很多用于醫(yī)療設(shè)備和電子應(yīng)用的電線和電纜需要從細(xì)的導(dǎo)線上剝離外層聚合物，激光非常適合用于這種材料去除任務(wù)。激光能為導(dǎo)線末端、導(dǎo)線中段和開(kāi)窗口的剝線操作提供量身訂制的去除解決方案，能實(shí)現(xiàn)一種可重復(fù)的非接觸式的過(guò)程。容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的激光器讓制造工藝邁出了能持續(xù)保證零部件質(zhì)量的關(guān)鍵一步。

　　使用激光器取代化學(xué)工藝的額外優(yōu)勢(shì)包括，化學(xué)品使用的消除能帶來(lái)安全益處，減少了化學(xué)品處理和清理的成本，支持公司的ISO 14001可持續(xù)發(fā)展項(xiàng)目。

　　激光剝線

　　在醫(yī)療設(shè)備制造領(lǐng)域，許多和心臟節(jié)律管理、神經(jīng)調(diào)節(jié)和射頻消融治療相關(guān)的產(chǎn)品需要進(jìn)行材料去除以露出導(dǎo)線下端的金屬導(dǎo)體。用于這些設(shè)備的導(dǎo)線直徑不斷降低，使得其他剝線方法很難應(yīng)對(duì)。同時(shí)，對(duì)剝線的要求在不斷提高，在末端和中段部分都需要進(jìn)行選擇性去除。同樣在電子領(lǐng)域，導(dǎo)線直徑的減小和排線密度的增加讓激光剝線得以大展拳腳。

　　激光工藝在剝線過(guò)程中對(duì)導(dǎo)線沒(méi)有任何施力，所以能剝離精細(xì)的直徑低至50μm的線材。通常通過(guò)振鏡引導(dǎo)聚焦的激光光束（直徑約25μm）來(lái)去除材料。這樣可以實(shí)現(xiàn)高度定制化的材料去除，能根據(jù)需要來(lái)去除導(dǎo)線的絕緣部分或區(qū)間?？梢酝ㄟ^(guò)預(yù)先設(shè)定的方法來(lái)改變斷面的大小和位置。

　　通過(guò)以下兩種方法中的一種來(lái)去除材料：燒蝕或剝切（圖1）。在燒蝕方法中，隨著聚合物吸收光能并蒸發(fā)，導(dǎo)線上的所有材料被去除。激光并不會(huì)影響絕緣皮下面的導(dǎo)線，因?yàn)槿コ^緣材料所需的功率水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠破壞其下的金屬導(dǎo)體。通過(guò)選擇聚合物容易吸收的激光波長(zhǎng)可以加強(qiáng)這種優(yōu)勢(shì)，同時(shí)金屬導(dǎo)體會(huì)反射這一波長(zhǎng)。



       圖1：剝線的方法包括材料燒蝕（a）、剝切（b）以及中段/開(kāi)窗口剝切（c）。

　　剝切方法中，在絕緣皮上進(jìn)行一系列螺旋切割，從而將絕緣皮與導(dǎo)線分開(kāi)，并不總是有效，因此需要在之后通過(guò)自動(dòng)或手動(dòng)的方式來(lái)去除。通常在生產(chǎn)周期很重要而且可以接受后處理材料去除時(shí)才會(huì)這樣進(jìn)行。

　　激光vs其他剝線方法

　　對(duì)于激光剝線這種高度控制的直接去除材料的方法，必須將其優(yōu)勢(shì)與目前正在使用的化學(xué)和機(jī)械剝線工藝進(jìn)行對(duì)比。

　　醫(yī)療設(shè)備行業(yè)相比電子行業(yè)產(chǎn)量較低，最常見(jiàn)的剝線是基于手動(dòng)的方法。該過(guò)程包括將每個(gè)導(dǎo)線單獨(dú)浸入溶劑中持續(xù)一定的時(shí)間，然后用鋒利的刀（X-ACTO刀）手動(dòng)刮掉任何殘留的涂層材料沉積物。使用這種方法很難保證質(zhì)量和可重復(fù)性。停止使用這種由操作人員手執(zhí)X-ACTO刀的方法，并轉(zhuǎn)向使用自動(dòng)化設(shè)備，將加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制，并確保質(zhì)量以及提高生產(chǎn)效率。

　　表格：為激光剝線選擇正確的激光器

例如，一個(gè)大型醫(yī)療設(shè)備公司最近從手工方式轉(zhuǎn)變成激光工藝來(lái)生產(chǎn)血管內(nèi)介入器械用的不銹鋼導(dǎo)線。這種導(dǎo)線的直徑接近人的頭發(fā)絲，其表面覆蓋的一種有機(jī)材料使其能在人體中兼容。這種有機(jī)涂層材料必須從微小的金屬芯線上脫離以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線的遠(yuǎn)端連接。

