CN114453734A - 板材激光表面粗化处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种板材激光表面粗化处理装置及方法，该板材激光表面粗化处理装置包括工作台、激光器、分光组件和多个振镜，所述工作台用于放置板材，所述激光器用于发射出第一激光束，所述分光组件设置于所述激光器的出射光路上，用于将所述第一激光束分射为多束第二激光束，多个所述振镜设置于所述工作台的上方，每个所述振镜分别用于将对应的所述第二激光束扫描于所述板材，使所述板材的表面被粗糙化。本申请的板材激光表面粗化处理装置实现的粗化程序不仅简单，还提高了粗化效率，并且还可以减少甚至避免了使用化学药水而对环境造成的污染，提高板材应用的环保性。

Description

板材激光表面粗化处理装置及方法

技术领域

本申请涉及激光加工技术领域，具体涉及一种板材激光表面粗化处理装置及方法。

背景技术

在PCB领域中，表面粗糙化工艺占有很重要的位置，目前普遍都是通过使用化学药水对PCB板进行微蚀刻浸泡的方法来控制铜面的粗糙度，再清洗-烘干，不但工序多，还经常会因铜厚不足造成异常报废或粗糙度和均匀度未达到最佳效果，进而导致阻焊层气泡、油墨脱落的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本申请的主要目的在于提供一种不仅能够减少制程步骤、还能够提高效率且避免化学药水对环境的污染的板材激光表面粗化处理装置。

为了实现上述目的，本申请具体采用以下技术方案：

本申请提供了一种板材激光表面粗化处理装置，该板材激光表面粗化处理装置包括：

工作台，用于放置板材；

激光器，用于发射出第一激光束；

分光组件，设置于所述激光器的出射光路上，用于将所述第一激光束分射为多束第二激光束；

多个振镜，设置于所述工作台的上方，每个所述振镜分别用于将对应的所述第二激光束扫描于所述板材，使所述板材的表面被粗糙化。

在一些实施例中，所述板材激光表面粗化处理装置还包括扩束镜，所述扩束镜设置于所述激光器的出射光路上，用于将所述第一激光束的光斑扩大后射向所述分光组件。

在一些实施例中，所述分光组件包括多个全反射镜和多个分光镜，多个所述全反射镜和多个所述分光镜间隔设置，使经所述扩束镜扩大光斑后的所述第一激光束经对应的所述全反射镜进行反射及所述分光镜进行反射、折射后，分射出多束所述第二激光束。

在一些实施例中，所述板材激光表面粗化处理装置还包括多个拨片电机，各所述拨片电机分别设置于相邻的两个所述分光镜之间以及相邻的所述全反射镜和所述分光镜之间。

在一些实施例中，所述激光器发出的第一激光束的波长范围为355nm～10.6um。

在一些实施例中，所述工作台能够在水平方向和竖直方向上移动。

在一些实施例中，所述工作台包括吸附部件，所述吸附部件用于吸附所述板材，使所述板材能够保持处于水平的状态。

在一些实施例中，所述板材激光表面粗化处理装置还包括废料收集件，所述废料收集件设置于所述振镜的下方并位于所述工作台的上方，用于收集所述板材经表面粗糙化处理后产生的粉尘颗粒。

