CN114193006A - 多头多波长pcb激光钻孔装置以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开多头多波长PCB激光钻孔装置以及方法，包括基座，基座上平行设置有若干条PCB加工线；PCB加工线包括固定安装在基座上的Y向轴，Y向轴的上方设置有平行的第一X向轴和第二X向轴；第一X向轴和第二X向轴的运动方向与Y向轴的运动方向垂直；第一X向轴上固定安装有第一钻孔模块，第二X向轴上固定安装有第二钻孔模块；第一钻孔模块包括第一激光组件，第二钻孔模块包括第二激光组件；第一钻孔模块和第二钻孔模块均包括有定位监测组件。本发明结构紧凑、布局合理，能一次完成电路板的钻孔工序，无需多次装夹，钻孔效率高，钻孔误差小、钻孔精度高，大大提高了电路板的加工生产效率，满足市场需求。

Description

多头多波长PCB激光钻孔装置以及方法

技术领域

本发明涉及PCB加工制造设备技术领域，特别是涉及多头多波长PCB激光钻孔装置以及方法。

背景技术

近年来以手机、笔记本和数字摄像头等为代表的电子关联产品的高功能化迅速发展。为了实现这些电子产品的高功能化，安装的半导体电子元件的小型化和高性能化以及安装这些电子元件的PCB的高密度化、多层化，导通孔的小径化和高精度化都是不可缺少的。

随着HDI(高密度互连)PCB技术的发展，机械钻孔技术已远不能满足打孔小径化、高精度和高效率的市场需求，因此激光打孔逐渐取代了机械钻孔。

随着钻孔的要求不同，目前市场上的较多数激光钻孔设备均采用的是双头单波长加工模式加工，无法满足PCB钻孔效率要求，在加工不同铜箔层和树脂层时需要减薄与黑化预处理，降低了钻孔效率和钻孔精度；因此亟需一种钻孔效率高、钻孔精度高的多头多波长PCB激光钻孔设备来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供多头多波长PCB激光钻孔装置以及方法，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供多头多波长PCB激光钻孔装置，包括基座，所述基座上平行设置有若干条PCB加工线；

所述PCB加工线包括固定安装在所述基座上的Y向轴，所述Y向轴的上方设置有平行的第一X向轴和第二X向轴；所述第一X向轴和所述第二X向轴的运动方向与所述Y向轴的运动方向垂直；

所述第一X向轴上固定安装有第一钻孔模块，所述第二X向轴上固定安装有第二钻孔模块；所述第一钻孔模块和所述第二钻孔模块分别与所述Y向轴对应设置；

所述第一钻孔模块包括第一激光组件，所述第一激光组件固定安装在所述第一X向轴上且与所述Y向轴对应；所述第二钻孔模块包括第二激光组件，所述第二激光组件固定安装在所述第二X向轴上且与所述Y向轴对应设置；

所述第一钻孔模块和所述第二钻孔模块均包括有定位监测组件。

优选的，所述基座包括底座，所述Y向轴固定安装在所述底座的顶面；所述底座的中心位置设置有与所述Y向轴垂直的龙门梁；所述第一X向轴和所述第二X向轴分别设置在所述龙门梁的两侧边。

优选的，所述第一激光组件包括固定安装在所述底座顶面的紫外激光器和固定安装在所述第一X向轴上的紫外光学系统，所述紫外激光器和所述紫外光学系统连通；所述紫外光学系统与所述Y向轴对应设置；所述第二激光组件包括固定安装在所述龙门梁顶端的二氧化碳激光器和固定安装在所述第一X向轴上的二氧化碳光学系统，所述二氧化碳激光器与所述二氧化碳光学系统连通；所述二氧化碳光学系统与所述Y向轴对应设置。

优选的，所述Y向轴上移动设置有Y轴动子，所述Y轴动子上固定安装有负压吸盘；所述第一X向轴上设置有第一X轴动子，所述紫外光学系统固定安装在所述第一X轴动子上；所述第二X向轴上设置有第二X轴动子，所述二氧化碳光学系统固定安装在所述第二X轴动子上。

