本文利用UV355激光器作為激光源和自行設(shè)計(jì)的光路系統(tǒng)，研制出UV355 PCB柔性加工機(jī)床，通過(guò)對(duì)激光加工工藝和PCB制作工藝的研究，開(kāi)發(fā)出具有鉆孔、切割、成型、刻板等多種功能于一體的數(shù)控系統(tǒng)。UV355 PCB柔性加工機(jī)床為目前PCB發(fā)展中的幾個(gè)關(guān)鍵性工藝難題提出了解決方案。
隨著印制線(xiàn)路技術(shù)的發(fā)展，多層板、撓性印制電路板FPC、剛撓結(jié)合板、HDI/BUM基板的市場(chǎng)份額越來(lái)越大，傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法越來(lái)越顯得無(wú)能為力，而RF二氧化碳激光打孔也存在著工藝復(fù)雜、精度和質(zhì)量有限等問(wèn)題，所以市場(chǎng)需要一種精度更高、加工質(zhì)量更高和工藝簡(jiǎn)單的一種新設(shè)備來(lái)滿(mǎn)足需求。UV355 PCB柔性加工機(jī)床采用美國(guó)理波公司生產(chǎn)的J80-H1O-355QW型半導(dǎo)體泵浦固體激光器，輸出波長(zhǎng)355nm，光束質(zhì)量?jī)?yōu)秀，可以在柔性線(xiàn)路板的聚酰亞胺和金屬層式電路上直接鉆孔、切割復(fù)雜形狀等，并町以完成高密度柔性線(xiàn)路板的成型，可以切割SMT金屬模板等。是今后PCB行業(yè)朝向高密度和高精密方向快速發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)。
1 機(jī)床加工機(jī)理和控制原理
該機(jī)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(jiàn)波段的激光器相比，其波長(zhǎng)更短，聚焦光斑更小，光子的能量更高。UV355激光器產(chǎn)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(guò)程稱(chēng)為“光蝕”效應(yīng)，這種“冷”加工出來(lái)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(xiàn)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(xiàn)路板的制作工序。
該機(jī)床的控制系統(tǒng)主要有工控機(jī)、激光運(yùn)動(dòng)控制卡、CCD線(xiàn)陣的工件安裝形位誤差糾偏系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和相應(yīng)的控制軟件組成等幾部分組成。它是一個(gè)有機(jī)的整體，保證了直線(xiàn)電機(jī)工作臺(tái)、振鏡系統(tǒng)、CCD定位系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致加工出高質(zhì)量的工件。其控制原理如圖1所示。
圖1 控制系統(tǒng)原理圖
將加工工件任意擺放在工作臺(tái)上之后，由線(xiàn)陣CCD進(jìn)行檢測(cè)馬克點(diǎn)(或是自定義的特殊點(diǎn))，根據(jù)文件數(shù)據(jù)和檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，計(jì)算出工件的位置及偏擺角度，根據(jù)這工件的位置和偏擺角度對(duì)文件數(shù)據(jù)進(jìn)行處理(這一步驟主要在成型線(xiàn)路板時(shí)使用)。加工數(shù)據(jù)及控制指令通過(guò)控制軟件傳輸?shù)郊す饪刂瓶?，控制卡將?shù)據(jù)分為三路：第一路控制振鏡系統(tǒng)，根據(jù)指令經(jīng)過(guò)16位D/A轉(zhuǎn)換控制振鏡運(yùn)動(dòng)；第二路控制伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)控制著工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)位置、運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)速度；第三路控制激光器的開(kāi)關(guān)及激光的能量大小。從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床的所有功能。
2 光路系統(tǒng)的組成和選擇
光路系統(tǒng)是一臺(tái)激光工業(yè)設(shè)備必備的一部分，在該機(jī)器的光路系統(tǒng)中，包括反射鏡、擴(kuò)束鏡、掃描振鏡、場(chǎng)鏡幾部分。光路原理如圖2所示。
圖2 光路系統(tǒng)圖原理圖
(1)反射鏡
激光反射鏡主要起引導(dǎo)激光束的作用，使用適當(dāng)材料制作反射鏡，可以將原來(lái)直線(xiàn)傳播的激光束轉(zhuǎn)到需要的任意方向上。
(2)擴(kuò)束鏡
擴(kuò)束鏡是能夠改變激光光束直徑柵發(fā)散角的透鏡組件，主要有以下兩個(gè)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(duì)振鏡造成的損傷；其二是壓縮光束的發(fā)散角，發(fā)散角的壓縮倍率和光束擴(kuò)束倍率相同。所以采用擴(kuò)束鏡可以減小聚焦光斑直徑，提高激光功率密度，達(dá)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(jī)和反射鏡組成，反射鏡是由電機(jī)控制做高速擺動(dòng)，引導(dǎo)激光束。振鏡一般是成對(duì)使用，正交安裝，分別負(fù)責(zé)x、Y方向的掃描。
(4)平場(chǎng)透鏡(F-Theta透鏡)
在振鏡系統(tǒng)中，光束經(jīng)振鏡掃描，若用普通透鏡聚焦后，掃描的焦平面將在一個(gè)球面上，難以滿(mǎn)足使用要求，因此必須用特殊的透鏡——平面場(chǎng)鏡加以校正，這種透鏡能夠保證平面聚焦，可以滿(mǎn)足在整個(gè)掃描范圍內(nèi)，聚焦光斑均勻，直徑不變。
光路系統(tǒng)的選擇主要依據(jù)激光波長(zhǎng)、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(tǒng)對(duì)機(jī)床最終的加工質(zhì)量有著非常重要的影響。
3 控制系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)
該機(jī)床的控制系統(tǒng)是采用PC+控制卡的開(kāi)放式系統(tǒng)。該軟件系統(tǒng)建立在界面友好的VB開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，以對(duì)目前出現(xiàn)的不同CAD文件全面解剖為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)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<
