Teknologi Laser dalam Industri Pembuatan Elektronik

Bagaimana Teknologi Laser Menggantikan Kaedah Pengeluaran Tradisional

Pemotongan laser membolehkan masa pemesinan yang lebih cepat dan kini menggantikan pemotongan mekanikal, pengekukkan dan pengekalan konvensional. Kaedah konvensional biasanya memberi prestasi yang lemah apabila had toleransi adalah ±0.1 mm, dan juga memerlukan proses lepasan, manakala laser gentian dan CO2 boleh dengan mudah mengekalkan toleransi sehingga julat mikron dengan zon terjejas haba yang minima. Ini menghilangkan keperluan proses pemerapian sekunder, yang memendekkan masa pengeluaran sehingga 40 peratus untuk aplikasi kenderaan.

Memandangkan pemprosesan laser adalah proses tanpa sentuhan, bahan boleh dimanipulasi dengan mudah tanpa perlu perubahan perkakasan yang mahal. Sistem laser kini memproses komponen pesawat daripada titanium dan mengukir mikroelektronik tanpa pengapit mekanikal, menjimatkan 30% bahan. Sistem laser industri boleh berharga lebih daripada $500k, tetapi dengan tempoh pulangan purata 18 bulan berdasarkan jimat tenaga dan pengurangan sisa untuk pengeluar.

Jenis-jenis Laser Utama yang Memacu Pengeluaran Elektronik

Pembuatan elektronik moden bergantung kepada tiga teknologi laser utama iaitu CO2, gentian optik, dan keadaan pepejal, di mana setiap satunya menangani cabaran pengeluaran yang berbeza.

Laser CO2: Keupayaan Pelbagai dalam Pengukiran & Pemotongan

Pemprosesan bukan logam biasanya diaplikasikan dengan menggunakan laser CO2, yang mempunyai panjang gelombang 10.6 μm yang mudah berinteraksi dengan bahan organik. Sistem ini membuat penandaan pada substrat papan litar berpolimer dan memotong rumah peranti akrilik pada kadar sehingga 2m/s, dan kami mempunyai data industri yang menunjukkan teknologi CO2 mempunyai 38% saham pasaran dalam pembungkusan elektronik pengguna. Keserasian dengan plastik dan seramik menjadikannya sesuai untuk aplikasi seperti penyambung, penebat, dan antena tag RFID.

Laser Gentian Optik: Ketepatan dalam Pemprosesan Logam

Laser gentian unggul dalam memproses bahan konduktif seperti kuprum dan aluminium. Jarak gelombang 1.06 μm mereka mencapai ketepatan memotong 20 μm dengan penggunaan tenaga 30% kurang daripada alternatif CO2. Pengeluar menggunakan sistem 500W-1kW untuk menghasilkan komponen perisai EMI/RF, mencapai tepi bebas kotoran pada keping keluli tahan karat 0.5 mm.

Laser Negeri-Padat dalam Aplikasi Mikro-Kimpal

Laser keadaan padat membolehkan kimpalan pada skala mikron untuk terminal bateri dan komponen sensor tanpa merosakkan bahagian yang peka terhadap haba. Sistem Nd:YAG berdenyut menghasilkan jahitan kimpalan 0.1 mm pada aloi kuprum-nikel yang digunakan dalam port micro-USB, mengekalkan kekonduksian sambungan di atas 90% IACS.

Aplikasi Laser dalam Pembuatan PCB

Penandaan Laser Kelajuan Tinggi pada Jejak Litar

Laser gentian mencapai kelajuan penandaan melebihi 10 m/s sambil mengekalkan ketepatan ±5 μm, yang penting untuk reka bentuk interkonek berkepadatan tinggi. Jejak penandaan laser mengurangkan risiko litar pintas sebanyak 37% berbanding kaedah etching kimia. Sistem berpandu visi automatik membetulkan kesilapan penjajaran secara masa nyata, terutamanya bernilai untuk substrat PCB fleksibel.

