Sabbiatura del rame da un substrato con una diodicità laser a 808 nm

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Quindi, sto lavorando a un modo per produrre PCB per piccoli lavori e ho pensato che i laser potessero essere un buon modo di procedere, poiché l'attacco sembra essere molto difficile da piccole tracce, necessario per molti microcontrollori.

Ho iniziato cercando lo spettro di absobance del rame, poiché il metallo stesso è molto riflettente. Una rapida ricerca ha rivelato che l'assorbanza del rame è di circa 800 nm. Quindi sono giunto alla conclusione che un diodo per incisione a 808 nm sarebbe probabilmente il migliore.
inserisci qui la descrizione dell'immagine

La mia domanda per te è: il tempo o il laser potrebbe effettivamente rimuovere il materiale o se il rame prenderà il calore? I laser a 808 nm sono molto focalizzabili, e ho in programma di avere una potenza stimata di 360KW / cm2 (diodo 40W a punto .112mm2) ..
Ho già lavorato con molti laser, che vanno da IR a UV, e conosco abbastanza sicurezza per sapere che 808 moduli sono generalmente bestie.

pcb  pcb-fabrication  laser 
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— Cheibriados,
@Cheibriados L'ho visto, ma questo non risponde a questa domanda.
Ho usato un LPKF D104 per fare alcuni prototipi di circuiti RF in passato e utilizza un laser UV per eseguire la rimozione del rame. Non sono sicuro di quale sia la ragione per usare un laser UV al contrario di un laser IR. Se cerchi in giro ci sono alcuni documenti sull'ablazione laser pulsata di rame, quelli potrebbero esserti utili.
— Captainj2001,
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L'ablazione e il taglio laser vengono normalmente eseguiti con laser CW a potenza molto più elevata (kilowatt) o laser a impulsi con 100s di kW o megawatt di potenza di picco (da picosecondi a nanosecondi) e densità di potenza di picco in gigawatt / cm ^ 2.
— Evan,
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Da dove viene quel grafico? Sembra completamente sbagliato. Il rame è un riflettore IR piuttosto estremo e assorbe le lunghezze d'onda più corte, non più lunghe come mostrato sopra (quindi a occhio riflette il colore arancione rossastro.) Forse qualcuno ha copiato un grafico per lo spettro ionico Cu, come solfato di rame o cloruro, un blu- soluzione verde. Cerca lo spettro di specchi di rame, non di atomi di rame. Ho trovato: Rame assorbanza metallo, 400nm: 49%, 41% 500nm, 600 nm 15%, 700 nm: 5%, 1000nm: 3% photonics.com/EDU/Handbook.aspx?AID=25501
— wbeaty

Risposte:

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Questo mi ricorda l' ablazione laser utilizzata nella spettroscopia di emissione ottica al plasma accoppiata con ionizzazione dell'ablazione laser (LA-ICP-OES). In questo strumento, un laser viene utilizzato per vaporizzare la superficie del campione in modo che il campione possa essere soffiato nella torcia ICP e lo spettro di emissione letto da uno spettrometro. Questa tecnica utilizza microscopiche quantità di campione, vaporizzando solo la superficie della scala atomica per l'analisi.

Per rimuovere il materiale dalla superficie, è necessario fornire energia sufficiente per vaporizzare il rame in un gas. Facciamo un calcolo retro per vedere se questo è un compito ragionevole per un laser domestico.

Il rame ha un calore di vaporizzazione di 300 kJ / mol. Una mole di rame è di 63 g. Un laser da 1 W fornisce 1 J / s di energia. Ciò significa che un laser da 1 W potrebbe teoricamente rimuovere 0,21 mg / s di rame. Ciò non tiene conto dell'energia richiesta per riscaldare il materiale alla sua temperatura di vaporizzazione.

Un tipico PCB ha una profondità di traccia di 1,4 mil (35,5 um). Il rame ha una densità di 8,9 g / cm ^ 3.

Dopo una tonnellata di conversione di unità, un laser da 1 W rimuoveva 6,64 x 10 ^ -4 millimetri quadrati di materiale al secondo.

Così realisticamente, probabilmente no.

