激光的波长λ和光束质量M2由激光器决定，可以通过减小激光波长和选择高质量的激光器即较小M2得到较小的光斑尺寸，镜组方面可以通过减小聚焦镜的焦距和增大扩束镜倍数来实现较小的光斑尺寸，但在减小光斑直径的同时，焦深会缩短，能切割的板厚也变小，因此，要根据实际情况选择合理的焦距和扩束倍数。

        焦点与钢片的相对位置对切缝宽度和切边形状有较大影响，聚焦后焦点一般位于钢片的表面，这样，在切割时切边会自动出现一定的锥度，利于锡膏脱模，如图3所示。

        另外，激光聚焦到钢片上会有较强的反射，这些反射光会沿原光路返回激光器。当反射光达到一定强度时会造成激光器无法稳定工作甚至损坏激光器，因此，必须对反射光加以抑制，在激光器出口处加光隔离器[3]可以解决此问题。

3.1.2 激光功率与激光重复频率的影响
        能量E为功率P与时间t的乘积，当切割速度不变时，即激光照射时间恒定，随着激光输出功率增大，单位时间内材料获得的能量增加，材料温度升高，导致热影响区变宽，形变增大，切缝宽度也随之变大。

        当激光功率一定时，照射的时间越长，钢片获得的能量就越多，热量会传导到非加工区，且钢片本身热容量小，因此，会使钢片温度急速升高而导致热变形。因此，激光精密切割与传统的大功率切割的区别在于采用脉冲工作模式。脉冲优势在于金属熔化所需的能量在极短的时间内被带入，零件的整体加热较低，不会发生连续激光加工过程中的过热现象以及不希望出现的熔化现象。

        激光以脉冲方式工作，是利用高能量密度在瞬间熔化和气化材料，在钢片上打一系列连续的孔得到连续的切缝，实现对钢片的连续切割。在这个过程中，相邻激光光斑的重程度即光斑的重率是关键的参数，它是指相邻光斑重面积占光斑面积的百分比，可由简单的几何关系得出（在切割过程中打在钢片上的光斑变形小，可以认为仍是圆形的），它与激光重复频率、脉冲宽度和切割速度有关。如图4所示，它对切边的光滑度和切缝宽度都有较大的影响，重率越高则切边越平滑质量就越好。

        在其它参数不变时，重复频率越高，单脉冲与材料作用的时间就越短，则热效应越小，切缝宽度也就越小。同时重复频率越大，光斑的重率就越高，切边效果也越好。因此，提高激光的重复频率可以提高切割质量。早期国外的模板切割机均采用YAG激光器，而StencilCut则采用光纤激光器，主要原因是光纤激光器有诸多优点，第一，切割质量高：激光重复频率高，因此，切边连续性佳，切割侧壁光滑；第二，使用成本低：不须更换灯管、去离子水及滤芯，可节约耗材成本；第三，产品性能好：功率低可节约电力成本，使用寿命长；第四，使用时方便：体积轻巧，组装方便，光路校正简单。

3.2 切割速度的影响
        切割速度决定了生产效率，在保证切割质量的前提下，尽量提高生产率，降低加工成本，对现代企业的发展是一个不容忽略的问题。
        当其它参数不变时，切割速度的变化意味着激光与材料的相互作用的时间变化，即激光能量密度的改变，切割速度越快，激光能量密度越小。当切割速度较低时，激光能量密度过大，使得切缝周围的材料也被熔化或气化，导致熔渣多切缝粗糙，切割质量较差。随着速度的提高，当达到一个合适的范围时，激光能量密度足够大，材料就会完全熔化或气化，在辅助气体的作用下去除材料，可以形成光滑均匀的切缝；速度增大到一个极限值时，材料获得的能量不足以使其完全熔化或者气化，就不能完全切割材料；另外，当重复频率一定时，切割速度提高到一定程度就会使切缝由平直状态变成不连续的小孔，因此，存在一个临界速度，大于这个临界值时，切割就变成打孔。

3.3 辅助气体的影响
        激光切割采用辅助气体是为了排除切口中的熔融物质，使切割过程得以顺利的持续进行，同时，保护镜头免受损伤，另外，如果辅助气体和被切割材料发生放热反应的话，还可以为切割提供额外的能量，加速切割的进行。

3.3.1 气体种类的影响
        在切割铁及其合金时，通常采用O2作辅助气体，铁与氧气可以发生剧烈氧化反应，给切割提供额外的热量，因此，与惰性气体或氮气比较，使用氧气能有效地提高切割速度。SMT模板通常采用不锈钢片，使用氧气切割可以获得非常好的效果。

        StencilCut系列切割机采用工业氧气作为辅助气体，反应充分，而国外设备使用的是压缩空气，其中只有五分之一是氧气。相比之下，采用工业氧气的优点有：较少的气体消耗量、较小的气压、较小的激光功率和较快的反应速度；在同样的激光功率情况下，工业氧气可以达到较大的切割深度；在同样的板厚情况下，氧气切割可以获得较高的切割速度。

