激光功率选择对PCB激光打印中最小化铜漏损伤的影响浅析

激光功率选择对PCB激光打印中最小化铜漏损伤的影响浅析

周辰

摘要

激光打印技术在PCB制造领域有着广泛的应用，但不适当的激光功率选择可能会导致铜漏损伤，影响PCB的性能和可靠性。为了解决这一问题，本研究旨在探究激光功率选择对PCB激光打印中最小化铜漏损伤的影响。实验采用了不同激光功率下的PCB样品进行研究。首先，通过分析绿油层和铜层之间的热影响，我们评估了不同激光功率下的热损伤程度。接着，通过显微镜观察和图像处理技术对样品进行了铜漏损伤程度的定量分析。研究结果表明，选择适当的激光功率可以显著减少铜漏损伤。具体而言，较低的激光功率会减少热传导，从而减小热损伤区域的大小和深度，降低铜漏损伤的风险。然而，过低的激光功率可能导致打印不完整的问题，因此需要在保证铜层质量的前提下尽量降低激光功率。

关键词：激光打印，PCB，铜漏损伤，激光功率，绿油层

1.引言

激光打印技术作为一种高精度、高效率的制造技术，已经广泛应用于各个领域，包括PCB（Printed Circuit Board）制造。在PCB制造中，激光打印可以用于去除铜层，形成电路图案，从而实现电路连接和信号传输。然而，激光打印过程中可能会出现铜漏损伤的问题，即铜层在激光打印过程中受到热损伤，导致铜层与绿油层之间出现漏洞或脱落，影响PCB的性能和可靠性。铜漏损伤是PCB制造中一个常见但严重的问题，它可能导致电路连接不良、信号丢失、电路短路等问题，进而影响整个电子设备的正常运行。因此，研究如何减少激光打印中的铜漏损伤，提高PCB制造的质量和可靠性，具有重要的理论和实际意义。在激光打印过程中，激光功率是一个重要的参数，它决定了激光对铜层的热作用程度。过高的激光功率可能导致铜层过热，引起铜漏损伤；而过低的激光功率可能无法完全去除铜层，导致打印不完整。因此，合理选择激光功率对于减少铜漏损伤至关重要。

一、PCB激光打印工艺概述

1.1 PCB激光打印原理

PCB激光打印是指利用激光束对PCB板进行加工，实现去铜和打印的过程。打印的原理是通过控制激光束的移动轨迹和功率，将PCB的铜层部分去掉，以形成电路图案。可以将激光看作是一种高能量密度的热源，它可以通过吸收、反射和散射等方式将能量传递到材料中，并引起材料的损伤。

1.2 PCB激光打印工艺流程

PCB激光打印的工艺流程通常包括以下几个步骤：

准备工作：将PCB板上的绿油层去除并用掩膜来保护PCB上需要保留的部分，以便后续的激光加工。

激光打印：将激光源辐射到PCB板的铜层上，选定要去铜或打印的部分，在激光辐射下，铜层会被加热并挥发。

治理处理：将PCB板进行清洗处理，以去除铜屑和其他污染物。

焊接和组装：在印刷电路板表面分配有电气或电子元器件的装配部件，运用焊接，接上元器件，形成电路。

1.3 PCB激光打印中的铜漏损伤问题

在PCB激光打印过程中，铜层可能会出现漏洞或脱落的问题，这被称为“铜漏损伤”。铜漏损伤可能导致电路连接不良、信号丢失、电路短路等问题，进而影响整个电子设备的正常运行。铜漏损伤的主要原因包括激光功率选择不当、激光焦距控制不当、PCB表面处理不当等。其中，激光功率是影响铜漏损伤最重要的因素之一。过高的激光功率可能导致铜层过热，引起铜漏损伤；而过低的激光功率可能无法完全去除铜层，导致打印不完整。因此，合理选择激光功率对于减少铜漏损伤至关重要。

