激光調電阻的原理:
為了提高厚膜電路的精度,必須進行阻值調整。由于厚膜絲網印刷操作固有的不準確性,基板表面的不均勻及燒結條件的不重復性,厚膜電阻常出現正負誤差,如果阻值超過標稱值將無法修正,但是,一般情況下印刷燒成后阻值低于目標值的大約30%,所以要通過激光調整達到目標值。
激光調阻系統及修調技術機理
激光修調是把一束聚焦的相干光在微機的控制下定位到工件上,使工件待調部分的膜層氣化切除以達到規(guī)定參數或阻值。調阻時局部溫升使玻璃熔化,氣化部分阻值槽邊緣受到玻璃覆蓋,可填平基體表面被切割的介質。
激光修調系統應用了大量的LSI、VLSI電路,以大部分的軟件操作代替許多硬件功能。核心部分是通過硬件直接與激光器、光束定位、分步重復及測量等系統相連接。測量系統由采用精密電橋和矩陣組合的無源網絡組成。
激光修調系統具有多種修調功能,可以修調混合集成電路、厚薄膜電阻器網絡、電容網絡、瓷基薄膜集成元件,還可以修調D/A和A/D轉換器的精度,V/F轉換器的頻率,有源濾波器的零點頻率及運算放大器的失調電壓等。同時還具有IEEE488接口,可與其他測試設備進行數據傳輸。
激光修調系統主要包括以下幾個部分:
(1)激光器部分
采用氪激勵的高頻Q開關、Nd:YAG激光器,厚膜修調最小光斑達38μm,脈沖重復頻率為500Hz~50kHz。
?。?)光束定位系統
分為線性馬達式、開環(huán)和閉環(huán)檢流計式等??刂乒馐赬和Y方向的位置、速度和加速度??s短光束定位時間和修調時間,工作效率高。
(3)程控衰減系統
由多個衰減器組成,以控制在衰減后用于光束游動并進入紅外相機的輸出信號。
(4)修調設定器
它直接與激光器、光束定位器、分步重復臺及測量系統相聯接。它可以通過程序改變Q頻率、刻蝕尺寸和改變切割的修調方向,決定阻值變化,而不影響精度。另外,還具有自動校正功能,在長期工作時可使修調設定值保持穩(wěn)定。
5)阻值及電壓測定裝置
采用精密電橋和矩陣組合的測試無源網絡,阻值測量精度可達0.02%,測量時間僅為5ms。這種設計可以防止外界干擾,且由于采用差動測量,自動消除偏離及極性轉換,還可用來測定有源電路修調時的直流電壓。
6)自動功率測量系統
激光器功率測量是利用最低限度的中斷通過測量來測定。用微機控制螺形管驅動系統,激光束通過衰減器內的100%反射鏡,射向熱電偶器件,然后送到1個多量程功率計。切割圖形。
激光調阻時,被切割的電阻體圖形主要有以下幾種:
?。?)單刀切割電阻法
?。?)雙刀切割電阻法
?。?)L型刀口切割電阻法
(4)交叉對切電阻法
?。?)曲線型L刀口的切法
?。?)曲線型U型刀口的切法
在實際工作中,主要應用的是前4種,對于不同的電阻應根據其方數的不同選擇不同的刀口。其中雙切和L型刀口最為常用,而且調過的阻值穩(wěn)定性好。
常用的調阻工藝
常用的調阻方法有噴砂、激光和電壓脈沖調整:
噴砂調阻:
通過噴射砂流對電阻基片進行打磨,使電阻漿料層受磨損,從而改變了電阻體的導電截面積和導電長度,而達到一定要求的阻值。是一種常規(guī)的調阻方案。
噴砂調阻機設備價格較低,但調阻精度不易控制,速度較慢,不易于自動化及批量生產。
激光調阻:
通過短脈沖激光掃描切割電阻基片,使電阻漿料層受激光加熱氣化,形成一定深度的刻痕,從而改變了電阻體的導電截面積和導電長度,達到把低于目標阻值的電阻體修調到阻值允許的偏差范圍內,適用于片狀電阻的快速大規(guī)模生產。
