激光製造的印刷電路板在快速樣板製作中的應用
1 分鐘
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。
持續學習
雷射雕刻與專業 PCB 製作：了解 DIY 的限制與工業的優勢
在傳統做法中，我們先施加遮罩圖案，再用化學藥劑去除金屬。在業餘電子領域，使用雷射雕刻機製作電路板是個令人興奮的點子。基本概念是產生雷射，在覆銅板上刻出圖案。通常會先在裸 PCB 上塗一層深色阻劑來保護銅面，接著雷射切割機依照你的電路設計，把該保留銅線處的阻劑燒掉。雷射蝕刻後，再化學蝕刻暴露的銅。先將 PCB 漆成黑色，再雕刻走線的隔離輪廓，最後蝕刻掉裸露的銅。換句話說，雷射取代了光刻或碳粉轉印常用的遮罩步驟。 雷射蝕刻與切割的基本原理 雷射 PCB 原型製作相對容易上手。常見做法是在裸銅板上噴消光黑漆，直到看不見銅線。接著準備電路檔案並啟動雷射，光束會在應保留銅線處汽化黑漆，露出光亮銅面。快速擦拭板子即可清除燒焦漆渣，最後把板子浸入蝕刻液，溶解所有未受保護的銅，只留下雷射定義的線路。 另一種方法使用光敏阻劑與 UV/藍光雷射。板子先壓上一層 UV 感光膜，再以 405 nm 雷射直接「繪製」電路曝光阻劑，可做出 0.2 mm 等級的精細線路。曝光後顯影、蝕刻，如同一般感光板。此 UV 雷射法解析度比燒漆更高，但仍需化學蝕刻去除多餘銅。 業餘玩家與小量原型的常見應用 雷射蝕刻已被用來製作無刷馬達小驅......
專業製造中的 PCB 蝕刻：現代技術與工業強度
印刷電路板的蝕刻，是選擇性地去除板面上不需要的銅，以形成導電走線與焊墊。它本質上是一種減法製程；在光刻或印刷阻劑遮罩完成後，剩餘的銅會被化學蝕刻液移除，留下預期的電路圖案。想像一下，你把銅板送進「溫泉」，只要浸泡正確的藥液，不需要的金屬就會自動溶解。蝕刻在設計複雜電路圖案時既精準又精確。本文將說明，儘管新技術不斷湧現，化學蝕刻仍是 PCB 製造的基礎，其關鍵優勢在於準確度與一致性；只要控制得當，就能產生非常均勻且可重複的走線。 事實上，專家指出蝕刻精度直接影響板材的電氣性能與訊號完整性。此製程具有自限性：只會侵蝕暴露的銅，並在遮罩邊界處乾淨停止。與可能偏移的機械刀具不同，化學藥液會在需要的地方均勻溶解銅。現代光刻可將阻劑圖案對準至數微米內。 受控工業環境中的化學蝕刻製程 大量生產中的氯化鐵與過硫酸銨 在大批量 PCB 中，蝕刻槽的設計以產量與成本效益為目標。過硫酸銨 (APS) 與氯化鐵是兩種常見的化學蝕刻劑。氯化鐵是一種強腐蝕性液體，會與銅劇烈反應，溶解銅並留下所需電路走線。它價格低廉且易於取得，但會產生深橘色的銅鹽沉渣，需安全處置。許多工廠仍使用氯化鐵製作特徵尺寸較大或解析度要求不高的板子。 ......
掌握 PCB 鑽孔精度：高品質電路板的工具、技術與導通孔最佳化
在現代多層板中，精準的孔位用於連接內部銅層並組裝元件。以我們的情況來說，鑽孔開啟了導通孔與穿孔，讓訊號能在各層之間傳遞，坦白說這是 PCB 製程中最關鍵的一環。原因是它奠定了導通孔的基礎，並確保各層 PCB 能彼此通訊。所有鍍通孔最初都只是單純的鑽孔，之後再鍍上銅。直徑僅 100 µm 的孔也必須命中目標。一旦鑽錯，就會產生開路或接觸不良的互連，整塊板子都會受到影響。板子品質、訊號完整性與最終組裝，基本上取決於鑽孔。 非電氣孔也必須透過高效率的鑽孔來處理。其餘孔位不鍍銅，以便鎖螺絲或安裝定位治具。不論哪一種，鑽頭都必須在正確位置鑽出乾淨且完美居中的孔。在現今的 PCB 生產中，所有板子都像一張大型鑽孔工作表，任何微小位移都無法接受。這就是正確鑽孔圖與檔案之所以重要——它們讓 CNC 機台知道每個孔該鑽在哪裡。 鑽孔在層間互連的關鍵角色 因此，PCB 的鑽孔本質上讓電氣連接得以實現。使用 多層板 時，可能會有 4、6 層或更多銅層——若沒有鑽出的孔，所有層都會是各自獨立的島嶼。穿孔與導通孔成了將一切綁在一起的連接。鑽孔後會對孔進行鍍銅，使銅能貫穿板子。鑽頭基本上清除了訊號周圍的區域。孔鍍銅後形成銅壁......
