เทคโนโลยีเลเซอร์ในอุตสาหกรรมการผลิตอิเล็กทรอนิกส์

เทคโนโลยีเลเซอร์เข้ามาแทนที่วิธีการผลิตแบบดั้งเดิมอย่างไร

การตัดด้วยเลเซอร์ช่วยให้สามารถทำงานได้เร็วยิ่งขึ้น และกำลังเข้ามาแทนที่วิธีการตัดแบบกลไก ด้วยการตีความและการกัดแบบดั้งเดิม โดยทั่วไปแล้ว วิธีการแบบดั้งเดิมจะให้ผลลัพธ์ไม่ดีเมื่อความคลาดเคลื่อนอยู่ที่ ±0.1 มม. และยังจำเป็นต้องมีการแปรรูปเพิ่มเติม ในขณะที่เลเซอร์ไฟเบอร์และเลเซอร์ CO2 สามารถควบคุมความคลาดเคลื่อนให้อยู่ในระดับไมครอนได้อย่างง่ายดาย พร้อมพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนเพียงเล็กน้อย ซึ่งช่วยลดขั้นตอนการตกแต่งเพิ่มเติม ทำให้เวลาการผลิตสำหรับงานด้านยานยนต์ลดลงได้มากถึง 40 เปอร์เซ็นต์

เนื่องจากการประมวลผลด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการที่ไม่มีการสัมผัส วัสดุจึงสามารถถูกจัดการได้อย่างง่ายดาย โดยไม่ต้องเปลี่ยนเครื่องมือที่มีราคาแพง ระบบเลเซอร์ในปัจจุบันสามารถทำการกลึงชิ้นส่วนเครื่องบินจากไทเทเนียม และสลักไมโครอิเล็กทรอนิกส์โดยไม่ต้องใช้เครื่องมือจับยึดทางกล ช่วยประหยัดวัสดุได้ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ ระบบเลเซอร์อุตสาหกรรมอาจมีราคาสูงกว่า 500,000 ดอลลาร์สหรัฐ แต่มีระยะเวลาคืนทุนเฉลี่ยเพียง 18 เดือน จากการประหยัดพลังงานและการลดของเสียของผู้ผลิต

ประเภทเลเซอร์หลักที่ขับเคลื่อนการผลิตอิเล็กทรอนิกส์

การผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีเลเซอร์หลักสามประเภท ได้แก่ เลเซอร์ CO2 เลเซอร์ไฟเบอร์ออปติก และเลเซอร์สเตตัสของแข็ง โดยแต่ละชนิดมีจุดประสงค์ในการแก้ปัญหาการผลิตที่แตกต่างกัน

เลเซอร์ CO2: ความหลากหลายในการสลักและการตัด

การแปรรูปวัสดุที่ไม่ใช่โลหะโดยทั่วไปใช้เลเซอร์ CO2 ซึ่งมีความยาวคลื่น 10.6 ไมครอนที่สามารถปฏิสัมพันธ์กับวัสดุอินทรีย์ได้ดี เครื่องจักรเหล่านี้ใช้สำหรับทำเครื่องหมายบนแผ่นซับสเตรตของแผงวงจรที่ทำจากโพลิเมอร์ และตัดตัวเครื่องอุปกรณ์อะคริลิกด้วยอัตราความเร็วสูงสุดถึง 2 เมตร/วินาที และข้อมูลทางอุตสาหกรรมของเรายังแสดงให้เห็นอีกว่าเทคโนโลยี CO2 มีส่วนแบ่งการตลาด 38% ในบรรจุภัณฑ์สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ความเข้ากันได้ของเลเซอร์ CO2 กับพลาสติกและเซรามิกส์ ทำให้มันเหมาะสำหรับการใช้งานในตัวเชื่อมต่อ (Connector) ตัวแยกไฟฟ้า (Insulator) และเสาอากาศสำหรับแท็ก RFID

