CN108212947A - 激光清洗工艺 - Google Patents

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张骆
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Abstract

本发明提出了一种激光清洗工艺，采用脉冲激光器，在离焦平面位置进行激光扫描，在不损伤贴装板基底材料的同时清除焊接加热过程中残留的焊料球，阻焊剂等杂物；采用无接触性加工，相对于打磨的传统方法，激光加工对贴装板无直接冲击，不会发生机械变形；另外，由于激光加工的精度较高，只对贴装板的待清洗表面进行加工，对非激光照射部位没有或者影响极小，可以减少人为因素对加工质量的影响，加工效率高、质量稳定可靠，且外形美观。

Description

激光清洗工艺
技术领域
本发明涉及激光处理技术领域，尤其涉及一种激光清洗工艺。
背景技术
由于电子产品PCB板不断小型化的需要，出现了片状元件，传统的焊接方法已不能适应需要。起先，只在混合集成电路板组装中采用了回流焊工艺，组装焊接的元件多数为片状电容、片状电感，贴装型晶体管及二极管等。随着 SMT整个技术发展日趋完善，多种贴片元件(SMC)和贴装器件(SMD)的出现，作为贴装技术一部分的回流焊工艺技术及设备也得到相应的发展，其应用日趋广泛，几乎在所有电子产品领域都已得到应用。而在这种回流焊工艺中，经常会在焊接加热过程中形成残留的焊料球、阻燃剂等杂物，有时会出现在回流焊机内气孔表面，堵塞热量的流通，严重影响电路板焊接质量和效果，并且焊接过程中产生的焊料球、焊渣等如不尽早处理，留存在回流焊机内也存在质量隐患和安全隐患。因此，非常有必要清除气孔表面因焊接加热过程中残留的焊料球，阻焊剂等杂物，同时也不能损伤基底材料，导致磷化层失效，不然又会造成另一隐患。
现在的清理方式常用化学清洗剂来清洗：
一般是先用烙铁去除残留的焊锡再用清洗剂将表面阻焊剂，焊料球的残留物清洗干净，必要时将其焊盘取出清洗，清洗剂也多采用水基清洗剂，能够清除各种阻焊剂残留物和油污等物质，使其脱离焊盘表面。但是这种方法对于清洗剂浓度有很高要求，浓度低，并不容易清洗干净，残留物粘结在气孔表面，而浓度过高，很容易破坏基底材料，导致磷化层失效；所用的溶液对人体伤害较大，有强腐蚀性，污染环境，成本大，生产能力低，耗材大，金属损耗高。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种无接触性加工、加工效率高、质量稳定可靠，且产品外形美观的激光清洗工艺。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种激光清洗工艺，如图1 所示，包括以下步骤，
步骤S01，停止加热回流焊机，待温度下降后对回流焊机内待清洗的贴装板进行处理；
步骤S02，将步骤S01中的贴装板待清洗的表面置于脉冲激光器激光离焦平面位置；
步骤S03，采用脉冲激光器对贴装板待清洗的表面进行激光扫描处理，在不损伤贴装板基底材料的同时清除焊接加热过程中残留的杂物，脉冲激光器波长小于1550nm，平均功率小于200W，重复频率小于60KHz。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述脉冲激光器激光离焦平面位置为焦距平面以上或以下10mm-30mm。进一步优选的，所述脉冲激光器激光离焦平面位置为焦距平面以上或以下20mm。常见的激光清洗方式采用在激光聚焦平面进行加工，因为激光焦点处光斑中心功率密度过高，容易将贴装板基底材料清除，而通过离焦方式使功率密度分布相对均匀，在不损伤贴装板基底材料的同时清除焊接加热过程中残留的焊料球，阻焊剂等杂物。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S03中，激光扫描处理中激光器发出的脉冲激光束经过多边形棱镜反射并绕铅垂方向转动，沿着贴装板待清洗的表面进行匀速扫描处理。