Explosión de cobre de un sustrato con una viabilidad de diodo láser de 808 nm

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Entonces, estoy trabajando en una forma de producir PCB para trabajos pequeños, y pensé que los láseres podrían ser un buen camino, ya que el grabado parece ser muy difícil a partir de pequeñas trazas, necesario para muchos microcontroladores.

Comencé buscando en el espectro de cobre del absobance, ya que el metal en sí es muy reflectante. Una búsqueda rápida resultó que la absorbancia del cobre descansa alrededor de 800 nm. Así llegué a la conclusión de que un diodo de grabado de 808 nm probablemente sería lo mejor.
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Mi pregunta para usted, ¿es el clima o no, el láser realmente debería eliminar el material, o si el cobre se calienta? Los láseres de 808nm son muy enfocables, y planeo tener una potencia estimada de 360KW / cm2 (diodo de 40W en un punto de .112mm2).
He trabajado con muchos láseres antes, que van desde IR hasta UV, y conozco suficiente seguridad para saber que 808 módulos son generalmente bestias.

pcb  pcb-fabrication  laser 
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— Cheibriados
@Cheibriados Lo vi, pero eso no responde a esta pregunta.
He usado un LPKF D104 para hacer algunos prototipos de circuitos de RF en el pasado y usa un láser UV para realizar la eliminación de cobre. No estoy seguro de cuál es la razón para usar un láser UV en lugar de un láser IR. Si busca alrededor, hay algunos documentos sobre la ablación con láser de cobre pulsado, que pueden ser útiles para usted.
— Captainj2001
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La ablación y corte por láser se realiza normalmente con láseres CW de potencia mucho más alta (kilovatios) o con láser pulsado con 100s de kW o megavatios de potencia máxima (de picosegundos a nanosegundos) y densidades de potencia máxima en gigavatios / cm ^ 2.
— Evan
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¿De dónde vino ese gráfico? Se ve completamente mal. El cobre es un reflector IR bastante extremo, y absorbe las longitudes de onda más cortas, no las más largas como se muestra arriba (por lo que, a simple vista, refleja el color naranja rojizo). Tal vez alguien copió un gráfico para el espectro de iones Cu, como sulfato o cloruro de cobre, un azul solución verde Busque espectro de espejos de cobre, no de átomos de cobre. He encontrado: Cobre absorbancia metal, 400 nm: 49%, 500 nm 41%, 600 nm 15%, 700 nm: 5%, 1000 nM: 3% photonics.com/EDU/Handbook.aspx?AID=25501
— wbeaty

Respuestas:

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Esto me recuerda a la ablación con láser tal como se utiliza en la espectroscopía de emisión óptica de plasma acoplado por ionización por ablación con láser (LA-ICP-OES). En este instrumento, se usa un láser para vaporizar la superficie de la muestra, de modo que la muestra se puede soplar en la antorcha ICP y leer el espectro de emisión mediante un espectrómetro. Esta técnica utiliza cantidades microscópicas de muestra, al vaporizar solo la superficie a escala atómica para el análisis.

Para eliminar material de la superficie, debe suministrar suficiente energía para vaporizar el cobre en un gas. Hagamos un cálculo de fondo para ver si esta es una tarea razonable para un láser doméstico.

El cobre tiene un calor de vaporización de 300 kJ / mol. Un mol de cobre es 63 g. Un láser de 1 W suministra 1 J / s de energía. Eso significa que un láser de 1 W podría eliminar teóricamente 0,21 mg / s de cobre. Esto no explica la energía requerida para calentar el material a su temperatura de vaporización.

Un PCB típico tiene una profundidad de traza de 1.4 mils (35.5 um). El cobre tiene una densidad de 8.9 g / cm ^ 3.

Después de una tonelada de conversión de unidades, un láser de 1 W eliminaría 6.64 x 10 ^ -4 milímetros cuadrados de material por segundo.

Tan realista, probablemente no.