เลเซอร์ไฟเบอร์ออปติก: ความแม่นยำสำหรับการแปรรูปโลหะ

เลเซอร์ไฟเบอร์เหมาะสำหรับการแปรรูปวัสดุที่นำไฟฟ้าได้ดี เช่น ทองแดงและอลูมิเนียม คลื่นความยาว 1.06 ไมครอนของมันสามารถตัดด้วยความแม่นยำ 20 ไมครอน และใช้พลังงานน้อยลง 30% เมื่อเทียบกับเลเซอร์ CO2 ผู้ผลิตใช้ระบบกำลัง 500 วัตต์ ถึง 1 กิโลวัตต์ เพื่อผลิตชิ้นส่วนป้องกันสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า/คลื่นวิทยุ (EMI/RF shielding) ให้ได้ขอบที่ปราศจากเศษโลหะหลอมเหลวบนแผ่นสแตนเลสหนา 0.5 มม.

เลเซอร์สถานะของแข็งในงานเชื่อมไมโคร

เลเซอร์สถานะของแข็งสามารถเชื่อมชิ้นส่วนแบตเตอรี่และเซ็นเซอร์ในระดับไมครอน โดยไม่ทำลายชิ้นส่วนที่ไวต่อความร้อน เครื่อง Nd:YAG แบบพัลส์สามารถเชื่อมรอยต่อขนาด 0.1 มม. บนโลหะผสมทองแดง-นิกเกิลที่ใช้ในพอร์ตไมโครยูเอสบี ขณะที่ยังคงความสามารถในการนำไฟฟ้าของรอยต่อไว้เหนือระดับ 90% IACS

การประยุกต์ใช้เลเซอร์ในการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB)

การทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงบนลายวงจร

เลเซอร์ไฟเบอร์สามารถทำให้เกิดความเร็วในการทำเครื่องหมายเกิน 10 เมตร/วินาที ขณะยังคงความแม่นยำ ±5 ไมครอน ซึ่งมีความสำคัญต่อการออกแบบระบบเชื่อมต่อแบบความหนาแน่นสูง การทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ช่วยลดความเสี่ยงของวงจรลัดวงจรลง 37% เมื่อเทียบกับวิธีการกัดด้วยสารเคมี ระบบอัตโนมัติที่ใช้การนำทางด้วยภาพสามารถแก้ไขข้อผิดพลาดในการจัดแนวได้แบบเรียลไทม์ ซึ่งมีคุณค่าโดยเฉพาะสำหรับซับสเตรต PCB แบบยืดหยุ่น

เลเซอร์ UV สำหรับการทำเครื่องหมายชิ้นส่วนแบบ Fine-Pitch

ระบบเลเซอร์ UV (ความยาวคลื่น 355 นาโนเมตร) ทำให้สามารถกัดสลักชิ้นส่วนที่มีขนาดเล็กกว่า 50 ไมครอน ซึ่งมีความจำเป็นสำหรับแพ็กเกจไมโคร-BGA กระบวนการกัดเย็นนี้ช่วยป้องกันความเสียหายจากความร้อนต่อชั้นทองแดงที่อยู่ใกล้เคียง

การกัดด้วยเลเซอร์แบบเลือกสรรบนแผงวงจรแบบหลายชั้น

การสร้างแผงวงจรแบบหลายชั้นใช้เลเซอร์ไฟเบอร์แบบพัลส์เพื่อการกำจัดไดอิเล็กตริกที่มีความแม่นยำ ส่งผลให้สามารถเปิดเผยบัสไวด์ที่ถูกฝังไว้ โดยไม่กระทบต่อชั้นทองแดงขนาด 18 ไมครอนที่อยู่ใกล้เคียง

การตัดวัสดุสะท้อนแสงด้วยเลเซอร์สีเขียว

เลเซอร์สีเขียวแก้ปัญหาการใช้งานกับโลหะสะท้อนแสงอย่างทองแดงและทองคำ โดยทำงานที่ความยาวคลื่น 532 นาโนเมตร ซึ่งทองแดงสามารถดูดซับพลังงานได้มากกว่า 40% เมื่อเทียบกับความยาวคลื่นอื่น

การเอาชนะความท้าทายในการตัดทองแดง/ทองคำ

โลหะที่สะท้อนแสงมีอุปสรรคหลักสองประการ:

