CN113263273B - 一种用于提高激光钻机精度的治具及方法 - Google Patents

一种用于提高激光钻机精度的治具及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于提高激光钻机精度的治具，包括圆形基板和弧形凸起，圆形基板设置有竖直定位边、通孔及具有网格的透明薄片，网格的中心与通孔的圆心同心设置。本发明还提供了一种用于提高激光钻机精度的方法，将治具贴上热敏纸并安装固定在F‑Theta透镜的上方，发射激光，调校反射镜，使得光斑落在治具的校正位上。本发明提供的一种用于提高激光钻机精度的治具及方法，通过在F‑Theta透镜上安装治具并进行调试，确保激光经过反射镜和电子扫描镜后，从F‑Theta透镜的中心位置射入，有效提高了激光钻机的加工精度，改善生产中打孔不良等品质问题，提高了设备的生产效率，降低了成本。

Description

一种用于提高激光钻机精度的治具及方法
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，尤其是涉及一种用于提高激光钻机精度的治具及方法。
背景技术
随着技术的飞速发展，在高密度、高集成度、多功能、小型化的发展要求下，PCB的尺寸越做越小，HDI(High Density Interconnector，高密度互连)制造已成为PCB行业中重要发展趋势。在HDI的加工过程中，需通过激光钻机对PCB进行钻孔，随着HDI的节距的不断微缩，激光钻机的精度直接影响PCB上孔的精度。
目前行业内解决PCB在激光钻孔机加工精度偏差的方法是只用治具调试电扫镜GALVANO A中心点位置，该方法在解决三菱激光钻孔机精度偏差时仍存在如下缺陷：第一，光路调试后段激光并不一定是从F-Theta透镜中心射出：F-theta透镜在没有变形的情况下，聚焦点的位置取决于透镜的焦距以及偏转角，该透镜简化了聚焦点定位的计算方法，加工点位置决定于透镜焦距与角度值的乘积，焦距不变时，只要计算角度就能快速算出加工位置，但是当入射激光位置不在F-theta透镜中心点时会造成一定偏移；第二，离F-Theta透镜中心偏移较远的地方加工孔型不佳，易变形，有残胶等品质问题。
发明内容
本发明的目的在于解决激光钻机加工精度降低、打孔不良的缺点，提供一种用于提高激光钻机精度的治具及方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一方面，本发明提供了一种用于提高激光钻机精度的治具，包括圆形基板和设置于所述圆形基板反面的弧形凸起，所述圆形基板侧面设置有缺口，所述缺口在所述圆形基板上形成与所述圆形基板的弧面连接的竖直定位边，所述圆形基板的中心处设置有通孔，于所述圆形基板的正面设置有具有网格的透明薄片，所述网格的中心与所述通孔的圆心同心设置。
进一步地，所述网格具有若干条横向设置的第一网格线及若干条纵向设置的第二网格线，所述第一网格线与所述第二网格线相互垂直设置形成若干个方格。
具体地，相邻的所述第一网格线间距为1.5mm，相邻的所述第二网格线间距为1.5mm。
进一步地，所述网格的面积大于所述通孔的面积。
进一步地，所述通孔的直径为12mm-15mm。
进一步地，所述通孔的圆心与所述竖直定位边的间距为35mm。
本发明所提供的一种用于提高激光钻机精度的治具的有益效果在于：该治具的圆形基板的中心设置有通孔，在通孔上设置有具有网格的透明薄片，通过该透明薄片上的网格可以检查激光入射后的位置，从而作出调整，以确保激光经过反射镜和电子扫描镜后，从F-Theta透镜的中心位置射入，以提高激光钻机精度；同时，该治具的圆形基板上设置有缺口形成竖直定位边，以便于安装该治具，其反面还设置有弧形凸起，以便于扣紧固定在F-Theta透镜上方。
另一方面，本发明提供了一种用于提高激光钻机精度的方法，包括以下步骤：提供如权利要求1-6中任意一项所述的治具，将热敏纸贴在所述治具的透明薄片上，再将所述治具未设置透明薄片的一侧覆盖在F-Theta透镜的上方，并将所述弧形凸起抵接于所述F-Theta透镜的侧面，发射激光，使得所述热敏纸上形成光斑，调校反射镜，使得所述光斑落在所述治具的校正位上。
进一步地，所述治具的校正位为所述网格的中心朝向远离所述竖直定位边的方向偏移1.5mm处。
进一步地，所述激光调校时的参数为电压5600v，频率100Hz，脉冲宽度7us，MASK＝0，时间0.2s。
进一步地，所述激光依次经过所述反射镜、电子扫描镜、所述治具和所述F-Theta透镜。
本发明所提供的一种用于提高激光钻机精度的方法的有益效果在于：采用上述提供的治具，将其安装在F-Theta透镜的上方，可以根据激光光斑是否落在治具的校正位上，来判断激光是否会从F-Theta透镜的中心位置射入，若激光光斑未落在治具的校正位上，可以通过调校反射镜，改变激光的入射角度，以确保光斑落在治具的校正位上，从而保证激光经过反射镜和电子扫描镜后，从F-Theta透镜的中心位置射入，这样能够有效提高激光钻机的加工精度，改善离F-Theta透镜中心偏移较远的地方加工孔型不佳、易变形、有残胶等品质问题，有效提高设备的生产效率，降低成本。
