激光打碼對(duì)PCB材料的破壞分析

激光打標(biāo)技術(shù)是激光加工最大的應(yīng)用領(lǐng)域之一。激光打標(biāo)是利用高能量密度的激光對(duì)工件進(jìn)行局部照射，使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的化學(xué)反應(yīng)，從而留下永久性標(biāo)記的一種打標(biāo)方法。激光打標(biāo)可以打出各種文字、符號(hào)和圖案等，字符大小可以從毫米到微米量級(jí)，這對(duì)產(chǎn)品的防偽有特殊的意義。

激光打標(biāo)的基本原理是，由激光發(fā)生器生成高能量的連續(xù)激光光束，聚焦后的激光作用于承印材料，使表面材料瞬間熔融，甚至氣化，通過控制激光在材料表面的路徑，從而形成需要的圖文標(biāo)記。

非接觸加工，可在任何異型表面標(biāo)刻，工件不會(huì)變形和產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，適于金屬、塑料、玻璃、陶瓷、木材、皮革等材料的標(biāo)記。

特點(diǎn)二

幾乎可對(duì)所有零件(如活塞、活塞環(huán)、氣門、閥座、五金工具、衛(wèi)生潔具、電子元器件等)進(jìn)行打標(biāo)，且標(biāo)記耐磨，生產(chǎn)工藝易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，被標(biāo)記部件變形小。

特點(diǎn)三

采用掃描法打標(biāo)，即將激光束入射到兩反射鏡上，利用計(jì)算機(jī)控制掃描電機(jī)帶動(dòng)反射鏡分別沿X、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，激光束聚焦后落到被標(biāo)記的工件上，從而形成了激光標(biāo)記的痕跡。

激光打碼優(yōu)勢(shì)

激光聚焦后的極細(xì)的激光光束如同刀具，可將物體表面材料逐點(diǎn)去除，其先進(jìn)性在于標(biāo)記過程為非接觸性加工，不產(chǎn)生機(jī)械擠壓或機(jī)械應(yīng)力，因此不會(huì)損壞被加工物品;由于激光聚焦后的尺寸很小，熱影響區(qū)域小，加工精細(xì)，因此，可以完成一些常規(guī)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的工藝。

激光加工使用的“刀具”是聚焦后的光點(diǎn)，不需要額外增添其它設(shè)備和材料，只要激光器能正常工作，就可以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)加工。激光加工速度快，成本低廉。激光加工由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，生產(chǎn)時(shí)不需人為干預(yù)。

激光能標(biāo)記何種信息，僅與計(jì)算機(jī)里設(shè)計(jì)的內(nèi)容相關(guān)，只要計(jì)算機(jī)里設(shè)計(jì)出的圖稿打標(biāo)系統(tǒng)能夠識(shí)別，那么打標(biāo)機(jī)就可以將設(shè)計(jì)信息精確的還原在合適的載體上。因此軟件的功能實(shí)際上很大程度上決定了系統(tǒng)的功能。

在SMT領(lǐng)域的激光應(yīng)用中，主要是在PCB上進(jìn)行激光打碼追溯，而不同波長(zhǎng)的激光對(duì)PCB掩錫層的破壞性是不一致的。

目前激光打碼所使用的激光器有光纖激光器，紫外激光器，綠光激光器和CO2激光器，行業(yè)內(nèi)常用的激光器是UV激光和CO2激光，光纖激光和綠光激光相對(duì)應(yīng)用比較少。

光纖激光器

光纖脈沖激光是指用摻稀土元素(如鐿)的玻璃光纖作為增益介質(zhì)而產(chǎn)生的一種激光，具有非常豐富的發(fā)光能級(jí)，脈沖式的光纖激光波長(zhǎng)為1064nm(與YAG相同，不同的是YAG的工作物質(zhì)為釹)(QCW、連續(xù)光纖激光的典型波長(zhǎng)為1060-1080nm，雖然QCW也是脈沖激光，但是其脈沖產(chǎn)生機(jī)理完全不一樣，波長(zhǎng)也不一樣)，是一種近紅外激光。可以用其來標(biāo)記金屬和非金屬材料，因?yàn)槲章识驾^高。

該工藝是利用激光對(duì)材料產(chǎn)生的熱效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，或者通過加熱氣化表層物質(zhì)的而露出深層不同顏色的物質(zhì)，或者通過光能加熱材料表面發(fā)生的微觀的物理變化(比如有些納米級(jí)、十納米級(jí)的微孔會(huì)產(chǎn)生黑體效應(yīng)，光線極少能夠反射出來，使材料呈現(xiàn)深黑色)而使其反光性能出現(xiàn)明顯變化，或者通過光能加熱時(shí)發(fā)生的某些化學(xué)反應(yīng)，而顯出所需的圖形、字符、二維碼等信息。

