精密激光切割在铝基板行业的应用

来源:铭镭激光    关键词:精密激光切割, 铝基板行业,    发布时间:2020-03-12

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铝基板激光切割

  • 铝基板是一种具有良好散热功能的金属基覆铜板,一般单面板由3层结构所组成,分别是电路层(铜箔)、绝缘层和金属基层,用于高端使用的也有设计为双面板,结构为电路层、绝缘层、铝基、绝缘层、电路层。极少数应用为多层板,可以由普通的多层板与绝缘层、铝基贴合而成。
  • LED铝基板就是PCB,也是印刷线路板的意思,只是线路板的材料是铝合金,以前我们一般的线路板的材料是玻纤,但因为LED发热较大,所以LED灯具用的线路板一般是铝基板,能够导热快,其他设备或电器类用的线路板还是玻纤板与传统的FR-4 比,铝基板能够将热阻降至最低,使铝基板具有极好的热传导性能;与厚膜陶瓷电路相比,它的机械性能又极为优良。铝基板还有如下独特的优势:符合RoHs 要求;更适应于 SMT 工艺;在电路设计方案中对热扩散进行极为有效的处理,从而降低模块运行温度,延长使用寿命,提高功率可靠性;减少散热器和其它硬件(包括热界面材料)的装配,缩小产品体积,降低硬件及装配成本;将功率电路和控制电路最优化组合;取代易碎的陶瓷基板,获得更好的机械耐久力。

铝基板应用

铝基板以其优异的散热性能、机械加工性能、电磁屏蔽性能、尺寸稳定性能、在混合集成电路、汽车、摩托车、办公自动化、大功率电器设备、电源设备、LED照明等领域,得到了越来越广的应用,需求量每年增加,其发展前景非常广阔。

铝基板传统切割介绍

  • 传统铝基板成型加工方式分为三种:
  1. 通常采用数控钻机/锣机加工,需要钻咀,锣刀,垫板,酒精等耗材;切割成本高、板材成型精度低、加工锣槽缝隙大(常规1.6MM;2.MM锣刀槽宽)、且容易引起基板变形;
  2. 采用模具冲压成型等传统方式;
  3. 采用数控V-CUT切割方式,切割在保证精度的情况下,还要求加工后的槽线光洁和无毛刺,又要求掰下来的成品均无披锋,板面不能有擦伤,既要满足变形板的切割加工,又要避免二次变形的发生,工序繁多导致加工效率低,良品率也偏低。目前大部分线路板公司切割铝基板一般多通过锣机对一整块铝基板进行加工,铝板背面成品的边缘仍然有少许毛刺,必须手工对成品边缘的毛刺进行刮除,大大的增加了工作量;板面刮花不良品增加,而且对刀具的损耗也大,加工的效率依然比较低 。

铝基板锣机加工图如下所示

传统工艺

  • 传统锣机工艺:披锋毛刺大,需要人工刮毛刺;
  • 刀具耗材贵,精度不高,销钉定位拆装板耗时间;需要垫板,酒精等耗材;板材生产效率低。

激光切割铝基板优势及选择

  1. 激光加工的优势 激光加工属于无接触加工,无刀具费用,省成本并可减少材料表面的刮花磨损、加工速度 快, 激光加工精度高,切缝小,公差范围可达正负0.02mm、切面光滑,一次成型,不需要重复加工、操作简单无需老师傅,加工图形任意编辑,CAD图纸导入即可。
  2. 激光加工主要采用CW天庄国际登录与QCW天庄国际登录加工CW天庄国际登录就是指的天庄国际登录的输出是连续的,不会出现中断的情况,输出的功率处于持续不变状态, QCW天庄国际登录工作方式是指每间隔一定时间才工作一次的方式,也就是把激光的能量压缩到一个很窄的时间内输出这个的峰值功率也就会比较高。
  3. CW和QCW在铝基板激光切割上的对比 连续天庄国际登录加工速度快,割缝小,在铝基板切割上得到大量的应用,但连续天庄国际登录的出光模式是连续波,长时间加工密度大的零件时散热相对较慢,就会导致加工时切割面的热影响增大,从而影响板材的导电性,在一些质量要求特别高的铝基板,连续天庄国际登录无法达到生产要求。脉冲天庄国际登录的出光模式为间断式,在加工一些密度大的零件时,在板材上产生的热影响对比连续天庄国际登录来说要相对小得多。但是两种天庄国际登录在价格上连续天庄国际登录造价相比脉冲天庄国际登录要相对便宜很多,如果加工量大且质量要求很高的产品可使用脉冲天庄国际登录,如果加工要求不是特别高那么使用连续天庄国际登录即可。

