激光調(diào)電阻的原理:
為了提高厚膜電路的精度,必須進(jìn)行阻值調(diào)整。由于厚膜絲網(wǎng)印刷操作固有的不準(zhǔn)確性,基板表面的不均勻及燒結(jié)條件的不重復(fù)性,厚膜電阻常出現(xiàn)正負(fù)誤差,如果阻值超過標(biāo)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(biāo)值的大約30%,所以要通過激光調(diào)整達(dá)到目標(biāo)值。
激光調(diào)阻系統(tǒng)及修調(diào)技術(shù)機(jī)理
激光修調(diào)是把一束聚焦的相干光在微機(jī)的控制下定位到工件上,使工件待調(diào)部分的膜層氣化切除以達(dá)到規(guī)定參數(shù)或阻值。調(diào)阻時(shí)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(zhì)。
激光修調(diào)系統(tǒng)應(yīng)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(fù)及測(cè)量等系統(tǒng)相連接。測(cè)量系統(tǒng)由采用精密電橋和矩陣組合的無源網(wǎng)絡(luò)組成。
激光修調(diào)系統(tǒng)具有多種修調(diào)功能,可以修調(diào)混合集成電路、厚薄膜電阻器網(wǎng)絡(luò)、電容網(wǎng)絡(luò)、瓷基薄膜集成元件,還可以修調(diào)D/A和A/D轉(zhuǎn)換器的精度,V/F轉(zhuǎn)換器的頻率,有源濾波器的零點(diǎn)頻率及運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓等。同時(shí)還具有IEEE488接口,可與其他測(cè)試設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
激光修調(diào)系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分:
?。?)激光器部分
采用氪激勵(lì)的高頻Q開關(guān)、Nd:YAG激光器,厚膜修調(diào)最小光斑達(dá)38μm,脈沖重復(fù)頻率為500Hz~50kHz。
?。?)光束定位系統(tǒng)
分為線性馬達(dá)式、開環(huán)和閉環(huán)檢流計(jì)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(shí)間和修調(diào)時(shí)間,工作效率高。
?。?)程控衰減系統(tǒng)
由多個(gè)衰減器組成,以控制在衰減后用于光束游動(dòng)并進(jìn)入紅外相機(jī)的輸出信號(hào)。
?。?)修調(diào)設(shè)定器
它直接與激光器、光束定位器、分步重復(fù)臺(tái)及測(cè)量系統(tǒng)相聯(lián)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(diào)方向,決定阻值變化,而不影響精度。另外,還具有自動(dòng)校正功能,在長期工作時(shí)可使修調(diào)設(shè)定值保持穩(wěn)定。
5)阻值及電壓測(cè)定裝置
采用精密電橋和矩陣組合的測(cè)試無源網(wǎng)絡(luò),阻值測(cè)量精度可達(dá)0.02%,測(cè)量時(shí)間僅為5ms。這種設(shè)計(jì)可以防止外界干擾,且由于采用差動(dòng)測(cè)量,自動(dòng)消除偏離及極性轉(zhuǎn)換,還可用來測(cè)定有源電路修調(diào)時(shí)的直流電壓。
6)自動(dòng)功率測(cè)量系統(tǒng)
激光器功率測(cè)量是利用最低限度的中斷通過測(cè)量來測(cè)定。用微機(jī)控制螺形管驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),激光束通過衰減器內(nèi)的100%反射鏡,射向熱電偶器件,然后送到1個(gè)多量程功率計(jì)。切割圖形。
激光調(diào)阻時(shí),被切割的電阻體圖形主要有以下幾種:
?。?)單刀切割電阻法
(2)雙刀切割電阻法
?。?)L型刀口切割電阻法
(4)交叉對(duì)切電阻法
(5)曲線型L刀口的切法
?。?)曲線型U型刀口的切法