在一些实施例中，所述废料收集件的四周内壁开设有吸尘孔。

在一些实施例中，所述废料收集件朝向所述工作台的一侧的开口大于所述废料收集件背向所述工作台的一侧的开口。

相应地，本申请还提供了一种板材激光表面粗糙化处理方法，应用于以上任一实施例所述的板材激光表面粗化处理装置，该板材激光表面粗糙化处理方法包括：

发射出第一激光束；

将所述第一激光束分为多束第二激光束；

将多束所述第二激光束扫描于设置好的板材，使所述板材的表面被粗糙化。

在一些实施例中，所述将多束所述第二激光束扫描于设置好的板材，包括：

将多束所述第二激光束沿第一方向移动扫描于所述板材；

将所述板材沿第二方向移动；

其中，所述第一方向与所述第二方向相交。

在一些实施例中，在将所述第一激光束分为多束第二激光束之前还包括：

将所述第一激光束的光斑扩大。

在一些实施例中，各所述第二激光束的功率相同。

相比于现有技术，本申请的板材激光表面粗化处理装置通过配置激光器、分光组件和多个振镜，以通过激光器发射出第一激光束，通过分光组件将第一激光束分射为多束第二激光束，再进一步通过各振镜将对应的多束第二激光束扫描于板材，进而使板材的表面受到多束激光束的扫描而实现板材表面的粗糙化，该种装置实现的粗化程序不仅简单，还提高了粗化效率，并且还可以减少甚至避免了使用化学药水而对环境造成的污染，提高板材应用的环保性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例提供的板材激光表面粗化处理装置的结构图。

图2为不同材料的板材对激光波长的吸收率示意图。

图3为光斑重叠率不同的示意图。

图4为表面粗糙度不同的各板材的示意图。

图5为本申请实施例提供的板材激光表面粗化处理装置的部分结构图。

图6为图5中的废料收集件的结构图。

图7为本申请实施例提供的板材激光表面粗糙化处理方法的流程图。

附图标识：

1、激光器；2、扩束镜；

3、分光组件；31、全反射镜；32、分光镜；33、拨片电机；

4、振镜；5、工作台；6、废料收集件；

60、吸尘孔；61、第一侧边；62、第二侧边；63、转接口；

100、板材；200、光斑。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

实际应用场景中，发明人发现，在PCB领域中，表面粗糙化工艺占有很重要的位置，目前普遍都是通过使用化学药水对PCB板进行微蚀刻浸泡的方法来控制铜面的粗糙度，再清洗-烘干，不但工序多，还经常会因铜厚不足造成异常报废或粗糙度和均匀度未达到最佳效果，进而导致阻焊层气泡、油墨脱落的问题，为了解决上述技术问题，于是有了本申请的发明构思，具体将通过下述实施例进行说明。

参照图1所示，图1为本申请实施例提供的板材激光表面粗化处理装置的结构图。该板材激光表面粗化处理装置包括激光器1、扩束镜2，分光组件3、多个振镜4和工作台5，工作台5用于放置板材，该种板材可以为例如PCB(printed circuit board)印刷线路板等；具体地，激光器1用于发射出第一激光束，扩束镜2设置于激光器1的出射光路上，用于将第一激光束的光斑扩大后射向分光组件3，分光组件3设置于扩束镜2的出射光路上，用于将第一激光束分射为多束第二激光束。多个振镜4设置于工作台5的上方，每个振镜4分别用于将对应的第二激光束扫描于板材，以能够一次性大面积地将分射的激光束覆盖在板材的表面上，从而提高板材的表面被粗糙化的加工效率。

实际应用场景中，发明人还发现，通常不同材料的板材对激光波长的吸收率不同，参照图2所示，图中示出了铝(AI)、银(Ag)、铜(Cu)、铁(Fe)、钢材(steel)等材料对固体激光器、光纤激光器及Co2激光器发出的激光波长的吸收率。

在一个应用场景中，为了能够适应于多种不同材料的板材的加工，激光器1发出的激光的波长范围可以设置为355nm～10.6um，因此，能够根据不同材料对激光波长吸收率的不同而选择不同波长的激光加工板材，如此可以降低甚至避免被处理的板材表面遭到破坏热积累的风险，从而提高板材加工的效率。

