,可以加工在x 或 y 方向上存在变形的电路板,根据实际识别到的尺寸进行涨缩计算、并补偿切割加工。这样即便前序工艺导致了尺寸偏差也可以获得符合工艺要求的合格件。

PCB 和 FPC的高效分板

SMT后分板即切割多种电子元器件已被装配的电路板,该工序已经处在生产链的末端。对于分板,可选择不同的技术:对于通常用的PCB ,优先考虑使用传统的刀切、冲压和轮廓铣削等工艺。对于较为复杂的电子线路以及薄型基板尤其是对机械应力、粉尘和尺寸偏差非常敏感的情况,则采用UV激光切割分板更有优势。三个图表从不同因素对这三种方法进行了评估。

 

图 5:分板方法比较:其他方法无法达到 UV 激光器的分板质量。

在完整轮廓切割时,德国LPKF公司会根据使用的激光源的不同,建议切割材料厚度不超过1.6mm。有些明显较厚的材料,但针对敏感价格昂贵的装配组件,优先考虑安全和质量方面,而切割时长是其次。

切割断点分板,激光系统会通过一个前面所述的加工过程切断连接点。这个切割过程可紧挨靠近边缘的元器件进行,对于较厚的电路板来说也是非常经济的。

图 6:在 Tab-Cut 中,激光切割断点分板

其他应用领域

由于UV激光波长较短,可适用于大多数的材料加工。例如,在电子工业领域可将其用于:

 

·    加工TCO/ITO玻璃且基底无损伤

·    在柔性或薄型材料上钻孔

·    阻焊层或覆盖膜开窗

·    刚柔/柔性电路板分板

·    开槽

·    已装配或未装配电路板的返修

·    切割烧结陶瓷

·    精密切割 LTCC

不仅限于对电路板的加工,UV 激光系统还可在一个加工作业中同时完成 LTCC 组件的切割、直写和钻孔。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:Jucy )
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