CN1819878B - 激光从基底去除层或涂层 - Google Patents

Abstract

一种处理其上具有材料层或涂层(16)的基底(14)(例如涂有绝缘“瓷漆”的金属导体)的方法，包括步骤：将辐射线的激光脉冲束(12)指向基底，以在所述层或涂层与所述基底之间的交界面处或邻近所述交界面处引起交互作用，导致所述层或涂层的局部分离，其中所述涂层或层实质上对在其工作波长上的所述激光辐射线是可透过的。通过在基底与层或涂层之间的交界面处产生交互作用，以产生导致交界面处层或涂层的局部分离的类似冲击波的效果，实现去除。

Description

激光从基底去除层或涂层

技术领域

本发明涉及用于从基底去除层或涂层的方法和设备；而尤其但非排它地，本发明涉及激光从导体去除绝缘涂层或“瓷漆”，作为利用例如点焊、软焊、弯边等进行电连接的预备工序。

背景技术

从导体去除绝缘涂层或“瓷漆”作为利用例如点焊、软焊、弯边等进行电连接的预备工序。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种处理其上具有材料层或涂层以至少部分去除所述层或涂层的方法，所述方法包括以下步骤：

将激光辐射线的脉冲束指向所述基底，其中所述涂层或层实质上对在其工作波长上的所述激光辐射线是可透过的，从而在所述层或涂层与所述基底之间的交界面处或邻近所述交界面引起冲击波效应，以实现所述层或涂层从所述基底的局部分离。

现有形式的激光剥线器通过从外部蒸发绝缘物质工作，然而，在本发明的优选实施例中，通过在基底与层或涂层之间的交界面处产生交互作用效果，以产生导致局部分离的冲击波等而进行移除，而不是依靠蒸发技术。

优选地，涂层或层实质上对在其工作波长的激光辐射线是可透过的。激光辐射线的波长典型地在比方说200nm到12um之间，并可由NdYag激光器便利地生成。该激光优选地是一种生成典型脉冲长度在1纳秒和300纳秒或比300纳秒更高之间的短脉冲的Q开关激光器。该激光的脉冲重复频率典型地在1kHz和30kHz或比30kHz更高之间。

在一个典型的优选实施例中，所述层或涂层包括诸如聚酰亚胺或塑料材料的电介质材料。该基底可以典型地是诸如铜或铜基材料的导体。

优选地，所述脉冲辐射线束也有效蚀刻或清除了邻近交界面的基底的表面。这尤其有助于去除例如金属氧化物，以留下特别适合于进一步处理的裸露表面。

优选地，在处理期间，激光辐射线的脉冲束沿扫描方向相对于基底移动(或反应亦然)，并且至少下述参数的一个被控制以引起去除所述层或涂层的移动条：

扫描速率，

激光的峰值功率

激光的脉冲重复频率，

点大小。

优选地，在第一扫描阶段，所述辐射线的脉冲束在所述基底的选定区域上扫描，以实现所述层或涂层的初始去除，而然后在第二扫描阶段中，在所述区域上扫描以实现清除残余的碎片。

在另一个方面，提供了用于处理其上具有材料层或涂层的基底，以至少局部去除所述层或涂层的设备，所述设备包括：

装置，该装置用于将激光辐射线的脉冲束指向所述基底，其中所述涂层或层实质上对在其工作波长上的所述激光辐射线是可透过的，以在所述层或涂层与所述基底之间的交界面处或邻近所述交界面引起冲击波效应，以实现所述层或涂层从所述基底的局部分离。

虽然本发明已在上面进行了描述，但是它延伸到上面列出的和下面描述中的特征的任何创造性的组合。

附图说明

本发明可采用多种方式实现，而为了更好地理解本发明，现在将参照附图，给出其具体的非限制性实例，其中：

图1为根据本发明的激光剥线器的示意图。

具体实施方式

图中显示了一个激光器10，该激光器10将激光辐射线的脉冲束12指向具有聚酰亚胺材料的涂层16的铜线14，以在涂层16和金属线12之间的交界面产生交界面效应，以导致涂层成为碎片而利用冲击波效应消散。

<实例1>

涂以聚脂(酰亚胺)并具有/没有聚酰胺-酰亚胺顶层和具有/没有结合覆盖层的铜线如下所述接受去除漆包(enamelling)的处理。使用波长1064nm的NdYag激光器，该激光器具有60W的恒定平均功率级和85kW的峰值功率和约20μm的点大小。点大小产生直径约200μm的融化或烧蚀区域。激光被以Q开关调制(Q-switched)以提供在约100纳秒和200纳秒之间的脉冲的脉冲束，所述脉冲束穿过将被剥离的区域扫描。在当前实例中的脉冲重复频率为3kHz；扫描速率约为1500mm/sec；并且峰值功率为85kW级而点大小为20μm。激光的典型脉冲长度在100纳秒和200纳秒之间。