进一步地，各振镜4沿工作台5的一侧边依次分布，如此可使各振镜4在工作台5上射出的光斑能够处于同一直线上，且所有振镜4在其排布方向上能够进行激光扫描的总宽度范围为单独每个振镜在振镜排布方向能够进行激光扫描的宽度范围的和，参照图5所示，例如，图中每个振镜4在振镜的排布方向上能够进行激光扫描的宽度范围为120mm，则五个振镜4在振镜的排布方向上能够进行激光扫描的最大总宽度范围为600mm。本申请采用多镜头进行激光扫描加工板材表面，以能够一次性大面积将分射的激光束覆盖在板材的表面上，可使效率大幅度提升，以能够满足目前市面上的最大板材加工。其中，各振镜4能够在工作台上进行激光扫描的最大总范围定义为扫描区域，扫描区域由所有振镜4在其排布方向上能够进行激光扫描的总宽度范围及工作台的移动范围共同确定。

基于上述实施例中设置有五个振镜4在振镜的排布方向上能够进行激光扫描的最大总宽度范围为600mm，为了实现全覆盖待加工板材所涉及的平面或者是全覆盖工作台，进一步地，还可以基于待加工板材所涉及加工的平面或者是工作台配置有对应的振镜，也即，可以基于工作台的幅面配置对应的多个振镜，以使得多个振镜能够全面覆盖整个工作台，为避免累赘，此处便不展开描述，如此在实际加工时可以根据所需实现一次性大面积的激光粗化，以提高实际激光粗化应用的灵活性及效率性。

本申请所披露的实施例中，通过配置分光组件3于扩束镜2的出射光路，将第一激光束分射为多束第二激光束，并通过多个振镜4设置于工作台5的上方，将对应的多束第二激光束扫描于板材，以能够一次性大面积将分射的激光束覆盖在板材的表面上，从而提高板材的表面被粗糙化的加工效率。该种利用利用激光束及分光对板材的表层进行扫描方式，可使得板材表面能够被高强度、短脉冲的激光均匀粗化，其粗化程序简单，提高了效率，且该激光粗化为一种“绿色”的粗化方法，不需要任何化学药剂和清洗液，且该激光粗化处理的废料基本上都是固体粉末，体积小，易于处理回收，可以轻易解决化学清洗带来的环境污染问题。

分光组件3包括至少一个全反射镜31和多个分光镜32，至少一个全反射镜31和多个分光镜32间隔设置，使经扩束镜2扩大光斑后的第一激光束再经对应的全反射镜31进行反射及分光镜32进行反射、折镜后，分射出多束第二激光束，至少一束第二激光束射向于一个振镜4，以通过振镜4将第二激光束扫描于板材，使板材的表面被粗糙化。

在本实施例中，全反射镜31设置有两个，分光镜32设置有四个，振镜4设置有五个，五个振镜沿第一方向(图中的X方向)排布，各分光镜32沿振镜4的排布方向间隔设置，两个全反射镜31分别设置于分光镜32的两侧，并与分光镜32间隔设置，其中一全反射镜31位于扩束镜2的出射路线上，各振镜4分别对应设置于各分光镜32或全反射镜31的反射路线上，使由扩束镜2出射的激光束经各全反射镜31或分光镜32反射至各振镜4，再由各振镜4对板材进行激光扫描，以实现对板材的表面粗化处理。

为了使各第二激光束的能量相同，该板材激光表面粗化处理装置还包括多个拨片电机33，各拨片电机33设置于相邻的两个分光镜32之间以及相邻的全反射镜31和分光镜32之间，以通过拨片电机33对第一激光束的能量进行分配，使各第二激光束的功率相等。

举例说明，在本实施例中，由扩束镜2出射的第一激光束被全反射镜31、分光镜32分光后得到的五束第二激光束，由于位于相邻的两个分光镜32之间及相邻的全反射镜31和分光镜32之间的拨片电机33的能量分配作用，每束第二激光束的功率相等，均为第一激光束功率的五分之一。

进一步地，工作台5还可以配置成能够在竖直方向和水平方向上移动，进而通过调节工作台5在竖直方向上的高度，以适应不同厚度的板材，且还可以通过调节工作台在水平方向上进行移动，如此可以使得控制工作台进行移动，以高效率完成大面积地将分射的激光束覆盖在板材的表面上，从而提高板材的表面被粗糙化的加工效率。

