เทคโนโลยีเลเซอร์ในอุตสาหกรรมการผลิตอิเล็กทรอนิกส์

การแปรรูปวัสดุขั้นสูงด้วยระบบตัดเลเซอร์

อุตสาหกรรมยุคใหม่ได้เห็นการเติบโตอย่างรวดเร็วของระบบเลเซอร์ตัดในกระบวนการวัสดุใหม่ที่ต้องการความแม่นยำสูงระดับไมครอน เครื่องจักรเหล่านี้ทำงานด้วยความแม่นยำ ±5μm บนโลหะ เซรามิกส์ และพลาสติก (Industrial Laser Review 2024) ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถควบคุมความคลาดเคลื่อนที่แน่นอนสำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และกล่องเครื่องมืออุตสาหกรรม การตัดแบบไม่สัมผัสช่วยลดการสึกหรอที่เกิดจากวิธีการตัดเชิงกล จึงลดการสูญเสียวัสดุลงได้ถึงร้อยละ 30

เทคนิคการผลิตชิ้นส่วนทองแดงและทองเหลือง

ในการจัดการกับความนำความร้อนสูงของทองแดงและทองเหลือง เลเซอร์ไฟเบอร์แบบพัลส์จะส่งพลังงานเป็นชุดของพัลส์ ซึ่งช่วยลดการนำความร้อน วิธีการนี้ลดการเกิดออกซิเดชันลงร้อยละ 42 เมื่อเทียบกับระบบ CO2 แบบคลื่นต่อเนื่อง (Precision Manufacturing Quarterly 2023) เทคโนโลยีล่าสุดของการปรับโมดูเลชันลำแสงเลเซอร์สามารถตัดแผ่นทองเหลืองที่มีความหนา 0.1 มม. ด้วยความเร็ว 12 เมตร/นาที โดยควบคุมความหยาบของขอบตัดให้อยู่ใต้ Ra 1.6μm

การวางผังวงจรทองคำสำหรับไมโครอิเล็กทรอนิกส์

เลเซอร์พิโควินาทีแบบความเร็วสูงสามารถสร้างลายเส้นทองคำกว้าง 8 ไมครอนบนแผ่นซับสเตรตโพลีอไมด์โดยปราศจากไมโครครัค ซึ่งดีขึ้นถึง 60% เมื่อเทียบกับวิธีการกัดด้วยสารเคมีภายใต้แสง (Microelectronics Journal 2023) โดยกระบวนการนี้ใช้คลื่นความยาวแสงเขียว 532 นาโนเมตรที่ทองคำสามารถดูดกลืนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้รักษาความสามารถในการนำไฟฟ้าไว้ได้ถึง 98% ด้วยการเจาะเข้าไปในพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) น้อยกว่า 0.5%

การตัดชิ้นงานสเตนเลสสตีลเพื่อทำเป็นกล่องบรรจุภัณฑ์อย่างแม่นยำ

เลเซอร์ชนิดกำลังสูงสามารถตัดเหล็กสเตนเลสเกรด 316L หนา 2 มม. ให้มีความตั้งฉาก 15° ซึ่งมีความสำคัญต่อการผลิตกล่องบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ป้องกันสัญญาณรบกวน (EMI) หัวฉีดแก๊สแบบปรับตัวช่วยรักษาระดับแรงดันไนโตรเจนที่ 0.8 MPa ในระหว่างการตัด เพื่อจำกัดการเกิดออกซิเดชันบนพื้นผิวให้อยู่ในระดับน้อยกว่า 5 นาโนเมตร (Materials Processing Today 2024) ระบบตรวจจับภาพอัตโนมัติจะตรวจสอบขนาดของการตัดให้มีความแม่นยำภายใน ±20 ไมครอนก่อนเข้าสู่ขั้นตอนหลังการผลิต