附图说明
图1是本发明提供的一种用于提高激光钻机精度的治具的结构示意图；
图2是图1中A-A处的剖视图；
图3是图1中B-B处的剖视图；
图中：100-治具、10-圆形基板、11-竖直定位边、12-弧面、13-通孔、20-弧形凸起、30-透明薄片、31-网格、311-第一网格线、312-第二网格线、D1-通孔的直径、D2-圆形基板的直径、H1-弧形凸起的高度、H2-圆形基板的高度、L1-弧形凸起的厚度、L2-通孔的圆心与竖直定位边的间距、L3-相邻的第一网格线间距、L4-相邻的第二网格线间距。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明一实施例提供了一种用于提高激光钻机精度的治具100。该治具100可以应用于激光钻孔机上使用，用于调校该激光钻孔机上激光进入F-Theta透镜的入射位置，确保激光在经过反射镜、电子扫描镜之后能够由F-Theta透镜的中心位置射入，提高激光钻孔机在加工过程中的加工精度，也能改善离F-Theta透镜中心偏移较远的地方加工孔型不佳、易变形、有残胶等品质问题。
如图1所示，该治具100包括圆形基板10和弧形凸起20。该弧形凸起20设置于所述圆形基板10的反面，该弧形凸起20的作用是为了将所述治具100可以环绕卡紧扣在F-Theta透镜上方，便于其固定。该治具100为塑料材质，可以选用PE、PP、PVC、PET等材质注塑成型。具体地，如图3所示，为了确保该圆形基板10可以完全套设在F-Theta透镜上方，该圆形基板10的尺寸与F-Theta透镜的尺寸适配，在本实施例中，该圆形基板10的直径D2为130mm,该圆形基板10的高度H2为6mm。该弧形凸起20的高度H1为13mm，该弧形凸起20的厚度L1为3mm。
进一步地，如图1所示，所述圆形基板10侧面设置有缺口，所述缺口在所述圆形基板10上形成与所述圆形基板10的弧面12连接的竖直定位边11。该圆形基板10上的竖直定位边11可以由圆形基板10正面进行切割而成。该竖直定位边11的形成便于所述治具100匹配安装到F-Theta透镜上方，并通过该竖直定位边11来调整治具100位于F-Theta透镜上的具体方向和位置，方便后续校正时确认光斑调整的方向。所述圆形基板10的中心处设置有通孔13。该通孔13是为了便于观察激光射入的位置。具体地，如图3所示，所述通孔13的直径D1为12mm-15mm。正常激光打孔大小为6mm,通孔13的直径D1设置较大些可便于观察激光以及调整激光入射时的具体位置。
进一步地，如图1所示，于所述圆形基板10的正面设置有具有网格31的透明薄片30，所述网格31的中心与所述通孔13的圆心同心设置。该透明薄片30为菲林材质制作而成。该网格31中心与通孔13圆心相对应便于调校激光射入位置。该网格用于观察及调校激光射入位置，其作用相当于一把尺子，测定激光射入时偏移F-Theta透镜中心的距离，并通过其作为测量标识进行后续的调校操作，以使得激光经过反射镜和电子扫描镜后，从F-Theta透镜的中心位置射入，从而有效提高激光钻机的加工精度。
进一步地，如图1所示，所述网格31具有若干条横向设置的第一网格线311及若干条纵向设置的第二网格线312，第一网格线311与第二网格线312相互垂直设置形成若干个方格。具体地，相邻的所述第一网格线311间距L3为1.5mm，相邻的所述第二网格线312间距L4为1.5mm，即每个方格的边长为1.5mm，其边长过大或过小均不利于该治具100的测量及调校效果。优选地，所述网格31具有16*16个方格。在透明薄片30上设置的16*16个方格，一方面可以测量光斑在经过F-Theta透镜时所处的位置，起到定位的作用，另一方面可以实现数据化的评估，在调节后通过该16*16个方格确定最终所需的调节位置，便于操作和观测。
进一步地，如图1所示，所述网格31的面积大于所述通孔13的面积。该网格31应覆盖住整个通孔13，以利于调校落入通孔13面积范围内的所有光斑。
具体地，如图2所示，所述通孔13的圆心与所述竖直定位边11的间距L2为35mm。这样设置便于所述治具100匹配安装到F-Theta透镜上方，以利于后续的调校操作。
本发明所提供的一种用于提高激光钻机精度的治具100的圆形基板10的中心设置有通孔13，在通孔13上设置有具有网格31的透明薄片30，通过该透明薄片30上的网格31可以检查激光射入后的位置，从而作出调整，以确保激光经过反射镜和电子扫描镜后，从F-Theta透镜的中心位置射入，以提高激光钻机精度；同时，该治具100的圆形基板10上设置有竖直定位边11，以便于该治具100的安装，其反面还设置有弧形凸起20，以便于扣紧固定在F-Theta透镜上方。