3.3.2 气体压力、喷嘴结构和喷嘴位置的影响
        激光切割对辅助气体的基本要求是进入切口的气流量大、速度高，以便有足够的动量将熔融材料喷出，并有充足的气体与材料发生充分的放热反应。气体压力和气体流量是重要的参数，氧气压力越大，流速越高，燃烧化学反应和除去材料的速度也就越快。同时，也可以使切缝出口处反应产物快速冷却。在附近的非切割区域，气体作为冷却剂，缩小热影响区。但气体的压力并非越大越好，当气体压力过低时，切口处熔融材料排除不尽，会形成毛刺及降低切割速度；随着气体压力的增大，气体流动量增大，排渣能力提高，可获得较光滑的切边；但压力过高时，不仅增加了气体的消耗量，还会使气流紊乱，在工件表面形成涡流，降低了除渣效果，切缝宽度也会稍有增大。因此，选择合适的气体压力才能得到较为理想的切割质量。

        在激光切割过程中，激光光束要穿过喷嘴产生气体流场，喷嘴的形状和喷嘴的位置对气体的流速和流场的分布有很重要的影响。气体折射率和密度有关，气压过大时会在流场中产生激波[4]，在激波处气体的密度会发生突变，激光就会在不同层的气流界面之间发生折射，从而导致焦点位置发生变化，对切割速度和切边质量产生影响。

3.4 机构和电控部分的影响
        高精密激光切割除了要有一把好“刀”之外，还要有一个高精密的平台。激光切割的尺寸精度主要取决于切割设备的机械精度和控制精度。当采用脉冲激光并使用高精度的切割设备与控制技术时，尺寸精度达到微米级。长期以来，国内无法掌握精确定位的技术，激光精密切割一直被国外垄断。

        机台的稳定性和平台的机械精度是保证模板准确的开口位置和开口尺寸的基本要求，在设计和安装StencilCut的机构部分时都有严格要求[5]，控制部分采用死循环控制系统，即装有位置检测反馈的伺服系统，其精度主要取决于测量组件的精度和数模转换器的精度，其中测量组件即光学尺的最小刻度是0.5μm，组装之后经过激光干涉校正，利用激光干涉仪测定平台移动距离，与实际给定距离比较后，以运动控制器对移动误差给予补偿，使移动距离达到所设定之目标。这样可使整机的定位精度达3μm，重复精度达±1μm。

3.5 软件部分的影响

        操作软件除了具备稳定性高、功能齐全、操作简便及界面友好四个基本要求外，还要对激光切割中的一些特殊问题应具有处理能力，以此弥补设计和转档过程中的缺陷和不足。

3.5.1 图形转文件
        在印刷过程中，SMT模板上90°的转角部分在使用过程中会产生滞留锡膏的现象，这对此模板的后续使用和清洁造成影响，同时也会对焊锡效果造成焊锡不足、拉尖、崩塌等现象。对此问题，在设计SMT模板开口时，若把直角换为圆弧导角则会有所改善，但是，由于软件的差异及操作人员的作业水平参差不齐，导致在

 转换CNC文档过程中，圆弧导角部分会变为由一段一段短直线或短圆弧组成的不规则曲线，这样，在很大程度上降低了SMT模板的生产效率及品质，因此，各公司都在努力寻求此问题的解决方案，但此前的方案都较为繁琐而且并不完善。木森科技经过多年的努力，在自主开发StencilCut的软件中解决了这个问题，并且实施简单，操作方便，效果良好，转档时可以将源文档中的圆弧完美的转出。如图5所示，图中的黑色方块即线段的两个端点，可以看到不良的转档会将圆弧变成很多短直线，而StencilCut可以将圆弧完美的转出。

3.5.2 路径优化
        由于设计软件和绘图人员等差异，转出的图文件在切割时切割路径会显示出很大的随意性，这样无疑会增加切割时间，降低生产效率，因此，切割前必须对路径进行优化，目前，路径优化的算法种类繁多，研究人员亦不少，但最终要看的效果有两方面：一是路径的优化率；二是优化时间的长短。StencilCut所配套的套装软件中集成了路径优化的功能，运算速度快，路径优化率高，可达60%以上，就是说在相同的切割速度下，只需要原来40%的时间。其效果如图6所示。

4 结束语
        尽管在工艺参数方面做了最合理的配置及优化，但是仍不可避免地形成金属熔渣而造成孔壁粗糙，有毛刺的产生，增大了开口孔壁的摩擦力，使锡膏的脱模质量变差，也影响组件的印刷效果。为了改善激光模板的这个缺点，可以通过电抛光达到此目的。激光模板通过电抛光后可以去除毛刺提供光滑的孔壁，提高了模板的下锡能力。图7所示是抛光前后的对比。之后经过绷网、加框之后就成为模板，可以在印刷机上使用了。

参考文献
[1] Reinhart Poprawe，激光制造工艺：基础、展望和创新应用实例[M]（张冬云译）。北京：清华大学出版社，2008。
[2] 周炳琨，高以智，陈倜嵘，陈家骅，激光原理[M]。北京：国防工业出版社，2004。
[3] 廖健宏，蒙红云等，光纤激光精密切割系统的研制及其应用[J]。中国激光，2007，34（1）:28~32
[4] 陈一坚，刘建华等，激光切割喷嘴及流场分析综述[J]。宇航材料工艺，1999，（2）
[5] 彭信翰，高精密长行程定位运动系统之设计研究[D]。台中：中兴大学，1994