CN110719702B - 一种双波长防焊设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双波长防焊设备。所述双波长防焊设备包括：双波长光源(900)、振动单元(100)、多模光纤(200)和DMD数字微镜(600)，所述双波长光源(900)发出的光束经过多模光纤(200)的传输后通过DMD数字微镜(600)成像，所述双波长光源(900)包括两个不同波长的光源，其中一个光源为355nm脉冲激光器(901)；所述振动单元(100)在所述多模光纤(200)的中段处对所述多模光纤(200)施加高频振动。
Description
技术领域
本发明涉及PCB制造技术领域，特别是涉及一种双波长防焊设备。
背景技术
防焊设备是PCB制造所需的设备之一，为了满足功能需求，通常采用双波长光源，对于波长较短的固体激光器光源，单色性和相干性好，在使用多模光纤传输时，因为散斑，致使照度不均匀，由此导致防焊油墨在曝光过程中曝光不均匀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双波长防焊设备来提高防止防焊油墨在曝光过程中的曝光不均匀问题。
为实现上述目的，本发明提供一种双波长防焊设备。所述双波长防焊设备，其特征在于，包括：双波长光源、振动单元、多模光纤和DMD数字微镜，
所述双波长光源发出的光束经过多模光纤的传输后通过DMD数字微镜成像，所述双波长光源包括两个不同波长的光源，其中一个光源为355nm脉冲激光器；
所述振动单元在所述多模光纤的中段处对所述多模光纤施加高频振动。
优选地，在多模光纤从振动单元伸出的两端处设置有第一限位夹和第二限位夹，第一限位夹和第二限位夹设置在双波长防焊设备的主体上，使得多模光纤在第一限位夹和第二限位夹处相对于双波长防焊设备的主体固定。
优选地，所述振动单元包括：振动马达、多模光纤、光纤夹持机构、减震弹簧和固定座，
振动马达带有偏心轮，在偏心轮转动时，带动整个振动马达在前后和/或上下方向上振动，所述振动马达固定连接至光纤夹持机构，
所述光纤夹持机构夹持所述多模光纤，
所述减震弹簧设置在所述光纤夹持机构和固定座之间。
优选地，所述光纤夹持机构包括上板和下板，所述上板和下板拼合后形成多个通孔，每个通孔用于穿过一根多模光纤。
优选地，所述通孔与多模光纤之间具有间隙，在所述间隙处设置有填充物。
优选地，所述填充物为弹性裂套，所述弹性裂套为回转体，紧密地套接在所述多模光纤上，所述弹性裂套具有锥形端，所述弹性裂套上带有分裂拼接面。有利的是，所述弹性裂套带有直线型的分裂拼接面，从而，便于安装。
优选地，所述振动单元包括：驱动电机、多模光纤、光纤夹持机构、丝杆运动模组、固定座和原点传感器，
所述丝杆运动模组包括丝杆和直线滑块，所述直线滑块上带有与丝杆配合的内螺纹，
所述驱动电机安装在固定座上，通过驱动电机的反复正向和反向转动，带动丝杆反复正向和反向转动，进而带动直线滑块沿着丝杆的轴向直线往复运动。
所述光纤夹持机构夹持所述多模光纤，且所述光纤夹持机构安装在直线滑块上。
优选地，所述振动单元包括原点传感器，所述原点传感器检测直线滑块的初始位置，在直线滑块到达或接近初始位置后，原点传感器发出换向信号，或者正向转动信号，使得驱动电机正向转动。
优选地，所述振动单元包括：驱动电机、多模光纤、光纤夹持机构、凸轮、直线滑块、固定座和回拉弹簧，
所述凸轮由驱动电机1带动旋转时，带动直线滑块直线运动，使得光纤夹持机构、多模光纤一起运动，
回拉弹簧设置在固定座和直线滑块之间保证凸轮由远心向近心过渡时，光纤夹持机构、多模光纤向近心运动。
优选地，所述双波长防焊设备采用如下的曝光同步工作时序：
步骤S1、运动平台到达成像区域后，给DMD数字微镜发送运动平台到位信号；
