本文利用UV355激光器作為激光源和自行設計的光路系統,研制出UV355 PCB柔性加工機床,通過對激光加工工藝和PCB制作工藝的研究,開發出具有鉆孔、切割、成型、刻板等多種功能于一體的數控系統。UV355 PCB柔性加工機床為目前PCB發展中的幾個關鍵性工藝難題提出了解決方案。

    隨著印制線路技術的發展,多層板、撓性印制電路板FPC、剛撓結合板、HDI/BUM基板的市場份額越來越大,傳統的機械加工方法越來越顯得無能為力,而RF二氧化碳激光打孔也存在著工藝復雜、精度和質量有限等問題,所以市場需要一種精度更高、加工質量更高和工藝簡單的一種新設備來滿足需求。UV355 PCB柔性加工機床采用美國理波公司生產的J80-H1O-355QW型半導體泵浦固體激光器,輸出波長355nm,光束質量優秀,可以在柔性線路板的聚酰亞胺和金屬層式電路上直接鉆孔、切割復雜形狀等,并町以完成高密度柔性線路板的成型,可以切割SMT金屬模板等。是今后PCB行業朝向高密度和高精密方向快速發展的關鍵性技術。

1 機床加工機理和控制原理

    該機床在采用UV355固體激光器作為激光源,UV355固體激光器與紅外和可見波段的激光器相比,其波長更短,聚焦光斑更小,光子的能量更高。UV355激光器產生高能黿的光子直接打斷聚合物的分子鏈,為冷加工,這一過程稱為“光蝕”效應,這種“冷”加工出來的部件具有光滑的邊緣和最低限度的炭化影響。用于柔性線路板的高精密加工,不僅可以得到較高精密度,而且可以減少線路板的制作工序。
    該機床的控制系統主要有工控機、激光運動控制卡、CCD線陣的工件安裝形位誤差糾偏系統、伺服系統和相應的控制軟件組成等幾部分組成。它是一個有機的整體,保證了直線電機工作臺、振鏡系統、CCD定位系統協調一致加工出高質量的工件。其控制原理如圖1所示。

圖1 控制系統原理圖

    將加工工件任意擺放在工作臺上之后,由線陣CCD進行檢測馬克點(或是自定義的特殊點),根據文件數據和檢測到的數據進行比較,計算出工件的位置及偏擺角度,根據這工件的位置和偏擺角度對文件數據進行處理(這一步驟主要在成型線路板時使用)。加工數據及控制指令通過控制軟件傳輸到激光控制卡,控制卡將數據分為三路:第一路控制振鏡系統,根據指令經過16位D/A轉換控制振鏡運動;第二路控制伺服系統,伺服系統控制著工作臺的運動位置、運動軌跡和運動速度;第三路控制激光器的開關及激光的能量大小。從而實現機床的所有功能。

2 光路系統的組成和選擇

    光路系統是一臺激光工業設備必備的一部分,在該機器的光路系統中,包括反射鏡、擴束鏡、掃描振鏡、場鏡幾部分。光路原理如圖2所示。

圖2 光路系統圖原理圖

    (1)反射鏡
    激光反射鏡主要起引導激光束的作用,使用適當材料制作反射鏡,可以將原來直線傳播的激光束轉到需要的任意方向上。
    (2)擴束鏡
    擴束鏡是能夠改變激光光束直徑柵發散角的透鏡組件,主要有以下兩個用途:其一是增大光束的直徑,降低振鏡上激光功率密度,減小激光對振鏡造成的損傷;其二是壓縮光束的發散角,發散角的壓縮倍率和光束擴束倍率相同。所以采用擴束鏡可以減小聚焦光斑直徑,提高激光功率密度,達到精密加工的目的。
    (3)掃描振鏡
    掃描振鏡是由高精度伺服電機和反射鏡組成,反射鏡是由電機控制做高速擺動,引導激光束。振鏡一般是成對使用,正交安裝,分別負責x、Y方向的掃描。
    (4)平場透鏡(F-Theta透鏡)
    在振鏡系統中,光束經振鏡掃描,若用普通透鏡聚焦后,掃描的焦平面將在一個球面上,難以滿足使用要求,因此必須用特殊的透鏡——平面場鏡加以校正,這種透鏡能夠保證平面聚焦,可以滿足在整個掃描范圍內,聚焦光斑均勻,直徑不變。
    光路系統的選擇主要依據激光波長、加工掃描速度和需要的聚焦光斑直徑,合理的選擇光路系統對機床最終的加工質量有著非常重要的影響。

3 控制系統的軟件開發

    該機床的控制系統是采用PC+控制卡的開放式系統。該軟件系統建立在界面友好的VB開發平臺上,以對目前出現的不同CAD文件全面解剖為基礎,開發出鉆孔、切覆蓋膜、成型、刻板、文字圖案五大功能模塊。
    (1)鉆孔
    在該模塊<

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