技術指導：V-Cut 拼板標準
對於形狀規則的電路板，可使用 V-cut 拼板。加工方式是在板邊橫截面切出一定深度的 V 形槽，方便元件組裝後分板。由於 V-cut 特性，分離後可能殘留絲狀纖維，可輕輕刮除。因材質在分離時會膨脹與裂開，V-cut 板的外型尺寸公差略大（±0.4 mm）。以此方式拼板的 PCB 稱為「V-cut 拼板」（目前 JLCPCB 的標準 SMT 組裝支援 V-cut 拼板）。 V-cut 加工 以下為我司 V-cut 加工的重點： ■ V-Cut 角度：25 度。 ■ V-Cut 拼板尺寸：長與寬皆需 ≥70 mm。 ■ V-Cut 連接：矩形板可四邊或兩對邊連接（連接邊最小寬度 3 mm；板厚 ≤0.8 mm 時，連接邊最小寬度 5 mm）。 ■ V-Cut 方向：僅能直線（一端到另一端，不可跳刀），且僅雙面 V-cut，不可單面 V-cut。 ■ V-Cut 走線間距：銅層、導線／焊墊等需距 V-cut 中心線至少 0.4 mm，避免 V-cut 時露銅或傷線（另請盡量讓定位孔遠離 V-cut 線，防止分板時孔裂）。 一般需 V-cut 時，板間無間隙；不採用 V-cut 時，兩板間隙為 1.6 m......
技術指導：滑鼠咬痕拼板指南
傳統的 拼板 方法使用 V-Cut。然而，對於不規則形狀的電路板或有特殊需求（如 JLCPCB 的經濟型 SMT 組裝），則需要使用類似信封上郵票邊緣的「郵票孔拼板」。使用這種方法拼板的 PCB 被稱為「郵票孔拼板」或「郵票孔連接」。 郵票孔拼板 可被視為「通用拼板」。只要有位置可以添加郵票孔，各種形狀的電路板都可以透過郵票孔互相連接。郵票孔連接的數量、尺寸以及整體拼板的穩定性，都會直接影響 SMT 組裝的品質。 需要注意的是，郵票孔拼板在分板後可能會留下鋸齒狀邊緣。 ■ 郵票孔尺寸：建議每組使用 5 至 8 個孔，每孔直徑 0.60 mm（不建議少於 5 孔）。 ■ 郵票孔間距：孔邊到孔邊距離應為 0.35–0.4 mm。最小間距需保持 0.3 mm，以確保足夠的連接強度（較薄的板子可能需要稍大間距）。 ■ 郵票孔組數：兩側寬度在 30 mm 以內的板子，至少需要 2 組對稱放置。依實際板子尺寸與元件重量調整組數，建議每 50–60 mm 增加一組郵票孔。 ■ 郵票孔位置：將郵票孔加在板框中心線，或深入板內約三分之一處。若板邊有導通孔、走線、安裝孔或突出元件，請避開這些區域。 ■ 拼板間距：常見......
技術指導：角色設計規格
為了方便元件組裝、後續維修以及追溯 PCB 製造資訊（如製造商與生產日期），通常會在 PCB 上絲印各種字符。 傳統 PCB 字符絲印採用網版印刷方式（因此稱為「絲印字符」）。除了標準「絲印字符」外，JLCPCB 還提供「高清字符」與「高精度字符」等選項，客戶可在下單介面自行選擇，差異如下： 1. 字符尺寸參數： 字符線寬與字高應成比例，字符之間需保留適當間距，建議使用線性字寬而非空心字寬。 ❶ 實心字：筆畫寬度 ≥ 0.15 mm，字高 ≥ 1 mm（高精度字符最小筆畫寬度 0.1 mm，最小字高 0.8 mm）。 ❷ 空心字：筆畫寬度 ≥ 0.2 mm，字高 ≥ 1.5 mm。 【特別注意】若尺寸低於上述參數，JLCPCB 工程部不會主動調整檔案中的字高，但可能會適當調整字寬。因超出製程能力導致字符不清或模糊之客訴將不予受理。 2. 字符與焊盤間距： 字符不可與焊盤重疊，與焊盤距離須 ≥ 0.15 mm，字符線條之間亦須保留 > 0.15 mm 間隙。 【特別注意】若間距小於此參數，JLCPCB 工程部將直接刪除疊在焊盤上的字符，以避免 SMT 焊接短路等問題。因此導致字符缺失之客訴將不予受理......