14 Мар 2011, admin

Для обработки поверхности трехмерных изделий используется специально разработанная компанией LPKF лазерная система 3D Laser, внешний вид которой приведен на следующем рисунке.

В качестве источника излучения в этой системе используется Nd:YAG лазер, работающий на 3-й гармонике с длиной волны 355 нм. Малая длина волны лазерного излучения позволяет сфокусировать луч в пятно малого диаметра, что не только обеспечивает необходимую для обработки материала плотность мощности, но и позволяет обрабатывать прецизионные проводящие дорожки шириной порядка 20 мкм. На выходе источника излучения установлен специальный дифракционный оптический элемент, осуществляющий выравнивание плотности мощности по поперечному сечению лазерного луча. Благодаря этому обеспечивается более равномерная обработка поверхности материала и на краях обрабатываемого участка не возникает областей частичного подплавления.

Для перемещения сфокусированного лазерного луча по поверхности обрабатываемого изделия используется специальная зеркальная отклоняющая система. Причем в отличие от других лазерных станков LPKF, предназначенных для обработки плоских материалов, в системе 3D Laser необходимо перемещать пятно фокусировки по трехмерной поверхности объекта. Поэтому кроме двух управляемых зеркал отклоняющей системы используется дополнительный оптический элемент, обеспечивающий перемещение фокуса в продольном направлении. В результате сканирование луча осуществляется по объему 200 х 200 х 50 мм3.

Оптическая схема системы 3D Laser приведена на следующем рисунке:

Но даже трехмерное управление лазерным лучом может не позволить обработать всю поверхность изделия. Ведь при сложной его форме возможно образование затененных участков поверхности. Поэтому само обрабатываемое изделие закрепляется на координатном столе с еще пятью (!) степенями свободы. Позиционирование по горизонтальным осям осуществляется в диапазоне 200 х 200 мм с точностью ±4 мкм, диапазон перемещения по вертикальной оси составляет 300 мм ±3 мкм. Кроме этого обеспечивается вращение заготовки вокруг вертикальной оси в диапазоне 360° с точностью 10« и вокруг горизонтальной оси в диапазоне ±90° с точностью 10«. Теперь уж лазерный луч достигнет практически любого участка поверхности.

На следующем рисунке приведен пример изготовления корпуса измерительного прибора методом прямого лазерного структурирования. Все детали измерительной схемы смонтированы непосредственно на внутренней поверхности корпуса прибора:

Необходимо отметить, что использование станка LPKF 3D Laser не ограничивается только прямым лазерным структурированием поверхности. В некоторых случаях, например при монтаже сравнительно мощных схем, требующих изготовления проводящих дорожек большой ширины и/или толщины, метод прямого лазерного структурирования может оказаться экономически нецелесообразным. Удобнее нанести проводящее покрытие на всю поверхность изделия с последующим травлением печатных проводников. В этом случае установка LPKF 3D Laser может использоваться либо для экспонирования фоторезиста, либо для прямого его удаления с необходимых участков поверхности перед ее травлением.

На следующем рисунке приведен пример изготовления малогабаритного паяльника с использованием лазерной обработки фоторезиста. В этом случае экспонирование фоторезиста сквозь контактную маску было невозможным из-за наличия элементов конструкции, значительно выступающих над поверхностью платы:

Заключение

В этой статье мы познакомили вас еще с одним направлением деятельности компании LPKF. По сравнению с обычными методами лазерная обработка материалов позволяет не только значительно повысить точность изготовления печатных плат, но и выводит процесс производства на новые технические уровни — формирование соединительных плат высокой плотности или создание проводящей структуры на трехмерной поверхности изделий.

Но использование технологии лазерной обработки материалов не ограничивается непосредственно обработкой самих плат. Лазерная обработка завоевывает все большее распространение, например, в традиционных методах поверхностного монтажа компонентов. Если раньше трафареты для нанесения паяльной пасты на поверхность печатной платы изготавливались чаще всего методом травления, то теперь и здесь на смену химическим пришли лазерные методы обработки. А это позволило не только значительно повысить качество и точность при производстве трафаретов, но и перейти к использованию принципиально иных материалов.