激光調阻機價格較高,精度易控制,速度較快,且易于自動化及批量生產,且能完成電路的功能調阻,目前是調阻的主流工藝。
激光精密加工在諸如薄膜電路的功能微調、壓電石英諧振腔和單層濾波器的微調、光掩膜的修正、具有分布參數的超高頻電路的微調、光學度盤和分劃板的刻制等工業(yè)領域將得到越來越廣泛的應用。 三工激光調阻機根據市場要求,設計的調阻機型,可根據客戶電路要求定做。
激光調阻方案
激光微調系統(激光調阻設備、激光調電阻設備)主要包括以下幾個部分:
?。?)激光器部分
采用氪激勵的高頻Q開關、Nd:YAG激光器,厚膜修調最小光斑達38μm,脈沖重復頻率為500Hz~50kHz。
?。?)光束定位系統
分為線性馬達式、開環(huán)和閉環(huán)檢流計式等??刂乒馐赬和Y方向的位置、速度和加速度。縮短光束定位時間和修調時間,工作效率高。
?。?)程控衰減系統
由多個衰減器組成,以控制在衰減后用于光束游動并進入紅外相機的輸出信號。
(4)修調設定器
它直接與激光器、光束定位器、分步重復臺及測量系統相聯接。它可以通過程序改變Q頻率、刻蝕尺寸和改變切割的修調方向,決定阻值變化,而不影響精度。另外,還具有自動校正功能,在長期工作時可使修調設定值保持穩(wěn)定。
5)阻值及電壓測定裝置
采用精密電橋和矩陣組合的測試無源網絡,阻值測量精度可達0.02%,測量時間僅為5ms。這種設計可以防止外界干擾,且由于采用差動測量,自動消除偏離及極性轉換,還可用來測定有源電路修調時的直流電壓。
?。?)自動功率測量系統
激光器功率測量是利用最低限度的中斷通過測量來測定。用微機控制螺形管驅動系統,激光束通過衰減器內的100%反射鏡,射向熱電偶器件,然后送到1個多量程功率計。
簡易型調阻方案:
實現功能:通過手動控制控針,對電組進行自動精密調節(jié)。
1、激光器及控制系統:YAG50激光器
2、光學定位系統:XY自動控制
3、阻值測量及控制系統
4、手動控針
標準型調阻方案:
實現功能:通過自動控制控針,對批量電組進行自動精密調節(jié)。
1、激光器及控制系統:YAG50激光器
2、光學定位系統:五維工作方式
3、阻值測量及控制系統
4、自動控針:自動上、下
5、監(jiān)控系統:雙路CCD監(jiān)控
在線功能調阻方案:
實現功能:通過電路中電組進行精密調節(jié),完成電路功能。
1、激光器及控制系統:YAG50激光器
2、光學定位系統:XY自動控制
3、阻值測量及控制系統
4、自動控針:手動
5、功能信號接口:根據電路功能要求
激光調阻機的種類
目前調阻機按功能可分單純調阻及功能性調阻兩類:
單純調阻:
對電阻進行調節(jié),調節(jié)至某一固定阻值,完成調阻。這類設備比較簡單。
功能性調阻:
對某一電路中的電阻進行精密調節(jié),使此電路模塊完成相應的功能。此類設備比較復雜,且設備與電路要求相適應。
激光調阻機樣圖
激光調阻機的發(fā)展前景與社會效應
激光調阻機是利用激光工藝對薄膜或厚膜電阻進行雕刻實現精密調節(jié)的關鍵設備,在移動終端、數碼相機、便攜機等移動設備生產場所,采用精密激光調阻機作為加工工藝設備,有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/div>