在该波长，瓷漆(enamel)对激光辐射线实质是可透过的，而金属具有高度反射性(97％)，但吸收一些激光辐射线。然而，我们发现：与从外向内去除不同，脉冲辐射线在邻近瓷漆和下面金属之间的交界面产生了一种类似于冲击波的作用，该作用导致瓷漆从金属线局部分离。通过适当地控制脉冲重复频率、点大小和扫描速率，我们能够去除大量瓷漆以留下裸露的金属表面。此外，我们注意到：在蚀刻金属表面以去除金属氧化物方面，激光处理具有进一步的有益效果，从而使它适合软焊等。

我们发现：对于单一扫描，并利用当前实例中使用的特定设备，采用1500mm/sec扫描速率，对脉冲重复频率的下限在1到2kHz范围内，其趋向于仅给出刚好足够的脉冲重叠。我们发现：由于采用更高的频率，峰值功率趋向于下降，采用恒定功率，上限约为5kHz。当然，如果激光峰值功率保持在50-100kW的优选范围中，则脉冲重复频率可以进一步地增加，而在另一实例中，激光以1MW峰值功率、10kHz的脉冲重复频率和2500mm/sec的扫描率工作。

此外，我们已经发现：在第一扫描不能实现全部效果的情况中，通过加倍扫描可以实现可接受的结果，例如峰值功率可以减小到1到25kW，脉冲重复频率在10到30kHz的范围，但激光必须以约100mm/sec更慢地扫描，而扫描应被重复。

<实例2>

激光被设置以如下参数操作：

重复速率3.5kHz

扫描速度：400mm/sec

点大小：～50μm

波长：1064nm

每个脉冲的能量：15mJ

脉冲宽度：～250ns(最大)

峰值功率：～200KW

虽然标称为50μm，点大小还影响周围区域，所以按照效果，在界面处的有效点大小约为100μm到200μm。在这种配置中，激光束水平穿过将被剥离和准备的导线扫描，即垂直于金属丝的纵向轴。在第一趟中，以相邻扫描线之间约为100μm的间距或间隔，导线接受根据上述参数的激光束的扫描。

第一趟如果不是从导线去除全部就是大部涂层，但可能剩余一些碎片。在第二趟中，导线以更高的脉冲重复频率(～8kHz)和更高的扫描速度(～1000mm/sec)被扫描，但其它参数与上面的相同。

然而，应该指出：在一些应用中，因为涂层的属性，第二趟可能并不需要，而分界面作用可能意味着以更大片的涂层脱离，剩下很少或没有碎片。

表1列出了多个参数。

表1

参数	范围	实例1	实例2
				波长	200nm-12μm	1064nm	1064nm
脉冲长度	1ns-300ns	100ns-200ns	250ns
				脉冲重复频率	1kHz-30kHz	3.5kHz	3.5kHz和8kHz
激光峰值功率	50KW-1MW	85KW	200KW
				扫描速率	1-2500mm/sec	1500mm/秒	400mm/sec和1000mm/sec
实际点大小	20μm-100μm	20μm	50μm

Claims (14)

1.一种从基底至少部分去除材料层或涂层的方法，所述方法包括以下步骤：

将激光辐射线的脉冲束指向所述基底，其中所述材料层或涂层实质上对在其工作波长上的所述激光辐射线是可透过的，从而在所述材料层或涂层与所述基底之间的交界面处或邻近所述交界面引起冲击波效应，以实现所述材料层或涂层从所述基底的局部分离。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：激光辐射线的波长在200nm到12μm之间。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：所述激光辐射线由NdYag激光器产生。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：所述激光辐射线由CO₂激光器产生。

5.根据权利要求1所述的方法，其中：所述激光辐射线由Q开关激光器产生。

6.根据权利要求1所述的方法，其中：脉冲束具有脉冲长度为1纳秒到300内秒之间的脉冲。

7.根据权利要求1所述的方法，其中：脉冲束的脉冲重复频率在1kHz到30kHz之间。

8.根据权利要求1所述的方法，其中：所述材料层或涂层包括电介质材料。

9.根据权利要求1所述的方法，其中：所述基底是铜或铜基材料的导体。

10.根据权利要求1所述的方法，其中：所述材料层或涂层包括至少一种金属氧化物。

11.根据权利要求1所述的方法，其中：所述激光辐射线的脉冲束也有效蚀刻或清除邻近交界面的基底的表面。

12.根据权利要求1所述的方法，其中：激光辐射线的脉冲束沿扫描方向相对于基底扫描，并且至少下述参数的一个被控制以导致去除所述材料层或涂层的移动条：

扫描速率，

激光的峰值功率，

激光的脉冲重复频率，

点大小。

13.根据权利要求12所述的方法，其中：在第一扫描阶段，所述辐射线的脉冲束在选定区域上方扫描，以实现所述材料层或涂层的初始去除，而然后在第二扫描阶段，在所述区域上方扫描以实现清除残余的碎片。

14.一种用于从基底至少部分去除材料层或涂层的设备，所述设备包括：

装置，该装置用于将激光辐射线的脉冲束指向所述基底，其中所述材料层或涂层实质上对在其工作波长上的所述激光辐射线是可透过的，以在所述材料层或涂层与所述基底之间的交界面处或邻近所述交界面引起冲击波效应，以实现所述材料层或涂层从所述基底的局部分离。