Jateamento de cobre de um substrato com uma viabilidade a laser de 808nm

Então, estou trabalhando em uma maneira de produzir PCBs para pequenos trabalhos, e pensei que os lasers podem ser um bom caminho, já que a gravação parece ser muito difícil em pequenos traços, necessários para muitos microcontroladores.

Comecei pesquisando o espectro de absobância do cobre, pois o próprio metal é muito reflexivo. Uma rápida pesquisa revelou que a absorvância do cobre fica em torno de 800 nm. Assim, cheguei à conclusão de que um diodo de gravação de 808nm provavelmente seria o melhor.

Minha pergunta para você, é o tempo ou não, o laser realmente removeria o material ou se o cobre suportaria o calor? Os lasers de 808nm são muito focáveis, e pretendo ter uma potência estimada de 360KW / cm2 (diodo de 40W a 0,112 mm2 pontos).
Já trabalhei com muitos lasers antes, variando de IR a UV, e sei segurança suficiente para saber que 808 módulos são geralmente bestas.

Isso me lembra a ablação a laser usada na espectroscopia de emissão óptica de plasma acoplada por ionização por ablação a laser (LA-ICP-OES). Neste instrumento, um laser é usado para vaporizar a superfície da amostra, para que a amostra possa ser soprada na tocha ICP e seu espectro de emissão seja lido por um espectrômetro. Essa técnica utiliza quantidades microscópicas de amostra, evaporando apenas a superfície da escala atômica para análise.

Para remover o material da superfície, você precisa fornecer energia suficiente para vaporizar o cobre em um gás. Vamos fazer um cálculo de volta ao envelope para ver se essa é uma tarefa razoável para um laser doméstico.

O cobre tem um calor de vaporização de 300 kJ / mol. Um mol de cobre é 63 g. Um laser de 1 W fornece 1 J / s de energia. Isso significa que um laser de 1 W poderia teoricamente remover 0,21 mg / s de cobre. Isso não é responsável pela energia necessária para aquecer o material até a temperatura de vaporização.

Um PCB típico tem uma profundidade de rastreamento de 1,4 mils (35,5 um). O cobre tem uma densidade de 8,9 g / cm ^ 3.

Após uma tonelada de conversão de unidades, um laser de 1 W removeria 6,64 x 10 ^ -4 milímetros quadrados de material por segundo.

Tão realista, provavelmente não.

Seu gráfico prova que o cobre é azul! Absorve vermelho e IR, certo? O cobre metálico deve ter uma cor azul profunda? !!!

Algo está muito errado.

Na verdade, o cobre é um refletor de infravermelho bastante extremo e absorve os comprimentos de onda mais curtos, e não os mais longos, como mostrado acima (a olho nu, o cobre reflete a cor laranja avermelhada.) Talvez alguém tenha copiado um gráfico para o espectro de íons Cu, como sulfato de cobre ou cloreto de cobre , soluções azuis ou azul esverdeado.

Este gráfico abaixo contradiz o seu, então a resposta para sua pergunta sobre 808 nm é um retumbante. O cobre a 808 nm é um espelho muito bom; refletindo mais de 95% da luz laser de 808 nm. (Observe que este gráfico é de refletância, portanto, ele deve ser invertido para fornecer absorvância. Mas mostra absorção a 808 nm como 4%, e não 75% como o gráfico acima!). Sugere que o melhor laser seria quase UV. a 300 nm. Onde seu gráfico se originou?

photonics.com, do Manual de constantes ópticas para sólidos

Procure espectro de espelhos de cobre, não de cobre (não íons ou vapor de metal).

Encontrei: Absorvância de metal de cobre (espelho de cobre)

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

Por outro lado, aqui em Seattle, Rich Olson conseguiu cortar PCBs de camada de metal com laser de 40 watts a 808 nm. Ele teve que substituir a folha de Cu por aço e a placa epóxi por vidro! Isso sugere que pode ser possível cortar o cobre com algumas dezenas de watts de ultravioleta. Primeiro encontre a absorvância da folha de aço a 808 nm, e se é igual ou menor que 65% do cobre a 300 nm, vale a pena experimentar com lasers UV de 300 nm (lasers de fibra?)

A maneira mais fácil e barata de fazer isso é usar tinta spray preta para pintar primeiro sobre a placa revestida de cobre. Em seguida, use um laser de diodo azul de 2 W para remover a tinta da placa, expondo o cobre. Você pode fazer um segundo passe apenas para ter certeza de que está realmente limpo.

Por fim, coloque-o no banho ácido e deixe-o gravar o cobre exposto. A tinta protegerá o restante do cobre. Enxágue e limpe a tinta restante com solvente.

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

Espero que ajude.

Fiz alguns experimentos usando a tecnologia flex da trotec. A fonte de fibra funciona bem em cobre e não está queimando muito a resina da placa. As experiências que fizemos foram bastante simples, mas bastante satisfatórias. Mais informações aqui: http://fabacademy.org/archives/2015/eu/students/bassi.enrico/04electronic.html

http://fabacademy.org/archives/2015/eu/students/bassi.enrico/06electronicdesign.html