步骤S2、DMD数字微镜收到运动平台到位信号后，DMD数字微镜翻转到成像状态，给双波长光源发送DMD数字微镜翻转到位信号，并根据设定参数输出相应频率、占空比的脉冲；
步骤S3、双波长光源收到DMD数字微镜翻转到位信号后，根据DMD数字微镜模块输出的频率、占空比的脉冲，开始全部出光，或者仅仅其中一个光源出光；
步骤S4、DMD数字微镜成像结束后，给双波长光源发送关光信号；
步骤S5、双波长光源收到DMD数字微镜的关光信号后，开始全部关光，或者相应地其中一个光源关光；
步骤S6、DMD数字微镜在双波长光源关闭后，延时一定时间，开始翻转到等待位置，DMD数字微镜翻转到等待位置后，向运动平台发送成像结束信号；
步骤S7、运动平台收到DMD数字微镜发出的成像结束信号后，开始向前运动；
步骤S8、运动平台运动到下一个成像区域后，重复步骤S1到步骤S7的工作时序，一直到全部曝光成像完成。
本发明专利，用于解决固体激光器在多模光纤中传输时，因散斑原因引起照度不均匀和协调DMD翻转、激光器发光、运动平台停止三种工作状态的时间点一致，能极大改善防焊油墨和线路质量；3D打印表面光滑、减少打印后的后处理工作量。
附图说明
图1是正常多模光纤传输示意图。
图2为多模光纤传输过程中振动的情况下的传输示意图。
图3为根据本发明第一实施例的消散斑结构的示意图。
图4为根据本发明第二实施例的消散斑结构的示意图。
图5为根据本发明第三实施例的消散斑结构的示意图。
图6为示出DMD数字微镜工作原理的示意图。
图7为双波长防焊设备的原理框图。
附图标记：
具体实施方式
在附图中，使用相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
防焊对应的英文为SolderMask，是PCB印刷线路板制造流程之一,用于保护线路板蚀刻后的线路。
防焊的用途举例如下：1.防止化学品对线路的危害；2.维持板面良好绝缘；3.防止氧化及各种电解质的危害,利于后制程作业；4.文字用于标示零件位置；便于客户插件；便于维修。
防焊的工艺流程举例如下：1.前处理(Pretreatment)，去除氧化及油污防止污染，2.静电喷涂(SprayCoating)，或者半自动印刷机印刷，3.预烤(Precure)，对上流程的油漆初步固化，4.曝光(Exposure)，利用油墨的感光特性，通过底片进行图像转移,把需要保留油墨的地方进行强光照射,使其硬化能牢固的粘合在板面，5.显影(Develop)，用碳酸钠将在曝光时未硬化的油墨冲洗掉，6.后烤(Post Cure)，在液态油墨完成显影后还需要进一步固化，增强其耐焊性，6.文字印刷(Printing of Legend)，方便上件及维修，7.UV烘烤(UVCure)，利用高温烘干文字与油墨的水分,使其牢固粘合于板面。
在根据本发明一实施例的双波长防焊设备中，采用LD405nm光源和355nm光源。两种光源混合使用或者单独使用。LD405nm光源的频谱宽度比较宽，相干性稍差；355nm光源为固体激光器，脉冲光、单色性和相干性好，在防焊制程中使用多模光纤传输时，因散斑原因，致使照度不均匀。这会导致防焊油墨、线路曝光后质量不佳。
在LDI防焊一体机设备中，可以采用LD405nm光源和355nm光源；因两种光源的特点不同，LD405nm光源的频谱宽度比较宽，相干性稍差；355nm光源为固体激光器，脉冲光、单色性和相干性好，在防焊制程中使用多模光纤传输时，因散斑原因，致使照度不均匀。
在PCB制造过程中，针对防焊，本发明的LDI防焊一体机设备，同时满足两个制程的功能需求；采用双波长：LD 405nm光源和固体激光器355nm脉冲光源，两种光源混合使用或者单独使用，达到防焊油墨光泽、深层固化和曝光线路菲林的效果。
