600007 г. Владимир, ул. 16 лет Октября, д. 68А, литер "Ф", этаж 2, помещение 12
+7 (4922) 53-10-31
info@skb-proton.ru

Достижение точности и скорости при изготовлении печатных плат

Преобразователи частоты

Усовершенствованные контроллеры могут помочь оптимизировать лазерную обработку, обеспечивая точную синхронизацию этапов лазерной обработки и позиционирования, а также помогая удовлетворить спрос на более высокую точность при изготовлении печатных плат.

Уоррен Гарвард • Страновой менеджер, Великобритания
Скотт Джордан • Руководитель отдела фотоники
Физические инструменты (ПИ)

Современные электронные устройства, от смартфонов и ноутбуков до кухонной техники и носимых устройств, построены на печатных платах. Они являются важными компонентами, которые обеспечивают физическую структуру и электрические соединения, необходимые для правильной работы устройства. Однако растущий спрос и возрастающая сложность в постоянно расширяющемся спектре применений поставили перед производителями новые задачи. Мельчайшие детали в сложных системах требуют еще более высокого уровня точности, а требования рынка требуют увеличения производительности. Системы точного перемещения для управления лазерами сыграли ключевую роль в решении этих проблем и способствуют развитию производства печатных плат, особенно в таких процессах, как изготовление трафаретов и лазерная прямая визуализация (LDI).

Потребность рынка электроники в более компактных и мощных устройствах привела к появлению все более мелких компонентов, что создает серьезную проблему для производства печатных плат, где уменьшение размеров требует еще большей точности в процессах сборки и пайки. Производство трафаретов и LDI доказали свою полезность в решении этой проблемы и предлагают практичные и эффективные альтернативы для достижения высокой точности, быстрых производственных циклов и повышенной гибкости производственных трубопроводов.

Изготовление трафаретов для печатных плат и LDI
Первый из этих подходов — трафареты для печатных плат, которые обычно изготавливаются из нержавеющей стали и имеют вырезанные лазером отверстия для точного регулирования количества паяльной пасты, наносимой на контактные площадки. С появлением миниатюризации эти отверстия уменьшились в размерах, что делает крайне важным использование механических систем для их вырезания с еще более точной синхронизацией движения и лазерным управлением. В то же время часто необходимы «многоуровневые» трафареты, что создает еще один уровень сложности там, где обычных плоскостей X-Y уже недостаточно, и требуется дополнительная Z-плоскость для создания пустот для оптимизации контроля паяльной пасты или решения проблем копланарности. Портальные системы перемещения, используемые для изготовления трафаретов, теперь должны обеспечивать две или три линейные степени свободы — конфигурации X-Y или X-Y–Z, — а также необходимые увеличенные расстояния перемещения и высокую скорость.

Альтернативный метод LDI становится все более распространенным методом изготовления печатных плат благодаря своей исключительной точности и способности создавать элементы небольших размеров, необходимые для современной электроники. Вместо того, чтобы полагаться на традиционные процессы получения изображений с помощью фотоинструментов, которые могут привести к искажениям или ухудшению качества, LDI использует лазеры для непосредственного построения схем на плате. Тем не менее, этот подход требует высокой точности в плоскости X-Y для поддержания прямолинейности и минимизации ошибок рыскания. Линейные двигатели являются хорошим вариантом для этой цели, поскольку они могут обеспечить превосходное регулирование скорости во время сканирования. Ступени с воздушными подшипниками также являются распространенным выбором, демонстрируя превосходные характеристики рыскания, в то время как оптимизированные ступени с механическими подшипниками обеспечивают высокую стабильность.

