Изучите эффективные решения для листового металла

Нажмите, чтобы узнать о листогибочных прессах, обрезных станках, лазерных резаках и многом другом от Artizono. Повысьте эффективность производства с помощью инновационных промышленных решений.

Прецизионная лазерная резка: Повышение эффективности производства алюминиевых субстратов

Лазерная резка алюминиевой подложки

Алюминиевая подложка - это тип металлической платы с медным покрытием, обладающей хорошей теплоотдачей.

Как правило, односторонняя плата состоит из трех слоев: слой схемы (медная фольга), слой изоляции и слой металлического основания. Для высокотехнологичного применения существуют также двухсторонние платы, структура которых состоит из печатного слоя, изоляционного слоя, алюминиевого основания, изоляционного слоя и печатного слоя. В некоторых случаях используются многослойные платы, которые могут быть изготовлены путем ламинирования обычных многослойных плат с изоляционными слоями и алюминиевыми основаниями.

Светодиодная алюминиевая подложка - это просто PCB, что означает печатная плата. Разница заключается в том, что материалом печатной платы является алюминиевый сплав. В прошлом материалом для общих печатных плат служило стекловолокно, но поскольку светодиоды выделяют много тепла, печатные платы, используемые в светодиодных лампах, обычно изготавливаются из алюминиевой подложки, которая быстро проводит тепло.

По сравнению с традиционными FR-4 и стекловолоконными платами, используемыми в других устройствах или приборах, алюминиевая подложка позволяет снизить тепловое сопротивление до минимума, что делает ее превосходной по теплопроводности. По сравнению с толстопленочными керамическими схемами, ее механические характеристики также превосходны.

Алюминиевая подложка также обладает следующими уникальными преимуществами:

  • Соответствует требованиям RoHS
  • Больше подходит для процесса SMT (технология поверхностного монтажа)
  • Эффективно решает проблему тепловой диффузии при проектировании схем, снижая рабочую температуру модуля, продлевая срок службы и повышая надежность питания
  • Уменьшение количества теплоотводов и другого оборудования (включая материалы для термоинтерфейса), уменьшение размеров изделия и снижение стоимости оборудования и сборки
  • Оптимизирует сочетание силовых цепей и цепей управления
  • Заменяет хрупкие керамические подложки, обеспечивая лучшую механическую прочность.

Применение алюминиевой подложки

Алюминиевая подложка находит все большее применение в различных областях, таких как гибридные интегральные схемы, автомобили, мотоциклы, офисная автоматика, мощное электрооборудование, оборудование для электропитания, светодиодное освещение и т.д. благодаря своим отличным характеристикам теплоотвода, механической обработки, электромагнитного экранирования и стабильности размеров. Спрос на него растет с каждым годом, а перспективы его развития очень широки.

Введение в традиционную резку алюминиевых подложек

Традиционные методы обработки алюминиевых подложек делятся на три категории:

  • Как правило, используются сверлильные/токарные станки с ЧПУ, для которых необходимы расходные материалы: сверла, токарные станки, подушки и спирт. Стоимость резки высока, точность листовой металл формовка низкая, а зазор между обрабатываемыми канавками большой (обычные 1,6 мм; ширина канавки на токарном станке 2 мм), что легко вызывает деформацию подложки.
  • Традиционные методы, такие как штамповка Формирование используется.
  • Используется метод резки CNC V-CUT, который требует, чтобы линии пазов были гладкими и без заусенцев после обработки, а готовые изделия должны быть ровными без каких-либо острые края. Поверхность плиты не должна быть поцарапана, при этом обеспечивается обработка резанием деформированных плит и исключается вторичная деформация. Сложный процесс приводит к низкой эффективности обработки и низкому выходу продукции. В настоящее время большинство компаний, производящих печатные платы, режут алюминиевые подложки на токарных станках, обрабатывая всю алюминиевую подложку. На кромке готового изделия все еще остается несколько заусенцев на обратной стороне алюминиевая пластинакоторые необходимо отчищать вручную, что значительно увеличивает объем работы. Увеличение количества брака из-за царапин на поверхности доски и большие потери режущие инструменты также приводит к относительно низкой эффективности обработки.
Алюминиевая подложка притирочный станок схема обработки