基于上述实施例中将工作台配置成能水平方向上移动，进一步地，为了提高板材放置在工作台上的稳定性，该工作台5还可以包括吸附部件，具体地，可以在工作台上间隔且均匀设置有多个吸附部件，以使得通过多个吸附部件用于吸附板材，使板材能够保持处于水平的状态，从而提高板材被激光粗化加工的稳定性。

在粗化板材的表面时，将板材放置于工作台5，并使板材100位于扫描区域内，再使振镜4沿第一方向激光扫描于板材100，同时使工作台5沿第二方向(图中的Y方向)移动，从而形成扫描的面，进而能够使板材的整个表面被粗糙化，该扫描方式能够快速完成一个整面的粗化效果，通过改变扫描速度和脉冲频率来改变光斑200重叠率，参照图3所示，从而完成各种材料所需的表面粗糙度，参照图4所示。其中，第一方向与第二方向相交，优选地，第一方向与第二方向垂直，根据不同的板材100，调整激光功率、扫描速度、频率等参数，可实现各种粗糙度和不同厚度的板材粗化。

参照图5所示，图5为本申请实施例提供的板材激光表面粗化处理装置的部分结构图。该板材激光表面粗化处理装置还包括废料收集件6，废料收集件6设置于振镜4的下方并位于工作台5的上方，且废料收集件6位于扫描区域内，用于收集板材经表面粗糙化处理后产生的粉尘颗粒，以使工作台5保持清洁。

参照图6所示，图6为图5中的废料收集件的结构图。废料收集件6大致呈上下贯通开口的方框形结构，其包括两条第一侧边61和两条第二侧边62，在本实施例中，第一侧边61长650mm，第二侧边62长130mm。各第一侧边61和各第二侧边62分别相连，形成方框形的废料收集件6，该废料收集件6的两侧分别设有转接口63，废料收集件6的四周内壁开设有吸尘孔60，各吸尘孔60经转接口63连接于吸附机，通过吸附机、吸尘孔60能够抽吸走在板材粗化过程中产生的粉尘颗粒。本申请利用废料收集件6的两侧同时吸附，能够形成较大的吸附力，以保证激光蚀刻后产生的粉尘全部被抽走。

具体地，第一侧边61的内侧开设有沿第一侧边61长度延伸方向排布的成排吸尘孔60，第二侧边62的内侧开设有沿第二侧边62长度延伸方向排布的成排吸尘孔60，各吸尘孔60的孔径为R，3.5mm≤R≤6.5mm，优选地，R＝5mm。

进一步地，废料收集件6朝向工作台5的一侧的开口大于废料收集件6背向工作台5的一侧的开口，形成喇叭形结构，即，第一侧边61和第二侧边62的内表面的延伸面与工作台5的夹角α为锐角，优选地α＝45°，以使该废料收集件6的吸附力更强，进而能够更彻底地吸附在板材粗化过程中产生的粉尘颗粒。

本申请的板材激光表面粗化处理装置能够实现自动化，通过自动上下料，远程电脑控制，无人工接触，CCD定位精准清扫所需加工的位置，且激光功率稳定，粗化后板材的表面的糙度均匀。

本申请还公开了一种板材激光表面粗糙化处理方法，应用于上述实施例所描述的板材激光表面粗化处理装置，参照图7所示，该板材激光表面粗糙化处理方法包括：

S11、发射出第一激光束。

S12、将第一激光束的光斑扩大。

S13、将第一激光束分射为多束第二激光束。

其中，各第二激光束的功率相同。

S14、将多束第二激光束扫描于放置好的板材，使板材的表面被粗糙化。

具体地，在粗化板材的表面时，将板材放置于工作台，并使板材位于扫描区域内，再使第二激光束沿第一方向扫描于板材，同时使工作台沿第二方向移动(即，使板材沿第二方向移动)，进而能够使板材的整个表面被粗化，其中，第一方向与第二方向相交，优选地，第一方向与第二方向垂直。

