與傳統的機械分板方法相比，使用現代激光系統進行電路板分板可能會對制造工程師提出一些挑戰。為了利用激光技術的優勢，避免產生意想不到的副作用，必須充分了解激光能量對基板材料的正常影響。本文深入分析使用各種不同的激光系統在進行分板時的操作參數，以確定由此得到的基板材料溫度變化。我們建立了一套理論模型，用它和實際的測量結果進行比較。這項研究包括在分板過程中由激光能量造成的溫度上升對PCB基板性能的影響，它的影響包括從無法測量出來的變化到不同激光切割參數造成的切割縫側壁的表面電阻的下降。
此外，我們還研究了可能是由激光加工產生的噴出物的數量和屬性。充分掌握所有由此產生的殘留物的成分和數量，這可能對電路板的設計和選擇適當的分離電路板方法會產生巨大的影響，從而得到最好的分板結果。在分板處理過程中，如果在FR4電路板基板的切割側壁上出現由激光能量造成的任何不希望出現的材料化合物，使用X射線能量色散分析方法（EDX）進行研究。
分板方法
在SMT行業中有很多分板方法，例如：
1、沖剪/模切
2、v形劃刻
3、輪切割/比薩切割
4、鋸切
5、噴射水流
6、挖刻（+分段沖裁)
其中的一些方法只適合在成本非常低，質量要求也不高的應用中使用；其他方法只能用于矩形電路板。由于非常大的壓力和/或彎曲力可能會導致基板出現某種程度的分層，而這些分層可能會影響電路板的長期可靠性，這是由于其中的一些方法可能會損壞電路板的邊緣。這一切都意味在電路板的布局過程中必須要注意保護脆弱的元件，并且有時還要使電路走線遠離電路板的邊緣。幾乎沒有人嘗試開發用噴射水流來分板的方法。
最常用的方法是挖刻，不管電路板是什么形狀，拼板制造商都是按照圍繞各個電路板的切縫來切割的。在進行組裝工藝的過程中，為了把電路板保持在拼板中，切縫在少數幾個位置是斷開的。在拼板中挖刻的切縫寬度通常約為3毫米，這表示在有很多小電路板的情況下，有相當多的拼板空間用來做切割槽。有時，拼板會因為其中有很多槽而變得沒有像原來那么堅硬，在組裝過程中需要支撐拼板或托盤。為了讓電路板能夠更容易地從拼板中斷開，通常是在連接區域（切縫中斷的位置）鉆孔，這意味著在電路板布線過程中就必須確定這些鉆孔的位置，并且必須讓脆弱的元件遠離這些位置。
激光切割
最新的分板方法是激光挖刻，它可以在電路板組裝工藝最后一個步驟完成之后進行。這意味著拼板在進行激光分板之前的所有組裝步驟中始終保持它的剛性。和挖刻器一樣，激光切割整塊電路板，因此不會產生使電路板邊緣彎曲或下壓的力，這表示沒有在電路板材料上施加壓力。由于使用激光，可以切割任何形狀的電路板，而且工藝如果完全是由計算機來控制的，可以很快切換到切割不同形狀的電路板。
激光系統
激光切割系統的三個主要部分包括激光，用于移動拼板的X–Y坐標板和用來移動與定位激光束位置的掃描器。
有幾種類型的激光可以用來切割不同的材料。包括從20多年前波長約10微米的二氧化碳激光到大約在10年前出現的波長約350納米的紫外激光。大約在20年前引進在不銹鋼模板切割系統中使用的1054納米波長的Nd:YAG激光器。
隨著波長變得更短，生產出經濟便宜的激光器變得越來越困難。更短波長的激光和那些非常窄的脈沖寬度通常都相當昂貴，這就是為什么在組裝行業中要花時間來部署它們的原因。
圖2：激光分板系統的例子，在線自動加載與卸載裝置
紅外激光被稱為“熱”激光，這是因為它們在材料中沿著預定的路徑加熱和燃燒來切割材料。紫外激光能夠燒蝕材料。高能量短脈沖進入材料的頂層，使材料蒸發，以爆破的方式移掉一層材料。通過對同一路徑的多次燒蝕，最終完成材料的切割。由于紫外激光束產生的熱量很小，在切割路徑的邊緣極少甚至不燃燒材料，這取決于如何使用紫外激光（圖3）。
圖3：紅外線切割與紫外線切割
跟據光的波長，有些材料會反射光，有些材料是完全透明的。為了使燒蝕方法起作用，激光束必須穿透到材料中進行切割。從圖4中可以看到各種電路板成分對不同的光波長的反應。為了能夠燒蝕所有電路板，紫外激光是個不錯的選擇。在過去的10年里，紫外激光（波長約為350納米）在經濟上的吸引力已經顯現出來。
圖4：電路板的各種成本對不同波長的反應
