什么是PCB分板？
PCB分板是指从用于批量生产的较大面板中取出单个印刷电路板（PCB）的过程。 该工艺是电路板制造中的重要环节，因为出于效率考虑，电路板通常会以多块板组成的面板形式进行生产。生产过程完成后，必须将这些单个电路板相互分离，以便将其应用于相应的电子设备中。
随着印刷电路板（PCB）材料、厚度及成分方面的技术变革，行业正逐渐摒弃传统的机械切割和分板工艺，转向基于激光的工艺。但并非所有用于PCB分板的激光器都相同。不同激光器在切割性能和质量方面存在显著差异，特别是在热影响区（HZ）方面。 这进而影响了工艺利用率，因为热影响区决定了电路在印刷电路板上的布局密度。 此外，这还会影响电路的功能以及后续工艺，例如防水性能或电磁干扰（EMI）屏蔽。本文将介绍由高意 的一种新型纳秒激光器及其配套的切割工艺。该工艺使激光分板时的热影响区显著小于目前市面上其他产品。
对基于激光的去板化需求日益增长
微型电子设备市场的持续增长——包括智能手机、各类可穿戴设备、虚拟现实设备、汽车传感器和家庭自动化设备等（仅举几例）——直接催生了对更高密度、更高性能印刷电路板的需求。 这些设备不仅在物理尺寸上比上一代微电子产品更小、结构更复杂，消费者还要求它们更节能（以延长电池寿命）且价格更低廉。
在印制电路板技术领域，这催生了多项发展趋势。其中包括采用更薄的传统印制电路板、大范围应用柔性电路、增厚导电层，以及更多地使用低介电常数（κ值）的介电材料（后者尤其适用于5G技术）。 出于成本考虑，也必须提高工艺利用率。具体而言，这意味着同一基板上电路板之间的间距更小，从而获得更高的良率。
对于分板工艺而言，这要求切割缝隙越来越窄，且切割过程的尺寸精度必须更高。 由于切割位置紧邻电路板的功能区域，这意味着切割过程不得通过机械应力或热量影响周围材料或电路。另一项要求是尽量减少残留物的产生，以免需要后续的清洁步骤。
鉴于上述种种限制，传统的机械分板工艺（如铣削、锯切、冲压、划痕处理、切割等）在实际应用中往往不够实用且成本较高。因此，行业正转向激光切割技术，该技术在上述几乎所有领域都具有显著优势，但通常是以牺牲切割速度为代价的。
了解激光分娩
基于激光的去板技术当然已经应用了一段时间。然而，理解并区分各种基于激光的技术至关重要。 最初使用的是发射远红外光的二氧化碳激光器。该技术会加热基材，从而产生较大的热影响区。此外，与较短的紫外波长相比，这种长波长无法聚焦到如此小的光斑尺寸，导致切口宽度较大。
十多年前，采用纳秒脉冲宽度和三倍频激光技术的半导体泵浦固态激光器（DPSS）已发展成为一种适用于电路板分板加工的实用光源。 该激光器发出的紫外光（355 nm）具有足够的脉冲能量，可通过相对“冷”的剥离工艺实现材料去除。这意味着其热影响区远CO₂（尽管仍可察觉），且产生的废料和溢出材料显著减少。 市售激光器的脉冲能量和重复频率使其能够以经济可行的进给速度进行切割，尽管速度不如CO₂快。该技术的主要优势汇总于下表。
优势 |
说明 |
机械精度 |
切割过程具有极高的尺寸精度和精确度，且切口宽度极窄。这提高了从印刷电路板上切割出几乎所有活性元件的能力。 |
无压力 |
切割过程本身无振动、无摩擦，可避免电路板发生机械变形或分层，并消除内部应力。因此，可避免因切割过程而引入后续的缺陷机制。 |
低热影响区 |
紫外线激光剥离工艺固有的“冷”特性可防止基板发生变化，并避免导线熔化，从而杜绝了短路风险。由于该工艺产生的污染极少，因此无需后续清洁步骤，进而最大限度地降低了后期电路故障的可能性。该工艺甚至能够实现已组装电路板的分离。 |
操作灵活性 |
激光束是一种无惯性的工具，它由计算机控制移动，且功率可快速调节。这带来了多重优势。首先，几乎可以切割任何形状。因此，电路板设计师摆脱了传统切割方法所施加的形状限制。 此外，切割图案可通过软件控制进行调整，这使得生产能够快速转换，同时也使小批量生产变得经济实惠。最后，不同的激光功率使得单一设备除了单纯的切割外，还能执行许多其他加工工序。这可能包括标记/雕刻以及金属去除。 |
与材料无关 |
紫外线会被印刷电路板上的几乎所有材料强烈吸收。因此，该工艺几乎与任何印刷电路板结构都兼容，包括传统的铜覆层柔性层压板、柔性材料（即使是那些具有较厚导电层的材料）以及各种低介电常数介电材料。 |
表 1. 基于紫外激光的电路板切割的主要特点与优势
AVIA LX 高意在激光分板技术领域的最新进展
尽管基于激光的拆板技术无疑具有诸多优势，但在努力满足由前文所述市场力量所带来的日益严格的尺寸、材料和成本要求时，电路板制造商已然触及了该技术的极限。 特别是利用具有纳秒脉冲宽度的紫外线DPSS激光器，进一步缩小热影响区、减少碎屑产生并提高切割质量，已成为当前一个活跃的研发领域。