优选的，所述定位监测组件包括固定装在所述负压吸盘侧壁的激光功率探头；所述激光功率探头分别与所述紫外光学系统和所述二氧化碳光学系统对应设置。

优选的，所述定位监测组件还包括CCD定位组件，所述CCD定位组件分别固定安装在所述第一X轴动子和所述第二X轴动子上，所述CCD定位组件与所述负压吸盘上吸合固接的电路板对应设置。

优选的，所述负压吸盘包括固定安装在所述Y轴动子上的外壳，所述外壳的顶面设置有蜂窝板；所述激光功率探头固定安装在所述外壳的侧壁。

优选的，所述紫外光学系统与所述第一X轴动子之间设置有Z轴调焦装置，所述Z轴调焦装置的固定端与所述第一X轴动子固接，所述Z轴调焦装置的活动端与所述紫外光学系统固接；所述二氧化碳光学系统与所述第二X轴动子之间同样设置有所述Z轴调焦装置。

多头多波长PCB激光钻孔方法，包括以下步骤：

步骤S1、固定安装待钻孔的电路板；

步骤S2、第一次转运电路板；

步骤S3、第一次定位电路板并钻孔；

步骤S4、第二次转运电路板；

步骤S5、第二次定位电路板并钻孔；

步骤S6、第三次转运电路板；

步骤S7、第三次定位电路板并钻孔；

步骤S8、检测并转移加工好的电路板。

优选的，当电路板钻孔为盲孔时，所述步骤S6和所述步骤S7跳过，直接直执行所述步骤S8。

本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种多头多波长PCB激光钻孔装置及方法，在基座上设置有若干条PCB加工线，同时独立进行钻孔操作，大大提高了钻孔效率；单条的PCB生产线包括Y向轴和第一X向轴和第二X向轴，一次安装即可完成电路板的各种形式的钻孔，中间无需进行拆卸再装夹，降低了再次装夹造成的定位误差，提高了钻孔的精度和最终成品的质量；配套设置独立的光学系统以及定位监测组件，便于检测台面功率，保证钻孔功率的一致性，从而保证钻孔的一致性。本发明结构紧凑、布局合理，能一次完成电路板的钻孔工序，无需多次装夹，钻孔效率高，钻孔误差小、钻孔精度高，通过增加Y向轴数和钻孔模块的数量，实现四头、六头、八头、十头甚至更多头钻孔，大大提高了电路板的加工生产效率，满足市场需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明多头多波长PCB激光钻孔装置轴视图；

图2为本发明多头多波长PCB激光钻孔装置俯视图；

图3为本发明多头多波长PCB激光钻孔装置主视图；

图4为本发明紫外光学系统轴视图；

图5为图4中A的局部放大图；

其中，1、基座；2、Y向轴；3、Y轴动子；4、第一X向轴；5、第一X轴动子；6、第二X向轴；7、第二X轴动子；8、底座；9、龙门梁；10、紫外激光器；11、紫外光学系统；12、二氧化碳激光器；13、二氧化碳光学系统；14、负压吸盘；15、激光功率探头；16、Z轴调焦装置；17、CCD定位组件；18、外壳；19、蜂窝板；20、电路板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-5，本发明提供多头多波长PCB激光钻孔装置，包括基座1，基座1上平行设置有若干条PCB加工线；

PCB加工线包括固定安装在基座1上的Y向轴2，Y向轴2的上方设置有平行的第一X向轴4和第二X向轴6；第一X向轴4和第二X向轴6的运动方向与Y向轴2的运动方向垂直；

第一X向轴4上固定安装有第一钻孔模块，第二X向轴6上固定安装有第二钻孔模块；第一钻孔模块和第二钻孔模块分别与Y向轴2对应设置；

第一钻孔模块包括第一激光组件，第一激光组件固定安装在第一X向轴4上且与Y向轴2对应；第二钻孔模块包括第二激光组件，第二激光组件固定安装在第二X向轴6上且与Y向轴2对应设置；