如此，通过在水平面内沿X轴和Y轴方向行走，实现对贴装板表面的清洗。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述脉冲激光器采用振镜系统进行光束扫描，振镜扫描的速度为0.1mm/s-30m/s。或者，所述脉冲激光器采用多棱镜系统进行光束扫描，多棱镜扫描的速度为1m/s-800m/s。进一步优选的，所述步骤S03中，脉冲激光器的扫描速度为5m/s-25m/s，且相邻两个脉冲的重合度的范围为1％-99％，脉冲激光器的重复频率为10KHz-50KHz。再进一步优选的，所述脉冲激光器波长为1064nm，平均功率为190W，重复频率为20KHz，相邻两个脉冲的重合度的范围为10％-50％。具体的，激光的通断及振镜系统、多棱镜系统的扫描范围、扫描轨迹和加工速度均由计算机程序控制和设定。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S03中，采用真空装置抽走激光扫描处理产生的气相或者小颗粒杂质成分。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S01中，待温度下降到50℃以下后取出回流焊机内待清洗的贴装板。
本发明的激光清洗工艺相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)采用脉冲激光器进行扫描，不同的物质、材料对特定激光波长的吸收率不同，当待清洗的贴装板表面的焊料球、阻焊剂等杂物的吸收率远大于底层基材的吸收率时，通过特定的脉冲激光照射，表层物质吸收能量使其温度瞬间急剧升高到熔点并汽化，因为发生在表层界面的汽化现象达不到底层物质的熔点，所以不会对底层基材产生损伤；
(2)在焦平面位置进行激光扫描，因为激光焦点处光斑中心功率密度过高，清洗得很彻底，很干净，但对于贴装板表面来说，通过离焦方式使功率密度分布相对均匀，在不损伤贴装板基底材料的同时清除焊接加热过程中残留的焊料球，阻焊剂等杂物是其独特方式；
(3)采用无接触性加工，相对于打磨的传统方法，激光加工对贴装板无直接冲击，不会发生机械变形；另外，由于激光加工的精度较高，只对贴装板的待清洗表面进行加工，对非激光照射部位没有或者影响极小，可以减少人为因素对加工质量的影响，加工效率高、质量稳定可靠，且外形美观。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明激光清洗工艺的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例的激光清洗工艺，包括以下具体步骤：
步骤S01：将处于工作状态的回流焊机停止加热，待温度下降到40℃后打开外盖，查看内部贴装板表面残留的焊料球、阻焊剂等情况；
步骤S02：采用脉冲激光器，激光器波长为1064nm，将需要清洗的贴装板表面放置在激光离焦平面位置，所述需要清理的贴装板表面为焊接加热过程中残留的焊料球，阻焊剂等杂物，特别是堵塞气孔表面位置；所述激光离焦平面位置为正离焦20mm，位于焦距平面以上，使激光光斑功率密度分布相对均匀，并且在处理贴装板表面时，如果激光能量太集中，很容易损伤基材表面，破坏其表面防锈涂层，导致磷化层失效；
步骤S03：采用脉冲激光器对其待清洗区域进行激光扫描处理，清除焊接加热过程中残留的焊料球，阻焊剂等杂物；所述脉冲激光器功率为190W，重复频率为20Khz，所述激光扫描利用多棱镜系统，使激光束以10m/s的速度逐行逐列烧蚀所述待加工表面；所述多棱镜系统由高速旋转的多边形棱镜、电子驱动放大器和场镜组成，所述多棱镜系统的线扫描范围和速度均由电脑控制器进行控制和设定，所述电脑控制器提供的信号通过所述驱动放大电路驱动多棱镜，可以在一维方向上实现激光束偏转，同时与运动平台相结合，实现另一方向的移动；其中待清洗区域相对于激光光束沿水平面内X轴方向移动，通过控制移动速度和激光脉冲重复频率，使其脉冲光束重合度在X轴方向达到 1％-99％，完成移动后，再沿水平面内Y轴方向单步移动，通过控制步进距离，使其脉冲光束重合度在Y轴方向达到1％-99％。