本項目技術含量很高,需要成熟掌握半導體端面泵浦激光器技術、激光聚焦與圖象監(jiān)控技術、同軸數控軟件與圖像視覺自動識別定位技術、ATE(自動化測試工裝)等技術。國際上主要廠家為美國ESI和GSI公司兩家。目前,在國內,精密激光調阻機僅三工光電一家生產廠家。
精密激光調阻機的產業(yè)化,將直接帶動國內電子元件的生產水平跨入國際先進行列,推動我國激光加工設備產業(yè)的發(fā)展,為爭取民族高科技產業(yè)在世界上占有一席之地作出一定的貢獻。
1、推動機械制造及相關行業(yè)的發(fā)展。
精密激光調阻機不同于低端的激光加工設備,要求結構件、傳動機構等精密、輕巧,控制精度要求高。因其技術含量高,利潤也高,因此,足以支持上游零部件制造商改進設計、工藝技術,提高制造水平,提升產品品質,取得全面進步。
2、推動精密光學零件制造及相關行業(yè)的技術進步。
精密激光調阻機要求激光光束精細,光斑小,模式好。因此,對光學零件的要求很高。由于有具體的目標和設計要求,可以指導光學零部件制造廠家技術進步,并給予充足的資金保障。
3、降低電子元件的生產成本,提升民族企業(yè)的競爭力。
由于精密激光調阻機的產業(yè)化,打破了外商的壟斷,必然引導外商進行一輪價格戰(zhàn),廠家獲得的直接好處是,設備的采購價格降低,維護費用降低,技術支持力度加大。不僅降低了電子元器件的制造成本,也提升了其新產品研發(fā)能力,縮短其新產品開發(fā)周期,提高其競爭力。
4、打破外國對我國IC制造業(yè)的封鎖,降低我國IC制造業(yè)的技術門檻。
精密激光調阻機的產業(yè)化,可以加快我國對光刻機技術的全面掌握。在軍用IC制造過程中,采用國產化的產品對老舊進口設備更新,不僅可以提高產品的性能,更重要的是可以有效防止通過設備維護渠道造成的“泄密”。所以,該項目的實施,不僅可大力促進冶金、機加工、印刷等行業(yè)的技術進步與產業(yè)升級,將在一定程度上緩解重大冶金技術裝備國產化程度低、主要依賴進口的局面,還可積極帶動激光器及光學部件、精密機械加工、精密儀器儀表、電子元器件、數控軟件等上游產業(yè)的快速發(fā)展。
激光調阻機實現電阻精密調節(jié)
激光調阻機是利用激光工藝對薄膜或厚膜電阻進行雕刻、實現阻值精密調節(jié)的關鍵設備。在便攜電子產品生產中,采用精密激光調阻機作為加工設備,具有極大發(fā)展?jié)摿Α?/div>
激光調阻機技術含量較高,需要熟練掌握半導體端面泵浦激光器技術、激光聚焦與圖像監(jiān)控技術、同軸數控軟件與圖像視覺自動識別定位技術、ATE(自動化測試工裝)等技術。美國ESI公司和GSI公司是目前國際上主要的激光調阻機廠商。在國內,目前僅有三工激光公司能自主研發(fā)生產精密激光調阻機。也有一些廠商將傳統燈泵浦打標機當作激光調阻機來做概念宣傳,但因光束質量問題,均難以達到應有的效果。
三工光電研制的激光調阻設備,憑借快速反映能力、在電力電子產品ATE研制方面的專家和具有競爭力的價格等優(yōu)勢,贏得了客戶的青睞,打破了ESI、GSI等跨國公司對該領域的壟斷。
精密激光調阻機不同于低端的激光加工設備,要求結構件、傳動機構等精密、輕巧,控制精度要求高,而且要求激光光束精細、光斑小、模式好,機械制造、緊密光學制造等行業(yè)將受益匪淺。此外,精密激光調阻機的產業(yè)化,還能幫助用戶降低電子元件的生產成本,提升競爭力。
應用案例 :
應用背景