在實(shí)際工作中,主要應(yīng)用的是前4種,對(duì)于不同的電阻應(yīng)根據(jù)其方數(shù)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(diào)過的阻值穩(wěn)定性好。
常用的調(diào)阻工藝
常用的調(diào)阻方法有噴砂、激光和電壓脈沖調(diào)整:
噴砂調(diào)阻:
通過噴射砂流對(duì)電阻基片進(jìn)行打磨,使電阻漿料層受磨損,從而改變了電阻體的導(dǎo)電截面積和導(dǎo)電長度,而達(dá)到一定要求的阻值。是一種常規(guī)的調(diào)阻方案。
噴砂調(diào)阻機(jī)設(shè)備價(jià)格較低,但調(diào)阻精度不易控制,速度較慢,不易于自動(dòng)化及批量生產(chǎn)。
激光調(diào)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(dǎo)電截面積和導(dǎo)電長度,達(dá)到把低于目標(biāo)阻值的電阻體修調(diào)到阻值允許的偏差范圍內(nèi),適用于片狀電阻的快速大規(guī)模生產(chǎn)。
激光調(diào)阻機(jī)價(jià)格較高,精度易控制,速度較快,且易于自動(dòng)化及批量生產(chǎn),且能完成電路的功能調(diào)阻,目前是調(diào)阻的主流工藝。
激光精密加工在諸如薄膜電路的功能微調(diào)、壓電石英諧振腔和單層濾波器的微調(diào)、光掩膜的修正、具有分布參數(shù)的超高頻電路的微調(diào)、光學(xué)度盤和分劃板的刻制等工業(yè)領(lǐng)域?qū)⒌玫皆絹碓綇V泛的應(yīng)用。 三工激光調(diào)阻機(jī)根據(jù)市場(chǎng)要求,設(shè)計(jì)的調(diào)阻機(jī)型,可根據(jù)客戶電路要求定做。
激光調(diào)阻方案
激光微調(diào)系統(tǒng)(激光調(diào)阻設(shè)備、激光調(diào)電阻設(shè)備)主要包括以下幾個(gè)部分:
?。?)激光器部分
采用氪激勵(lì)的高頻Q開關(guān)、Nd:YAG激光器,厚膜修調(diào)最小光斑達(dá)38μm,脈沖重復(fù)頻率為500Hz~50kHz。
(2)光束定位系統(tǒng)
分為線性馬達(dá)式、開環(huán)和閉環(huán)檢流計(jì)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(shí)間和修調(diào)時(shí)間,工作效率高。
?。?)程控衰減系統(tǒng)
由多個(gè)衰減器組成,以控制在衰減后用于光束游動(dòng)并進(jìn)入紅外相機(jī)的輸出信號(hào)。
?。?)修調(diào)設(shè)定器
它直接與激光器、光束定位器、分步重復(fù)臺(tái)及測(cè)量系統(tǒng)相聯(lián)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(diào)方向,決定阻值變化,而不影響精度。另外,還具有自動(dòng)校正功能,在長期工作時(shí)可使修調(diào)設(shè)定值保持穩(wěn)定。
5)阻值及電壓測(cè)定裝置
采用精密電橋和矩陣組合的測(cè)試無源網(wǎng)絡(luò),阻值測(cè)量精度可達(dá)0.02%,測(cè)量時(shí)間僅為5ms。這種設(shè)計(jì)可以防止外界干擾,且由于采用差動(dòng)測(cè)量,自動(dòng)消除偏離及極性轉(zhuǎn)換,還可用來測(cè)定有源電路修調(diào)時(shí)的直流電壓。
(6)自動(dòng)功率測(cè)量系統(tǒng)
激光器功率測(cè)量是利用最低限度的中斷通過測(cè)量來測(cè)定。用微機(jī)控制螺形管驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),激光束通過衰減器內(nèi)的100%反射鏡,射向熱電偶器件,然后送到1個(gè)多量程功率計(jì)。
簡易型調(diào)阻方案:
實(shí)現(xiàn)功能:通過手動(dòng)控制控針,對(duì)電組進(jìn)行自動(dòng)精密調(diào)節(jié)。
1、激光器及控制系統(tǒng):YAG50激光器
2、光學(xué)定位系統(tǒng):XY自動(dòng)控制
3、阻值測(cè)量及控制系統(tǒng)
4、手動(dòng)控針
標(biāo)準(zhǔn)型調(diào)阻方案:
實(shí)現(xiàn)功能:通過自動(dòng)控制控針,對(duì)批量電組進(jìn)行自動(dòng)精密調(diào)節(jié)。