实施例2
本实施例的一种激光清洗工艺，包括以下具体步骤：
步骤S01：将处于工作状态的回流焊机停止加热，待50℃后打开外盖，查看内部贴装板表面残留的焊料球、阻焊剂等情况；
步骤S02：采用脉冲激光器，激光器波长为1064nm，利用激光加工技术，将需要清洗的贴装板表面放置在激光离焦平面位置进行扫描；所述需要清洗的贴装板表面为焊接加热过程中残留的焊料球，阻焊剂等杂物，特别是堵塞气孔表面位置；所述激光离焦平面位置为负离焦20mm，位于焦距平面以下，使激光光斑功率密度分布相对均匀，并且在处理贴装板表面时，如果激光能量太集中，很容易损伤基材表面，破坏其表面防锈涂层，导致磷化层失效；
步骤S03：采用脉冲激光器对其待加工区域进行激光扫描处理，清除焊接加热过程中残留的焊料球，阻焊剂等杂物；所述脉冲激光器功率为190W，重复频率为20Khz，所述激光扫描利用多棱镜系统，使激光束以10m/s的速度逐行逐列烧蚀所述待加工表面；所述多棱镜系统由高速旋转的多边形棱镜、电子驱动放大器和场镜组成，所述多棱镜系统的线扫描范围和速度均由电脑控制器进行控制和设定，所述电脑控制器提供的信号通过所述驱动放大电路驱动多棱镜，可以在一维方向上实现激光束偏转，同时与运动平台相结合，实现另一方向的移动；其中待清洗区域相对于激光光束沿水平面内X轴方向移动，通过控制移动速度和激光脉冲重复频率，使其脉冲光束重合度达到1％-99％，完成移动后，再沿水平面内Y轴方向移动，通过控制步进距离，使其脉冲光束重合度在Y轴方向达到1％-99％。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光清洗工艺，其特征在于：包括以下步骤，
步骤S01，停止加热回流焊机，待温度下降后对回流焊机内待清洗的贴装板进行处理；
步骤S02，将步骤S01中的贴装板待清洗的表面置于脉冲激光器激光离焦平面位置；
步骤S03，采用脉冲激光器对贴装板待清洗的表面进行激光扫描处理，在不损伤贴装板基底材料的同时清除焊接加热过程中残留的杂物，脉冲激光器波长小于1550nm，平均功率小于200W，重复频率小于60KHz。
2.如权利要求1所述的激光清洗工艺，其特征在于：所述脉冲激光器激光离焦平面位置为焦距平面以上或以下10mm-30mm。
3.如权利要求2所述的激光清洗工艺，其特征在于：所述脉冲激光器激光离焦平面位置为焦距平面以上或以下20mm。
4.如权利要求1所述的激光清洗工艺，其特征在于：所述步骤S03中，激光扫描处理中激光器发出的脉冲激光束经过多边形棱镜反射并绕铅垂方向转动，沿着贴装板待清洗的表面进行匀速扫描处理。
5.如权利要求1所述的激光清洗工艺，其特征在于：所述脉冲激光器采用振镜系统进行光束扫描，振镜扫描的速度为0.1mm/s-30m/s。
6.如权利要求1所述的激光清洗工艺，其特征在于：所述脉冲激光器采用多棱镜系统进行光束扫描，多棱镜扫描的速度为1m/s-800m/s。
7.如权利要求5或6所述的激光清洗工艺，其特征在于：所述步骤S03中，脉冲激光器的扫描速度为5m/s-25m/s，且相邻两个脉冲的重合度的范围为1％-99％，脉冲激光器的重复频率为10KHz-50KHz。
8.如权利要求7所述的激光清洗工艺，其特征在于：所述脉冲激光器波长为1064nm，平均功率为190W，重复频率为20KHz，相邻两个脉冲的重合度的范围为10％-50％。
9.如权利要求1所述的激光清洗工艺，其特征在于：步骤S03中，采用真空装置抽走激光扫描处理产生的气相或者小颗粒杂质成分。
10.如权利要求1所述的激光清洗工艺，其特征在于：步骤S01中，待温度下降到50℃以下后取出回流焊机内待清洗的贴装板。
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