金屬基材PCB板的激光切割應用介紹

什么是金屬基材PCB板：

PCB中文名稱是印刷線路板，對電子元件起支撐和電氣連接作用。作為PCB中的一種，金屬基PCB板的基材通常是由具有良好散熱性的金屬(如鋁、銅)制成。所以不需要散熱器，縮小產品體積，散熱性極好，并且具有良好的絕緣和機械性能。

鋁基PCB板是目前使用量最大的金屬基板，在LED照明產品中常用。現在市場上的鋁基PCB板一般都是單側鋁基板。單側鋁基PCB板通常由電路(銅箔)、絕緣層和金屬基材三層構成。一個電路(即銅箔)通常是通過蝕刻形成印刷電路，使得部件的各個部分互相連接。一般來說，電路層需要大量的載流能力，因此需要使用厚度一般為30μ~280μm的銅箔。導熱絕緣是印刷電路板鋁基板的核心技術，通常由特殊陶瓷填充的聚合物組成。它具有熱阻小、粘彈性好、熱穩定性好、耐老化性好、耐機械力和熱應力大等特點。單側鋁基PCB板有正反兩面，白色一面用來焊接LED引腳，另一面用來焊接鋁，一般會涂上導熱凝漿后與導熱部接觸。

傳統的鋁基PCB板生產工藝流程：

常規PCB工廠在生產金屬基板時，一般采用數控鑼板機或沖壓機進行沖壓加工，加工流程如下：

因為是接觸式加工，鑼板機在加工過程中刀具磨損造成的損耗較大，并且由于磨損而導致加工質量下降。接觸頭加工也存在精度低、割口間隙大、引起基板變形等缺點。沖壓式加工首先要做模具，但開模費用高、周期長，而且在加工過程中容易出現板邊塌陷。另外，這兩種加工方式都比較適合大批量生產，對于小批量的加工，都存在成本高、周期長等缺點。

基于光纖的激光切割PCB板的應用特點：

基于金屬PCB激光切割通常厚度為1-2毫米。按照材料的厚度，選擇連續光纖激光器進行切割，也可以根據加工要求選擇功率對應的準連續光纖激光器，在脈沖模式下切割。

無論使用何種光纖激光器，激光切割鋁基PCB板都有以下特點：

一、加工質量好：切縫邊緣光滑，無毛刺。

二、加工效率高，切割速度快。

三、加工精度高◆加工成本低：

1.激光切縫小，激光切割板材利用率高，材料成本低。

2.非接觸加工，無刀具磨損。

四、工藝靈活度高：不受圖形限制，可加工任何形狀的PCB板。

準連續光纖激光器切割鋁基PCB板：

準連續光纖激光可以同時在連續高峰功率脈沖模式下工作。在連續模式和調制模式下，連續激光器的峰值功率和平均功率始終相同，而準連續激光器則不同，它在脈沖模式下的峰值功率數倍于平均功率，因此可產生數百赫茲至數千赫茲的重復頻率下的微秒和毫秒脈沖能量高能量脈沖，從而實現優良加工。與連續激光切割相比，準連續激光切割鋁基PCB板一般采用脈沖輸出方式，切割應用有以下特點：

高速切削主要是因為鋁基PCB板的厚度一般是1~2mm，在激光切割中通常采用氮氣輔助的熔融切割工藝。金屬材料在激光熔融切割過程中，吸收了激光能量，將其轉化為熱能，從而熔解金屬材料。根據熱平衡理論，熔融切割具有以下幾個經驗公式：

P=K*(t*v*ω)

在該數值中，P表示材料吸收的激光功率，K是由板材確定的固定數值，t表示切割速度，v表示切割速度，ω表示切割寬度。結果表明，當激光吸收功率一定時，切縫寬度ω越小，切割速度越快。使用高光束質量激光切割薄板時，切縫寬度ω可以做到非常窄，吸收相同的激光能量卻能獲得更有效的切割。萊塞激光的準連續光纖激光器峰值功率大，較易清除鋁板表面的氧化層，使鋁板對激光的吸收比提高；且輸出光束為準基模，光纖芯徑小，因此，切縫窄，切割速度更快。

絕熱層燒蝕區中小絕緣層的主要材料為有機樹脂，熔點較低，對熱敏感。準連續激光切割采用脈沖輸出，切割熱影小，絕緣層的燒蝕面積也小。

自動貼裝線上的小熱變形小，電路板如不平整，會造成定位不正，元器件無法插入或粘貼到板孔及表面貼裝焊盤上，甚至會損壞自動插裝機。電路板焊接后容易發生彎曲，導致元件腳不易剪平、平整。IPC標準特別規定了表面安裝設備的PCB板，其允許的最大變形為0.75%，表面貼裝的PCB板不允許有1.5%的變形。在實際應用中，為了滿足高精度、高速貼裝的需要，部分電子裝聯廠家對變形量的要求比較嚴格，有的客戶甚至要求0.3%。準連續激光切割對板材熱影響小，所以切割后板材熱變形小，更符合鋁基PCB板生產廠家的嚴格要求。

與相同平均功率的連續激光相比，切縫邊緣質量較好，準連續激光具有更高的峰值功率，切鋁片的斷面更加平整，微毛刺較小。

優化單面鋁基板的激光切割：

印刷電路板生產過程中，激光不僅可以切割鋁基板，還可以在其上鉆孔。利用激光束精準焦的特性，不僅鉆出的孔質量更高，而且孔的最小直徑也要小于機械鉆孔。所以，引入激光切割工藝后，單面鋁基PCB板的生產流程可以一次完成鉆孔及外形切割，減少工序，生產流程更加優化。

金屬基PCB板切割技術的發展方向：

由于國內銅鋁等原材料價格的逐步上漲，加上廠地租金和人工勞動成本的不斷上漲，采用傳統加工方式的PCB廠，加工的利潤空間不斷受到侵蝕，面臨的壓力也不斷增大。為了在競爭中獲得更大的利潤空間，創新自動化加工技術，替代新工藝等將成為各電路板廠迫切需要解決的問題。相對于傳統的金屬基板切割方式，激光切割具有高質量、高效率、高精度、低成本、高靈活性等優點，成為未來金屬基板切割技術的發展方向。準連續光纖激光與同功率連續光纖激光器相比，對鋁基PCB板切割質量好，切割速度快，絕緣層燒蝕范圍小，板材熱變形小。因此，未來用高功率準連續光纖激光器切割金屬基PCB板將會更為普遍。