— Michael Molter
fuente
¿Qué tal un láser de 50 vatios?
Obtendría 300 x 10 ^ -4 milímetros cuadrados por segundo.
— Michael Molter
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Milímetros cuadrados por segundo.
— Michael Molter
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Una tabla de 5 x 5 cm tomaría 2 horas y 18 minutos para eliminar todo el cobre. Pero, de nuevo, no estamos teniendo en cuenta el costo de la energía para calentar el cobre (mientras luchamos contra la pérdida de calor).
— Michael Molter
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Por otra parte, no necesita eliminar todo el cobre. Solo necesita rastrear los rastros.
— Michael Molter
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¡Su gráfico prueba que el cobre es azul! Absorbe rojo e IR, ¿verdad? ¿Entonces el cobre metálico debe verse de color azul profundo?

Algo está muy mal.

En realidad, el cobre es un reflector IR bastante extremo y absorbe las longitudes de onda más cortas, no las más largas como se muestra arriba (a simple vista, el cobre refleja el color naranja rojizo). Quizás alguien copió un gráfico para el espectro de iones Cu, como el sulfato de cobre o el cloruro de cobre , soluciones azules o azul verdosas.

El siguiente gráfico contradice el suyo, por lo que la respuesta a su pregunta sobre 808 nm es un rotundo no. El cobre a 808 nm es un muy buen espejo; que refleja más del 95% de la luz láser de 808 nm. (Tenga en cuenta que este gráfico es reflectancia, por lo que debe invertirse para dar absorbancia. ¡Pero muestra una absorción a 808 nm como 4%, no 75% como su gráfico anterior!) Sugiere que el mejor láser sería casi UV a 300 nm. ¿Dónde se originó tu gráfica?

gráfico de photonics.com photonics.com, del Manual de constantes ópticas para sólidos

Busque el espectro de espejos de cobre, no de cobre (no iones o vapor de metal).

Encontré: absorbancia de metal de cobre (espejo de cobre)

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

Por otro lado, aquí en Seattle, Rich Olson ha logrado cortar PCB de capa metálica con láser de 40 vatios a 808 nm. ¡Tenía que reemplazar la lámina de Cu con acero y la placa de epoxi con vidrio! Esto sugiere que es posible cortar cobre con unas pocas decenas de vatios de ultravioleta. Primero encuentre la absorbancia de la lámina de acero a 808 nm, y si es igual o menor que el 65% del cobre a 300 nm, entonces vale la pena experimentar con láseres UV de 300 nm (¿láseres de fibra?)

— wbeaty
fuente
-1 ¿Esta no es una respuesta a la pregunta de los OP? Más de un comentario realmente ...
— Michael Molter
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@Michael Molter Lea de nuevo: OP tiene el gráfico incorrecto, está al revés, por lo que hizo la pregunta incorrecta y otras respuestas aquí pueden ser incorrectas. La absorción máxima de Cu es a UV, no a IR. Entonces, obviamente, la respuesta es 'no'. (Pensé que esto era obvio. Lo editaré para explicarlo). Entonces, ¿serían capaces de hacerlo sus 40 vatios si hubiera preguntado acerca de 350 nm? El tamaño del punto límite de difracción para 350nM es más de 4 veces mayor densidad de energía (menos de .5x diámetro del punto 800nM). Pero los láseres 350nM pueden ser ridículamente altos.
— wbeaty
@wbeaty Sé lo que pregunté, y usted respondió la pregunta: ¿es el clima o no el láser realmente podría eliminar el material, o si el cobre se calienta?
entonces, ¿se recomendaría un láser TEA para esto?
Mientras buscaba el espectro de la solución acuosa de sulfato de cobre, me topé con esto. Los espectros del OP son para iones de cobre y níquel en solución acuosa. La moneda de níquel de 5 centavos de EE. UU. Tiene un 25% de Ni y un 75% de Cu, por lo que ambos iones están en el espectro de la solución de la moneda disuelta. Entonces @wbeaty tiene razón.
— Ed V
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La forma más fácil y barata de hacer esto es usar pintura en aerosol negra para pintar primero sobre su tablero revestido de cobre. Luego use un láser de diodo azul de 2 W para quitar la pintura del tablero, exponiendo el cobre. Puedes hacer un segundo pase solo para asegurarte de que esté realmente limpio.

Finalmente, colóquelo en el baño de ácido y deje que grabe el cobre expuesto. La pintura protegerá el resto del cobre. Enjuague y limpie la pintura restante con solvente.

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

Espero que ayude.

— Juan
fuente
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