Laser UV untuk Pengukiran Komponen Pitch Halus

Sistem laser UV (panjang gelombang 355 nm) membolehkan pengukiran ciri sub-50μm yang penting bagi pakej micro-BGA. Proses ablasi sejuk ini menghalang kerosakan haba pada lapisan kuprum bersebelahan.

Ablasi Laser Terpilih dalam Papan Berbilang Lapisan

Pembinaan PCB berbilang lapisan menggunakan laser gentian denyutan untuk mengeluarkan dielektrik secara tepat, mendedahkan vias terkubur tanpa menjejaskan lapisan kuprum 18μm bersebelahan.

Memotong Bahan Pantul dengan Laser Hijau

Laser hijau menyelesaikan cabaran dengan logam pantul seperti kuprum dan emas dengan beroperasi pada panjang gelombang 532 nm di mana kuprum menyerap 40% lebih banyak tenaga.

Mengatasi Cabaran Pemotongan Kuprum/Emas

Logam berkilau memberi dua halangan utama:

1. Kehilangan tenaga : Kuprum memantulkan 95% tenaga laser inframerah berbanding 62% untuk panjang gelombang hijau
2. Sebaran haba : Memerlukan tempoh denyut di bawah 10 ns untuk membolehkan tenaga ditempatkan

Sistem moden menangani ini melalui operasi berdenyut dan bantuan gas nitrogen, mengurangkan lebar kerf sebanyak 58% berbanding pemotongan laser CO2.

Kajian Kes: Pengeluaran Perisai RF

Seorang pengeluar yang beralih ke laser hijau berjaya mencapai:

Penggabungan automasi dalam sistem laser

Kawalan Kualiti Berpandukan AI

AI mengoptimumkan parameter laser dengan menganalisis lebih daripada 300 titik data setiap saat, mengurangkan kecacatan sebanyak 35%. Pembelajaran mesin menyesuaikan fokus sinar secara masa nyata, mencapai konsistensi 99.7% dalam operasi mikro-kimpalan.

Penyelenggaraan Prediktif Berdaya IoT

Sistem laser berjaringan meramalkan kegagalan 72 jam lebih awal, memanjangkan jangka hayat tiub laser sebanyak 200–300 jam operasi.

Trend Masa Depan dalam Pengeluaran Berasaskan Laser

Penggunaan laser ultra-cepat

Laser ultra-cepat membolehkan pemprosesan di bawah 500 nanometer, mengurangkan kerosakan terma sebanyak 60–80% berbanding kaedah konvensional.

Sistem Hybrid

Sistem generasi seterusnya menggabungkan pemotongan, kimpalan, dan rawatan permukaan, mengurangkan masa kitaran sehingga 40% sambil mengekalkan ketepatan tahap mikron.

Soalan Lazim (FAQ)

Apakah kelebihan menggunakan teknologi laser berbanding kaedah tradisional?

Teknologi laser menawarkan masa pemesinan yang lebih cepat dan ketepatan yang lebih tinggi, seterusnya mengurangkan keperluan proses penyelesaian sekunder. Ia juga memudahkan penjimatan tenaga dan kecekapan bahan.

Apakah jenis-jenis laser yang biasa digunakan dalam pembuatan elektronik?

Laser CO2, gentian optik dan laser keadaan pepejal biasanya digunakan, masing-masing sesuai dengan pelbagai bahan dan aplikasi.

Bagaimanakah teknologi laser memberi kesan kepada pembuatan PCB?

Teknologi laser membolehkan penandaan dan ablasi komponen PCB secara tepat, meningkatkan kelajuan pengeluaran dan mengurangkan ralat.

Mengapakah laser hijau lebih diutamakan untuk memotong bahan yang berkilau?

Laser hijau beroperasi pada jarak gelombang di mana logam berkilau seperti kuprum menyerap lebih banyak tenaga, seterusnya mengurangkan kehilangan tenaga dan kesebaran haba.