Для формовки собранных алюминиевых подложек с ЧПУ используется специализированная фреза для алюминиевых подложек 2,0 со скоростью подачи 0,15 м/мин и скоростью вращения 30000 об/мин. Важно обеспечить отсутствие заусенцев и коробления алюминиевой рамки во время процесса.

Традиционный притирка машинный процесс:

  • Образуются значительные заусенцы и неровные края, требующие ручной зачистки.
  • Инструмент и расходные материалы стоят дорого, а точность невелика, что требует трудоемкой установки и снятия платы с помощью фиксирующих штифтов.
  • Помимо прочих расходных материалов, необходимы прокладки и спирт.
  • Эффективность производства субстрата низкая.

Преимущества и выбор лазерной резки алюминиевых подложек

Преимущества лазерная обработка: Лазерная обработка - это бесконтактный метод, не требующий затрат на инструмент, что позволяет сэкономить средства и уменьшить количество царапин и износа на поверхности материала. Скорость обработки высокая, а точность высокая, с небольшими швами реза и диапазоном допусков до ±0,02 мм. Поверхность резания гладкая и может быть сформирована за один шаг, без необходимости повторной обработки. Эксплуатация проста и не требует привлечения квалифицированного специалиста. Графику обработки можно редактировать произвольно, а чертежи CAD можно импортировать.

В лазерной обработке в основном используются CW-лазеры и QCW-лазеры. Под CW-лазерами понимаются лазеры с непрерывным выходом без перерывов, и выходная мощность находится в постоянном состоянии. QCW-лазеры работают через определенные промежутки времени, сжимая лазерную энергию до узкого временного интервала, что приводит к более высокой пиковой мощности.

Сравнение CW и QCW в лазерной резке алюминиевых подложек: Непрерывная лазерная обработка имеет высокую скорость резки и малую пропил, который широко используется для резки алюминиевых подложек.

Однако выходной режим непрерывного лазера - непрерывная волна, и при обработке деталей с высокой плотностью в течение длительного времени теплоотвод происходит относительно медленно, что приводит к увеличению теплового воздействия на поверхность реза, влияющего на проводимость материала. В некоторых алюминиевых подложках с особо высокими требованиями к качеству непрерывные лазеры не могут удовлетворить производственные требования.

Режим работы импульсных лазеров прерывистый, и тепловое воздействие на материал во время обработки относительно невелико по сравнению с непрерывными лазерами.

Однако непрерывные лазеры гораздо дешевле импульсных. Если продукт требует высокого качества и большого объема обработки, можно использовать импульсные лазеры, а если требования к обработке не очень высоки, можно использовать непрерывные лазеры.

Недостатки лазерной резки алюминиевых подложек

Лазерная обработка относится к термической обработке, которая неизбежно приведет к тепловому воздействию на лист. Принципы резки CW и QCW лазеров основаны на том, что лазерный луч испускается лазером, а затем облучается на фокусирующее зеркало через оптоволоконную трубку, образуя преломление.

Наконец, преломленный лазерный луч передается на режущую головку через режущая насадкаИзлучая на лист очень маленький пучок светового пятна, облучаемый материал быстро плавится, испаряется, разрушается или достигает точки воспламенения.

Между тем, расплавленный материал сдувается высокоскоростным потоком воздуха, коаксиальным с лучом, и, наконец, заготовка разрезается движением режущей головки. Во время этого процесса на режущем шве неизбежно образуется тепло, что приводит к формированию различных степеней ширины термического воздействия.