上述实施例中的板材激光表面粗糙化处理方法，通过将发射出的第一激光束进行光斑扩大，并将第一激光束分射为多束第二激光束，再进一步控制将对应的多束第二激光束扫描于板材，进而使板材的表面受到多束激光束的扫描而实现板材表面的粗糙化，该种激光粗化方法实现的粗化程序不仅简单，还提高了粗化效率，并且还可以减少甚至避免了使用化学药水而对环境造成的污染，提高板材应用的环保性。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种板材激光表面粗化处理装置，其特征在于，包括：

工作台，用于放置板材；

激光器，用于发射出第一激光束；

分光组件，设置于所述激光器的出射光路上，用于将所述第一激光束分射为多束第二激光束；

多个振镜，设置于所述工作台的上方，每个所述振镜分别用于将对应的所述第二激光束扫描于所述板材，使所述板材的表面被粗糙化。

2.根据权利要求1所述的板材激光表面粗化处理装置，其特征在于，所述板材激光表面粗化处理装置还包括扩束镜，所述扩束镜设置于所述激光器的出射光路上，用于将所述第一激光束的光斑扩大后射向所述分光组件。

3.根据权利要求2所述的板材激光表面粗化处理装置，其特征在于，所述分光组件包括多个全反射镜和多个分光镜；

多个所述全反射镜和多个所述分光镜间隔设置，使经所述扩束镜扩大光斑后的所述第一激光束经对应的所述全反射镜进行反射以及所述分光镜进行反射、折射后，分射出多束所述第二激光束。

4.根据权利要求3所述的板材激光表面粗化处理装置，其特征在于，所述板材激光表面粗化处理装置还包括多个拨片电机，各所述拨片电机分别设置于相邻的两个所述分光镜之间,以及相邻的所述全反射镜和所述分光镜之间。

5.根据权利要求1所述的板材激光表面粗化处理装置，其特征在于，所述工作台能够在水平方向和竖直方向上移动。

6.根据权利要求5所述的板材激光表面粗化处理装置，其特征在于，所述工作台包括吸附部件，所述吸附部件用于吸附所述板材，使所述板材能够保持处于水平的状态。

7.根据权利要求1-6任一项所述的板材激光表面粗化处理装置，其特征在于，所述激光器发出的第一激光束的波长范围为355nm～10.6um。

8.根据权利要求1-6任一项所述的板材激光表面粗化处理装置，其特征在于，所述板材激光表面粗化处理装置还包括废料收集件，所述废料收集件设置于所述振镜的下方并位于所述工作台的上方，用于收集所述板材经表面粗糙化处理后产生的粉尘颗粒。

9.根据权利要求8所述的板材激光表面粗化处理装置，其特征在于，所述废料收集件的四周内壁开设有吸尘孔。

10.根据权利要求9所述的板材激光表面粗化处理装置，其特征在于，所述废料收集件朝向所述工作台的一侧的开口大于所述废料收集件背向所述工作台的一侧的开口。

11.一种板材激光表面粗糙化处理方法，应用于权利要求1～10任一所述的板材激光表面粗化处理装置，其特征在于，包括：

发射出第一激光束；

将所述第一激光束分为多束第二激光束；

将多束所述第二激光束扫描于放置好的板材，使所述板材的表面被粗糙化。

12.根据权利要求11所述的板材激光表面粗糙化处理方法，其特征在于，所述将多束所述第二激光束扫描于放置好的板材，包括：

将多束所述第二激光束沿第一方向移动扫描于所述板材；

将所述板材沿第二方向移动；

其中，所述第一方向与所述第二方向相交。

13.根据权利要求11所述的板材激光表面粗糙化处理方法，其特征在于，在将所述第一激光束分为多束第二激光束之前，还包括：

将所述第一激光束的光斑扩大。

14.根据权利要求11所述的板材激光表面粗糙化处理方法，其特征在于，各所述第二激光束的功率相同。

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