1. การสูญเสียพลังงาน : ทองแดงสะท้อนพลังงานเลเซอร์อินฟราเรด 95% เมื่อเทียบกับ 62% สำหรับความยาวคลื่นสีเขียว
2. การแพร่ของความร้อน : ต้องใช้ระยะเวลาพัลส์ต่ำกว่า 10 นาโนวินาที เพื่อควบคุมพลังงานให้อยู่ในพื้นที่เฉพาะ

ระบบสมัยใหม่แก้ปัญหาเหล่านี้ด้วยการทำงานแบบพัลส์และใช้ก๊าซไนโตรเจนช่วยในการตัด ทำให้ลดความกว้างของรอยตัดลงได้ถึง 58% เมื่อเทียบกับการตัดด้วยเครื่องเลเซอร์แบบ CO2

กรณีศึกษา: การผลิตชิลด์ป้องกันสัญญาณรบกวน (RF Shield)

ผู้ผลิตที่เปลี่ยนมาใช้เลเซอร์สีเขียวสามารถบรรลุผล:

การผสานระบบอัตโนมัติเข้ากับระบบเลเซอร์

การควบคุมคุณภาพที่ขับเคลื่อนด้วย AI

AI ปรับพารามิเตอร์เลเซอร์โดยการวิเคราะห์ข้อมูลมากกว่า 300 จุดต่อวินาที ลดข้อบกพร่องลง 35% การเรียนรู้ของเครื่องปรับโฟสแสงเลเซอร์แบบเรียลไทม์ ทำให้ความสม่ำเสมอในการเชื่อมไมโครสำเร็จที่ระดับ 99.7%

การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ที่ใช้ IoT

ระบบเลเซอร์ที่เชื่อมต่อกันสามารถทำนายความล้มเหล่วงจรล่วงหน้า 72 ชั่วโมง ช่วยยืดอายุการใช้งานหลอดเลเซอร์เพิ่มขึ้น 200–300 ชั่วโมง

แนวโน้มในอนาคตของการผลิตด้วยเลเซอร์

การนำเลเซอร์อัลตราแฟสต์มาใช้

เลเซอร์อัลตราแฟสต์ช่วยให้ประมวลผลได้ละเอียดต่ำกว่า 500 นาโนเมตร ลดความเสียหายจากความร้อนลง 60–80% เมื่อเทียบกับวิธีการแบบเดิม

ระบบไฮบริด

ระบบเจนเนอเรชันใหม่รวมการตัด การเชื่อม และการบำบัดผิวเข้าด้วยกัน ลดเวลาในแต่ละรอบการผลิตลงถึง 40% ขณะยังคงความแม่นยำระดับไมครอน

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

ข้อดีของการใช้เทคโนโลยีเลเซอร์แทนวิธีการแบบดั้งเดิมคืออะไร

เทคโนโลยีเลเซอร์ให้เวลาในการแปรรูปที่เร็วกว่าและแม่นยำกว่า ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการทำกระบวนการตกแต่งขั้นสุดท้าย นอกจากนี้ยังช่วยประหยัดพลังงานและเพิ่มประสิทธิภาพการใช้วัสดุ

เลเซอร์ประเภทใดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

เลเซอร์ CO2 เลเซอร์ไฟเบอร์ออปติก และเลเซอร์สเตตัสของแข็งเป็นประเภทที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยแต่ละประเภทเหมาะกับวัสดุและการใช้งานที่แตกต่างกัน

เทคโนโลยีเลเซอร์มีผลกระทบต่อการผลิตแผงวงจรพีซีบีอย่างไร

เทคโนโลยีเลเซอร์ช่วยให้สามารถทำเครื่องหมายและลบชิ้นส่วนพีซีบีได้อย่างแม่นยำ เพิ่มความเร็วในการผลิต และลดข้อผิดพลาด

เหตุใดเลเซอร์สีเขียวจึงเป็นที่นิยมใช้ในการตัดวัสดุที่สะท้อนแสง

เลเซอร์สีเขียวทำงานที่ความยาวคลื่นที่โลหะสะท้อนแสงอย่างเช่นทองแดงสามารถดูดซับพลังงานได้มากขึ้น ช่วยลดการสูญเสียพลังงานและลดการกระจายความร้อน