第一钻孔模块和第二钻孔模块均包括有定位监测组件。

本发明公开的多头多波长PCB激光钻孔装置及方法，在基座1上设置有若干条PCB加工线，同时独立进行钻孔操作，大大提高了钻孔效率；单条的PCB生产线包括Y向轴2和第一X向轴4和第二X向轴6，一次安装即可完成电路板20的各种形式的钻孔，中间无需进行拆卸再装夹，降低了再次装夹造成的定位误差，提高了钻孔的精度和最终成品的质量；配套设置独立的光学系统以及定位监测组件，便于检测台面功率，保证钻孔功率的一致性，从而保证钻孔的一致性。

进一步优化方案，基座1包括底座8，Y向轴2固定安装在底座8的顶面；底座8的中心位置设置有与Y向轴2垂直的龙门梁9；第一X向轴4和第二X向轴6分别设置在龙门梁9的两侧边。Y向轴2固定安装在底座8顶面，Y向轴2从龙门梁9与底座8之间的孔隙穿过，第一X向轴4和第二X向轴6分别设置在龙门梁9沿Y向轴2运动方向相同的前后两侧，且第一X向轴4和第二X向轴6均位于Y向轴2的上方，Y向轴2带动电路板20运动，在运动的过程中经过第一X向轴4和第二X向轴6时，第一钻孔模块和第二钻孔模块依次对电路板20进行钻孔。

进一步优化方案，第一激光组件包括固定安装在底座8顶面的紫外激光器10和固定安装在第一X向轴4上的紫外光学系统11，紫外激光器10和紫外光学系统11连通；紫外光学系统11与Y向轴2对应设置；第二激光组件包括固定安装在龙门梁9顶端的二氧化碳激光器12和固定安装在第一X向轴4上的二氧化碳光学系统13，二氧化碳激光器12与二氧化碳光学系统13连通；二氧化碳光学系统13与Y向轴2对应设置。当电路板20在Y向轴2的带动下经过紫外光学系统11下方时，第一X向轴4带动紫外光学系统11进行定位，然后紫外激光器10发射高功率激光，激光入射紫外光学系统11后输出，在电路板20表面的铜箔上钻孔，露出下方的树脂；Y向轴2带动电路板20继续向前移动到二氧化碳光学系统13下方，第二X向轴6带动二氧化碳光学系统13对紫外光学系统11钻好的孔进行定位，然后二氧化碳激光器12激发激光，从二氧化碳光学系统13射出落到定位点上，移除铜箔下方的树脂，形成所需要的孔；

进一步的，若所需要的孔为通孔，则完全移除两层铜箔之间待钻孔位置的树脂，并在Y向轴2带动下反向移动到紫外光学系统11下方，将另一层铜箔移除，形成通孔；若需要的孔为盲孔，则在二氧化碳光学系统13下方移除树脂，且不钻穿，即可与紫外光学系统11在铜箔上钻出的孔形成盲孔。

进一步的，紫外激光器10优选高功率纳秒紫外激光器，紫外光学系统11由紫外光学振镜和紫外远心透镜组成；二氧化碳激光器12优选射频二氧化碳激光器，二氧化碳光学系统13由二氧化碳光学振镜和二氧化碳远心透镜组成；上述零部件均为常用的光学元件，其工作原理和使用方法均为现有技术，此处不再进行赘述。

进一步优化方案，Y向轴2上移动设置有Y轴动子3，Y轴动子3上固定安装有负压吸盘14；第一X向轴4上设置有第一X轴动子5，紫外光学系统11固定安装在第一X轴动子5上；第二X向轴6上设置有第二X轴动子7，二氧化碳光学系统13固定安装在第二X轴动子7上。Y轴动子3沿Y向轴2进行平移，进而带动负压吸盘14一同移动，实现电路板20钻孔过程中电路板20沿生产线方向的运动；第一X轴动子5带动紫外光学系统11与Y向轴2垂直平移，配合负压吸盘14沿Y向轴2的运动，使紫外光学系统11能在电路板20顶面的任何位置钻孔，移除表面铜箔；第二X轴动子7带动二氧化碳光学系统13沿X轴方向平移，能定位到紫外光学系统11在铜箔上钻出的孔，然后对下方的树脂钻孔。