При лазерной обработке алюминиевой подложки на участке резки остаются черные следы. Поверхностный слой алюминиевой подложки обычно покрывается слоем краски (обычно белой или черной), и лазерная резка требует одновременного применения высокой температуры и высокого давления воздуха.

Поэтому, если резка выполняется непосредственно с лицевой стороны, окрашенная поверхность будет напрямую соприкасаться с воздухом высокого давления и высокой температурой, что приведет к разрушению и рассыпанию краски.

Поэтому при обработке мы можем резать только с обратной стороны листа. Хотя резка с обратной стороны не повредит слой краски и позволит достичь цели резки, высокая температура, выделяемая при резке, приведет к мгновенному воспламенению поверхности краски при контакте с ней. Остатки сгоревшей краски останутся на участке резки и образуют слой черного вещества. Толщина черного вещества, образующегося на режущей части после сжигания, варьируется в зависимости от модели и толщины краски.

Лазерная обработка: черное вещество, образующееся в зоне термической обработки на обратной стороне зоны термического воздействия, сформированной лазером на листе.

Диаграмма разреза и диаграмма эффектов для CW-лазера, QCW-лазера и 2D-усилителя после 2D-усиления.

Сравнивая диаграммы эффекта резки после двумерного усиления КС- и ЧКВ-лазеров, мы обнаружили, что ширина теплового воздействия, создаваемого ЧКВ-лазером, меньше, чем у КС-лазера, а поверхность резки более гладкая. Поэтому высококачественные алюминиевые подложки можно резать с помощью QCW-лазера.

Устранение недостатков лазерной обработки алюминиевых подложек

Решение проблемы теплового эффекта, возникающего при лазерной обработке алюминиевой подложки:

Ширина теплового эффекта, возникающего при лазерной обработке, в основном зависит от диаметра светового пятна (обычно от 0,1 мм до 0,15 мм в диаметре), скорости резки, типа краски на подложке и толщины подложки.

Благодаря постоянному выборочному тестированию и длительному послепродажному обслуживанию было установлено, что ширина теплового эффекта может контролироваться в определенном диапазоне с помощью метода закрытой линии с открытыми чернилами.

То есть форма вырезаемой детали сначала гравируется шириной 0,1 мм-0,15 мм на лицевой стороне подложки с помощью маркировочного станка или микрогравировального станка, формируя чернильную линию формы вырезаемой детали на лицевой стороне подложки.

Затем резка может быть выполнена с обратной стороны путем определения ее местоположения с помощью CCD-видения для контроля тепла, генерируемого световым пятном во время резки в пределах ширины линии чернил, таким образом, контролируя ширину теплового эффекта в пределах 0,15 мм.

В процессе изготовления чертежа печатной платы необходимо зарезервировать соответствующую ширину красочного окна для трафаретной печати, чтобы обеспечить стабильность качества процесса резки.

Решение проблемы черного остатка, остающегося на режущей части обработанной лазером алюминиевой подложки:

Благодаря постоянному тестированию процесса мы выяснили, что вещество, покрывающее режущую часть, - это краска, которая сгорела во время высокотемпературной лазерной обработки, и она прилипает к режущей части под действием газа высокого давления. Ее можно легко удалить, протерев спиртом, но эффективность индивидуальной протирки низкая, и требуется большое количество рабочей силы, поэтому это нецелесообразно.

Благодаря постоянным испытаниям и экспериментам мы пришли к выводу, что для очистки хорошо вырезанной подложки можно использовать мощную ультразвуковую головку с моющим средством и водой. Подложка, очищенная ультразвуковыми волнами, не только чистая и гладкая, но и не влияет на электропроводность и другие качества подложки.

Кроме того, его можно очищать в больших количествах одновременно, с высокой эффективностью очистки, без ущерба для нормального производства.

После многочисленных общений и обсуждений с клиентами было принято единогласное решение, что такое решение вполне осуществимо.

Всего в одном шаге!

Начните революцию в обработке листового металла

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх