鋁基板激光切割

• 鋁基板是一種具有良好散熱功能的金屬基覆銅板，一般單面板由3層結(jié)構(gòu)所組成，分別是電路層（銅箔）、絕緣層和金屬基層,用于高端使用的也有設(shè)計(jì)為雙面板，結(jié)構(gòu)為電路層、絕緣層、鋁基、絕緣層、電路層。極少數(shù)應(yīng)用為多層板，可以由普通的多層板與絕緣層、鋁基貼合而成。
• LED鋁基板就是PCB，也是印刷線路板的意思，只是線路板的材料是鋁合金，以前我們一般的線路板的材料是玻纖，但因?yàn)長(zhǎng)ED發(fā)熱較大，所以LED燈具用的線路板一般是鋁基板，能夠?qū)峥?，其他設(shè)備或電器類用的線路板還是玻纖板與傳統(tǒng)的FR-4 比，鋁基板能夠?qū)嶙杞抵磷畹停逛X基板具有極好的熱傳導(dǎo)性能；與厚膜陶瓷電路相比，它的機(jī)械性能又極為優(yōu)良。鋁基板還有如下獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：符合RoHs 要求；更適應(yīng)于 SMT 工藝；在電路設(shè)計(jì)方案中對(duì)熱擴(kuò)散進(jìn)行極為有效的處理，從而降低模塊運(yùn)行溫度，延長(zhǎng)使用壽命，提高功率可靠性；減少散熱器和其它硬件（包括熱界面材料）的裝配，縮小產(chǎn)品體積，降低硬件及裝配成本；將功率電路和控制電路最優(yōu)化組合；取代易碎的陶瓷基板，獲得更好的機(jī)械耐久力。

二

鋁基板應(yīng)用

鋁基板以其優(yōu)異的散熱性能、機(jī)械加工性能、電磁屏蔽性能、尺寸穩(wěn)定性能、在混合集成電路、汽車、摩托車、辦公自動(dòng)化、大功率電器設(shè)備、電源設(shè)備、LED照明等領(lǐng)域，得到了越來越廣的應(yīng)用，需求量每年增加，其發(fā)展前景非常廣闊。

三

鋁基板傳統(tǒng)切割介紹

• 傳統(tǒng)鋁基板成型加工方式分為三種：

1. 通常采用數(shù)控鉆機(jī)/鑼機(jī)加工,需要鉆咀,鑼刀,墊板,酒精等耗材;切割成本高、板材成型精度低、加工鑼槽縫隙大(常規(guī)1.6MM;2.MM鑼刀槽寬)、且容易引起基板變形；
2. 采用模具沖壓成型等傳統(tǒng)方式；
3. 采用數(shù)控V-CUT切割方式，切割在保證精度的情況下，還要求加工后的槽線光潔和無毛刺，又要求掰下來的成品均無披鋒，板面不能有擦傷，既要滿足變形板的切割加工，又要避免二次變形的發(fā)生，工序繁多導(dǎo)致加工效率低,良品率也偏低。目前大部分線路板公司切割鋁基板一般多通過鑼機(jī)對(duì)一整塊鋁基板進(jìn)行加工,鋁板背面成品的邊緣仍然有少許毛刺，必須手工對(duì)成品邊緣的毛刺進(jìn)行刮除，大大的增加了工作量;板面刮花不良品增加,而且對(duì)刀具的損耗也大，加工的效率依然比較低 。

鋁基板鑼機(jī)加工圖如下所示

傳統(tǒng)工藝

• 傳統(tǒng)鑼機(jī)工藝：披鋒毛刺大，需要人工刮毛刺；
• 刀具耗材貴，精度不高，銷釘定位拆裝板耗時(shí)間;需要墊板,酒精等耗材;板材生產(chǎn)效率低。

四

激光切割鋁基板優(yōu)勢(shì)及選擇

1. 激光加工的優(yōu)勢(shì) 激光加工屬于無接觸加工，無刀具費(fèi)用，省成本并可減少材料表面的刮花磨損、加工速度 快， 激光加工精度高，切縫小，公差范圍可達(dá)正負(fù)0.02mm、切面光滑，一次成型，不需要重復(fù)加工、操作簡(jiǎn)單無需老師傅，加工圖形任意編輯，CAD圖紙導(dǎo)入即可。
2. 激光加工主要采用CW激光器與QCW激光器加工CW激光器就是指的激光器的輸出是連續(xù)的，不會(huì)出現(xiàn)中斷的情況，輸出的功率處于持續(xù)不變狀態(tài), QCW激光器工作方式是指每間隔一定時(shí)間才工作一次的方式，也就是把激光的能量壓縮到一個(gè)很窄的時(shí)間內(nèi)輸出這個(gè)的峰值功率也就會(huì)比較高。
3. CW和QCW在鋁基板激光切割上的對(duì)比 連續(xù)激光器加工速度快，割縫小，在鋁基板切割上得到大量的應(yīng)用，但連續(xù)激光器的出光模式是連續(xù)波，長(zhǎng)時(shí)間加工密度大的零件時(shí)散熱相對(duì)較慢，就會(huì)導(dǎo)致加工時(shí)切割面的熱影響增大，從而影響板材的導(dǎo)電性，在一些質(zhì)量要求特別高的鋁基板，連續(xù)激光器無法達(dá)到生產(chǎn)要求。脈沖激光器的出光模式為間斷式，在加工一些密度大的零件時(shí)，在板材上產(chǎn)生的熱影響對(duì)比連續(xù)激光器來說要相對(duì)小得多。但是兩種激光器在價(jià)格上連續(xù)激光器造價(jià)相比脈沖激光器要相對(duì)便宜很多，如果加工量大且質(zhì)量要求很高的產(chǎn)品可使用脈沖激光器，如果加工要求不是特別高那么使用連續(xù)激光器即可。