　　這種新的激光工藝能精確地從組件的金屬芯線上除掉有機(jī)材料涂層，從而能在下游工序中執(zhí)行后續(xù)的組裝操作。

圖2：用CO2 激光器對(duì)聚酰亞胺導(dǎo)線進(jìn)行剝線

　　比起其取代的方法，這種工藝基本上不受操作人員影響，并且只需幾秒鐘就能完成，而老方法要花費(fèi)大約8分鐘。生產(chǎn)效率提高了250%，產(chǎn)量也隨之提高。

　　在電子領(lǐng)域中，更高的產(chǎn)量也呼吁著自動(dòng)化去除材料技術(shù)；然而，基本前提是可以同時(shí)使用化學(xué)方法、機(jī)械方法，或是兩者相組合。隨著導(dǎo)線直徑的減小，這些工藝對(duì)去除絕緣外皮的控制程度也在下降，同時(shí)還會(huì)帶來(lái)一些潛在問(wèn)題，例如破壞導(dǎo)體和導(dǎo)線變形。

　　選擇正確的激光器

　　激光剝線可以使用不同類型的激光器，這主要取決于導(dǎo)線直徑、絕緣材料類型（聚酰亞胺、Pebax、聚乙烯對(duì)苯二甲酸PET、尼龍、含氟聚合物和PVC）以及要求的特點(diǎn)。下表顯示了最常用于激光剝線的激光器，按照推薦的優(yōu)先度從上到下排列。對(duì)于不同的材料組合、導(dǎo)線直徑和所需的功能，都會(huì)有合適的激光器來(lái)與所需的標(biāo)準(zhǔn)相匹配。

一般來(lái)說(shuō)應(yīng)該首先考慮封離式CO2激光器。CO2激光器波長(zhǎng)為10,604nm，容易被所有聚合物吸收，所以不管使用什么絕緣材料，它都能很好地工作。此外，CO2激光器的波長(zhǎng)不容易被金屬吸收，所以當(dāng)所有的絕緣材料被去除后，激光對(duì)裸露的導(dǎo)線基本不會(huì)有影響。這得以在滿足所需絕緣體厚度的公差下完成剝皮過(guò)程，并提供一個(gè)大型的加工窗口。此外，CO2激光器是最具成本效益的激光器。圖2展示了使用CO2激光器對(duì)聚酰亞胺導(dǎo)線進(jìn)行剝線。

　　由于對(duì)材料的去除主要依賴于激光的熱分解效應(yīng)，所以如果導(dǎo)線直徑小的話將引起熱量輸入的問(wèn)題。這可能會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線變形或是絕緣材料過(guò)熱，從而使得發(fā)生變色和形成毛刺。（當(dāng)材料膨脹或抬起時(shí)會(huì)產(chǎn)生毛刺，而且毛刺會(huì)顯著增加導(dǎo)線的整體外徑。）

　　如果由于熱量輸入控制的問(wèn)題而不能使用CO2激光器的話，那么接下來(lái)就應(yīng)該考慮納秒激光器，特別是波長(zhǎng)為532nm和355nm的納秒激光器。納秒激光器產(chǎn)生的脈沖約為20ns，其去除導(dǎo)線絕緣材料時(shí)的熱相互作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于CO2激光器。它能用于直徑較小的導(dǎo)線，或是要求邊緣的輪廓很清晰、很少或沒(méi)有毛刺的應(yīng)用。圖3展示了用納秒激光器（355nm波長(zhǎng)）剝線后的導(dǎo)線。

　　選擇532nm還是355nm通常是根據(jù)絕緣材料來(lái)決定的，355nm波長(zhǎng)能被更多的聚合物更好地吸收。如果將CO2激光器比作大型的氧乙炔炬，納秒激光器就類似較小的、更精細(xì)的火炬，可以用來(lái)制作法式焦糖布丁。

　　請(qǐng)注意，普通的1070nm光纖激光器不能被大部分導(dǎo)線經(jīng)常使用的絕緣材料很好地吸收，所以很少使用或考慮。

圖3：用355nm紫外激光器對(duì)細(xì)導(dǎo)線進(jìn)行剝線。

　　當(dāng)對(duì)質(zhì)量的要求特別高或是要求最小的熱量輸入時(shí)，我們需要考慮的選項(xiàng)是超快皮秒和飛秒激光器。這兩種激光器產(chǎn)生的脈沖寬度非常短：皮秒是10-12s，飛秒是10-15s。脈沖如此之短使得沒(méi)有時(shí)間將熱量從加工區(qū)域傳遞給周圍的材料。

　　這種所謂的“冷”加工能實(shí)現(xiàn)最佳的質(zhì)量，但是這種高水平的質(zhì)量需要付出代價(jià)。超快激光器的成本超過(guò)CO2激光器約25倍，并且是532/355nm納秒激光器成本的5倍。它們比較適合用于價(jià)值非常高的產(chǎn)品或是那些需要非常精細(xì)的控制的極細(xì)導(dǎo)線（直徑50μm）。

　對(duì)于選擇哪種激光器以及效果最好的去除方法，我們要做出正確的決定，因此，毫無(wú)疑問(wèn)非常有必要在激光應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室測(cè)試一系列的選項(xiàng)，然后對(duì)于最終決定的系統(tǒng)解決方案，要在加工和執(zhí)行過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。