为了支持这些高意 对激光器 （AVIA LX）切割多种电路板材料及材料组合高意 工艺空间进行了研究。 基于这项高意 切割高意 已被证实可实现更小的热影响区、更高的切边质量、更窄的切缝宽度以及更高的生产吞吐量。
该技术的一个关键要素是一种专有方法，用于控制作用于工作表面的激光脉冲的时序和空间定位，从而避免热量积聚。由于这种方法不会造成热损伤，因此在切割较厚材料（1毫米及以上）时，可以使用脉冲能量显著更高的激光器。
脉冲能量更高的优势在于，无需再采用传统方法来切割较厚的材料。 具体而言，这涉及制作一系列侧向错开的划线，以形成“V形槽”。这种“V形槽”几何结构是必要的，以避免在进行高长宽比切割时，光束进一步深入材料而发生断裂。否则会降低其功率，从而限制材料去除效率。AVIA LX 新型脉冲时序方案，可利用高达~400 μJ的脉冲能量，沿同一条线反复划痕（无需侧向偏移或“V形槽”）。其结果是切割速度更快，且切缝宽度显著减小。
更高的脉冲能量也能提高激光在加工表面上的聚焦容差。特别是当使用激光器 时，必须在光束进入材料时偏移其焦点，以确保最小焦点尺寸始终精确地保持在发生切割的深度处。 这是为了达到足够的激光通量，从而突破材料去除阈值。但在实际操作中，这要么需要将电路板向上物理移动，从而减慢加工速度，要么需要使用三轴扫描仪（带聚焦功能），从而增加设备的成本和复杂性。
AVIA LX 更高的脉冲能量AVIA LX 激光AVIA LX 轻松聚焦于电路板中心的一点并完成切割。这是因为即使在远离激光器 理想焦点的区域，用于材料去除的激光通量激光器 。其优势在于切割速度更快且系统结构更简单。
以下照片展示了这些改进的效果，其中展示了对一块厚度为1.6毫米、带有铜箔线路的印刷电路板的切割情况。这些切割是使用目前市面上针对此应用可购买的UV-DPSS激光器完成的，并与AVIA LX 加工的相同材料进行了对比。 采用该技术加工的电路板切口边缘更为平整，且铜箔线路的切口边缘质量显著提升。
图1. 厚度为1.6毫米的印刷电路板横截面 ，左侧采用竞争对手的UV-DPSS激光器切割，右侧高意 的新型切割工艺——高脉冲能量UV-DPSS激光器（AVIA LX）高意 。后者能确保更优的边缘质量，并使铜箔线路的切口更加整洁。
下一组图片展示了通过高意 工艺高意 切缝宽度缩减效果。
图2。 一张厚度为0.95毫米的印刷电路板的俯视图，该电路板分别由竞争对手的UV-DPSS激光器（左侧）和一款高脉冲能量UV-DPSS激光器（AVIA LX）切割而成，后者产生的切口更窄且更均匀。
下一组照片AVIA LX 多层电路板（含玻璃纤维层）的AVIA LX 特点是残留物极少、切口宽度小，且热影响区显著缩小。
图3.一块厚度为1.6毫米的多层印刷电路板（含玻璃纤维层）的横截面图，左侧采用竞争对手的UV-DPSS激光器切割，右侧高意采用新工艺的高脉冲能量UV-DPSS激光器（AVIA LX）切割。 这使得切割通道更窄，热影响区更小。
过去，在激光切割聚酰亚胺和电磁屏蔽膜时，由于热影响区较宽，切口处会出现一定程度的分层。在这种情况下，必须使用较低的脉冲能量，以避免损坏材料。 然而，采用相同的脉冲工艺可以消除热积聚，从而获得缩小热影响区和切口宽度的相同优势。这反过来又降低了生产成本，因为后续生产工序能够获得更高的良率。
图4.这张100 μm厚聚酰亚胺薄膜的俯视图左侧展示了使用竞争对手的UV-DPSS激光器获得的切割结果，其切缝较宽，热影响区也相当大。 右侧的切割结果Avia LX DPSS激光器实现。这使得切口更窄，热影响区更小。
下图展示了高意 工艺在加工柔性电路板时高意 更小的热影响区和更高的加工效率，且所需脉冲能量更低。
图5. 厚度为0.13毫米的柔性印刷电路板（FPCB）俯视图， 左侧使用竞争对手的UV-DPSS激光器切割，右侧使用高脉冲能量UV-DPSS激光器（AVIA LX）切割。 这使得热影响区显著缩小，且切割速度更高（13 mm/s 相比 11 mm/s）。
实用型高脉冲能量DPSS紫外激光器
对于传统的厚电路板高意 冲控制方法的实际应用高意 脉冲能量高于目前市场上现有高意 。 为满足AVIA LX LX，这是一款20 W（355 nm波长）的固态激光器，具有纳秒级脉冲宽度，可产生高达500 μJ的脉冲能量。
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