CO2激光钻孔机.docVIP

一、项目情况 1、项目介绍 激光钻孔是PCB行业中重要的一环，CO2激光钻孔机是用于激光钻孔的设备。根据2013年的市场分析预测，全球智能手机市场规格将突破2亿支门坎，HDI技术作为智能手机生产制造的必要技术，得到越来越广泛的应用。随着HDI板产量的增多，CO2激光钻孔机的需求也日益增长。作为CO2激光钻孔机生产制造的老牌公司，三菱、日立垄断了大部分CO2激光钻孔机的市场，国内厂商大族数控作为后起之秀正在奋起直追，在扩展已有国内市场的基础上，正在积极开发海外市场。 公司作为专门研发PCB生产设备的制造商，必须在PCB激光加工设备中占有一席之地，而作为PCB激光加工设备中应用数量仅次于LDI的CO2激光钻孔机，可以作为一个很好的突破口。开发CO2激光钻孔机，既可以丰富公司PCB生产制造解决方案，又可以加深拓展公司在PCB设备领域的技术积累和研发实力。开发CO2激光钻孔设备，对于提升公司综合竞争力，提升品牌影响力增加市场竞争筹码，提升开拓新市场的资本具有重要意义。 本项目立足于开发一款双光束双台面CO2激光钻孔机，计划采用高性能的CO2激光器、高速扫描振镜系统、高速高精度XY运动平台、高精度的机器视觉系统以及稳定可靠的专用光学系统，使本设备具有高速高效、高精度、高稳定性和低运行费用等特点。 项目的技术分析 CO2激光钻孔机作为一种先进的光机电一体化装备，通常由4大部分组成：550 mm * 650 mm * 2 X、Y平台最大移动速度 50 m/min XY平台定位精度 ±5 um 加工轴数 2 振镜扫描频率 2500 Hz * 2 (Max.) 振镜扫描范围 71 * 71 mm (Max.) 振镜扫描精度 ±15 um 激光器 美国产CO2射频激光器 激光输出功率 400 W (Max.) 激光重复频率 10 KHz 自动上下料交换时间 10 sec 以内 自动上下料最小板面 300 * 300 mm 上下料料仓堆叠高度 200 mm 表一 整机技术指标 CO2激光钻孔光学系统 1）光路原理 激光钻孔机的基本工作原理就是透镜成像原理。在成像过程中，物就是光阑系统中各光阑的孔径大小，而像就是PCB板上所钻的孔大小。物距就是从光阑系统到振镜的X反射镜中心，；而像距会根据所选物距的不同而在毫米级的范围内略有变化。 考虑到钻机在工作时，f-θ扫描透镜的工作距离(即像距)一般情况下会略大于其焦距。因此，在选择光阑时往往要选择比理论计算小的光阑。但由于PCB板热性能的各向异性和有一定的破坏阈值，又要求选择口径比理论计算要大的光阑。所以，实际工作中往往会在理论计算光阑口径上、下来回选择光阑，用不同的光束能量进行测试。 2）设计方案 整个CO2激光钻孔光学系统由以下几个部分组成：激光器、光隔离系统、状态监控系统、可变束光学系统（BET）、光阑系统、分光系统、振镜扫描系统、f-θ聚焦镜、工作平台等部分组成。 系统的工作流程大致如下：激光器的输出光束经过BET系统改变光斑尺寸，经光阑系统后截取所需要的光斑入射到分光系统中，经分光系统分为两束激光，利用反镜镜将两束光分别偏转到不同的振镜扫描系统中，经过f-θ聚焦镜聚焦到工作台面进行样品的加工。在整个加工过程中，因为铜面对CO2激光的高反射率，为有效保护激光器免受后向反射光的影响，加入了光隔离系统。同时为监测整个加工状态，避免报废板的出现，引入了状态监控系统，分别监控加工是否有漏打以及加工能量是否稳定。 图一 CO2激光钻孔机光学设计方案设计一 图二 CO2激光钻孔机光学设计方案设计二 上图分别为以相干公司E350V激光器为基础设计的CO2激光钻孔机光学系统设计方案。 方案一的设计思路出发点是常用分光镜的分光比满足两轴加工对分光能量一致性的要求，此时采用方案一较为节省成本，而且光路安装调试比较简洁易于操作。两种方案的区别在于： a、方案二是分光镜满足不了两轴加工对分光能量一致性的要求时需采用的备选方案。通过TFP镜的配合使用来微调两路光的能量，使其满足加工要求。 b、方案二需要重新对光隔离系统做选型优化，以实现对激光器的有效防护，避免激光器寿命缩减。 c、方案二中第一面TFP镜也可与AOM结合使用，用于光束模式控制以及对加工能量做二次调整优化。 3)实验以及测试 光学部分还涉及到几大主要光学部件的实验台测试，样机上工作状态模拟测试。 E350V激光器前期测试 E350V激光器的测试主要是在不同条件下测试光束能量的稳定性、确定峰值功率是否达到要求、光斑尺寸和真圆度等，测试内容详见附表1-3。 振镜前期测试 目前分别有Scanlab公司振镜IntelliDRILL de 20数字振镜和GSI公司的Lightning II 20振镜可供选择。Scanlab公司振镜在