Rodzaje laserów do depanelingu

Lasery CO2

Oprócz laserów pracujących w paśmie zielonym oraz UV powszechnie wykorzystywane są do cięcia różnych materiałów lasery CO2. Zasadniczą różnicą pomiędzy laserami CO2 a opisywanymi powyżej laserami pracującymi w paśmie zielonym oraz UV jest długość fali promieniowania laserowego. Lasery CO2 pracują w obszarze dalekiej podczerwieni (FIR), podczas gdy promieniowanie o długości fali 10,6 µm jest silnie pochłaniane przez zdecydowaną większość materiałów dielektrycznych. 

System cięcia laserowego oparty na laserach CO2 powoduje, że powierzchnia obrabianego materiału jest silnie podgrzewana i odparowywana, co często określa się wręcz mianem obróbki termicznej. Lasery te są stosowane do cięcia wszystkich rodzajów metali, wielu materiałów organicznych i większości tworzyw sztucznych. Jednak pewnych tworzyw sztucznych i specjalnych polimerów, np. poliimidu, nie można dokładnie obrobić za pomocą lasera pracującego w zakresie podczerwieni. Obróbka termiczna powoduje deformację tworzywa sztucznego, karbonizację krawędzi cięcia, a to prowadzi do osłabienia mechanicznego i utworzenia dodatkowej ścieżki przewodzącej. W przypadku wielu aplikacji jest to niedopuszczalne, ponieważ produkty węglowe mogą przewodzić i absorbować wilgoć, co może prowadzić do awarii całego urządzenia. Ponadto związki węgla są silnie aromatyczne, co jest nie do zaakceptowania w aplikacjach, w których produkt znajduje się blisko twarzy użytkownika, takich jak telefony komórkowe, czy zestawy głośnomówiące Bluetooth. Karbonizacja krawędzi zauważalna jest również w przypadku laminatów epoksydowo-szklanych. 

Poprawa jakości cięcia wymaga wielu dodatkowych zabiegów, dlatego lasery pracujące w paśmie podczerwieni nie są odpowiednie do obróbki obwodów drukowanych zarówno sztywnych jak i elastycznych. Dodatkowo, energia wiązki lasera pracującego w zakresie podczerwieni nie może być dobrze pochłaniana przez miedź nawet przy wysokich gęstościach energii, co jeszcze bardziej ogranicza zastosowanie lasera CO2 . Miedź charakteryzuje się wysokim przewodnictwem cieplnym, a dodatkowo w stanie stałym silnie odbija promieniowanie podczerwone. To sprawia, że takie metale są trudne do cięcia laserem CO2 . Współczynnik odbicia miedzi i innych metali zmniejsza się dopiero wraz ze wzrostem temperatury metalu, i gwałtownie spada, gdy materiał osiągnie temperaturę topnienia (np. do <70% dla miedzi w stanie stopionym). Metale te pochłaniają znacznie więcej energii lasera w stanie stopionym. Do efektywnego cięcia potrzebne są więc znaczne ilości energii, rzędu 100 W i większe. 

Podsumowanie

Depaneling jest powszechnie stosowanym procesem w technologii montażu płytek drukowanych, szczególnie w przypadku średnich i dużych serii produkcyjnych. W ostatnich latach technika depanelizacji laserowej znajduje coraz więcej zwolenników, w porównaniu z tradycyjną techniką frezowania lub cięcia mechanicznego. Należy jednak pamiętać, że zachodząca interakcja lasera z materiałami PCB, takimi jak żywice, włókna szklane lub poliimidy, może prowadzić do niepożądanych procesów karbonizacji. Stopień karbonizacji zależy przede wszystkim od długości fali i szerokości impulsu lasera używanego do mikroobróbki. 

© Semicon

Tabela 15 Porównanie właściwości cięcia lasera CO2 , UV i zielonego

Stosowanie laserów IR, zielonych lub UV uzależnione jest od wymagań jakościowych stawianym montowanej elektronice. Lasery IR (CO2) charakteryzują się wyższą mocą średnią i mogą pracować szybciej (Rys. 16.). Jednak taka obróbka prowadzi do uszkodzeń termicznych i karbonizacji krawędzi. Lasery UV mają stosunkowo niższe średnie moce, a zatem pozwalają na osiąganie mniejszych prędkości oraz grubości cięcia. Zapewniają jednak lepszą jakość cięcia, szczególnie w przypadku laminatów poliimidowych, przy zredukowanej karbonizacji obrabianej powierzchni. Laser zielony o długości fali 532 nm stanowi zatem dobry kompromis pod względem mocy i efektywności procesu depanelizacji. Wysoka jakość cięcia jest atrakcyjną opcją do depanelizowania elastycznych i sztywnych płytek drukowanych. Dodatkowo możliwa do uzyskania dłuższa ogniskowa i większa głębia ostrości powodują osiągnięcie dużych prędkości skanowania i tym samym szybszy proces cięcia. 

© Semicon

Rysunek 16 Porównanie wydajności mechanicznego procesu depanelingu oraz różnych systemów laserowych dla płytek typu FR4

Autor: Piotr Ciszewski

Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy Semicon