Projection de cuivre sur un substrat avec une diode laser de 808 nm - viabilité

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Donc, je travaille sur un moyen de produire des PCB pour de petits travaux, et je pensais que les lasers pourraient être une bonne façon de procéder, car la gravure semble être très difficile à partir de petites traces, nécessaires à de nombreux microcontrôleurs.

J'ai commencé par rechercher le spectre d'absobance du cuivre, car le métal lui-même est très réfléchissant. Une recherche rapide s'est avérée que l'absorbance du cuivre se situe aux alentours de 800 nm. J'en suis donc venu à la conclusion qu'une diode de gravure de 808 nm serait probablement la meilleure.
entrez la description de l'image ici

Ma question est la suivante: la météo ou le laser pourrait-il réellement retirer la matière, ou si le cuivre prendra de la chaleur? 808nm lasers sont très focalisable, et je prévois d'avoir une puissance estimée de 360KW / cm2 (40W diode à .112mm2 dot) ..
J'ai travaillé avec beaucoup de lasers avant, allant de IR aux UV, et je sais assez pour savoir la sécurité que 808 modules sont généralement des bêtes.

pcb  pcb-fabrication  laser 
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— Copie
@Cheibriados J'ai vu cela, mais cela ne répond pas à cette question.
J'ai utilisé un LPKF D104 pour faire des prototypes de circuits RF dans le passé et il utilise un laser UV pour effectuer l'élimination du cuivre. Je ne sais pas quelle est la raison d'utiliser un laser UV par opposition à un laser IR. Si vous cherchez autour il y a quelques articles sur l'ablation laser pulsée du cuivre, ceux-ci peuvent vous être utiles.
— Captainj2001
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L'ablation et la découpe au laser sont normalement effectuées soit avec des lasers CW de puissance beaucoup plus élevée (kilowatts), soit avec des lasers pulsés avec 100s de kW ou mégawatts de puissance de crête (pour les picosecondes à nanosecondes) et les densités de puissance de crête en gigawatt / cm ^ 2.
— Evan
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D'où vient ce graphique? Cela semble complètement faux. Le cuivre est un réflecteur infrarouge assez extrême, et absorbe les longueurs d'onde plus courtes, pas les plus longues comme indiqué ci-dessus (donc à l'œil reflète la couleur orange rougeâtre.) Peut-être que quelqu'un a copié un graphique pour le spectre des ions Cu, comme le sulfate ou le chlorure de cuivre, un bleu- solution verte. Recherchez le spectre des miroirs en cuivre, pas celui des atomes de cuivre. I trouvé: absorbance métallique de cuivre, de 400 nm: 49%, 41% à 500 nm, 600 nm 15% 700 nm 5%, 1000 nM: 3% photonics.com/EDU/Handbook.aspx?AID=25501
— wbeaty

Réponses:

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Cela me rappelle l' ablation laser utilisée dans la spectroscopie d'émission optique à plasma couplé par ionisation par ablation laser (LA-ICP-OES). Dans cet instrument, un laser est utilisé pour vaporiser la surface de l'échantillon afin que l'échantillon puisse être soufflé dans la torche ICP et son spectre d'émission lu par un spectromètre. Cette technique utilise des quantités microscopiques d'échantillon, en vaporisant juste la surface à l'échelle atomique pour l'analyse.

Afin d'éliminer le matériau de la surface, vous devez fournir suffisamment d'énergie pour vaporiser le cuivre en gaz. Faisons un calcul au dos de l'enveloppe pour voir si c'est une tâche raisonnable pour un laser domestique.

Le cuivre a une chaleur de vaporisation de 300 kJ / mol. Une mole de cuivre équivaut à 63 g. Un laser de 1 W fournit 1 J / s d'énergie. Cela signifie qu'un laser de 1 W pourrait théoriquement éliminer 0,21 mg / s de cuivre. Cela ne tient pas compte de l'énergie nécessaire pour chauffer le matériau à sa température de vaporisation.

Un PCB typique a une profondeur de trace de 1,4 mils (35,5 um). Le cuivre a une densité de 8,9 g / cm ^ 3.

Après une tonne de conversion unitaire, un laser de 1 W éliminerait 6,64 x 10 ^ -4 millimètres carrés de matériau par seconde.

De façon réaliste, probablement pas.