进一步的Y向轴2和第一X向轴4和第二X向轴6均采用双动子直线电机，使Y轴动子3和第一X轴动子5以及第二X轴动子7稳定平移，移动精度高，误差小，适用于电路板20等高精度元件的钻孔加工，为常规技术，此处不再进行赘述。

进一步优化方案，定位监测组件包括固定装在负压吸盘14侧壁的激光功率探头15；激光功率探头15分别与紫外光学系统11和二氧化碳光学系统13对应设置。定位监测组件的作用主要是控制钻孔的精度；激光功率探头15在钻孔中监测对应的光学系统射出的激光的功率，即保证钻孔功率的一致性，从而保证钻孔的一致性。

进一步优化方案，定位监测组件还包括CCD定位组件17，CCD定位组件17分别固定安装在第一X轴动子5和第二X轴动子7上，CCD定位组件17与负压吸盘14上吸合固接的电路板20对应设置。CCD定位组件17用于定位光学系统与电路板20钻孔位置的关系，然后获得光学系统需要移动的距离，是机械加工中常用的定位方法和定位装置，其技术和工作原理均为现有技术。

进一步的，本装置还设置有控制中枢(图中未显示)，控制中枢控制各部件的运行，同时接收CCD定位组件17和激光功率探头15传回的数据，对各部件运行进行对应的调控，确保钻孔精度。控制中枢为常用的机械加工控制中枢，为现有技术，其对各部件的控制和对各个反馈数据的处理均是现有技术，此处不再赘述。

进一步优化方案，负压吸盘14包括固定安装在Y轴动子3上的外壳18，外壳18的顶面设置有蜂窝板19；激光功率探头15固定安装在外壳18的侧壁。使用时，电路板20待钻孔面朝向光学系统，背面与蜂窝板19吸合，保证加工过程中电路板20的平整性和稳定性，从而达到钻孔效果一致的要求。

进一步优化方案，紫外光学系统11与第一X轴动子5之间设置有Z轴调焦装置16，Z轴调焦装置16的固定端与第一X轴动子5固接，Z轴调焦装置16的活动端与紫外光学系统11固接；二氧化碳光学系统13与第二X轴动子7之间同样设置有Z轴调焦装置16。Z轴调焦装置16用于调节光学系统的对焦高度，配合CCD定位组件17，能够弥补两个光学系统焦距偏差造成的钻孔效果不一致问题。

多头多波长PCB激光钻孔方法，包括以下步骤：

步骤S1、固定安装待钻孔的电路板20；通过上料装置将电路板20按照待钻孔面朝上的方向放到负压吸盘14的外壳18内，底面与蜂窝板19顶面吸合，完成固定。

步骤S2、第一次转运电路板20；启动Y轴动子3，带动负压吸盘14和电路板20运动到紫外光学系统11下方。

步骤S3、第一次定位电路板20并钻孔；启动紫外光学系统11上的CCD定位组件17，对电路板20进行定位，然后将定位信息传递给控制中枢，控制中枢控制第一X轴动子5、Y轴动子3和和紫外光学系统11联动，将紫外光学系统11的透镜焦点对准待钻孔位置；启动紫外激光器10，将电路板20对焦位置的电路板20表面铜箔移除；当电路板20需要钻多个孔时，多次重复上述的定位和钻孔过程，直到将所有待钻孔位置的铜箔移除。

步骤S4、第二次转运电路板20；再次启动Y轴动子3，带动负压吸盘14和电路板20运动到二氧化碳光学系统13下方。

步骤S5、第二次定位电路板20并钻孔；启动二氧化碳光学系统13上的CCD定位组件17，对电路板20进行定位，然后将定位信息传递给控制中枢，控制中枢控制第二X轴动子7、Y轴动子3和和二氧化碳光学系统13联动，将二氧化碳光学系统13的透镜焦点准对电路板20上已经移除铜箔的位置；启动二氧化碳激光器12，将电路板20已钻孔的对焦位置的树脂移除；重复上述的定位和钻孔过程，将所有的孔位置钻出。

