Технология за лазерно гравиране

шаблони за печатни платки в една технологична стъпка

Отправната точка на всеки технологичен процес са шаблони - графични изображения на слоевете на печатни платки. За да се постигне успешен резултат, качеството и точността на шаблоните са важни, тъй като в следващите етапи на дълга технологична верига качеството на оригиналния чертеж само се губи. Във всяко производство голямо внимание се обръща на оборудването за изработване на шаблони - плотери, които днес представляват високотехнологични устройства, най-често базирани на лазери, използващи съвременна електроника, прецизна механика и оптика. Сред най-обещаващите технически тенденции в развитието на плотерната технология могат да бъдат разграничени следните:

използването на лазери, които осигуряват висока физическа разделителна способност на запис на изображение, което е необходимо за висококачествени печатни платки;
прилагане на така наречения метод на растерен запис, когато изображението на слоя на печатната платка се подготвя предварително под формата на двуизмерна матрица от черно-бели пиксели с малък размер, съхранява се на компютър в растерен файл (bitmap) и след това се записва с лазерен лъч върху филмов материал;
дизайнът на плотери "външен барабан" осигурява максимална точност на запис на изображение, включително при продължителна работа;
прилагане на "сухи" технологии за записване на изображения върху материала, без етапи на мокра обработка, като например фотохимичната технология, която гарантира липсата на интензивно свиване и следователно висока геометрична точност на моделите;
използването на отворени шаблонни формати за съхранение на изображения при подготовката на данни - това гарантира съвместимостта на съвременните плотери с общи пакети за проектиране на печатни платки.

Сред производителите на плотери, следващи тенденциите, посочени по-горе, е българската фирма Алфа, която произвежда устройства от серията LaserGraver (фиг. 1). Системите LaserGraver реализират "суха" технология за производство на шаблони - термичен метод за запис на шаблонно изображение с фибролазерен лъч (активна среда итербий, IR лъчение) директно от управляващ компютър върху термично чувствителен филм.

Цялата процедура по изработване на шаблон в технологията LaserGraver се извършва в един запис, без допълнителна, включително фотохимична обработка. Методът за запис на изображението е растерен, така че всякакви модели се записват еднакво лесно и бързо: положителни и отрицателни, директни и огледални. Възможностите за проектиране на печатни платки се подобряват от лесното възпроизвеждане на всяка форма на проводници и подложки. Проводниците могат да бъдат прави, огънати, наклонени под всякакъв ъгъл, в зависимост от това какво изисква оптималното проектиране и технологично изпълнение на платката, по-специално това важи за така наречените безрешетъчни алгоритми за окабеляване. Подложките могат да бъдат във вид на сълза или да имат друга подходяща за производство форма. Това означава, че растерният метод, заедно с други функции, дава допълнителна гъвкавост на процеса на проектиране на печатни платки. Работата без реактиви и "тъмни стаи" с висока степен на автоматизация прави процеса на изработка на шаблони прост и удобен.

Използвайки технологията LaserGraver, записът се извършва върху термочувствителен филм, изработен от терморелаксиран лавсан (дебелина 175 или 100 микрона) с тънко (не повече от 5 микрона) черно покритие, подобно на лак. Именно това покритие се отстранява от лазера в областите на изображението, съответстващи набели пиксели. Можете да работите с такъв материал на дневна светлина, всъщност в офис условия. Важна характеристика на този филм е високата му оптична плътност (от 4,5 Dlog), която осигурява висок контраст на изображението, който е необходим за всеки процес на копиране при производството на печатни платки. Освен това оптичната плътност на черните области по време на запис остава непроменена и не зависи от параметрите на самата записваща система. Всъщност обработката идва с прагов ефект; преходът на кръстовището на черни и прозрачни полета няма гранична крива, характерна за фотографските филми, чиято стръмност намалява с увеличаване на експозицията (например, когато трябва да увеличите оптичната плътност).

Предимствата на технологията LaserGraver са добре допълнени от високата точност на прехвърляне на геометричните размери на модела на шаблона, постигната чрез използването на най-оптималния дизайн от гледна точка на дългосрочна стабилна работа "външен барабан". По време на работа барабанът, върху който детайлът е фиксиран с помощта на вакуумна скоба, непрекъснато се върти с висока скорост - това е една от координатите на сканирането на изображението. Другата координата се задава чрез преместване на оптичната каретка през фина винтова трансмисия. Точността на изпълнение на механични, оптични, електронни компоненти на оборудването LaserGraver позволява записване на шаблони с разделителна способност до 10 160 dpi (стъпка от 2,5 микрона), осигурявайки производството на печатни платки от 5-ти клас и дори микросглобки.

„Сърцето“ на лазерните плотери е, разбира се, самият лазер. Много технически данни на цялото оборудване зависят от неговите характеристики, надеждност и лекота на използване. Дългогодишният опит с технологията LaserGraver показва, че най-оптимални за внедряването й са т. нар. полупроводникови изпомпвани фибролазери.(активна среда итербий, IR радиация, фиг. 2). Това са изключително удобни и надеждни източници, които са идеални преобразуватели на светлинната енергия на лазерните диоди с оптична помпа в лазерно лъчение. Те не изискват водно охлаждане, нямат сменяеми износващи се компоненти и имат рекордна ефективност сред лазерите от този тип. Създаването на такива излъчватели е резултат от дългогодишно развитие на лазерната технология. С тях системите LaserGraver се превръщат на практика в офис оборудване, чиято степен на автоматизация и сигурност отговарят на съвременните европейски стандарти.