在需要防焊曝光工作时，控制系统给LD405nm和355nm激光器信号，通知355nm脉冲激光器和LD405nm激光器同时或者其中一个出光，经过多模光纤后照射工件，直到防焊曝光工作结束。同时，控制系统给振动源信号，使得振动源工作，使得多模光纤振动。
参见图1，在正常多模光纤传输的情况下，光线延固定反射点向前跃进；入射两个光点，出光纤时也为两个固定光点。
参见图2，在多模光纤传输过程中，采用振动方式，改变多模光纤传输过程中相位角度，从而改变光束在光纤传输过程中的跃进点，进而减少多模光纤传输过程中散斑，在光纤输出口形成更为精细的高斯分布光点，达到多模光纤传输过程中消散斑的作用，提高照度的均匀性。
在同等条件下，使用本发明专利所采用的机构和工作时序，减缓因散斑引起的油墨表面光泽度不均匀和线路拖尾问题；提升防焊油墨曝光、线路质量。
使用本发明机构，在多模光纤传输过程中，改变光束在光纤中间传输的反射点，同一束光束在不同时间点向前跃进的位置不同，最后出光纤时，形成多个出光点，达到消除散斑的目的。
参见图，根据本发明一实施例的双波长防焊设备包括光源900、振动单元100和多模光纤200。光源900包括两个激光器：LD405nm激光器902和355nm脉冲激光器901。光源900发出的光束通过多模光纤200的传输而照射工件800(PCB板坯件)。为了限制振动区域，在多模光纤200从振动单元100伸出的两端处设置有第一限位夹201和第二限位夹202。第一限位夹201和第二限位夹202设置在双波长防焊设备的主体上。使得多模光纤200在第一限位夹201和第二限位夹202处相对于双波长防焊设备的主体固定。
在一个未图示的实施例中，在第一限位夹和第二限位夹的外侧，设置有两个光纤对接端子。从而，便于更换两个光纤对接端子之间的光纤段。该被更换的光纤段为振动，容易损坏的光纤段。
脉冲激光器是指单个激光脉冲宽度小于0.25秒、每间隔一定时间才工作一次的激光器，它具有较大输出功率。常见的脉冲激光器有固体激光器中的钇铝石榴石(YAG)激光器、红宝石激光器、钕玻璃激光器等，还有氮分子激光器、准分子激光器等。
DMD数字微镜做为信号的中继站，连接运动平台与两种光源的工作状态，达到工作时间点协调一致。
实施例一、振动马达式消散斑结构
图示实施例的振动马达式消散斑结构包括：振动马达11、多模光纤12、光纤夹持机构13、减震弹簧和固定座1616。
振动马达11用作振动源。振动马达可以采用现有的任何振动马达，只要能够实现振动即可。在一个实施方式中，振动马达带有偏心轮，在偏心轮转动时，带动整个马达在前后和上下方向上的振动。振动的频率通过调整或选择振动马达的转速来实现。有利的是，振动马达11为电动马达。在双波长防焊设备的整个工作过程中，使得振动马达工作，带动多模光纤12始终处于稳定的振动状态。前后方向例如是指上板131的长度方向。上下方向是竖直方向。
振动马达11固定连接至光纤夹持机构13。在图示实施例中，振动马达11固定连接至光纤夹持机构13的上板131。具体地，振动马达11固定连接至上板131的中部处，换句话说，振动马达11在上板131上大体上居中设置。
在图示实施例中，振动马达11通过4个螺栓固定连接至上板131。
多模光纤12用于传输光束。根据需要，可以使用1根、2根、3根或更多根多模光纤12。多模光纤12将来自光源900的光束传输至待照射的工件。多模光纤12可以根据需要采用现有技术中任何规格的多模光纤。
光纤夹持机构13用于夹持多模光纤12，并带动多模光纤12振动。光纤夹持机构13包括上板131和下板132，上板131和下板132拼合后形成多个通孔133。例如，上板131和下板132各自带有多个相互对应的半圆孔。所述多个通孔133在拼合面上等间距设置。每个通孔133用于穿过一根多模光纤12。