1、激光器及控制系統(tǒng):YAG50激光器
2、光學(xué)定位系統(tǒng):五維工作方式
3、阻值測(cè)量及控制系統(tǒng)
4、自動(dòng)控針:自動(dòng)上、下
5、監(jiān)控系統(tǒng):雙路CCD監(jiān)控
在線功能調(diào)阻方案:
實(shí)現(xiàn)功能:通過電路中電組進(jìn)行精密調(diào)節(jié),完成電路功能。
1、激光器及控制系統(tǒng):YAG50激光器
2、光學(xué)定位系統(tǒng):XY自動(dòng)控制
3、阻值測(cè)量及控制系統(tǒng)
4、自動(dòng)控針:手動(dòng)
5、功能信號(hào)接口:根據(jù)電路功能要求
激光調(diào)阻機(jī)的種類
目前調(diào)阻機(jī)按功能可分單純調(diào)阻及功能性調(diào)阻兩類:
單純調(diào)阻:
對(duì)電阻進(jìn)行調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)至某一固定阻值,完成調(diào)阻。這類設(shè)備比較簡單。
功能性調(diào)阻:
對(duì)某一電路中的電阻進(jìn)行精密調(diào)節(jié),使此電路模塊完成相應(yīng)的功能。此類設(shè)備比較復(fù)雜,且設(shè)備與電路要求相適應(yīng)。
激光調(diào)阻機(jī)樣圖
激光調(diào)阻機(jī)的發(fā)展前景與社會(huì)效應(yīng)
激光調(diào)阻機(jī)是利用激光工藝對(duì)薄膜或厚膜電阻進(jìn)行雕刻實(shí)現(xiàn)精密調(diào)節(jié)的關(guān)鍵設(shè)備,在移動(dòng)終端、數(shù)碼相機(jī)、便攜機(jī)等移動(dòng)設(shè)備生產(chǎn)場(chǎng)所,采用精密激光調(diào)阻機(jī)作為加工工藝設(shè)備,有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/div>
本項(xiàng)目技術(shù)含量很高,需要成熟掌握半導(dǎo)體端面泵浦激光器技術(shù)、激光聚焦與圖象監(jiān)控技術(shù)、同軸數(shù)控軟件與圖像視覺自動(dòng)識(shí)別定位技術(shù)、ATE(自動(dòng)化測(cè)試工裝)等技術(shù)。國際上主要廠家為美國ESI和GSI公司兩家。目前,在國內(nèi),精密激光調(diào)阻機(jī)僅三工光電一家生產(chǎn)廠家。
精密激光調(diào)阻機(jī)的產(chǎn)業(yè)化,將直接帶動(dòng)國內(nèi)電子元件的生產(chǎn)水平跨入國際先進(jìn)行列,推動(dòng)我國激光加工設(shè)備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,為爭取民族高科技產(chǎn)業(yè)在世界上占有一席之地作出一定的貢獻(xiàn)。
1、推動(dòng)機(jī)械制造及相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。
精密激光調(diào)阻機(jī)不同于低端的激光加工設(shè)備,要求結(jié)構(gòu)件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等精密、輕巧,控制精度要求高。因其技術(shù)含量高,利潤也高,因此,足以支持上游零部件制造商改進(jìn)設(shè)計(jì)、工藝技術(shù),提高制造水平,提升產(chǎn)品品質(zhì),取得全面進(jìn)步。
2、推動(dòng)精密光學(xué)零件制造及相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。
精密激光調(diào)阻機(jī)要求激光光束精細(xì),光斑小,模式好。因此,對(duì)光學(xué)零件的要求很高。由于有具體的目標(biāo)和設(shè)計(jì)要求,可以指導(dǎo)光學(xué)零部件制造廠家技術(shù)進(jìn)步,并給予充足的資金保障。
3、降低電子元件的生產(chǎn)成本,提升民族企業(yè)的競爭力。
由于精密激光調(diào)阻機(jī)的產(chǎn)業(yè)化,打破了外商的壟斷,必然引導(dǎo)外商進(jìn)行一輪價(jià)格戰(zhàn),廠家獲得的直接好處是,設(shè)備的采購價(jià)格降低,維護(hù)費(fèi)用降低,技術(shù)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(chǎn)品研發(fā)能力,縮短其新產(chǎn)品開發(fā)周期,提高其競爭力。