Съвместимостта не само със съвременните софтуерни пакети за подготовка на печатни платки, но и с такива популярни програми като PCAD 4.5 е важна характеристика на оборудването LaserGraver. Обикновено при инсталиране на нов плотер винаги стои въпросът за адаптиране на системите за дизайн на платката и софтуера на самия плотер. Но не и с LaserGraver!

„Безболезнеността“ на интегрирането на технологията LaserGraver във вече съществуващия процес на проектиране на печатни платки се основава на използването на съвременни подходи за работа с графични данни, използването на често използвани формати за описание на графична информация. В края на краищата, когато се изгради печатна платка или се разработи топология на микросборка и започне етапът на производство на шаблона, най-важни са графичните изображения на отделните слоеве, маски за запояване, маркировки и др. Очевидно е, че за работа с тези графични данни е препоръчително да използвате онези инструменти, които са специално проектирани за тези цели. В технологията LaserGraver обработката на тези шаблони се основава на такъв популярен, многофункционален и мощен графичен инструмент като езика PostScript. През годините на развитие иPostScript зае наистина уникална позиция в света на графиката - той е независим от софтуера, типовете компютърни платформи и операционните системи. Нещо повече, всички съвременни софтуерни пакети и операционни системи трябва да се "настроят" към PostScript. Следователно всички съвременни пакети за подготовка на данни за PCB (PCAD 2000, PCAD 2001, Protel, CAM 350, OrCAD, AutoCAD и др.) са съвместими с PostScript и следователно с LaserGraver PostScript устройства. В случай на използване на популярни в България програми като PCAD 4.5 и PCAD 8.5/8.7 за разработка на платки, съвместимостта с PostScript се осъществява от вътрешните драйвери на тези пакети.

Технологията LaserGraver използва растерен метод на запис, така че изображението на печатна платка или шаблон на микросборка трябва да бъде представено в растерен формат, например TIFF, PCX. За преобразуване на PostScript шаблонен файл в растерно изображение се използва специална програма - растерният процесор FlexWorks (фиг. 3). В допълнение към тази основна функция, FlexWorks има контроли за растерни изображения на шаблони, електронно редактиране за формиране на групови заготовки и контрол LaserGraver. По този начин софтуерът на системите LaserGraver решава целия набор от задачи за обработка на компютърни шаблонни данни, осигурявайки пълна съвместимост с всички пакети за подготовка на данни за печатни платки. И инсталирането му в предприятието не изисква промяна в приетата процедура за проектиране. Освен това LaserGraver е своеобразен мост за тези, които в момента използват пакети PCAD 4.5,8.5/8.7 под DOS, но планират да преминат към модерен мощен и универсален софтуер, например PCAD 2001, Protel.

Универсалност -Друга много важна характеристика на технологията LaserGraver. Лазерният лъч е тънък нож с размер 15–20 μm, способен да формира произволно сложни изображения с висока разделителна способност не само върху термочувствителен филм, но и върху различни пластмаси, метализирани филми и други материали с покрития, които абсорбират инфрачервеното лъчение. Това свойство на технологията LaserGraver е много популярно сред потребителите - на същото оборудване, чрез лазерно гравиране, е възможно да се произвеждат шаблони за печатни платки и, да речем, етикети за обозначаване на конектори, кабели и предни панели на инструменти. Друго популярно приложение на лазерното оборудване е производството на висококонтрастни фотоплакини за ситопечат. Очевидно всички тези допълнителни функции са много подходящи за много компании за електроника.

Технологията LaserGraver става все по-популярна. Днес тези системи работят успешно в десетки предприятия, като все повече производители на печатни платки използват тази технология като най-модерна и отговаряща на съвременните изисквания. В допълнение, високата разделителна способност на системите LaserGraver (до 10 160 dpi!) позволява на много потребители да ги използват за създаване на шаблони за електронни микровъзли.

На практика LaserGraver е цялостен софтуерен и хардуерен комплекс, който ви позволява да забравите много проблеми, свързани със съвместимостта на софтуера и адаптивността към условията на конкретно предприятие. Тези задачи се решават от производителя в самия комплекс.

Машините LaserGraver имат доста широка гама от модели - от 430 .650 mm (това е най-популярният формат за печатни платки) до 770 .1067 mm. Осигурява се технологична поддръжка на оборудването, сервиз. Така технологиятаLaserGraver е оптималното решение за българския пазар. Нека се спрем още веднъж на основните му предимства:

Висока скорост на изграждане на всеки (положителен или отрицателен, директен или огледален) шаблон, независимо от сложността и наситеността на печатната платка.
Цялата технология е реализирана на едно оборудване.
Възможността за незабавно подготвяне на работни шаблони - в края на краищата, когато набор от шаблони може да бъде изведен за няколко минути, контролните шаблони не са необходими - достатъчно е да съхранявате само файлове и, ако е необходимо, незабавно да показвате работни шаблони.
Висок контраст на модела, който опростява последващите процеси на копиране.
Удобство и лекота на работа, подготовка на компютърни данни.
Пълна липса на химия.
Универсалност.
Висока надеждност.
Висока точност.
Съвместим с всички пакети за подготовка на данни за PCB.

Статии за: ARM PIC AVR MSP430, DSP, RF компоненти, Преобразуване на глас и превключване, Аналогова технология, ADC, DAC, PLD, FPGA, MOSFET, IGBT, Дискретни полупроводникови устройства. Сензор, Техника и технологии, LCD, LCM, LED. Оптоелектроника и FOCL, Дистрибуция на електронни компоненти, Апаратура и измервателна техника, Пасивни елементи и комутационни устройства, Системи за идентификация и защита на информацията, Кутии, Печатни платки