紫外激光的波長比較短，光學性能非常出色，因此它的光束尺寸能夠達到非常小，通常只有約15到25納米。這使它能夠在拼板中切割出一道非常窄的切縫，電路板之間的空間浪費非常少，尤其是在系統結構允許非常精確的激光束位置的情況中。圖5是有很小的電路板的拼板的部分的例子。在使用挖刻工藝時，每塊拼板的電路板的數量大約是125個，而拼板在經過重新布局后，使用激光切割的電路板數量增加近三倍。這在經濟方面的優勢非常明顯。
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圖5：非常小的電路的拼版的例子
在這個使用激光系統切割的例子中，一塊拼板放在有氣流向下流的有排孔表面上，或者通過機械方法安裝在高精度可移動的X-Y坐標板上，以防止拼板在切割操作過程中移動。對于兩側都有元件的電路板，需要使用專用的支撐托盤。
為了切割在一塊拼板區域上所有的切割路徑，整個拼板區域分成多個50毫米x 50毫米的方塊，電腦通過安裝在電流計上的鏡子精密地控制激光束在各個方塊區域中的移動。激光束在這些方塊區域中的移動速度得到很好的控制，移動速度最高可達到1000毫米/秒。如圖6所示，空氣流在切割時通過整個拼板，帶走碎片，盡可能減少留在拼板頂部的碎片。當一個50毫米x 50毫米方塊區域內的切割完成后，坐標板移動到下一個方塊區域，直到切割任務結束。
定位精度
激光系統可以根據原始設計數據（例如Gerber文件）使用拼板的基準點定位要切割的位置。由電腦控制的坐標板的移動和電流計的移動，可以在假定的25微米范圍內定位激光束。不過，在分離電路板或柔性電路時，拼板圖像的精度通常比較低，往往因為如此，對于拼板中比較小的部分使用額外的基準點，變得很有必要。甚至可以使用電路板圖案可辨認的部分來滿足更精確的電路板邊緣定位要求。
電路板表面的殘留物
即使氣流穿過整個切割區域（圖6），也不是所有被切下來的材料都會被氣流從切縫中帶走。一些留在切縫中的顆粒是粉末狀的環氧樹脂顆粒和玻璃顆粒。這些顆粒中經過測量最大尺寸沒有超過20微米，平均尺寸在10微米左右。（請參見圖7中所示的圓形區域）。它們的尺寸和數量不會引起關注。
但為了確定重新沉積的材料是否會引起問題，設計出一種用FR4材料制作的厚度為800微米的測試電路板（圖7）。測試電路板有四種圖案，分為兩組，分別內置了數字化梳狀器。把每一對這樣的梳狀器和電路板的邊緣連接起來，便于測量表面絕緣電阻（SIR）。作為這個測試的一部分，在離梳狀器非常近的位置切割一個槽。在這個槽切割完成之后，這些測試電路板（在40°C，RH = 93%，無凝結的環境下）經過長達170個小時的氣候測試并測量表面絕緣電阻。在所有的測量值中，超過10E11歐姆就表示表面絕緣電阻沒有受到不良影響（圖8）。
如果需要，增加一道簡單的清洗工藝就可以把殘留的顆粒清洗掉?？梢允褂脡嚎s空氣或刷子，通過用光滑的干織物或濕織物擦拭。
熱效應
雖然紫外激光被稱為“冷”激光，但它還是會產生一定的熱量。它的影響主要取決于激光系統的設置。激光束把一些熱量注入要切割的材料，熱量通過傳導進入材料，再通過輻射進入環境中，然后用加壓空氣流過材料上方通過對流進入空氣中。
這個熱方程式是拋物線型偏微分方程式，它描述了在給定區域中溫度分布隨時間推移的變化。
在這項測試中，切割接頭片，其中有一些是裸露的FR4，一些是含銅的FR4，還有一些是沒有挖刻槽的FR4，測量到在切割位置附近的溫度在上升。在接頭片上放上傳感器，然后在距離傳感器不同距離沿切割路徑進行切割。即使在離傳感器0.1毫米內的位置切割，溫度最高只達到100°C，遠低于在通常情況下電路板在焊接過程中暴露在工藝中的溫度。
這個例子的切割參數是：P = 12.4 W，v = 244 mrn /s，重復切割次數（rep）= 30，CT = l00毫秒，完全切割FR4（厚度為400–450微米）。
冷卻時間（CT）是激光束返回到相同位置的時間。在這段時間里，完成其他部分的切割，它可能還包括兩次切割之間的休息時間。這個例子的冷卻時間是100毫秒。
對比切割不同材料的例子，包括裸FR4，含銅的FR4和完全切割的FR4，其結果如圖12所示。
