激光打码对PCB材料的破坏性分析

来源:锦帛方激光    关键词:激光打码, PCB材料, 激光打标,    发布时间:2019-10-30

设置字体:

激光打标技术是激光加工最大的应用领域之一。激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射,使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应,从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标可以打出各种文字、符号和图案等,字符大小可以从毫米到微米量级,这对产品的防伪有特殊的意义。

激光打码原理

激光打标的基本原理是,由激光发生器生成高能量的连续激光光束,聚焦后的激光作用于承印材料,使表面材料瞬间熔融,甚至气化,通过控制激光在材料表面的路径,从而形成需要的图文标记。

特点一

 非接触加工,可在任何异型表面标刻,工件不会变形和产生内应力,适于金属、塑料、玻璃、陶瓷、木材、皮革等材料的标记。

特点二

几乎可对所有零件(如活塞、活塞环、气门、阀座、五金工具、卫生洁具、电子元器件等)进行打标,且标记耐磨,生产工艺易实现自动化,被标记部件变形小。

特点三

采用扫描法打标,即将激光束入射到两反射镜上,利用计算机控制扫描电机带动反射镜分别沿XY轴转动,激光束聚焦后落到被标记的工件上,从而形成了激光标记的痕迹。

激光打码优势

01

激光聚焦后的极细的激光光束如同刀具,可将物体表面材料逐点去除,其先进性在于标记过程为非接触性加工,不产生机械挤压或机械应力,因此不会损坏被加工物品;由于激光聚焦后的尺寸很小,热影响区域小,加工精细,因此,可以完成一些常规方法无法实现的工艺。

02

激光加工使用的刀具是聚焦后的光点,不需要额外增添其它设备和材料,只要激光器能正常工作,就可以长时间连续加工。激光加工速度快,成本低廉。激光加工由计算机自动控制,生产时不需人为干预。

03

激光能标记何种信息,仅与计算机里设计的内容相关,只要计算机里设计出的图稿打标系统能够识别,那么打标机就可以将设计信息精确的还原在合适的载体上。因此软件的功能实际上很大程度上决定了系统的功能。

    SMT领域的激光应用中,主要是在PCB上进行激光打码追溯,而不同波长的激光对PCB掩锡层的破坏性是不一致的。    

目前激光打码所使用的激光器有光纤激光器,紫外激光器,绿光激光器和CO2激光器,行业内常用的激光器是UV激光和CO2激光,光纤激光和绿光激光相对应用比较少。

光纤激光器

       光纤脉冲激光是指用掺稀土元素(如镱)的玻璃光纤作为增益介质而产生的一种激光,具有非常丰富的发光能级,脉冲式的光纤激光波长为1064nm(与YAG相同,不同的是YAG的工作物质为钕)(QCW、连续光纤激光的典型波长为1060-1080nm,虽然QCW也是脉冲激光,但是其脉冲产生机理完全不一样,波长也不一样),是一种近红外激光。可以用其来标记金属和非金属材料,因为吸收率都较高。

       该工艺是利用激光对材料产生的热效应来实现,或者通过加热气化表层物质的而露出深层不同颜色的物质,或者通过光能加热材料表面发生的微观的物理变化(比如有些纳米级、十纳米级的微孔会产生黑体效应,光线极少能够反射出来,使材料呈现深黑色)而使其反光性能出现明显变化,或者通过光能加热时发生的某些化学反应,而显出所需的图形、字符、二维码等信息。





紫外激光器

       紫外激光是一种短波长激光,一般采用倍频技术,将固体激光器发出的红外光(1064nm),转化成355nm(三倍频)、266nm (四倍频)的紫外光。其光子能量很大,几乎可以与自然界所有物质的某些化学键(离子键、共价键、金属键)能级相匹配,直接打断化学键,使材料发生光化学反应,没有明显的热效应(原子核、内层电子的某些能级可以吸收紫外光子,然后通过晶格振动将能量传递出去,产生热效应,但是不明显),属于冷加工。由于没有明显的热效应,紫外激光不能用于焊接,一般用于打标和精密切割。

       紫外打标工艺是利用紫外光和材料发生光化学反应而导致颜色发生改变来实现,采用适当的参数可以避免在材料表面产生明显的去除效应,因而可以标记出没有明显触感的图形和字符。

       虽然紫外激光对金属和非金属都可以进行标记,但是由于成本因素,一般用光纤激光器标记金属材料,而用紫外激光标记表面质量要求高、CO2难以实现的产品,和CO2形成高低搭配。

绿光激光器

       绿光激光也是一种短波长激光,一般采用倍频技术,将固体激光器发出的红外光(1064nm),转化成532nm(二倍频)的绿光,绿光激光是可见光,紫外激光是不可见光。绿光激光光子能量很大,其冷加工特性与紫外光极其相似,可与紫外激光形成多样化选型。

       绿光打标工艺和紫外激光一样是利用绿光和材料发生光化学反应而导致颜色发生改变来实现,采用适当的参数可以避免在材料表面产生明显的去除效应,因而可以标记出没有明显触感的图形和字符,PCB板表面一般有一层掩锡层,通常会有很多种颜色,绿光激光与其反应效果很好,标刻出来的图形非常清晰细腻。

CO2激光器

      CO2是一种常用的气体激光器,具有丰富的发光能级,典型的激光波长为9。310。6um,是一种远红外激光,连续输出功率高达数十千瓦,通常采用小功率的CO2激光器完成高分子等非金属材料的打标工艺。一般很少用CO2激光来标记金属,因为金属对其吸收率非常低(可以用高功率的CO2切割和焊接金属,由于吸收率、电光转化率、光路和维护等因素,已经逐步被光纤激光器所取代)。

      CO2打标工艺是利用激光对材料产生的热效应来实现,或者通过加热气化表层物质的而露出深层不同颜色的物质,或者通过光能加热材料表面发生的微观的物理变化,而使其反光性能出现明显变化,或者通过光能加热时发生的某些化学反应,而显出所需的图形、字符、二维码等信息。

      CO2激光器一般用于电子元件、仪器仪表、服装、皮革、箱包、制鞋、纽扣、眼镜、医药、食品、饮料、化妆品、包装、电工器材等采用高分子材料的领域。

激光打码对PCB材料的破坏性分析总结

 光纤激光和CO2激光均是利用激光对材料产生的热效应来实现打   标效果的,基本上是破坏掉材料表层形成剔除效应,漏出底色,   形成色差;而紫外激光和绿光激光是利用激光对材料的化学反应  而导致材料颜色发生变化,继而不会产生剔除效应,形成无明显触感的图形和字符。