激光切割铝基板存在不足

  1. 激光加工属于热加工必然会对板材产生热影响CW和QCW天庄国际登录的切割原理都是通过天庄国际登录发出激光束,再通过光纤管后照射到聚焦镜形成折射,最后折射后的激光束传到切割头通过切割嘴发出一条极小的光斑束照射到板材上使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点,同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质,最后配合切割头的移动从而实现将工件割开,在完成这一过程必然在割缝位置形成热量,从而形成不同程度的热影响宽度。
  2. 激光加工铝基板会在切割断面留下黑色残留物铝基板的表层一般是覆有一层油漆(通常为白油或黑油),而激光切割需要高热量和高气压同时进行,所以如果直接从正面切割,油漆面直接接触高压气和高温会直接崩边和散落。因此加工时我们只能从板材的反面进行切割,虽然从反面切割不会破坏油漆表层可以达到切割目的,但是由于切割时产生的高热量,接触到油漆面就会使油漆瞬间燃烧,油漆燃烧后的残留物质再通过和高压气体接触就会停留在切割断面形成一层黑色物质。不同型号和不同厚度的油漆在燃烧后形成在切割断面的黑色物质的厚度也不相同。

激光加工:激光从板形成的热材背面加工影响区域产生的黑色物质。

CW和QCW切割铝基板效果

CW天庄国际登录QCW激光二次元放大器二次元放大后的切割图效果图

通过CW和QCW切割后二次元放大的切割效果图我们发现,QCW天庄国际登录切割后产生的热影响宽度比CW天庄国际登录要小,切割面也要光滑一些,因此高质量要求的铝基板可使用QCW天庄国际登录进行切割。

对激光加工铝基板不足解决方案

  1. 对激光加工铝基板产生的热影响的解决方案激光加工所产生的热影响宽度,主要和光斑的直径大小(直径大小通常为0.1mm-0.15mm),切割速度、板材油漆型号、板材厚度相关,经过不断的打样测试和长期售后维护中发现,可以通过开油墨闭合线的方式把热影响的宽度控制在一个大小范围内,也就是把要切割的零件图形先用打标机或微雕机雕刻出宽度0.1mm-0.15mm在要切割的板材正面上,在板材的正面形成要切割的图形油墨线,在通过CCD视觉定位,从反面切割把切割时光斑所产生的热量控制在油墨线的宽度内,从而可以把热影响的宽度控制在0.15mm内。在制作线路板工程图,丝印工序预留出合适油墨开窗宽度,从而来保障切割使用的品质稳定。
  2. 激光加工铝基板在切割断面留下黑色残留物的解决方案。通过不断的工艺打样测试我们发现覆着在切割断面的物质是油漆在高热量激光加工中燃烧后所产生的,只是在高压气的作用下沾粘切割断面上,只要用酒精擦拭就能轻松去除,但是单个擦拭效率低需要大量人力所以并不可取。通过不断测试和实验中我们发现可以使用大功率的多头超声波通过加洗洁精和水的方式来对切割好的板材进行清洗。超声波清洗的板材不仅干净光滑而且不会对板材的导电和其他质量造成影响,还可也以同时大批量的清洗,清洗效率高不会影响正常生产。
  3. 通过多次和客户沟通探讨客户也一致认定此方案可行。

改善后的应用样品图