专利名称：用于印刷线路板的激光钻孔装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光加工技术，特别是涉及一种应用于印刷线路板打通孔或盲孔的激光加工装置。
在美国专利US5010232、名称为“印刷线路板钻孔的方法和装置”的文件中，介绍的装置主要包括二维平面运动的平台，固定在基座上的横梁，固定在横梁上的带有机械钻头的钻孔机构、激光器、聚焦头等组成。该装置打孔方法是把印刷线路板夹持在二维平台上，由平台的运动来定位孔的位置。首先用机械钻头打出一个导引孔，然后通过移动二维平台使导引孔处在激光束的焦点上，再用激光束在导引孔中完成打孔操作。由于需要两次定位，所以对定位精度要求高；其次该装置所使用的激光器是二氧化碳激光器(波长10.6微米)，体积大；第三点，该装置中所用聚焦镜必须为红外材料，价格较高。在美国专利US5063280、名称为”印刷线路板钻孔的方法和装置“的文件中，介绍的装置主要包括二维平面运动的平台，脉冲发生器，二氧化碳激光器(波长10.6微米)或准分子激光器(波长248纳米)，聚焦单元，控制单元等组成，该装置的特点是根据钻孔过程控制聚焦单元在垂直于线路板的方向上移动来改变焦点位置，目的是形成垂直的孔壁，脉冲的占空比和幅度是可随钻孔过程调整的。但是，改变聚焦透镜的位置需要用一套带有马达的精密机械装置来实现，对控制单元的协调工作也提出了较高要求。并且准分子激光器的成本较高。在美国专利US5073687、名称为”激光加工印刷板的方法和装置“的文件中，介绍的装置主要包括二维平面运动的平台，脉冲发生器，两台激光器(分别是二氧化碳激光器和准分子激光器)，转换激光束用的反射镜。钻孔过程是先用短波长的激光束去除上表面金属层，通过转动反射镜改用长波长的激光束去除中间的玻璃纤维和树脂，最后再改用短波长的激光束去除印刷线路板的背面的金属层。采用两台激光器必定会增加装备的成本，降低激光器的使用效率，且转动反射镜的方法使钻孔的速度不会很高。以上的专利中均没有考虑到聚焦镜片的保护和吹气的重要性。
综上所述，由于现有的印刷线路板激光打孔技术的不足，目前的激光钻孔装备结构复杂，成本高，速度慢，限制了印刷线路板大规模工业生产中激光钻孔技术的应用。
本实用新型的目的在于为了克服现有的激光钻孔装置结构复杂，成本高，和没有考虑聚焦镜片的保护及吹气的缺陷，从而提供一种在保证所钻孔的精度的同时，又具有结构相对简单，成本低，适用于工业生产和具有较高性能价格比的用于印刷线路板激光钻孔的装置。
本实用新型的目的是这样实现的为了实现上述目的，本实用新型的印刷线路板激光钻孔装置，由六个主要部分组成激光器、光束传输与聚焦单元，二维平动的工作平台，计算机，成象监视单元，喷气保护单元。其中在激光器谐振腔内安置一内腔调制元件，它通过脉冲调制电源与计算机相连，激光器输出端与光束传输元件相连，在激光器输出光轴线上依次安置折返镜，聚焦镜，聚焦镜下固定一带保护镜片的接头，此接头上有吹气孔与气泵通过气管相连，接头下连接喷气保护单元中的喷嘴，对应聚焦镜下方固定一二维工作平台，折返镜上方固定成象监视单元，计算机与激光器、成象监视单元和二维平动工作平台的电机相连。本装置使用一台固体激光器，也包括半导体激光器，光束传输与聚焦单元根据工艺要求输出所需光束，聚焦元件可在加工前定位；二维的工作平台可完成孔的精确定位和快速连续工作；计算机控制系统协调整个装置自动完成加工任务，成象监视系统实时监测加工过程，通过计算机控制系统控制脉冲调制电源进而控制谐振腔调制激光束的脉冲输出，激光脉冲通过传输元件并聚焦在被加工的工件表面，孔的位置由计算机控制的二维工作平台移动来确定。还包括在保护镜片前端装有喷气保护单元，它由喷气嘴通过气管与气泵相连，在加工过程中持续的喷气可以提高孔的质量和保护聚焦镜片免受飞溅物的损害。喷气嘴可以采用三种不同的设计，图3(a)在喷气孔处带有内圆弧的导流道；图3(b)在吹气孔处有一段直的导流道；图3(c)在吹气孔处为由窄到宽的外圆弧导流道；图3(d)为简单的圆锥孔本实用新型的激光钻孔方法如下开机后，依次打开水冷系统、气阀、激光器电源、声光控制电源、如果系统初始化正常，则可输入印刷线路板参数和孔的位置参数，然后计算机按图2的运行程序加工，计算机控制电机来移动二维平台使被加工的线路板处在钻孔的位置，计算机控制脉冲调制电源从而实现预先确定的激光脉冲的编组输出，脉冲的个数和组数以及组与组之间的间隔完全由计算机来控制，完成打孔操作。
对不同的印刷线路板，计算机的参数设置是不同的，根据不同的参数控制打孔的过程。打孔开始时，脉冲个数由计数器计数，当发出的脉冲去除了止表面的金属层时，停止本组的操作，间隔一定冷却时间后，发下一组或几组不同个数的脉冲来去除线路板中间的树脂层，完成后，再间隔一定时间发一组或几组脉冲去除线路板背面的金属层，最后再用一组或几组脉冲来休整孔壁，完成打孔操作。计算机将根据各种线路板对应的参数来控制打孔操作。在孔的加工过程中，成象监视系统始终实时监测，并在显示器上显示孔形。
