Установка лазерной размерной обработки

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ЛАЗЕРНОЙ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ(71) Заявитель Научно-производственное общество с ограниченной ответственностью Прецизионные технологические системы(72) Авторы Гронский Станислав Ильич Караев Альберт Львович Погорелов Геннадий Васильевич Ретюхин Георгий Евгеньевич(73) Патентообладатель Научно-производственное общество с ограниченной ответственностью Прецизионные технологические системы(57) Установка лазерной размерной обработки, содержащая основание с закрепленными на нем линейным шаговым приводом для перемещений предметного стола с обрабатываемым изделием по координатам , у, , чугунной платформой, поднятой на опорах над плоскостью предметного стола, с направляющими для крепления на ней излучателя лазера с неподвижным лучом, оптико-механического устройства с зеркалом для направления луча перпендикулярно плоскости стола и фокусирующим объективом, электронный блок управления и управляющий компьютер, отличающаяся тем, что оптико-механическое устройство имеет механизм вертикальных перемещений объектива с шаговым электроприводом, связанным посредством блока управления с управляющим компьютером для задания величины перефокусировки объектива, расчета дискретности и количества циклов обработки по толщине изделия и количества проходов линейного шагового привода под лучом лазера. 48542008.12.30 Полезная модель относится к оборудованию для лазерной размерной обработки и имеет первичное применение для сверления отверстий, прецизионной резки и контурной вырезки широкой номенклатуры материалов радиоэлектроники, обладающих высокой твердостью, термо- и радиационной стойкостью. К таким материалам относится поликор,другие виды алюмооксидной керамики, керамика типа , сапфир, а также полупроводниковые материалы кремний, арсенид галлия и т.д. Платы СВЧ модулей современной радиоэлектронной аппаратуры изготавливаются,как правило, на диэлектрических подложках названных материалов толщиной 0,25-2,00 мм,диаметры отверстий для электрических соединений между слоями многослойных конструкций плат 50-200 мкм. После проведения лазерной обработки поверхность материала должна оставаться ровной, а вырезанные контуры должны иметь высокую точность размеров и геометрических форм и равномерное сечение по толщине. Известна лазерная технологическая установка Кварц 1, содержащая двухкоординатный стол, 2 лазерный излучатель, длина волны излучения 10,60 мкм с возможностью работы в непрерывном и импульсном режимах, оптические элементы фокусировки лазерного луча, систему числового программного управления. Излучение СО 2 лазера с длиной волны , 10,60 мкм является для керамических материалов плат наиболее эффективным по производительности обработки. Отверстия малых диаметров простреливаются за счет сублимации материала и выглядят как кратер с буртиком со стороны воздействия излучения, с неровными краями с обратной стороны. Отверстия имеют конусные либо бочкообразные сечения. Диаметры отверстий имеют существенные отклонения от номиналов. Подложки с такими дефектами бракуются. Операции механической зачистки поверхностей и диаметров отверстий значительно увеличивают трудоемкость и стоимость изделий. Наиболее близким прототипом являются машины лазерные для прецизионной микрообработки серии МЛ 1 (МЛ 1-1, МЛ 1-12) 2. Машины серии МЛ 1 содержат опорный каркас, лазерный импульсный Аизлучатель, длина волны излучения 1,06 мкм, оптическую систему с силовым объективом,предметный стол с координатной системой, блок управления и управляющий компьютер. Перемещение предметного стола по координатеиспользуется для фокусировки излучения в зоне обработки. Использование А-лазера с длиной волны излучения 1,06 мкм дает по сравнению с СО 2 лазером значительно лучшую чистоту обработки. Недостаток - неравномерность сечения отверстий по толщине материала, отклонение от номинальных значений диаметра по сечению. Возможность управления перефокусировкой объектива и автоматическая перефокусировка для обеспечения требуемого уровня качества в процессе обработки отсутствуют. Задача, для решения которой создано заявляемое оборудование, состоит в повышении точности геометрических форм и размеров, внутренних и наружных контуров обработки,а также точности размеров и геометрических форм кристаллов при скрайбировании и резке кремния, арсенида галлия и других материалов. Поставленная задача достигается тем, что установка лазерной обработки содержит основание с закрепленными на нем линейным шаговым приводом для перемещений предметного стола с обрабатываемым изделием по координатам , у, , чугунной платформой,поднятой на опорах над плоскостью предметного стола, с направляющими для крепления на ней излучателя лазера с неподвижным лучом, оптико-механического устройства с зеркалом для направления луча