4、打破外國對(duì)我國IC制造業(yè)的封鎖,降低我國IC制造業(yè)的技術(shù)門檻。
精密激光調(diào)阻機(jī)的產(chǎn)業(yè)化,可以加快我國對(duì)光刻機(jī)技術(shù)的全面掌握。在軍用IC制造過程中,采用國產(chǎn)化的產(chǎn)品對(duì)老舊進(jìn)口設(shè)備更新,不僅可以提高產(chǎn)品的性能,更重要的是可以有效防止通過設(shè)備維護(hù)渠道造成的“泄密”。所以,該項(xiàng)目的實(shí)施,不僅可大力促進(jìn)冶金、機(jī)加工、印刷等行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)升級(jí),將在一定程度上緩解重大冶金技術(shù)裝備國產(chǎn)化程度低、主要依賴進(jìn)口的局面,還可積極帶動(dòng)激光器及光學(xué)部件、精密機(jī)械加工、精密儀器儀表、電子元器件、數(shù)控軟件等上游產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
激光調(diào)阻機(jī)實(shí)現(xiàn)電阻精密調(diào)節(jié)
激光調(diào)阻機(jī)是利用激光工藝對(duì)薄膜或厚膜電阻進(jìn)行雕刻、實(shí)現(xiàn)阻值精密調(diào)節(jié)的關(guān)鍵設(shè)備。在便攜電子產(chǎn)品生產(chǎn)中,采用精密激光調(diào)阻機(jī)作為加工設(shè)備,具有極大發(fā)展?jié)摿Α?/div>
激光調(diào)阻機(jī)技術(shù)含量較高,需要熟練掌握半導(dǎo)體端面泵浦激光器技術(shù)、激光聚焦與圖像監(jiān)控技術(shù)、同軸數(shù)控軟件與圖像視覺自動(dòng)識(shí)別定位技術(shù)、ATE(自動(dòng)化測(cè)試工裝)等技術(shù)。美國ESI公司和GSI公司是目前國際上主要的激光調(diào)阻機(jī)廠商。在國內(nèi),目前僅有三工激光公司能自主研發(fā)生產(chǎn)精密激光調(diào)阻機(jī)。也有一些廠商將傳統(tǒng)燈泵浦打標(biāo)機(jī)當(dāng)作激光調(diào)阻機(jī)來做概念宣傳,但因光束質(zhì)量問題,均難以達(dá)到應(yīng)有的效果。
三工光電研制的激光調(diào)阻設(shè)備,憑借快速反映能力、在電力電子產(chǎn)品ATE研制方面的專家和具有競爭力的價(jià)格等優(yōu)勢(shì),贏得了客戶的青睞,打破了ESI、GSI等跨國公司對(duì)該領(lǐng)域的壟斷。
精密激光調(diào)阻機(jī)不同于低端的激光加工設(shè)備,要求結(jié)構(gòu)件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等精密、輕巧,控制精度要求高,而且要求激光光束精細(xì)、光斑小、模式好,機(jī)械制造、緊密光學(xué)制造等行業(yè)將受益匪淺。此外,精密激光調(diào)阻機(jī)的產(chǎn)業(yè)化,還能幫助用戶降低電子元件的生產(chǎn)成本,提升競爭力。
應(yīng)用案例 :
應(yīng)用背景
A公司的主要業(yè)務(wù)是為各種電氣產(chǎn)品提供配套服務(wù)。為了滿足家用電器、汽車和其他電氣產(chǎn)品的更高要求,該公司的研發(fā)工作主要專注于縮小產(chǎn)品尺寸、提高產(chǎn)品響應(yīng)速度、延長產(chǎn)品使用壽命,并提高產(chǎn)品可靠性。
遇到的問題
很多電路對(duì)電阻的阻值要求十分精確,相對(duì)誤差要求達(dá)到千分之幾甚至萬分之幾。然而由于厚膜絲網(wǎng)印刷操作固有的不準(zhǔn)確性,基板表面的不均勻及燒結(jié)條件的不重復(fù)性,厚膜電阻常出現(xiàn)正負(fù)誤差,用現(xiàn)在的制造工藝,相對(duì)誤差只能達(dá)到5%,甚至更低,所以必須進(jìn)行電阻微調(diào),達(dá)到更高精度。
現(xiàn)有的操作方式是采用精密電阻人為測(cè)量調(diào)整,這種方式需要耗費(fèi)較多人力;或者采用電位器進(jìn)行阻值調(diào)整,但這種方式存在超調(diào),電位器會(huì)回彈,產(chǎn)生電路振蕩,在移動(dòng)或運(yùn)輸過程中也容易松動(dòng),產(chǎn)生參數(shù)漂移。