实用新型的效果本实用新型的印刷线路板激光钻孔装置只采用一台内腔调制的固体激光器，与已有技术相比省掉一台激光器，不需要实时移动聚焦镜，从而简化了装置的结构同时降低成本；本实用新型可通过喷气嘴喷气保护镜片和提高所钻孔的质量；可以钻出直径为0.15mm～0.35mm的过孔或盲孔，质量和精度均可满足印刷线路板工艺的要求；该装置可加工板面尺寸达400mm×600mm依据不同的板材厚度和孔径要求加工速度可提高到50～100个/秒范围内。
以下结合附图及实施例对本实用新型进行详细地说明
图1印刷线路板激光钻孔装置示意图。
图2本实用新型实施例1中计算机控制的工作流程图。
图3(a)喷气嘴的导流道作成内圆弧形的示意图。
图3(b)喷气嘴的导流道作成直圆柱形的示意图。
图3(c)喷气嘴的导流道作成外圆弧形的示意图。
图3(d)喷气嘴的导流道作成平口形的示意图。
附图的简单说明1-激光器；1.1激光电源；1.2水冷系统；1.3谐振腔全反镜；1.4脉冲调制元件；1.5激光工作物质；1.6谐振腔输出镜；
2-光束传输与聚焦单元 2.1光束扩束元件2.2折返镜 2.3聚焦镜；3-二维平动工作平台 3.1二维平动工作台 3.2和3.3电机；4-计算机； 5.0-成象监视单元 6.0-工件；7.0-脉冲调制电源； 8.1气泵；8.2喷气嘴 8.3气管； 8.4喷气孔实施例1制作一台用于印刷线路板的激光钻孔装置。采用一台输出波长1.06微米的固体激光器1或半导体激光器，在谐振腔内利用声光调制晶体1.4来获得所需的输出光脉冲，光束扩束单元2.1与激光器输出端相连，与激光束同轴，在轴线上依次是折返镜2.2和聚焦镜2.3，在聚焦镜2.3后接有带保护镜片和进气口的连接头，该连接头与喷气嘴8.2相连，喷气嘴8.2由气管8.3与气泵8.1连接；喷气嘴采用的是图3(a)所示形状，在喷气嘴8.2下方是带有实现平台运动的电机3.2和3.3的二维平台3.1，计算机4与激光器1电源1.1、水冷系统1.2、调制电源7.0、电机3.2和3.3、气泵8.1和成象监视单元5.0相连接。波长1.06微米的激光可以用常用的光学玻璃来做传输和聚焦镜，比采用红外材料的镜片经济，光脉冲是由计算机来控制编组和个数分配的，经光束扩束系统扩束、聚焦系统聚焦后，在印刷线路板上打出所需的通孔或盲孔，脉冲调制与两维平台3的运动都由计算机4统一控制。
实施例2制作一台用于印刷线路板的激光钻孔装置。利用实施例1述及的激光钻孔装置，光束传输用光纤来替换实施例1中的2.1和2.2，激光束通过耦合镜耦合入光纤，然后传输到输出端耦合出到聚焦头，聚焦到被加工的线路板上。采用图3(b)所示形状的喷气嘴。
实施例3制作一台用于印刷线路板的激光钻孔装置。利用实施例1述及的激光钻孔装置，采用图3(c)所示形状的喷气嘴。
实施例4制作一台用于印刷线路板的激光钻孔装置。利用实施例1述及的激光钻孔装置，采用图3(d)所示形状的喷气嘴。
权利要求1．一种用于印刷线路板的激光钻孔装置，包括激光器、光束传输与聚焦单元、二维平动工作平台、计算机组成，其特征在于还包括成象监视单元、喷气保护单元以及在激光谐振腔内安置一内腔调制元件，其中内腔调制元件通过脉冲调制电源与计算机相接，激光器输出端与光束传输元件相连，在激光器输出光轴线上依次安置折返镜、聚焦镜、带保护镜片和进气孔的接头、接头下固定喷气保护单元，对应聚焦镜下方固定一二维平动工作平台，折返镜上方固定成象监视单元，计算机与激光器、成象监视单元、二维平动工作平台的电机相连。
2．按权利要求1所述的用于印刷线路板的激光钻孔装置，其特征在于所述的激光器是一台固体激光器。
3．按权利要求1,2所述的用于印刷线路板的激光钻孔装置，其特征在于所述的喷气保护单元由喷气嘴通过气管与气泵相连，喷气嘴的导流道做成内圆弧形，直圆柱形，外圆弧形和平口形。
4．按权利要求1,2,3所述的用于印刷线路板的激光钻孔装置，其特征在于所述的内腔调制元件是声光晶体。
专利摘要本实用新型涉及用于印刷线路板钻孔的激光加工装置,本实用新型由激光谐振腔内安置一内腔调制元件,通过脉冲调制电源与计算机相接,激光器输出端与光束传输单元相连,在激光束轴线上依次安置折返镜、聚焦镜、带保护镜片和进气孔的接头,接头下面固定喷气保护单元,对应聚焦镜的下方固定一二维工作平台,折返镜上方固定成象监视单元,计算机与激光器、成象监视单元、二维工作平台的电机相连组成。
文档编号B23K26/00GK2323904SQ9820394
公开日1999年6月16日 申请日期1998年4月24日 优先权日1998年4月24日
发明者虞钢, 张金城, 王红才, 高春林, 胡幼娟, 李平, 石茂 申请人:中国科学院力学研究所