二、实验设计与方法

2.1 实验材料与设备

实验使用的材料和设备如下：

PCB板：FR-4板，铜厚度为35um；

绿油层去除剂、掩膜材料；

激光打印机：CO2激光打印机；

实验室台式计算机；

激光功率计以及温度计。

2.2 实验参数设置

实验采用单因素实验设计，针对激光功率值进行控制，激光焦距、激光扫描速度等参数保持一致。

激光功率值选定为4W、5W、6W、7W、8W五个值。

2.3 实验流程

实验流程如下：

制备PCB板：将FR-4板放入去铜液中，去除绿油层并用掩膜相对应位置遮住，制作好待加工的PCB板。

实验参数设置：设置激光功率值分别为4W、5W、6W、7W、8W，激光焦距、激光扫描速度等参数保持一致。

激光打印：依照预设参数进行激光打印，记录激光功率与温度等数据。

实验结果处理：通过目测铜漏损伤情况、光学显微镜下图像分析等方法对实验结果进行处理。

三、实验结果与分析

3.1 不同激光功率下的绿油层和铜层热影响分析

实验发现，在激光功率大于6W时，绿油层的颜色即发生变化，黑色炭化气味明显；同时铜层也出现不同程度的氧化、变形甚至零星漏损，可见激光功率可能引起铜层过热，这一点在后面的铜漏损伤分析中将得到进一步证实。

3.2 不同激光功率下的铜漏损伤情况对比

通过对打印完成的PCB板进行目测与显微镜下的图像分析，可以看到，铜漏损伤情况随着激光功率的提高而加剧，在激光功率为8W时，漏损区域较为明显，且漏损宽度及面积均较大。说明激光功率对铜漏损伤有显著影响。

3.3 激光功率选择对铜漏损伤的影响机理分析

通过实验结果及分析，认为激光功率选择不当会导致铜层过热，进而导致铜漏损伤。当激光功率值超过6W时，铜层的一部分开始氧化并形成黑色铜氧化物，如果温度过高，氧化物失去保护性，并会使铜层熔化、漏损甚至脱落。因此，需要在激光功率选择方面加以优化，不仅要保证铜层的完全消失，同时要考虑到铜层的氧化与是否出现漏损。建议在激光打印加工PCB板的过程中，将激光功率控制在5W左右。

四、结论

4.1 结果讨论：

根据实验结果分析，我们发现激光功率对铜漏损伤的程度有显著影响。随着激光功率的增加，铜层的温度也会相应升高。在一定范围内，铜层的温度升高会导致部分铜氧化并形成黑色铜氧化物。然而，如果温度过高，氧化物可能会失去保护性，从而引起铜层的熔融、漏损或脱落。因此，我们建议在激光打印过程中选择适当的激光功率，避免过高的设置，以减少铜漏损伤的发生。

通过目测和显微镜下的图像分析，我们观察到随着激光功率的增加，铜漏损伤的程度加剧，漏损区域的宽度和面积增大。激光功率为8W时，漏损区域明显。

4.2 优化建议：激光功率选择的最佳范围

基于实验结果和讨论，我们提出以下优化建议：

将激光功率控制在5W左右：在激光打印加工PCB板的过程中，建议将激光功率控制在5W左右。这样可以避免铜层过热，减少铜漏损伤的风险。

结合铜层消失和铜层氧化进行判断：在确定激光功率时，不仅要考虑铜层的完全消失，还要注意铜层的氧化情况。过高的温度可能导致铜层氧化物失去保护性，增加漏损和脱落的风险。

进一步细化功率参数研究：在进一步研究中，可以更细化地探究不同功率范围内激光打印对铜漏损伤的影响。这可以帮助找到更精准的激光功率选择范围，以最大限度地减少铜漏损伤的发生。

通过优化激光功率选择，并结合铜层消失和铜层氧化情况进行判断，可以减少铜漏损伤的概率，提高激光打印PCB板的可靠性和性能。

五、结束语

通过对实验结果的观察和分析，我们发现激光功率是影响铜漏损伤的关键因素。过高的功率会导致铜层的熔融、漏损或脱落，从而影响PCB板的可靠性和性能。因此，我们提出了优化建议，包括在选择激光功率时应避免过高的设置，选择适当的功率区间，以减少铜漏损伤的发生。 通过本研究的结果和讨论，我们为激光打印领域的研究和应用提供了重要的参考和指导。此外，我们也认识到这只是一个起点，还需要进行更深入的研究来进一步优化激光打印工艺。需要进一步研究和实验以精确确定最佳激光功率选择范围，以提高激光打印技术的可靠性和性能。我们期待这些研究结果能够在相关领域的工程实践中得到广泛应用，为相关研究者提供启示和启发。最终，这些发现有望在未来的发展中，推动激光打印领域的技术进步和应用拓展。

参考文献

1. 丁冬, 新型半导体激光刻蚀技术及其在PCB板卡上的应用研究, 电子工程与制造业, 2017.
2. 高峰, 胡九凤, 林慧芳等, 激光刻码技术在电路板加工中的应用研究, 现代制造技术与装备, 2020.
3. 张勇, 徐伟, 孙文涛等, 激光层析成像原理及其在PCB板卡加工中的应用, 科技创新与应用, 2016.