перпендикулярно плоскости стола и фокусирующим объективом, электронный блок управления и управляющий компьютер, а оптико-механическое устройство имеет механизм вертикальных перемещений объектива с шаговым электро 2 48542008.12.30 приводом, связанным посредством блока управления с управляющим компьютером для задания величины перефокусировки объектива, расчета дискретности и количества циклов обработки по толщине изделия и количества проходов линейного шагового привода под лучом лазера. Принцип работы оборудования основан на следующем. Под воздействием на изделие импульсом сфокусированного лазерного излучения высокой плотности мощности на поверхности изделия образуется лунка. Частичное перекрытие лунок вследствие перемещения предметного стола относительно неподвижного лазерного луча образует лазерный рез. В оборудовании используется А-лазер, работающий в квазинепрерывном режиме с акустооптической модуляцией добротности. Режим акустооптической модуляции добротности обеспечивает получение больших величин пиковой мощности, что в сочетании с небольшой длительностью ( 150 н) и высокой частотой следования импульсов (до 50 кГц) позволяет получать чистоту обработки труднообрабатываемых материалов с шероховатостью в единицы микрон. Одним из эффективных способов реализации этих возможностей лазерной обработки является способ послойного снятия материалов, реализованный в нашем оборудовании за счет возможности управления перефокусировкой объектива механизмом вертикальных перемещений. Суть конструкции полезной модели поясняется фиг. 1. Установка лазерной размерной обработки содержит основание 1 с закрепленными на нем линейным шаговым приводом 2 для перемещений предметного стола 3 с обрабатываемым изделием 4 по координатам , у, , чугунной платформой 5, поднятой на опорах 6 над плоскостью предметного стола 3, с направляющими для крепления на ней излучателя лазера 7 с неподвижным лучом, оптико-механического устройства 8 с зеркалом 9 для направления луча перпендикулярно плоскости стола и фокусирующим объективом 10, электронный блок управления 11 и управляющий компьютер 12. Оптико-механическое устройство 8 имеет механизм вертикальных перемещений 13 объектива с шаговым электроприводом 14, связанным посредством блока управления 11 с управляющим компьютером 12 для задания величины перефокусировки объектива 10, расчета дискретности и количества циклов обработки по толщине изделия и количества проходов линейного шагового привода 2 под лучом лазера 7. Работа на установке осуществляется следующим образом излучатель лазера 8 и элементы оптико-механического устройства 9 выставляются на чугунной платформе 6 в соответствии с длинами отрезков оптической схемы установки. Оптико-механическое устройство 6 с помощью системы линз и зеркала 10, других элементов и регулировок обеспечивает совмещение энергетического и оптического трактов и трансляцию излучения строго перпендикулярно плоскости предметного стола 3. В наладочном режиме, контролируя чистоту и глубину реза на тестовой подложке, с помощью вертикальных перемещений объектива достигают оптимального режима обработки. Шероховатость получаемого контура не должна превышать 1 мкм, конусообразность стенок реза минимальна (контроль названных параметров осуществляется известными стандартными методами). Для получения необходимого результата обработка тестовой пластины может проводиться несколько раз. Установленная таким образом глубина обработки заносится в раздел Параметры обработки управляющего компьютера как величина перефокусировки объектива. На основании полученной информации управляющий компьютер самостоятельно рассчитывает дискретность и количество циклов обработки по толщине изделия и количество проходов линейного шагового привода под лучом лазера. После размещения обрабатываемого изделия на предметном столе линейный шаговый привод по команде управляющего компьютера выходит в заданные координаты зоны 3 48542008.12.30 обработки. Алгоритм обработки выполняется в соответствии с установленными компьютером параметрами. На фиг. 2 схематически представлен алгоритм технологических переходов. Автоматическая перефокусировка объектива в процессе обработки позволяет производить послойное снятие материала, обеспечивая при этом точность геометрических форм и размеров контуров с ровными стенками в сечении. Процесс обработки отображается на мониторе управляющего компьютера в графическом виде с изменяющимся цифровым комментарием по мере снятия материала. Заявляемое техническое решение обеспечивает повышение точности геометрических форм и размеров, внутренних и наружных контуров обработки за счет наличия в конструкции установки механизма вертикальных перемещений объектива с шаговым электроприводом автоматического управления перефокусировкой объектива в процессе лазерной обработки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4