五

激光切割鋁基板存在不足

1. 激光加工屬于熱加工必然會(huì)對(duì)板材產(chǎn)生熱影響CW和QCW激光器的切割原理都是通過激光器發(fā)出激光束，再通過光纖管后照射到聚焦鏡形成折射，最后折射后的激光束傳到切割頭通過切割嘴發(fā)出一條極小的光斑束照射到板材上使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，同時(shí)借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，最后配合切割頭的移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)將工件割開，在完成這一過程必然在割縫位置形成熱量，從而形成不同程度的熱影響寬度。
2. 激光加工鋁基板會(huì)在切割斷面留下黑色殘留物鋁基板的表層一般是覆有一層油漆（通常為白油或黑油)，而激光切割需要高熱量和高氣壓同時(shí)進(jìn)行，所以如果直接從正面切割，油漆面直接接觸高壓氣和高溫會(huì)直接崩邊和散落。因此加工時(shí)我們只能從板材的反面進(jìn)行切割，雖然從反面切割不會(huì)破壞油漆表層可以達(dá)到切割目的，但是由于切割時(shí)產(chǎn)生的高熱量，接觸到油漆面就會(huì)使油漆瞬間燃燒，油漆燃燒后的殘留物質(zhì)再通過和高壓氣體接觸就會(huì)停留在切割斷面形成一層黑色物質(zhì)。不同型號(hào)和不同厚度的油漆在燃燒后形成在切割斷面的黑色物質(zhì)的厚度也不相同。

激光加工：激光從板形成的熱材背面加工影響區(qū)域產(chǎn)生的黑色物質(zhì)。

CW和QCW切割鋁基板效果

CW激光器QCW激光二次元放大器二次元放大后的切割圖效果圖

通過CW和QCW切割后二次元放大的切割效果圖我們發(fā)現(xiàn)，QCW激光器切割后產(chǎn)生的熱影響寬度比CW激光器要小，切割面也要光滑一些，因此高質(zhì)量要求的鋁基板可使用QCW激光器進(jìn)行切割。

六

對(duì)激光加工鋁基板不足解決方案

1. 對(duì)激光加工鋁基板產(chǎn)生的熱影響的解決方案激光加工所產(chǎn)生的熱影響寬度，主要和光斑的直徑大?。ㄖ睆酱笮⊥ǔ?.1mm-0.15mm），切割速度、板材油漆型號(hào)、板材厚度相關(guān)，經(jīng)過不斷的打樣測(cè)試和長(zhǎng)期售后維護(hù)中發(fā)現(xiàn)，可以通過開油墨閉合線的方式把熱影響的寬度控制在一個(gè)大小范圍內(nèi)，也就是把要切割的零件圖形先用打標(biāo)機(jī)或微雕機(jī)雕刻出寬度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圖形油墨線，在通過CCD視覺定位，從反面切割把切割時(shí)光斑所產(chǎn)生的熱量控制在油墨線的寬度內(nèi)，從而可以把熱影響的寬度控制在0.15mm內(nèi)。在制作線路板工程圖，絲印工序預(yù)留出合適油墨開窗寬度，從而來保障切割使用的品質(zhì)穩(wěn)定。
2. 激光加工鋁基板在切割斷面留下黑色殘留物的解決方案。通過不斷的工藝打樣測(cè)試我們發(fā)現(xiàn)覆著在切割斷面的物質(zhì)是油漆在高熱量激光加工中燃燒后所產(chǎn)生的，只是在高壓氣的作用下沾粘切割斷面上，只要用酒精擦拭就能輕松去除，但是單個(gè)擦拭效率低需要大量人力所以并不可取。通過不斷測(cè)試和實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)可以使用大功率的多頭超聲波通過加洗潔精和水的方式來對(duì)切割好的板材進(jìn)行清洗。超聲波清洗的板材不僅干凈光滑而且不會(huì)對(duì)板材的導(dǎo)電和其他質(zhì)量造成影響，還可也以同時(shí)大批量的清洗，清洗效率高不會(huì)影響正常生產(chǎn)。
3. 通過多次和客戶溝通探討客戶也一致認(rèn)定此方案可行。

改善后的應(yīng)用樣品圖