在一个具体实施例中，通孔133的直径大于多模光纤12的直径。从而，便于多模光纤12穿过通孔133。在多模光纤12穿过通孔133之后，在通孔133与多模光纤12之间设置填充物，填充通孔133与多模光纤12之间的间隙。在一个备选实施例中，所述填充物为弹性裂套。所述弹性裂套为回转体，紧密地套接在所述多模光纤12上，所述弹性裂套具有锥形端。所述弹性裂套上带有分裂拼接面。有利的是，所述弹性裂套带有直线型的分裂拼接面，从而，便于安装。
减震弹簧设置在光纤夹持机构13与固定座16之间，起减振作用。具体地，减震弹簧设置在光纤夹持机构13的下板与固定座16之间。减震弹簧包括两个主弹簧14和四个辅助弹簧15。
在固定座16的上侧设置有两个容置孔，在下板132的下侧对应地设置有两个容置孔。主弹簧14的下端和上端分别容置在所述固定座16和下板132上的相应容置孔内。主弹簧14为受压弹簧。在初始位置，主弹簧14承受压力，承担振动马达11的重力。初始位置为振动马达11不工作时的静止位置。
进一步地，在固定座16的左右两侧对称地各设置有两个凸部，一共四个凸部；相应地，在下板132的左右两侧也各设置有两个凸部。辅助弹簧15的上端固定连接至固定座16侧部设置的凸部，辅助弹簧15的下端固定连接至下板132侧部设置的凸部。在初始位置，辅助弹簧15承受拉力。初始位置为振动马达11不工作时的静止位置。辅助弹簧15除了用于调整振动频率、以及用于减振之外，还用于辅助实现左右方向上的平衡。
主弹簧14的钢丝的直径大于辅助弹簧15的钢丝的直径。主弹簧14的刚度大于辅助弹簧15的刚度。
固定座16用作整个消散斑结构的基座。固定座16固定安装至双波长防焊设备的主体部分。固定座16可以采用任何适当的结构与材料。
工作原理：
振动马达11工作时，带动多模光纤12和光纤夹持机构13一起振动，在多模光纤12内部形成高频的振动频率，从而改变多模光纤12中间反射点的位置。振动频率例如设置在3.2K以上。
减震弹簧14保证多模光纤12和光纤夹持机构13振动的幅度及减少对固定座16的振动影响。固定座16固定整体机构。
实施例二、直线运动式消散斑结构
图所示实施例的直线运动式消散斑结构包括：驱动电机21、多模光纤22、光纤夹持机构23、丝杆运动模组、固定座26和原点传感器27。
丝杆运动模组包括丝杆24和直线滑块25，所述直线滑块25上带有与丝杆24配合的内螺纹。
驱动电机21安装在固定座26上，通过驱动电机的反复正向和反向转动，带动丝杆24反复正向和反向转动，进而带动直线滑块25沿着丝杆24的轴向直线往复运动。
多模光纤22与第一实施例的多模光纤相同。
光纤夹持机构23与第一实施例的光纤夹持机构13在结构上基本相同。光纤夹持机构23安装在直线滑块25上。
原点传感器27检测振动平台的初始位置(原点)。换句话说，原点传感器27检测直线滑块25的初始位置。在直线滑块25到达或接近初始位置(原点)后，原点传感器27发出换向信号，或者正向转动信号，使得驱动电机21正向转动。在驱动电机正向转动设定时长(例如0.1秒)后，使得驱动电机反向转动相同的设定时长。在反向转动的时长到达设定时长后，或者原点传感器27检测到直线滑块25后，换向。
有利的是，驱动电机第一次正向转动的时长略大于设定时长。从而，在振动期间，原点传感器27通常是不工作的。
工作原理：
丝杆运动模组前后平行移动时，带动多模光纤22、光纤夹持机构23一起运动，多模光纤22跟随光纤夹持机构23前后运动，从而改变多模光纤中间反射点的位置，从而改变多模光纤内部光束反射点。
实施例三、凸轮运动式消散斑结构
图示的凸轮运动式消散斑结构包括：驱动电机31、多模光纤32、光纤夹持机构33、凸轮34、直线滑块35、固定座36和回拉弹簧37。
工作原理：