เลเซอร์ชนิดไฟเบอร์และระบบ CO2 ในการผลิตอิเล็กทรอนิกส์

การแปรรูปวัสดุสะท้อนแสงด้วยเลเซอร์แสงเขียว

เลเซอร์ไฟเบอร์สีเขียว (515, 532 นาโนเมตร) เหมาะสำหรับการแปรรูปโลหะที่มีการสะท้อนแสงสูง เช่น ทองแดงและโลหะผสมทองคำ เนื่องจากวัสดุเหล่านี้สามารถสะท้อนพลังงานเลเซอร์ในช่วงอินฟราเรดได้มากถึง 90% หรือมากกว่า แต่จะดูดซับแสงสีเขียวได้ในสัดส่วน 65-80% ซึ่งทำให้สามารถตัดชิ้นส่วนวงจรที่มีความหนาเพียง 0.1 มม. ได้อย่างสมบูรณ์ โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์เตาเสริม การใช้งานที่สำคัญรวมถึงการผลิตชิ้นส่วนเสาอากาศ 5G และแผงวงจรยืดหยุ่น (Flexible PCB) นวัตกรรมล่าสุดมาจากเทคโนโลยีเลเซอร์สีเขียวแบบพัลส์ ซึ่งสามารถบรรลุความละเอียดในการสร้างลวดลายไมโครอิเล็กทรอนิกส์ได้ที่ระดับ 5 ไมครอน ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งต่อการผลิตเสาอากาศ 5G และแผงวงจรยืดหยุ่น

เปรียบเทียบประสิทธิภาพ: เครื่องกำลัง 10W กับ 30W

ด้วยกำลังไฟ 10-30W เลเซอร์เส้นใยที่ใช้พลังงานต่ำมีความเร็วในการประมวลผลแผ่นโลหะเทียบเท่ากับระบบ CO2 และใช้พลังงานน้อยลงถึง 40% เลเซอร์เส้นใย 30W สามารถตัดสแตนเลสหนา 1 มม. ได้ที่ความเร็ว 12 เมตร/นาที ในขณะที่ CO2 100W ตัดเท่ากันได้ที่ความเร็ว 8 เมตร/นาที สำหรับห้องปฏิบัติการต้นแบบ ระบบที่ 10W สามารถประมวลผลวัสดุที่หนา 0.5-3 มม. ได้อย่างเพียงพอ โดยมีค่าใช้จ่ายในการเริ่มต้นลดลงถึง 50% ในขณะที่รุ่น 30W เหมาะสำหรับความต้องการในการผลิต โดยสามารถควบคุมตำแหน่งซ้ำได้ละเอียดถึง <20 ไมครอน

ประสิทธิภาพพลังงานในระบบเลเซอร์แกะสลักขนาดเล็ก

ระบบเลเซอร์แกะสลักด้วยเส้นใยรุ่นใหม่ล่าสุดมีประสิทธิภาพการใช้พลังงานจากปลั๊กไฟ (wall-plug efficiency) สูงถึง 30% เมื่อเทียบกับ 8-12% ในระบบ CO2 ซึ่งช่วยลดค่าพลังงานรายปีลงได้ถึง 2,800 ดอลลาร์สหรัฐฯ ต่อเครื่องที่ทำงานอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ ดีไซน์ขนาดกะทัดรัดที่ระบายความร้อนด้วยอากาศยังช่วยขจัดความจำเป็นในการใช้เครื่องทำความเย็นขนาดใหญ่ ทำให้พื้นที่ใช้งานลดลงได้ถึง 60% พร้อมระบบควบคุมกำลังไฟอัจฉริยะที่ควบคุมการเคลื่อนตัวทางความร้อน (<0.5 °C) ตลอดช่วงเวลาทำการแกะสลักนาน 8 ชั่วโมง มอบความแม่นยำในการควบคุมความลึกของการสลักที่ระดับ 20 ไมครอนบนวัสดุเซรามิกและอลูมิเนียมผิวอโนไดซ์

กลยุทธ์การผสานรวมการผลิตอัจฉริยะ

ระบบควบคุมกระบวนการทำให้เชื่อมด้วยเลเซอร์ที่รองรับ IoT

เซ็นเซอร์ IoT (Internet of Things) รุ่นปัจจุบันได้รับการออกแบบมาเพื่อติดตามการกระจายความร้อน ตำแหน่งรอยต่อ และการเปลี่ยนรูปของวัสดุขณะกำลังดำเนินการเชื่อมอยู่ ระบบเชื่อมโยงเหล่านี้จะปรับตั้งระดับพลังงาน (±0.5% ความแม่นยำ) และการไหลของก๊าซโดยอัตโนมัติ เมื่อค่าความคลาดเคลื่อนเกินกว่าขีดจำกัดที่ตั้งไว้ล่วงหน้า เช่น ในกรณีของการเชื่อมบัสแบร์ทองแดงและขั้วแบตเตอรี่ รายงาน State of Art ในอุตสาหกรรมการผลิตอัจฉริยะระบุว่า โรงงานที่ใช้ระบบควบคุมเลเซอร์แบบ IoT มีเวลาเตรียมการเร็วขึ้นถึง 18% และลดการทำงานแก้ไขหลังจากการเชื่อมลงได้ 12% เมื่อเทียบกับการควบคุมกระบวนการแบบแมนนวล โมดูลคอมพิวติ้งแบบ Edge ที่ฝังอยู่ในกระบวนการทำให้สามารถทำ Thermal Imaging ได้ที่ความถี่ 120 Hz เพื่อใช้ในการแก้ไขเส้นทางแบบ Adaptive สำหรับการเชื่อมแผ่นเหล็กสเตนเลสบาง (0.1–0.3 มม.) ด้วยความเร็วสูง (1 μm/min)