本发明另一实施例还提供了一种用于提高激光钻机精度的方法，包括以下步骤：提供如上所述的治具100，将热敏纸用双面胶贴在所述治具100的透明薄片30上，再将所述治具100未设置透明薄片30的一侧覆盖在F-Theta透镜的上方，并将所述弧形凸起20抵接于所述F-Theta透镜的侧面，发射激光，使得所述热敏纸上形成圆形黑色光斑，观察光斑位置，同时调校反射镜，使得所述光斑落在所述治具100的校正位上，即可确保激光会从F-Theta透镜中心位置射入，从而提高激光钻机的加工精度。
具体地，所述治具100的校正位为所述网格31的中心朝向远离所述竖直定位边的方向偏移1.5mm处。当光斑落在治具100的校正位时，即可确保激光能从F-Theta透镜的中心位置射入，避免激光聚焦点位置发生偏移较远而导致的加工孔型不佳，易变形，有残胶等品质问题。
进一步地，所述激光调校时的参数为电压5600v，频率100Hz，脉冲宽度7us，MASK＝0，时间0.2s。其中，MASK＝0是指不装遮罩。所述参数设置可避免所形成的光斑过大，及防止时间过长出现烧穿现象。
进一步地，所述激光依次经过所述反射镜、电子扫描镜、所述治具100和所述F-Theta透镜。所述反射镜、电子扫描镜、治具100和F-Theta透镜相互配合作业，所述反射镜用于将激光反射后，射入电子扫描镜，另外，在后续调校环节，当激光光斑未落在所述治具100的校正位时，可以调校反射镜以改变激光入射角度，从而使光斑落在该治具100的校正位。所述电子扫描镜用于快速扫描，并将光束偏转至F-Theta透镜聚焦。所述F-Theta透镜安装在电子扫描镜的下方，用于将激光在整个工件平面形成聚焦，将光束聚焦成光斑，通过光斑对加工工件PCB板进行钻孔加工。
本发明所提供的一种用于提高激光钻机精度的方法采用上述提供的治具100，将其安装在F-Theta透镜的上方，可以根据激光光斑是否落在治具100的校正位上，从而来判断激光是否会从F-Theta透镜的中心位置射入，若激光光斑未落在治具100的校正位上，可以通过调校反射镜，改变激光的入射角度，以确保光斑落在治具100的校正位上，从而保证激光经过反射镜和电子扫描镜后，从F-Theta透镜的中心位置射入，这样能够有效提高激光钻机的加工精度，改善加工孔型不佳、易变形、有残胶等品质问题，有效提高设备的生产效率，降低成本。与传统的激光钻机加工流程相比，本发明提供了专用的治具100，增加了调试F-Theta透镜中心点的步骤，平均提高了激光钻机3-4μm的精度，根据不同机型能够达到不同的调校精度，甚至可以达到出厂精度要求(25μm以内)。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于提高激光钻机精度的治具，其特征在于，包括圆形基板和设置于所述圆形基板反面的弧形凸起，所述圆形基板侧面设置有缺口，所述缺口在所述圆形基板上形成与所述圆形基板的弧面连接的竖直定位边，所述圆形基板的中心处设置有通孔，所述通孔的直径为12mm-15mm，于所述圆形基板的正面设置有具有网格的透明薄片，所述网格的中心与所述通孔的圆心同心设置。
2.如权利要求1所述的一种用于提高激光钻机精度的治具，其特征在于，所述网格具有若干条横向设置的第一网格线及若干条纵向设置的第二网格线，所述第一网格线与所述第二网格线相互垂直设置形成若干个方格。
3.如权利要求2所述的一种用于提高激光钻机精度的治具，其特征在于，相邻的所述第一网格线间距为1.5mm，相邻的所述第二网格线间距为1.5mm。
4.如权利要求1或2所述的一种用于提高激光钻机精度的治具，其特征在于，所述网格的面积大于所述通孔的面积。
5.如权利要求1所述的一种用于提高激光钻机精度的治具，其特征在于，所述通孔的圆心与所述竖直定位边的间距为35mm。
6.一种用于提高激光钻机精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：提供如权利要求1-5中任意一项所述的治具，将热敏纸贴在所述治具的透明薄片上，再将所述治具未设置透明薄片的一侧覆盖在F-Theta透镜的上方，并将所述弧形凸起抵接于所述F-Theta透镜的侧面，发射激光，使得所述热敏纸上形成光斑，调校反射镜，使得所述光斑落在所述治具的校正位上，所述激光调校时的参数为电压5600v，频率100Hz，脉冲宽度7us，MASK＝0，时间0.2s。
7.如权利要求6所述的一种用于提高激光钻机精度的方法，其特征在于，所述治具的校正位为所述网格的中心朝向远离所述竖直定位边的方向偏移1.5mm处。
8.如权利要求6所述的一种用于提高激光钻机精度的方法，其特征在于，所述激光依次经过所述反射镜、电子扫描镜、所述治具和所述F-Theta透镜。
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