凸轮34由驱动电机31带动旋转时，带动直线滑块35直线运动，使得光纤夹持机构33、多模光纤32一起运动。多模光纤32内部跟随做高、低点前、后运动，从而改变多模光纤32中间反射点的位置，从而改变多模光纤32内部光束反射点。凸轮34通过与两个滚轮接触传动而驱动直线滑块35。
回拉弹簧37保证凸轮34由远心向近心过渡时，光纤夹持机构33、多模光纤32向近心运动。
直线滑块35保证光纤夹持机构33、多模光纤32做直线运动。
同时，在使用DMD数字微镜成像时，DMD翻转时间点、固体激光器脉冲光发光时间点、运动平台停止时间点，三种状态的时间点有可能不在最佳时间点工作。DMD数字微镜600不仅仅包括微镜，而且可以包括相应的驱动单元和通信单元。
在DMD数字微镜需要成像工作时，由运动机构发出停止或运动中信号，DMD数字微镜成像的工作时间点同时给LD405nm和355nm激光器信号，通知355nm脉冲激光器和LD405nm激光器同时或者其中一个出光；DMD数字微镜成像结束后，通知355nm脉冲激光器和LD405nm激光器同时关光或者其中一个关光，同时通知运动机构向前运动，直到曝光工作结束。
在使用DMD数字微镜成像时，DMD翻转时间点、固体激光器脉冲光发光时间点、运动平台停止时间点，三种状态的时间点有可能不在最佳时间点工作。这也会导致防焊油墨、线路曝光后质量不佳。为此本发明采用曝光同步工作时序。
具体地，本发明的双波长防焊设备采用如下的曝光同步工作时序。
步骤S1、运动平台700到达成像区域后，给DMD数字微镜600发送运动平台700到位信号。
步骤S2、DMD数字微镜600收到运动平台700到位信号后，DMD数字微镜600翻转到成像状态，给双波长光源900发送DMD数字微镜600翻转到位信号，并根据设定参数输出相应频率、占空比的脉冲。例如，根据照射所需要的光强，以及光源的规格参数来输出相应频率、占空比的脉冲。步骤S3、双波长光源900收到DMD数字微镜翻转到位信号后，根据DMD数字微镜600模块输出的频率、占空比的脉冲，开始全部出光，或者仅仅其中一个光源出光。
步骤S4、DMD数字微镜600成像结束后，给双波长光源900发送关光信号。
步骤S5、双波长光源900收到DMD数字微镜600的关光信号后，开始全部关光，或者相应地其中一个光源关光。
步骤S6、DMD数字微镜600在双波长光源关闭后，延时一定时间，开始翻转到等待位置，DMD数字微镜600翻转到等待位置后，向运动平台700发送成像结束信号。
步骤S7、运动平台700收到DMD数字微镜600的成像结束信号后，开始向前运动。
步骤S8、运动平台700运动到下一个成像区域后，重复步骤S1到步骤S7的工作时序，一直到全部曝光成像完成。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员应当理解：可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种双波长防焊设备，其特征在于，包括：双波长光源(900)、振动单元(100)、多模光纤(200)和DMD数字微镜(600)，
所述双波长光源(900)发出的光束经过多模光纤(200)的传输后通过DMD数字微镜(600)成像，所述双波长光源(900)包括两个不同波长的光源，其中一个光源为355nm脉冲激光器(901)；
所述振动单元(100)在所述多模光纤(200)的中段处对所述多模光纤(200)施加高频振动，在多模光纤(200)从振动单元(100)伸出的两端处设置有第一限位夹(201)和第二限位夹(202)，第一限位夹(201)和第二限位夹(202)设置在双波长防焊设备的主体上，使得多模光纤(200)在第一限位夹(201)和第二限位夹(202)处相对于双波长防焊设备的主体固定。
