激光製造的印刷電路板在快速樣板製作中的應用
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在快節奏的電子產品開發領域，快速樣板製作對於縮短設計週期和快速將產品推向市場至關重要。傳統的 PCB 製造方法耗時且耗力，成本高昂，尤其對於小批量生產或樣板設計。目前有許多方法可以在家中以專業的方式準備 PCB，其中一些方法需要化學工藝和光刻步驟。其他方法則不那麼便捷，需要更大的機器。然而，雷射技術的進步徹底改變了 PCB 原型製作，縮短了周轉時間並提高了精度。雷射可以控制執行 PCB 製造中的許多不同步驟。例如：
- 雷射雕刻：選擇性地去除銅以創建電路痕跡。
- 雷射切割：將 PCB 基板精確切割成所需的形狀和尺寸。
- 雷射鑽孔： 以極高的精度創建微孔和孔。
這些技術使工程師能夠快速創建高解析度電路圖案，使其成為快速樣板製作的理想選擇。本文將探討雷射製造的PCB如何用於快速樣板製作、其優勢以及在設計過程中實施它們的最佳實踐。我們將詳細討論所有步驟，如需了解更多關於PCB製造的信息，請參閱我們最近發表的文章“ JLCPCB工廠如何製造PCB”。
激光技術在PCB製造中的興起：
激光技術已成為 PCB 原型製作領域的變革者，與傳統方法相比具有多項優勢：
1. 精度和準確度：可實現低至幾微米的公差。
2. 速度：最快 25 分鐘即可建立功能性 PCB。
3.靈活性：雷射可以與多種材料一起使用，包括FR1，FR4和柔性材料。
4.非接觸式加工：這是一種非接觸式方法，可消除電路板上的機械應力。
PCB設計中的雷射工藝：
- PCB 中的雷射打標
- PCB 中的雷射切割
- PCB 中的雷射燒結
- PCB 上的雷射鑽孔
PCB 中的雷射打標：
雷射在PCB打標方面也非常快。它們可以在幾秒鐘內蝕刻程式碼，同時防止應用區域周圍的材料受到任何損壞或變形。雷射打標還能在積體電路製造上提供資訊。在這一應用中，精度、效率和精準度至關重要。
傳統上，識別標記是透過字母數字的方式進行的，但由於PCB表面可用空間有限，識別方式受到限制。因此，標記因其能夠提供精確的標記而被用於PCB打標。
PCB 中的激光切割：
切割是PCB生產的一個重要環節，因為電路板需要使用帶有孔徑的模板進行設計，以便連接和焊接元件。光纖雷射可以在幾秒鐘內完成大批量PCB模板的切割。雷射切割PCB的光束可以穿透電路板材料，留下必要的孔徑，從而確保不會損害周圍材料的完整性。
在批量生產的情況下，此過程必須重複進行。 CNC激光PCB採用非接觸式切割方法，可防止材料損壞並最大程度地減少浪費。切割寬度可達極窄的0.0001英吋。尺寸精度為0.0005英吋。
PCB中的雷射燒結：
燒結被認為是固定 PCB 組件的完美解決方案，這種方法可以克服焊接問題，並能夠在 PCB 製造過程中形成更持久、更牢固、更一致的黏合。
雷射燒結為開發無需焊料的尖端PCB提供了機會。高密度電路適合採用此技術，進而提高穩定性。燒結時，將雷射照射到含銀粉末上。雷射產生的熱量使粉末達到熔點，然後冷卻形成牢固的連接。
PCB 上的雷射鑽孔：
雷射鑽孔在印刷電路板上鑽孔，從而實現多層之間的連接。我們家中的電子設備由使用雷射鑽孔的HDI板組成。即使在處理小尺寸時，雷射鑽孔製程也能確保精度。
雷射鑽孔利用雷射能量進行鑽孔。這與使用機器鑽孔完全不同。在PCB上鑽孔是為了放置元件並實現各層之間的互連。雷射能夠在平板強化玻璃上鑽出2.5至3mil的通孔。在非強化電介質上，它可以鑽出約1mil的通孔。
雷射製作PCB原型設計流程：
用於快速成型的雷射製作 PCB 的過程通常涉及以下步驟：
步驟 1 - 設計：工程師使用 CAD 軟體建立 PCB 佈局。
步驟 2 - 雷射雕刻和蝕刻：光纖雷射（例如 xTool F1 Ultra）可精確燒蝕銅，從而形成電路跡線。
步驟 3 - 鑽孔：雷射以高精度為元件和通孔鑽孔。
步驟 4 - 阻焊層應用：可使用雷射選擇性地去除阻焊層材料、露出焊盤並形成專業的表面效果。
步驟 5 - 電路板切割：最後，雷射切割出電路板形狀，完成實體原型。
步驟 6 - 雷射燒結：在先進的 PCB 原型製作中，雷射燒結導電油墨或金屬粉末以形成導電跡線。
選擇正確的雷射光源：
根據您的分板需求，選擇合適的雷射光源至關重要。 CO2 和 UV 雷射各有優缺點。
紫外線雷射器和二氧化碳雷射：
包含紫外線的雷射採用「冷」切割技術。紫外線雷射器易於控制邊緣的熱燒焦。因此，如果減少燒焦比速度更重要，那麼紫外線雷射是更好的選擇。另一方面，如果循環時間非常重要，那麼二氧化碳雷射是更好的選擇。二氧化碳雷射PCB可以幫助進行全面切割，並且更常用於創建穿孔切口。利用穿孔技術有助於減少燒焦，並使面板和電路板從切割機上裝卸更加容易。
此外，隨著材料厚度的增加，燒焦量和循環時間也會增加。如果可以在切割位置使用V型槽來製造面板，雷射切割可以更快、更清潔。
激光操作期間需要考慮的因素：
激光鑽孔時需要考慮一些因素，主要考慮這兩個因素；
銅厚度：目標銅層的最低厚度應為待鑽孔頂層銅層的兩倍。雷射是製作PCB微孔最有效的方法。雷射鑽孔微孔在PCB製造中至關重要。
疊層結構的非均勻性：使用雷射鑽孔時，疊層結構的非均勻性至關重要。不同材料吸收能量的速率各不相同。例如，FR4 樹脂吸收能量的速率與玻璃纖維完全相同。 BT 環氧樹脂的蒸發速度比玻璃快得多，因此在孔內會留下玻璃纖維。
挑戰與考慮：
雖然激光製造的PCB具有許多優勢，但也存在一些挑戰需要考慮。高品質的雷射系統價格昂貴，但它們通常能夠節省時間和成本，從而獲得回報。操作員需要接受培訓才能有效使用雷射系統並優化雷射製造設計。某些特殊的PCB材料可能不適合雷射加工。
結論：
激光是PCB製造中重要的專業設備。這些設備用途廣泛，可用於鑽孔、切割、打標和燒結PCB。由於其精度高，該設備是PCB製造商的首選。雷射器也採用非接觸式方法，使其易於在PCB生產中使用。雷射雕刻PCB可用於PCB生產。在家中擁有雷射機可以確保您以專業的方式更快地進行原型製作。
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