— Michael Molter
source
qu'en est-il d'un laser de 50 watts?
Vous obtiendrez 300 x 10 ^ -4 millimètres carrés par seconde.
— Michael Molter
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Millimètres carrés par seconde.
— Michael Molter
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Une planche de 5 x 5 cm prendrait 2 heures 18 minutes pour retirer tout le cuivre. Mais, encore une fois, nous ne prenons pas en compte le coût énergétique pour chauffer le cuivre (tout en luttant contre les pertes de chaleur).
— Michael Molter
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Là encore, vous n'avez pas besoin d'enlever tout le cuivre. Vous avez juste besoin de tracer les traces.
— Michael Molter
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Votre graphique prouve que le cuivre est bleu! Il absorbe le rouge et l'IR, non? Le cuivre métallique doit donc avoir une couleur bleu foncé? !!!

Quelque chose ne va pas.

En fait, le cuivre est un réflecteur infrarouge assez extrême et absorbe les longueurs d'onde plus courtes, pas les plus longues comme indiqué ci-dessus (à l'œil nu, le cuivre reflète la couleur orange rougeâtre.) Peut-être que quelqu'un a copié un graphique pour le spectre des ions Cu, comme le sulfate de cuivre ou le chlorure de cuivre , bleu ou bleu-vert.

Ce graphique ci-dessous contredit le vôtre, donc la réponse à votre question sur 808 nm est un non catégorique. Le cuivre à 808 nm est un très bon miroir; réfléchissant plus de 95% de la lumière laser à 808 nm. (Notez que ce graphique est la réflectance, donc devrait être retourné à l'envers pour donner l'absorbance. Mais il montre une absorption à 808 nm comme 4%, pas 75% comme votre graphique ci-dessus!) Il suggère que le meilleur laser serait proche des UV à 300 nm. D'où vient votre graphique?

graphique de photonics.com photonics.com, du Handbook of Optical Constants for Solids

Recherchez un spectre de miroirs en cuivre, pas de cuivre (ni d'ions ni de vapeur métallique).

J'ai trouvé: Absorbance cuivre métal (miroir cuivre)

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

D'un autre côté, ici à Seattle, Rich Olson a réussi à couper des PCB de couche métallique avec un laser de 40 watts à 808 nm. Il a dû remplacer la feuille de Cu par de l'acier et la plaque époxy par du verre! Cela suggère qu'il peut être possible de couper du cuivre avec quelques dizaines de watts d'ultraviolets. Trouvez d'abord l'absorbance de la feuille d'acier à 808 nm, et si elle est égale ou inférieure à 65% du cuivre à 300 nm, alors cela vaut la peine d'expérimenter avec des lasers UV à 300 nm (lasers à fibre?)

— wbeaty
source
-1 ce n'est pas une réponse à la question des PO? Plus d'un commentaire vraiment ...
— Michael Molter
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@Michael Molter Relisez: OP a le mauvais graphique, c'est à l'envers, alors il a posé la mauvaise question, et d'autres réponses ici peuvent être fausses. L'absorption maximale de Cu est aux UV, pas aux IR. Donc, évidemment, la réponse est «non». (Je pensais que c'était évident. Je vais éditer pour l'expliquer.) Alors, ses 40 watts seraient-ils capables de le faire, s'il avait demandé environ 350 nm? La taille du spot limite de diffraction pour 350 nm est une densité d'énergie plus de 4x plus élevée (moins de 0,5 fois le diamètre du spot de 800 nm). Mais les lasers à 350 nm pourraient être ridiculement chers.
— wbeaty
@wbeaty Je sais ce que j'ai demandé, et vous avez répondu à la question: est-ce que la météo ou non le laser pourrait réellement enlever la matière, ou si le cuivre va prendre de la chaleur?
alors, un laser TEA serait-il recommandé pour cela?
En cherchant le spectre de la solution aqueuse de sulfate de cuivre, je suis tombé dessus. Les spectres de l'OP concernent les ions cuivre et nickel en solution aqueuse. La pièce de 5 cents en nickel des États-Unis contient 25% de Ni et 75% de Cu, de sorte que les deux ions sont dans le spectre de la solution de la pièce dissoute. @Wbeaty a donc raison.
— Ed V
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La façon la plus simple et la moins chère de le faire est d'utiliser de la peinture en aérosol noire pour peindre d'abord sur votre panneau de cuivre. Ensuite, utilisez un laser à diode bleue de 2 W pour retirer la peinture de la carte, exposant le cuivre. Vous pouvez faire un 2e passage juste pour être sûr que c'est vraiment propre.

Enfin, déposez-le dans le bain d'acide et laissez-le graver le cuivre exposé. La peinture protégera le reste du cuivre. Rincez et nettoyez la peinture restante avec du solvant.

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

J'espère que cela pourra aider.

— Juan
source
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