紫外激光器

紫外激光是一種短波長(zhǎng)激光，一般采用倍頻技術(shù)，將固體激光器發(fā)出的紅外光(1064nm)，轉(zhuǎn)化成355nm(三倍頻)、266nm (四倍頻)的紫外光。其光子能量很大，幾乎可以與自然界所有物質(zhì)的某些化學(xué)鍵(離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵)能級(jí)相匹配，直接打斷化學(xué)鍵，使材料發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，沒有明顯的熱效應(yīng)(原子核、內(nèi)層電子的某些能級(jí)可以吸收紫外光子，然后通過晶格振動(dòng)將能量傳遞出去，產(chǎn)生熱效應(yīng)，但是不明顯)，屬于“冷加工”。由于沒有明顯的熱效應(yīng)，紫外激光不能用于焊接，一般用于打標(biāo)和精密切割。

紫外打標(biāo)工藝是利用紫外光和材料發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致顏色發(fā)生改變來實(shí)現(xiàn)，采用適當(dāng)?shù)膮?shù)可以避免在材料表面產(chǎn)生明顯的去除效應(yīng)，因而可以標(biāo)記出沒有明顯觸感的圖形和字符。

雖然紫外激光對(duì)金屬和非金屬都可以進(jìn)行標(biāo)記，但是由于成本因素，一般用光纖激光器標(biāo)記金屬材料，而用紫外激光標(biāo)記表面質(zhì)量要求高、CO2難以實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品，和CO2形成高低搭配。

綠光激光器

綠光激光也是一種短波長(zhǎng)激光，一般采用倍頻技術(shù)，將固體激光器發(fā)出的紅外光(1064nm)，轉(zhuǎn)化成532nm(二倍頻)的綠光，綠光激光是可見光，紫外激光是不可見光。綠光激光光子能量很大，其冷加工特性與紫外光極其相似，可與紫外激光形成多樣化選型。

綠光打標(biāo)工藝和紫外激光一樣是利用綠光和材料發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致顏色發(fā)生改變來實(shí)現(xiàn)，采用適當(dāng)?shù)膮?shù)可以避免在材料表面產(chǎn)生明顯的去除效應(yīng)，因而可以標(biāo)記出沒有明顯觸感的圖形和字符，PCB板表面一般有一層掩錫層，通常會(huì)有很多種顏色，綠光激光與其反應(yīng)效果很好，標(biāo)刻出來的圖形非常清晰細(xì)膩。

CO2激光器

CO2是一種常用的氣體激光器，具有豐富的發(fā)光能級(jí)，典型的激光波長(zhǎng)為9.3、10.6um，是一種遠(yuǎn)紅外激光，連續(xù)輸出功率高達(dá)數(shù)十千瓦，通常采用小功率的CO2激光器完成高分子等非金屬材料的打標(biāo)工藝。一般很少用CO2激光來標(biāo)記金屬，因?yàn)榻饘賹?duì)其吸收率非常低(可以用高功率的CO2切割和焊接金屬，由于吸收率、電光轉(zhuǎn)化率、光路和維護(hù)等因素，已經(jīng)逐步被光纖激光器所取代)。

CO2打標(biāo)工藝是利用激光對(duì)材料產(chǎn)生的熱效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，或者通過加熱氣化表層物質(zhì)的而露出深層不同顏色的物質(zhì)，或者通過光能加熱材料表面發(fā)生的微觀的物理變化，而使其反光性能出現(xiàn)明顯變化，或者通過光能加熱時(shí)發(fā)生的某些化學(xué)反應(yīng)，而顯出所需的圖形、字符、二維碼等信息。

CO2激光器一般用于電子元件、儀器儀表、服裝、皮革、箱包、制鞋、紐扣、眼鏡、醫(yī)藥、食品、飲料、化妝品、包裝、電工器材等采用高分子材料的領(lǐng)域。

激光打碼對(duì)PCB材料的破壞性分析總結(jié)

光纖激光和CO2激光均是利用激光對(duì)材料產(chǎn)生的熱效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)打標(biāo)效果的，基本上是破壞掉材料表層形成剔除效應(yīng)，漏出底色，形成色差;而紫外激光和綠光激光是利用激光對(duì)材料的化學(xué)反應(yīng) 而導(dǎo)致材料顏色發(fā)生變化，繼而不會(huì)產(chǎn)生剔除效應(yīng)，形成無(wú)明顯觸感的圖形和字符。