2.如权利要求1所述的双波长防焊设备，其特征在于，所述振动单元(100)包括：振动马达(11)、多模光纤、光纤夹持机构、减震弹簧和固定座，
振动马达(11)带有偏心轮，在偏心轮转动时，带动整个振动马达(11)在前后和/或上下方向上振动，所述振动马达(11)固定连接至光纤夹持机构，
所述光纤夹持机构夹持所述多模光纤，
所述减震弹簧设置在所述光纤夹持机构和固定座之间。
3.如权利要求2所述的双波长防焊设备，其特征在于，所述光纤夹持机构包括上板(131)和下板(132)，所述上板(131)和下板(132)拼合后形成多个通孔(133)，每个通孔(133)用于穿过一根多模光纤。
4.如权利要求3所述的双波长防焊设备，其特征在于，所述通孔(133)与多模光纤之间具有间隙，在所述间隙处设置有填充物。
5.如权利要求4所述的双波长防焊设备，其特征在于，所述填充物为弹性裂套，所述弹性裂套为回转体，紧密地套接在所述多模光纤上，所述弹性裂套具有锥形端，所述弹性裂套上带有分裂拼接面。
6.如权利要求1所述的双波长防焊设备，其特征在于，所述振动单元(100)包括：驱动电机、多模光纤、光纤夹持机构、丝杆运动模组、固定座和原点传感器(27)，
所述丝杆运动模组包括丝杆(24)和直线滑块，所述直线滑块上带有与丝杆(24)配合的内螺纹，
所述驱动电机安装在固定座上，通过驱动电机的反复正向和反向转动，带动丝杆(24)反复正向和反向转动，进而带动直线滑块沿着丝杆(24)的轴向直线往复运动，
所述光纤夹持机构夹持所述多模光纤，且所述光纤夹持机构安装在直线滑块上。
7.如权利要求6所述的双波长防焊设备，其特征在于，所述振动单元(100)包括原点传感器(27)，所述原点传感器(27)检测直线滑块的初始位置，在直线滑块到达或接近初始位置后，原点传感器(27)发出换向信号，或者正向转动信号，使得驱动电机正向转动。
8.如权利要求1所述的双波长防焊设备，其特征在于，所述振动单元(100)包括：驱动电机、多模光纤、光纤夹持机构、凸轮(34)、直线滑块、固定座和回拉弹簧(37)，
所述凸轮(34)由驱动电机带动旋转时，带动直线滑块直线运动，使得光纤夹持机构、多模光纤一起运动，
回拉弹簧(37)设置在固定座和直线滑块之间保证凸轮(34)由远心向近心过渡时，光纤夹持机构、多模光纤向近心运动。
9.如权利要求1-8中任一项所述的双波长防焊设备，其特征在于，所述双波长防焊设备采用如下的曝光同步工作时序：
步骤S1、运动平台(700)到达成像区域后，给DMD数字微镜(600)发送运动平台(700)到位信号；
步骤S2、DMD数字微镜(600)收到运动平台(700)到位信号后，DMD数字微镜(600)翻转到成像状态，给双波长光源(900)发送DMD数字微镜(600)翻转到位信号，并根据设定参数输出相应频率、占空比的脉冲；
步骤S3、双波长光源(900)收到DMD数字微镜翻转到位信号后，根据DMD数字微镜(600)模块输出的频率、占空比的脉冲，开始全部出光，或者仅仅其中一个光源出光；
步骤S4、DMD数字微镜(600)成像结束后，给双波长光源(900)发送关光信号；
步骤S5、双波长光源(900)收到DMD数字微镜(600)的关光信号后，开始全部关光，或者相应地其中一个光源关光；
步骤S6、DMD数字微镜(600)在双波长光源关闭后，延时一定时间，开始翻转到等待位置，DMD数字微镜(600)翻转到等待位置后，向运动平台(700)发送成像结束信号；
步骤S7、运动平台(700)收到DMD数字微镜(600)发出的成像结束信号后，开始向前运动；
步骤S8、运动平台(700)运动到下一个成像区域后，重复步骤S1到步骤S7的工作时序，一直到全部曝光成像完成。
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