— Michael Molter
fonte
che dire di un laser da 50 Watt?
Otterresti 300 x 10 ^ -4 millimetri quadrati al secondo.
— Michael Molter,
2
Millimetri quadrati al secondo.
— Michael Molter,
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Una tavola di 5 x 5 cm impiegherebbe 2 ore e 18 minuti per rimuovere tutto il rame. Ma, ancora una volta, non stiamo prendendo in considerazione i costi energetici per riscaldare il rame (combattendo contro la perdita di calore).
— Michael Molter,
5
Inoltre, non è necessario rimuovere tutto il rame. Hai solo bisogno di rintracciare le tracce.
— Michael Molter,
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Il tuo grafico dimostra che il rame è blu! Assorbe rosso e IR, giusto? Quindi il rame metallico deve avere un colore blu intenso? !!!

Qualcosa non va.

In realtà, il rame è un riflettore IR piuttosto estremo e assorbe le lunghezze d'onda più brevi, non più lunghe come mostrato sopra (a occhio, il rame riflette il colore arancione rossastro.) Forse qualcuno ha copiato un grafico per lo spettro ionico Cu, come solfato di rame o cloruro di rame , soluzioni blu o blu-verdi.

Questo grafico sotto contraddice il tuo, quindi la risposta alla tua domanda su 808 nm è un clamoroso no. Il rame a 808 nm è un ottimo specchio; riflettendo oltre il 95% della luce laser 808 nm. (Si noti che questo grafico è la riflettanza, quindi dovrebbe essere capovolto per dare assorbanza. Ma mostra un assorbimento a 808 nm come 4%, non 75% come il grafico sopra!) Suggerisce che il laser migliore sarebbe vicino ai raggi UV a 300 nm. Da dove proviene il tuo grafico?

grafico da photonics.com photonics.com, dal Manuale delle costanti ottiche per solidi

Cerca lo spettro di specchi di rame, non di rame (non ioni o vapore metallico).

Ho trovato: assorbanza di metallo rame (specchio di rame)

400 nm: 49%
500 nm: 41%
600 nm: 15%
700 nm: 5%
1000 nm: 3%

D'altra parte, qui a Seattle Rich Olson è riuscita a tagliare PCB a strato metallico con laser da 40 watt a 808 nm. Ha dovuto sostituire la lamina di rame con acciaio e la lastra epossidica con vetro! Ciò suggerisce che potrebbe essere possibile tagliare il rame con alcune decine di watt di ultravioletti. Per prima cosa trova l'assorbanza della lamina d'acciaio a 808 nm e se è uguale o inferiore al 65% del rame a 300 nm, vale la pena sperimentare laser UV a 300 nm (laser a fibra?)

— wbeaty
fonte
-1 questa non è una risposta alla domanda dei PO? Più di un commento davvero ...
— Michael Molter,
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@Michael Molter Leggi di nuovo: OP ha il grafico sbagliato, è all'indietro, quindi ha fatto la domanda sbagliata e altre risposte qui potrebbero essere sbagliate. L'assorbimento di Cu max è a raggi UV, non a raggi infrarossi. Quindi ovviamente la risposta è "no". (Ho pensato che fosse ovvio. Lo modificherò per spiegarlo.) Quindi, i suoi 40 watt sarebbero stati in grado di farlo, se avesse chiesto circa 350nM? La dimensione del punto limite di diffrazione per 350nM è più del 4x più alta densità di energia (meno di 0,5 diametro del punto 800nM). Ma i laser 350nM potrebbero essere ridicoli a un prezzo elevato.
— wbeaty
@wbeaty So cosa ho chiesto e tu hai risposto alla domanda: il tempo è in grado di rimuovere il materiale dal laser o se il rame prenderà il calore?
quindi, un laser TEA sarebbe consigliato per questo?
Durante la ricerca dello spettro di soluzione acquosa di solfato di rame, mi sono imbattuto in questo. Gli spettri dell'OP sono per ioni rame e nichel in soluzione acquosa. La moneta USA da 5 centesimi di nichel è 25% Ni e 75% Cu, quindi entrambi gli ioni sono nello spettro della soluzione della moneta disciolta. Quindi @wbeaty ha ragione.
— Ed V,
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Il modo più semplice ed economico per farlo è usare la vernice spray nera per dipingere prima sulla tua tavola rivestita di rame. Quindi utilizzare un laser a diodi blu da 2 W per rimuovere la vernice dalla scheda, esponendo il rame. Puoi fare un secondo passaggio solo per essere sicuro che sia davvero pulito.

Infine, lascialo cadere nel bagno acido e lascia che incida il rame esposto. La vernice proteggerà il resto del rame. Risciacquare e pulire la vernice rimanente con solvente.

https://www.youtube.com/watch?v=EBUsOGMQdhM

Spero possa aiutare.

— Juan
fonte
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