การตรวจจับข้อบกพร่องด้วย AI ในการดำเนินการมาร์คชิ้นงาน

อัลกอริทึม AI (ปัญญาประดิษฐ์) ตรวจจับคุณสมบัติด้านคุณภาพ 14 ประการในชิ้นส่วนที่มีการเลเซอร์สลัก เช่น ความคมชัด ความแม่นยำของขอบ และความลึกของการคาร์บอไนซ์ใต้ผิว สิ่งที่เป็นตัวอักษรย่อในภาษาอังกฤษไม่ต้องแปล เช่น PCB ระบบเครือข่ายการเรียนรู้ลึกที่ได้รับการฝึกอบรมจากภาพความบกพร่องมากกว่า 50,000 ภาพ สามารถตรวจจับรอยร้าวขนาดเล็ก (5 ไมครอน) ได้แม่นยำถึง 99.2% ตามรายงานของสื่ออุตสาหกรรม ผู้ผลิตสามารถลดอัตราการทิ้งชิ้นงานที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการสลักได้ถึง 34% ในสายพานลำเลียงที่มีอยู่และทำงานที่ความเร็ว 12,000 ตัวอักษร/ชั่วโมง โดยใช้ระบบเหล่านี้ เครื่องมือวิเคราะห์สเปกตรัมแบบเรียลไทม์จะเปรียบเทียบรูปแบบการปล่อยแสงกับฐานข้อมูลวัสดุทันที และระบุความผิดปกติของระดับออกซิเจนที่อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนสีจากการอบชุบในรอยสลักบนอุปกรณ์ทางการแพทย์

การพัฒนาความก้าวหน้าในงานไมโครแมชชีนนิ่งด้วยเลเซอร์ความเร็วสูง

การจักรเย็บผ้าด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงได้กลายเป็นแรงผลักดันที่เปลี่ยนแปลงกระบวนการทำให้เกิดความแม่นยำสูง โดยเฉพาะในชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการความแม่นยำระดับไมครอน ระบบเหล่านี้ใช้ระยะเวลาพัลส์ต่ำกว่า 1 พิโกวินาที เพื่อให้ได้อัตราการกัดกร่อนวัสดุเกิน 10 ลูกบาศก์ไมโครเมตรต่อไมโครจูล ในขณะที่ยังคงการถ่ายเทความร้อนต่ำที่สุดต่อพื้นที่โดยรอบ

นวัตกรรมการตัดชิปเซมิคอนดักเตอร์

ในปัจจุบัน ระบบเลเซอร์เฟมโตวินาทีสามารถตัดร่องได้กว้าง 5 ไมโครเมตร ด้วยขอบชิปน้อยกว่า 0.1% สำหรับเวเฟอร์ซิลิคอนขนาด 300 มม. ซึ่งดีขึ้น 60% เมื่อเทียบกับการตัดแบบกลไก เทคโนโลยีนี้รองรับความเร็วที่เร็วขึ้น 50% เมื่อเทียบกับเลเซอร์นาโนวินาที โดยไม่ต้องมีการแปรรูปเพิ่มเติมเพื่อกำจัดความเสียหายจากความร้อน การใช้งานในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์เป็นตัวขับเคลื่อนหลักของตลาดเลเซอร์ความเร็วสูง โดยมีส่วนแบ่งตลาดถึง 42% จากการใช้งานนี้ และในส่วนนี้ การตัดเวเฟอร์คือตัวกระตุ้นหลัก คิดเป็น 68%

การผลิตตัวเชื่อมต่อแบบสามมิติสำหรับแผงวงจรพิมพ์

การเจาะรูด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงสำหรับแผ่นซับสเตรตประเภท FR-4 โดยสามารถทำรูขนาด 25 ไมครอน (μm) ที่มีอัตราส่วนความลึกต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง (aspect ratio) เท่ากับ 10:1 ช่วยให้เกิดการเชื่อมต่อแบบความหนาแน่นสูงสำหรับโมดูล 5G การใช้เทคนิคการปรับแต่งลำแสงขั้นสูง [17] ทำให้สามารถควบคุมความแม่นยำในการจัดแนวได้ ±2 ไมครอน บนโครงสร้าง PCB ที่ประกอบด้วย 24 ชั้น ซึ่งมีความสำคัญอย่างมากในแอปพลิเคชันคลื่นความยาวมิลลิเมตร การวัดค่าล่าสุดที่ได้จากระบบนี้แสดงให้เห็นว่า มีค่าความตั้งฉากของผนังรู (via wall verticality) สูงถึง 98% ในฟิล์มโพลีอไมด์ (polyimide) ที่มีความหนา 100 ไมครอน ซึ่งเป็นทางแก้ปัญหาที่สำคัญต่อประเด็นเกี่ยวกับสัญญาณรบกวนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบผสมผสานที่ยืดหยุ่น