A公司的主要業(yè)務是為各種電氣產品提供配套服務。為了滿足家用電器、汽車和其他電氣產品的更高要求,該公司的研發(fā)工作主要專注于縮小產品尺寸、提高產品響應速度、延長產品使用壽命,并提高產品可靠性。
遇到的問題
很多電路對電阻的阻值要求十分精確,相對誤差要求達到千分之幾甚至萬分之幾。然而由于厚膜絲網印刷操作固有的不準確性,基板表面的不均勻及燒結條件的不重復性,厚膜電阻常出現正負誤差,用現在的制造工藝,相對誤差只能達到5%,甚至更低,所以必須進行電阻微調,達到更高精度。
現有的操作方式是采用精密電阻人為測量調整,這種方式需要耗費較多人力;或者采用電位器進行阻值調整,但這種方式存在超調,電位器會回彈,產生電路振蕩,在移動或運輸過程中也容易松動,產生參數漂移。
解決方案
在與客戶協商后,三工激光建議客戶使用激光調阻方案。激光電阻微調是通過短脈沖激光掃描切割,改變電阻的導電截面積,進而把低于目標阻值的電阻體修調到阻值允許的偏差范圍內。
用激光束按一定軌跡照射在電阻膜片上,基片電阻漿料層受激光照射加熱氣化,形成一定深度的刻痕,從而改變電阻體的導體截面面積和導電體長度,達到微調電阻的目的。同時,對電阻進行動態(tài)測量,將測量結果與設定阻值進行比較,并控制激光的掃射運動,達到預定的要求。
結果比較
激光調阻的表現證實了該方案的成功性。激光調阻幫助客戶降低了電子元器件的制造成本,提高了生產效率,也提升了其新產品研發(fā)能力,縮短了產品開發(fā)周期,提升了公司競爭力。
由此可以看到,激光調阻和傳統調阻方法相比,具有較大優(yōu)勢,在工業(yè)生產制造領域具有廣泛的應用前景。
現代激光調阻技術造就高性能混合電路
20世紀60年代初激光器問世一來,經過20多年的發(fā)展,現已成為一種非常成熟的技術,廣泛用于混合電路制造業(yè)。國內外不少混合電路廠家都采用激光調阻工藝。與其他調阻技術相比,激光調阻的精度高,效率高。
現代激光技術是制造高性能混合電路的重要手段。現代激光調阻技術不僅能對厚膜基片進行調阻,而且能對組裝后的混合集成電路進行微調,保證電路的功能。隨著混合電路向高性能、高可靠和高密度發(fā)展,激光調阻技術在混合電路制造中的作用日益突出。
激光調阻機是一種精密的激光微調設備,它通過短脈沖激光掃描切割,改變電阻體的導電截面積,達到把低于目標阻值的電阻體修調到阻值允許的偏差范圍內,適用于片狀電阻的快速大規(guī)模生產。它的主要構成為:一臺輸出脈沖頻率可調的調Q脈沖Nd:YAG激光器,輸出波長為1.06μm激光,經兩軸偏轉后,由光學系統匯聚成25μm直徑的光斑,照射到載臺上的片式電阻基片上?;娮铦{料層受激光加熱氣化,形成一定深度的刻痕,從而改變了電阻體的導電截面積和導電長度。高速高精度在線電阻測量系統,測量電阻器的阻值,當阻值達到標稱值時,由電控開關關斷激光,完成此片式電阻的修整過程,全過程用時5-20ms。由一臺X-Y方向激光掃描振鏡完成一行電阻器的修調。然后,運動控制系統驅動載片臺向前運動一個行距的位置,重復上述過程完成第二行調阻,依此類推,直至調完一片。所有上述工作在一臺計算機統一控制下,協調高效地進行。
激光精密加工在諸如薄膜電路的功能微調、壓電石英諧振腔和單層濾波器的微調、光掩膜的修正、具有分布參數的超高頻電路的微調、光學度盤和分劃板的刻制等工業(yè)領域將得到越來越廣泛的應用。
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