激光打碼對PCB材料的破壞性分析

來源:錦帛方激光    關鍵詞:激光打標, PCB, 激光器, 激光打碼,    發布時間:2019-11-08

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激光打標技術是激光加工最大的應用領域之一。激光打標是利用高能量密度的激光對工件進行局部照射,使表層材料汽化或發生顏色變化的化學反應,從而留下永久性標記的一種打標方法。激光打標可以打出各種文字、符號和圖案等,字符大小可以從毫米到微米量級,這對產品的防偽有特殊的意義。

激光打碼原理

激光打標的基本原理是,由激光發生器生成高能量的連續激光光束,聚焦后的激光作用于承印材料,使表面材料瞬間熔融,甚至氣化,通過控制激光在材料表面的路徑,從而形成需要的圖文標記。

特點一

非接觸加工,可在任何異型表面標刻,工件不會變形和產生內應力,適于金屬、塑料、玻璃、陶瓷、木材、皮革等材料的標記。

特點二

幾乎可對所有零件(如活塞、活塞環、氣門、閥座、五金工具、衛生潔具、電子元器件等)進行打標,且標記耐磨,生產工藝易實現自動化,被標記部件變形小。

特點三

采用掃描法打標,即將激光束入射到兩反射鏡上,利用計算機控制掃描電機帶動反射鏡分別沿X、Y軸轉動,激光束聚焦后落到被標記的工件上,從而形成了激光標記的痕跡。

激光打碼優勢

1
激光聚焦后的極細的激光光束如同刀具,可將物體表面材料逐點去除,其先進性在于標記過程為非接觸性加工,不產生機械擠壓或機械應力,因此不會損壞被加工物品;由于激光聚焦后的尺寸很小,熱影響區域小,加工精細,因此,可以完成一些常規方法無法實現的工藝。

2
激光加工使用的“刀具”是聚焦后的光點,不需要額外增添其它設備和材料,只要激光器能正常工作,就可以長時間連續加工。激光加工速度快,成本低廉。激光加工由計算機自動控制,生產時不需人為干預。

3
激光能標記何種信息,僅與計算機里設計的內容相關,只要計算機里設計出的圖稿打標系統能夠識別,那么打標機就可以將設計信息精確的還原在合適的載體上。因此軟件的功能實際上很大程度上決定了系統的功能。

在SMT領域的激光應用中,主要是在PCB上進行激光打碼追溯,而不同波長的激光對PCB掩錫層的破壞性是不一致的。

目前激光打碼所使用的激光器有光纖激光器,紫外激光器,綠光激光器和CO2激光器,行業內常用的激光器是UV激光和CO2激光,光纖激光和綠光激光相對應用比較少。

光纖激光器

光纖脈沖激光是指用摻稀土元素(如鐿)的玻璃光纖作為增益介質而產生的一種激光,具有非常豐富的發光能級,脈沖式的光纖激光波長為1064nm(與YAG相同,不同的是YAG的工作物質為釹)(QCW、連續光纖激光的典型波長為1060-1080nm,雖然QCW也是脈沖激光,但是其脈沖產生機理完全不一樣,波長也不一樣),是一種近紅外激光。可以用其來標記金屬和非金屬材料,因為吸收率都較高。

該工藝是利用激光對材料產生的熱效應來實現,或者通過加熱氣化表層物質的而露出深層不同顏色的物質,或者通過光能加熱材料表面發生的微觀的物理變化(比如有些納米級、十納米級的微孔會產生黑體效應,光線極少能夠反射出來,使材料呈現深黑色)而使其反光性能出現明顯變化,或者通過光能加熱時發生的某些化學反應,而顯出所需的圖形、字符、二維碼等信息。

紫外激光器

紫外激光是一種短波長激光,一般采用倍頻技術,將固體激光器發出的紅外光(1064nm),轉化成355nm(三倍頻)、266nm (四倍頻)的紫外光。其光子能量很大,幾乎可以與自然界所有物質的某些化學鍵(離子鍵、共價鍵、金屬鍵)能級相匹配,直接打斷化學鍵,使材料發生光化學反應,沒有明顯的熱效應(原子核、內層電子的某些能級可以吸收紫外光子,然后通過晶格振動將能量傳遞出去,產生熱效應,但是不明顯),屬于“冷加工”。由于沒有明顯的熱效應,紫外激光不能用于焊接,一般用于打標和精密切割。

紫外打標工藝是利用紫外光和材料發生光化學反應而導致顏色發生改變來實現,采用適當的參數可以避免在材料表面產生明顯的去除效應,因而可以標記出沒有明顯觸感的圖形和字符。

雖然紫外激光對金屬和非金屬都可以進行標記,但是由于成本因素,一般用光纖激光器標記金屬材料,而用紫外激光標記表面質量要求高、CO2難以實現的產品,和CO2形成高低搭配。

綠光激光器

綠光激光也是一種短波長激光,一般采用倍頻技術,將固體激光器發出的紅外光(1064nm),轉化成532nm(二倍頻)的綠光,綠光激光是可見光,紫外激光是不可見光。綠光激光光子能量很大,其冷加工特性與紫外光極其相似,可與紫外激光形成多樣化選型。

綠光打標工藝和紫外激光一樣是利用綠光和材料發生光化學反應而導致顏色發生改變來實現,采用適當的參數可以避免在材料表面產生明顯的去除效應,因而可以標記出沒有明顯觸感的圖形和字符,PCB板表面一般有一層掩錫層,通常會有很多種顏色,綠光激光與其反應效果很好,標刻出來的圖形非常清晰細膩。



CO2激光器

CO2是一種常用的氣體激光器,具有豐富的發光能級,典型的激光波長為9.3、10.6um,是一種遠紅外激光,連續輸出功率高達數十千瓦,通常采用小功率的CO2激光器完成高分子等非金屬材料的打標工藝。一般很少用CO2激光來標記金屬,因為金屬對其吸收率非常低(可以用高功率的CO2切割和焊接金屬,由于吸收率、電光轉化率、光路和維護等因素,已經逐步被光纖激光器所取代)。

CO2打標工藝是利用激光對材料產生的熱效應來實現,或者通過加熱氣化表層物質的而露出深層不同顏色的物質,或者通過光能加熱材料表面發生的微觀的物理變化,而使其反光性能出現明顯變化,或者通過光能加熱時發生的某些化學反應,而顯出所需的圖形、字符、二維碼等信息。

CO2激光器一般用于電子元件、儀器儀表、服裝、皮革、箱包、制鞋、紐扣、眼鏡、醫藥、食品、飲料、化妝品、包裝、電工器材等采用高分子材料的領域。

激光打碼對PCB材料的破壞性分析總結

光纖激光和CO2激光均是利用激光對材料產生的熱效應來實現打標效果的,基本上是破壞掉材料表層形成剔除效應,漏出底色,形成色差;而紫外激光和綠光激光是利用激光對材料的化學反應 而導致材料顏色發生變化,繼而不會產生剔除效應,形成無明顯觸感的圖形和字符。
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