การประมวลผลท่อเลเซอร์สำหรับการประกอบชิ้นส่วน

การควบคุมเขตที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนในการเชื่อม

ด้วยการดำเนินการแบบพัลส์และการปรับโมดูเลตกำลังแบบอัจฉริยะ ระบบประมวลผลท่อเลเซอร์สมัยใหม่สามารถทำให้เกิดความกว้างของเขตที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) น้อยกว่า 0.4 มม. ในการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมรายงานของ WRC ในปี 2023 ได้อธิบายว่า การเปลี่ยนแปลงกำลังสูงสุด (1,500 วัตต์) และระยะเวลาพัลส์ (2–20 มิลลิวินาที) สามารถลดการบิดตัวจากความร้อนได้มากกว่าวิธีการแบบดั้งเดิมถึง 62% การควบคุมแบบวงจรปิดของอุณหภูมิ (±15°C จากเป้าหมาย) ของหลุมเชื่อมในระบบที่ทำงานแบบเรียลไทม์ ช่วยให้วัสดุคงคุณสมบัติเดิมไว้ได้

โซลูชันการผนวกเครื่องมืออัตโนมัติ

เทคนิคการติดตั้งด้วยตนเองสำหรับการตัดท่อด้วยเลเซอร์ ลดการใช้จิกมาตรฐานลงถึง 85% โดยใช้ข้อต่อแบบแท็บและสล็อตที่ผลิตด้วยความแม่นยำสูง รายงานอุตสาหกรรมล่าสุดระบุว่า อุปกรณ์ยึดชิ้นงานแบบปรับตัวได้ (Adaptive Fixtures) สามารถลดเวลาในการตั้งค่าลง 60% ในกระบวนการผลิตชิ้นส่วนรถยนต์ เซ็นเซอร์ IoT ในตัวมีความสามารถให้ข้อมูลตำแหน่งแบบเรียลไทม์ที่ความแม่นยำ ±0.05 มม. ทำให้สามารถปรับแรงยึดชิ้นงานในระหว่างกระบวนการประมวลผลที่ความเร็วสูงได้อย่างเหมาะสม นอกจากนี้ ระบบยังสามารถโปรแกรมให้ปรับตัวโดยอัตโนมัติตามระดับความคลาดเคลื่อน (Tolerance) ตามที่ระบุไว้ใน CAD และให้อัตราความสำเร็จในการผลิตชุดแรกสูงกว่า 99.2% สำหรับการผลิตวัสดุหลายชนิดผสมผสานกัน

แนวโน้มตลาดในการพัฒนาอุปกรณ์เสริมของเครื่องเลเซอร์

คุณสมบัติความเข้ากันได้กับเครื่องอัดแบบโรลเลอร์

เนื่องจากความต้องการกระบวนการผลิตแบบไฮบริดเพิ่มสูงขึ้น การรวมกันของเครื่องอัดแบบโรลเลอร์ (Roller Press) และเครื่องมือตัดด้วยเลเซอร์จึงถือเป็นนวัตกรรมที่จำเป็นอย่างยิ่ง ผู้ผลิตชั้นนำให้ความสำคัญกับคุณสมบัติที่สามารถใช้งานร่วมกันได้อย่างลงตัว ซึ่งช่วยให้การป้อนและการจัดแนววัสดุทำได้ง่ายขึ้น การศึกษาหนึ่งในปี 2023 พบว่า ระบบซึ่งจับคู่ความแม่นยำของเลเซอร์เข้ากับระบบอัตโนมัติแบบโรลเลอร์ สามารถลดเวลาในการเตรียมงานสำหรับการผลิตโลหะแผ่นลงได้ถึง 42 เปอร์เซ็นต์ LxfARs ทำงานโดยอาศัยการจัดแนวแสงโดยตรงระหว่างหัวเลเซอร์กับตัวป้อน และระหว่างหัวเลเซอร์กับตัวดึงขณะกำลังประมวลผลแถบวัสดุแคบ โซลูชันที่เต็มไปด้วยข้อมูลเหล่านี้รองรับมาตรฐาน Industry 4.0 และมาพร้อมกับเซ็นเซอร์ IoT ที่ให้ข้อมูลเกี่ยวกับแรงดึงของโรลเลอร์และตำแหน่งของชิ้นงานแบบเรียลไทม์ เพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นในระบบอัตโนมัติหลายกระบวนการทำงานผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ โซลูชัน MQL ที่มีอินเทอร์เฟซการติดตั้งแบบมาตรฐาน รวมถึงระบบควบคุมแรงดันที่สามารถโปรแกรมได้ ยังช่วยเพิ่มความสามารถในการปรับตัวสำหรับวัสดุพื้นฐานอย่างสแตนเลส สังกะสี และทองเหลือง

