激光打碼原理
激光打標的基本原理是,由激光發(fā)生器生成高能量的連續(xù)激光光束,聚焦后的激光作用于承印材料,使表面材料瞬間熔融,甚至氣化,通過控制激光在材料表面的路徑,從而形成需要的圖文標記。
特點一
非接觸加工,可在任何異型表面標刻,工件不會變形和產(chǎn)生內(nèi)應力,適于金屬、塑料、玻璃、陶瓷、木材、皮革等材料的標記。
特點二
幾乎可對所有零件(如活塞、活塞環(huán)、氣門、閥座、五金工具、衛(wèi)生潔具、電子元器件等)進行打標,且標記耐磨,生產(chǎn)工藝易實現(xiàn)自動化,被標記部件變形小。
特點三
采用掃描法打標,即將激光束入射到兩反射鏡上,利用計算機控制掃描電機帶動反射鏡分別沿X、Y軸轉(zhuǎn)動,激光束聚焦后落到被標記的工件上,從而形成了激光標記的痕跡。
激光打碼優(yōu)勢
1
激光聚焦后的極細的激光光束如同刀具,可將物體表面材料逐點去除,其先進性在于標記過程為非接觸性加工,不產(chǎn)生機械擠壓或機械應力,因此不會損壞被加工物品;由于激光聚焦后的尺寸很小,熱影響區(qū)域小,加工精細,因此,可以完成一些常規(guī)方法無法實現(xiàn)的工藝。
2
激光加工使用的“刀具”是聚焦后的光點,不需要額外增添其它設備和材料,只要激光器能正常工作,就可以長時間連續(xù)加工。激光加工速度快,成本低廉。激光加工由計算機自動控制,生產(chǎn)時不需人為干預。
3
激光能標記何種信息,僅與計算機里設計的內(nèi)容相關,只要計算機里設計出的圖稿打標系統(tǒng)能夠識別,那么打標機就可以將設計信息精確的還原在合適的載體上。因此軟件的功能實際上很大程度上決定了系統(tǒng)的功能。
在SMT領域的激光應用中,主要是在PCB上進行激光打碼追溯,而不同波長的激光對PCB掩錫層的破壞性是不一致的。
目前激光打碼所使用的激光器有光纖激光器,紫外激光器,綠光激光器和CO2激光器,行業(yè)內(nèi)常用的激光器是UV激光和CO2激光,光纖激光和綠光激光相對應用比較少。
光纖激光器
光纖脈沖激光是指用摻稀土元素(如鐿)的玻璃光纖作為增益介質(zhì)而產(chǎn)生的一種激光,具有非常豐富的發(fā)光能級,脈沖式的光纖激光波長為1064nm(與YAG相同,不同的是YAG的工作物質(zhì)為釹)(QCW、連續(xù)光纖激光的典型波長為1060-1080nm,雖然QCW也是脈沖激光,但是其脈沖產(chǎn)生機理完全不一樣,波長也不一樣),是一種近紅外激光。可以用其來標記金屬和非金屬材料,因為吸收率都較高。
該工藝是利用激光對材料產(chǎn)生的熱效應來實現(xiàn),或者通過加熱氣化表層物質(zhì)的而露出深層不同顏色的物質(zhì),或者通過光能加熱材料表面發(fā)生的微觀的物理變化(比如有些納米級、十納米級的微孔會產(chǎn)生黑體效應,光線極少能夠反射出來,使材料呈現(xiàn)深黑色)而使其反光性能出現(xiàn)明顯變化,或者通過光能加熱時發(fā)生的某些化學反應,而顯出所需的圖形、字符、二維碼等信息。
紫外激光器
紫外激光是一種短波長激光,一般采用倍頻技術,將固體激光器發(fā)出的紅外光(1064nm),轉(zhuǎn)化成355nm(三倍頻)、266nm (四倍頻)的紫外光。其光子能量很大,幾乎可以與自然界所有物質(zhì)的某些化學鍵(離子鍵、共價鍵、金屬鍵)能級相匹配,直接打斷化學鍵,使材料發(fā)生光化學反應,沒有明顯的熱效應(原子核、內(nèi)層電子的某些能級可以吸收紫外光子,然后通過晶格振動將能量傳遞出去,產(chǎn)生熱效應,但是不明顯),屬于“冷加工”。由于沒有明顯的熱效應,紫外激光不能用于焊接,一般用于打標和精密切割。
紫外打標工藝是利用紫外光和材料發(fā)生光化學反應而導致顏色發(fā)生改變來實現(xiàn),采用適當?shù)膮?shù)可以避免在材料表面產(chǎn)生明顯的去除效應,因而可以標記出沒有明顯觸感的圖形和字符。
雖然紫外激光對金屬和非金屬都可以進行標記,但是由于成本因素,一般用光纖激光器標記金屬材料,而用紫外激光標記表面質(zhì)量要求高、CO2難以實現(xiàn)的產(chǎn)品,和CO2形成高低搭配。
綠光激光器
綠光激光也是一種短波長激光,一般采用倍頻技術,將固體激光器發(fā)出的紅外光(1064nm),轉(zhuǎn)化成532nm(二倍頻)的綠光,綠光激光是可見光,紫外激光是不可見光。綠光激光光子能量很大,其冷加工特性與紫外光極其相似,可與紫外激光形成多樣化選型。
綠光打標工藝和紫外激光一樣是利用綠光和材料發(fā)生光化學反應而導致顏色發(fā)生改變來實現(xiàn),采用適當?shù)膮?shù)可以避免在材料表面產(chǎn)生明顯的去除效應,因而可以標記出沒有明顯觸感的圖形和字符,PCB板表面一般有一層掩錫層,通常會有很多種顏色,綠光激光與其反應效果很好,標刻出來的圖形非常清晰細膩。
CO2是一種常用的氣體激光器,具有豐富的發(fā)光能級,典型的激光波長為9.3、10.6um,是一種遠紅外激光,連續(xù)輸出功率高達數(shù)十千瓦,通常采用小功率的CO2激光器完成高分子等非金屬材料的打標工藝。一般很少用CO2激光來標記金屬,因為金屬對其吸收率非常低(可以用高功率的CO2切割和焊接金屬,由于吸收率、電光轉(zhuǎn)化率、光路和維護等因素,已經(jīng)逐步被光纖激光器所取代)。
CO2打標工藝是利用激光對材料產(chǎn)生的熱效應來實現(xiàn),或者通過加熱氣化表層物質(zhì)的而露出深層不同顏色的物質(zhì),或者通過光能加熱材料表面發(fā)生的微觀的物理變化,而使其反光性能出現(xiàn)明顯變化,或者通過光能加熱時發(fā)生的某些化學反應,而顯出所需的圖形、字符、二維碼等信息。
CO2激光器一般用于電子元件、儀器儀表、服裝、皮革、箱包、制鞋、紐扣、眼鏡、醫(yī)藥、食品、飲料、化妝品、包裝、電工器材等采用高分子材料的領域。
激光打碼對PCB材料的破壞性分析總結
光纖激光和CO2激光均是利用激光對材料產(chǎn)生的熱效應來實現(xiàn)打標效果的,基本上是破壞掉材料表層形成剔除效應,漏出底色,形成色差;而紫外激光和綠光激光是利用激光對材料的化學反應 而導致材料顏色發(fā)生變化,繼而不會產(chǎn)生剔除效應,形成無明顯觸感的圖形和字符。
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