解決方案
在與客戶協(xié)商后,三工激光建議客戶使用激光調(diào)阻方案。激光電阻微調(diào)是通過短脈沖激光掃描切割,改變電阻的導(dǎo)電截面積,進(jìn)而把低于目標(biāo)阻值的電阻體修調(diào)到阻值允許的偏差范圍內(nèi)。
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(dǎo)體截面面積和導(dǎo)電體長度,達(dá)到微調(diào)電阻的目的。同時(shí),對(duì)電阻進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量,將測(cè)量結(jié)果與設(shè)定阻值進(jìn)行比較,并控制激光的掃射運(yùn)動(dòng),達(dá)到預(yù)定的要求。
結(jié)果比較
激光調(diào)阻的表現(xiàn)證實(shí)了該方案的成功性。激光調(diào)阻幫助客戶降低了電子元器件的制造成本,提高了生產(chǎn)效率,也提升了其新產(chǎn)品研發(fā)能力,縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期,提升了公司競爭力。
由此可以看到,激光調(diào)阻和傳統(tǒng)調(diào)阻方法相比,具有較大優(yōu)勢(shì),在工業(yè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
現(xiàn)代激光調(diào)阻技術(shù)造就高性能混合電路
20世紀(jì)60年代初激光器問世一來,經(jīng)過20多年的發(fā)展,現(xiàn)已成為一種非常成熟的技術(shù),廣泛用于混合電路制造業(yè)。國內(nèi)外不少混合電路廠家都采用激光調(diào)阻工藝。與其他調(diào)阻技術(shù)相比,激光調(diào)阻的精度高,效率高。
現(xiàn)代激光技術(shù)是制造高性能混合電路的重要手段?,F(xiàn)代激光調(diào)阻技術(shù)不僅能對(duì)厚膜基片進(jìn)行調(diào)阻,而且能對(duì)組裝后的混合集成電路進(jìn)行微調(diào),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(diào)阻技術(shù)在混合電路制造中的作用日益突出。
激光調(diào)阻機(jī)是一種精密的激光微調(diào)設(shè)備,它通過短脈沖激光掃描切割,改變電阻體的導(dǎo)電截面積,達(dá)到把低于目標(biāo)阻值的電阻體修調(diào)到阻值允許的偏差范圍內(nèi),適用于片狀電阻的快速大規(guī)模生產(chǎn)。它的主要構(gòu)成為:一臺(tái)輸出脈沖頻率可調(diào)的調(diào)Q脈沖Nd:YAG激光器,輸出波長為1.06μm激光,經(jīng)兩軸偏轉(zhuǎn)后,由光學(xué)系統(tǒng)匯聚成25μm直徑的光斑,照射到載臺(tái)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(dǎo)電截面積和導(dǎo)電長度。高速高精度在線電阻測(cè)量系統(tǒng),測(cè)量電阻器的阻值,當(dāng)阻值達(dá)到標(biāo)稱值時(shí),由電控開關(guān)關(guān)斷激光,完成此片式電阻的修整過程,全過程用時(shí)5-20ms。由一臺(tái)X-Y方向激光掃描振鏡完成一行電阻器的修調(diào)。然后,運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)載片臺(tái)向前運(yùn)動(dòng)一個(gè)行距的位置,重復(fù)上述過程完成第二行調(diào)阻,依此類推,直至調(diào)完一片。所有上述工作在一臺(tái)計(jì)算機(jī)統(tǒng)一控制下,協(xié)調(diào)高效地進(jìn)行。
激光精密加工在諸如薄膜電路的功能微調(diào)、壓電石英諧振腔和單層濾波器的微調(diào)、光掩膜的修正、具有分布參數(shù)的超高頻電路的微調(diào)、光學(xué)度盤和分劃板的刻制等工業(yè)領(lǐng)域?qū)⒌玫皆絹碓綇V泛的應(yīng)用。
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