อุปกรณ์เสริมสำหรับสลักด้วยเลเซอร์แบบโมดูลาร์

โมดูลเลเซอร์สลักขนาดกะทัดรัดกำลังเปลี่ยนเกมในกระบวนการผลิตแบบยืดหยุ่นสำหรับการผลิตจำนวนน้อย โดยผู้ใช้งานถึง 78% ระบุว่าเหตุผลหลักที่บริษัทของพวกเขาหันมาใช้เทคโนโลยีนี้คือการเปลี่ยนงานได้รวดเร็วขึ้น แบบจำลองล่าสุดมีระบบจัดแนวแบบไม่ต้องใช้เครื่องมือ และฐานติดตั้งแบบสากลที่สามารถติดตั้งเข้ากับเครื่อง CNC แบบ 3 แกนได้ นอกจากนี้ แบบจำลองเลเซอร์เส้นใยชนิดประหยัดพลังงานที่ให้กำลังไฟ 10 วัตต์ มีอัตราการทำเครื่องหมายบนอลูมิเนียมเคลือบออกไซด์ที่เร็วขึ้น 20% เมื่อเทียบกับเวอร์ชันปี 2020 และยังใช้ไฟฟ้าน้อยลงถึง 15% แนวโน้มของระบบแบบโมดูลาร์นี้สะท้อนให้เห็นถึงแนวทางอุตสาหกรรมโดยรวมในการพัฒนาไปสู่ระบบการผลิตที่สามารถปรับขนาดได้ โดยเฉพาะในด้านการสร้างต้นแบบอุปกรณ์ทางการแพทย์และการทำให้เครื่องใช้ไฟฟ้าสำหรับผู้บริโภคมีเอกลักษณ์เฉพาะบุคคล อุปกรณ์เสริยวดังกล่าวสามารถรักษาความแม่นยำระดับไมครอนได้ตลอดอายุการใช้งานมากกว่า 500 รอบ ซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับการกำหนดหมายเลขประจำชิ้นงาน PCB ในปริมาณหลากหลาย

คำถามที่พบบ่อย

ข้อดีของการใช้ระบบเลเซอร์ตัดวัสดุในการประมวลผลวัสดุคืออะไร

ระบบเลเซอร์ตัดด้วยแสงมีความแม่นยำสูง สามารถประมวลผลได้แม่นยำในระดับไมครอน และช่วยลดการสึกหรอทางกล จึงลดของเสียของวัสดุที่ใช้งาน ระบบนี้มีประสิทธิภาพในการแปรรูปโลหะ เซรามิกส์ และพลาสติก พร้อมทั้งมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเพียงเล็กน้อย

เลเซอร์ไฟเบอร์และระบบ CO2 มีความแตกต่างกันอย่างไรในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์?

เลเซอร์ไฟเบอร์มีประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงกว่า โดยใช้พลังงานน้อยลงถึง 40% เมื่อเทียบกับระบบ CO2 ให้ความเร็วในการประมวลผลที่สูงขึ้น และมีประสิทธิภาพพลังงานที่ดีกว่าสำหรับระบบแกะสลักขนาดเล็ก เหมาะสำหรับการแปรรูปแผ่นโลหะ

IoT มีผลเปลี่ยนแปลงกระบวนการเชื่อมเลเซอร์อย่างไร?

เซ็นเซอร์ IoT ตรวจสอบการกระจายความร้อน ตำแหน่งรอยต่อ และการบิดงอของวัสดุแบบเรียลไทม์ ทำให้สามารถปรับระดับกำลังไฟฟ้าและการไหลของก๊าซโดยอัตโนมัติ ส่งผลให้เวลาในการตั้งค่าเครื่องเร็วขึ้น และลดการแก้ไขหลังจากการเชื่อม