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PCB板激光切割技术

金属基PCB板介绍
 
PCB(PrintedCircuitBoard)中文名称为印刷线路板,对电子元器件起支撑和电气连接作用。作为PCB中的一种,金属基PCB板的基底材料一般采用具有良好散热功能的金属(如铝和铜)。因此无需散热器,缩小了产品体积、散热效果极好,并具有良好的绝缘性能和机械性能。
 
铝基PCB板是目前使用量最.大的金属基PCB板,常见于LED照明产品。目前市场上的铝基PCB板一般情况下都是单面的铝基板。单面铝基PCB板通常由三层结构所组成,分别是电路层(铜箔)、绝缘层和金属基层。电路层(即铜箔)通常经过蚀刻形成印刷电路,使组件的各个部件相互连接,一般情况下,电路层要求具有很大的载流能力,因此要求使用较厚的铜箔,厚度一般为30μm~280μm。导热绝缘层是PCB铝基板核心技术之所在,一般是由特种陶瓷填充的聚合物构成,热阻小,粘弹性能优良,具有抗热抗老化的能力,能够承受机械力及热应力。单面铝基PCB板有正反两面,白色的一面用以焊接LED引脚,另一面呈现铝材本色,一般会涂抹导热凝浆后与导热部分接触。
 
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铝基PCB板的传统生产流程
 
传统的PCB厂生产金属基板时,一般采用数控锣板机或机床冲压方式进行加工,加工流程如下:
 
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由于是接触式加工,锣板机加工方式的加工过程刀具磨损造成的损耗比较大,且容易出现由于磨损造成的加工质量不良。接触式加工还存在精度低、割口缝隙大、引起基板变形等劣势。而冲压式加工首先需要制造模具,但开模费用高、周期长,且加工过程中容易出现板边塌陷。此外,这两种加工方式比较适合大批量生产,对于小批量加工就存在成本高、交期长等不足之处。
 
光纤激光切割铝基PCB板的应用特点
 
激光切割的金属基PCB板通常是1-2mm厚度。可根据材料的厚度选择相应功率的连续光纤激光器进行切割,也可以根据加工需求选择相应功率的准连续光纤激光器在脉冲模式下进行切割。
 
不论采用哪种光纤激光器,激光切割铝基PCB板都具有如下特点:
 
◆加工质量好:切缝边缘光滑、无毛刺
 
◆加工效率高:切割速度快
 
◆加工精度高◆加工成本低:
 
1)激光的切缝小,激光切割的板材利用率高,降低了材料成本
 
2)非接触加工,无刀具磨损
 
◆加工灵活度高:不受图形的限制,可对任意形状PCB板加工
 
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准连续光纤激光器切割铝基PCB板
 
准连续光纤激光器可以同时在连续和高峰值功率脉冲模式下工作。连续激光器的峰值功率和平均功率在连续和调制模式中总是相同的,而准连续激光器则与此不同,其在脉冲模式下的峰值功率数倍于平均功率,因此可以从几百赫兹到几千赫兹的重复频率下产生具有高能量的微秒和毫秒脉冲,从而实现优异加工。相对于连续激光器的切割应用,准连续激光器切割铝基PCB板通常采用脉冲输出模式,切割应用时具有如下特点:
 
切割速度快 由于铝基PCB板的厚度一般是1~2mm为主,激光切割时通常采用氮气辅助的熔化切割工艺。在激光熔化切割薄板金属的过程中,金属材料吸收激光能量后转化成热能,从而熔化金属材料。从热平衡理论计算,熔化切割具有如下的经验公式:
 
P=K*(t*v*ω)
 
其中,P代表材料吸收的激光功率;K是一个由板材决定的固定数值;t代表板材厚度,v代表切割速度,ω代表切缝宽度。从中可以看出,在吸收的激光功率一定的情况下,切缝宽度ω越小,切割速度越快。采用高光束质量激光切割薄板时,切缝宽度ω可以做到很窄,吸收相同的激光能量却可以达到更高效的切割。飞博激光的准连续光纤激光器峰值功率高,更容易去除铝板表面的氧化层,促使铝板对激光的吸收比率提高;且输出光束为准基模,光纤芯径小,因此割缝窄,切割速度更快。
 
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绝缘层烧蚀区小 绝缘层的主体材料是有机树脂,熔点较低,对热量较敏感。准连续激光切割时采用脉冲输出,切割的热影小,因此绝缘层的烧蚀区也小。
 
板材的热变形小在自动化表面贴装线上,电路板若不平整,会引起定位不准,元器件无法插装或贴装到板子的孔和表面贴装焊盘上,甚至会撞坏自动插装机。装上元器件的电路板焊接后发生弯曲,元件脚很难剪平整齐。IPC标准中特别指出带有表面贴装器件的PCB板允许的最. 大变形量为0.75%,没有表面贴装的PCB板允许的最.大变形量为1.5%。实际上,为满足高精度和高速度贴装的需求,部分电子装联厂家对变形量的要求更加严格,甚至有个别客户要求0.3%。准连续激光切割的热影响小,因此切割后板材的热变形小,更能满足铝基PCB板厂家的严格要求。
 
切缝边缘质量更好 与相同平均功率的连续激光器相比,准连续激光器的峰值功率更高,切铝板时断面更平整,微毛刺更小。
 
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激光切割工艺优化单面铝基
 
PCB板的生产流程激光不仅可切割铝基板,还可以在其上钻孔。由于激光束精.准聚焦的特性,不仅其所钻出的孔质量更高,且孔的最小直径比机械钻孔更小。因此,引入激光切割工艺后,单面铝基PCB板的生产流程中可以一次性完成钻孔和外形切割,从而减少工序,生产流程更加优化。
 
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金属基PCB板切割的发展趋势
 
随着国内铜铝等原材料价格的逐步上涨,以及厂地租金和人工劳动成本的不断上涨,采用传统加工方式的PCB厂,加工的利润空间被不断侵蚀,面临的压力不断加大。要想在竞争中获得更大的利润空间,自动化加工技术的革新、新型工艺的替代等,将是每个PCB厂亟待解决的问题。与传统切割方式相比,激光切割加工的质量好、效率高、精度高、成本低、灵活性高,已经成为金属基PCB板切割的发展趋势。相比同功率的连续光纤激光器,准连续光纤激光器切割铝基PCB板的切割质量更好,切割速度更快,绝缘层烧蚀区小,板材的热变形小。可以预测未来采用高功率准连续光纤激光器切割金属基PCB板更加普遍。

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