Лазерная обработка
Как производство трафаретов для печатных плат, так и LDI основаны на точной высокопроизводительной лазерной обработке, которая требует подключения систем перемещения, обеспечивающих исключительный уровень контроля, к быстрым и надежным сетям автоматизации. Самые последние версии этих систем обеспечивают непревзойденную гибкость для точной настройки производственных процессов, позволяя одновременно управлять сервоприводами и гальванометрическими сканерами (galvos) без необходимости быть специалистом по лазерам или автоматизации. Эти системы обеспечивают широкое поле обзора (FOV), устраняют ошибки сшивания и используют интеллектуальные контроллеры для оптимизации движения и, следовательно, самого производственного процесса.

Первый из этих факторов, широкий угол обзора, важен для производителей печатных плат, поскольку позволяет одновременно проверять и обрабатывать большие участки печатных плат, что помогает повысить эффективность и производительность. Это может быть особенно полезно при работе с более крупными или сложными конструкциями печатных плат. Существует также возможность комбинировать galvos с сервоприводами, чтобы при необходимости создать расширенное поле обзора (EFOV), еще больше увеличивая область, доступную лазеру. Однако эти системы имеют разные принципы и требования, что означает, что управление galvo обычно осуществляется отдельно от управления соответствующей ступенью движения. В результате обе платформы часто работают поэтапно, обычно называемым «шагом и сканированием», при этом платформа перемещает поверхность для скрайбирования в центр поля зрения galvo, а управление передается от системы перемещения к galvo. Основным недостатком такого подхода «запуск и остановка» является то, что он по своей сути неэффективен, ограничивая пропускную способность. Но это также может привести к видимым разрывам или ошибкам сшивания на стыках, где сканирование должно выполняться в два отдельных этапа.

Введение контура обратной связи, в принципе, позволило бы сканеру обнаруживать и компенсировать подобные ошибки перемещения сцены. Однако это создает задержку между обнаружением сканером и исправлением ошибок, что все равно приведет к неточностям, особенно в приложениях, требующих высокоскоростного перемещения, например, несколько метров в секунду или более. Эти погрешности могут составлять около 25 микрон, что может быть значительным для применений, связанных с лазерной обработкой мелких деталей. Естественно, растет интерес к преодолению проблем, связанных с ошибками сшивания, и это привело к разработке систем управления, которые объединяют высокоскоростные лазерные системы galvos и более крупные платформы перемещения в единый интерфейс контроллера. Эти системы обеспечивают непревзойденную гибкость при лазерной обработке за счет эффективного совмещения малого поля зрения сканера с большим расстоянием перемещения рабочей поверхности, обеспечивая плавное непрерывное сканирование. Такой подход также повышает производительность – особенно в отношении погрешностей прецизионной траектории – и оказывает большое влияние на пропускную способность.

Интеллектуальные контроллеры
Даже при использовании самых совершенных систем перемещения все равно могут возникать ошибки при превышении пределов механического ускорения, но замедление процесса часто является неосуществимым решением. Усовершенствованные контроллеры движения, такие как модели A–824 и G-900 на базе ACS, оснащенные интеллектуальным программным обеспечением и возможностью подключения по EtherCAT от PI, преодолели эту проблему, внедрив интеллектуальный «взгляд в будущее’. Эта функция автоматически снижает скорость лазера в областях, где ошибки могут превышать технические характеристики, особенно в случаях резких поворотов. Другой стратегией оптимизации качества поворота является «небесное письмо», метод, который исключает резкие изменения скорости или внезапные остановки, сокращая время обработки и сводя к минимуму ошибки. Возможность точной настройки мощности лазера, размещения импульсов и даже включения и выключения лазера по мере необходимости имеет решающее значение. Привязка мощности лазера или, что более уместно, выходной мощности лазерного импульса непосредственно к скорости траектории движения позволяет оптимизировать качество лазерной резки. Достижение такого уровня контроля требует бесперебойной связи между контроллером движения и лазерным источником, что с легкостью обеспечивает модуль управления лазером ACS. Эти технологии позволяют производителям удовлетворять растущий спрос на печатные платы и выполнять все более строгие требования к конструкции с исключительной точностью, при этом значительно повышая качество и производительность.

Физические инструменты (ПИ)
www.pi-usa.us/en/