步骤S6、第三次转运电路板20；当钻孔为通孔时，启动Y轴动子3并反向移动，带动负压吸盘14和电路板20返回到紫外光学系统11下方。

步骤S7、第三次定位电路板20并钻孔；重复步骤S5的定位过程，对电路板20上需要钻通孔的位置进行定位，然后依次从已经移除树脂的孔内将电路板20下端面的铜箔移除，形成通孔。

步骤S8、检测并转移加工好的电路板20。通过质检组件(图中未显示)对加工钻孔完的电路板20进行质检，合格后由下料组件(图中未显示)转运到下道工序。

本发明结构紧凑、布局合理，能一次完成电路板20的钻孔工序，无需多次装夹，钻孔效率高，钻孔误差小、钻孔精度高，通过增加Y向轴数和钻孔模块的数量，实现四头、六头、八头、十头甚至更多头钻孔，大大提高了电路板20的加工生产效率，满足市场需求。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“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，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的限制。

以上的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.多头多波长PCB激光钻孔装置，其特征在于：包括基座(1)，所述基座(1)上平行设置有若干条PCB加工线；

所述PCB加工线包括固定安装在所述基座(1)上的Y向轴(2)，所述Y向轴(2)的上方设置有平行的第一X向轴(4)和第二X向轴(6)；所述第一X向轴(4)和所述第二X向轴(6)的运动方向与所述Y向轴(2)的运动方向垂直；

所述第一X向轴(4)上固定安装有第一钻孔模块，所述第二X向轴(6)上固定安装有第二钻孔模块；所述第一钻孔模块和所述第二钻孔模块分别与所述Y向轴(2)对应设置；

所述第一钻孔模块包括第一激光组件，所述第一激光组件固定安装在所述第一X向轴(4)上且与所述Y向轴(2)对应；所述第二钻孔模块包括第二激光组件，所述第二激光组件固定安装在所述第二X向轴(6)上且与所述Y向轴(2)对应设置；

所述第一钻孔模块和所述第二钻孔模块均包括有定位监测组件。

2.根据权利要求1所述的多头多波长PCB激光钻孔装置，其特征在于：所述基座(1)包括底座(8)，所述Y向轴(2)固定安装在所述底座(8)的顶面；所述底座(8)的中心位置设置有与所述Y向轴(2)垂直的龙门梁(9)；所述第一X向轴(4)和所述第二X向轴(6)分别设置在所述龙门梁(9)的两侧边。

3.根据权利要求2所述的多头多波长PCB激光钻孔装置，其特征在于：所述第一激光组件包括固定安装在所述底座(8)顶面的紫外激光器(10)和固定安装在所述第一X向轴(4)上的紫外光学系统(11)，所述紫外激光器(10)和所述紫外光学系统(11)连通；所述紫外光学系统(11)与所述Y向轴(2)对应设置；所述第二激光组件包括固定安装在所述龙门梁(9)顶端的二氧化碳激光器(12)和固定安装在所述第一X向轴(4)上的二氧化碳光学系统(13)，所述二氧化碳激光器(12)与所述二氧化碳光学系统(13)连通；所述二氧化碳光学系统(13)与所述Y向轴(2)对应设置。

4.根据权利要求3所述的多头多波长PCB激光钻孔装置，其特征在于：所述Y向轴(2)上移动设置有Y轴动子(3)，所述Y轴动子(3)上固定安装有负压吸盘(14)；所述第一X向轴(4)上设置有第一X轴动子(5)，所述紫外光学系统(11)固定安装在所述第一X轴动子(5)上；所述第二X向轴(6)上设置有第二X轴动子(7)，所述二氧化碳光学系统(13)固定安装在所述第二X轴动子(7)上。

5.根据权利要求4所述的多头多波长PCB激光钻孔装置，其特征在于：所述定位监测组件包括固定装在所述负压吸盘(14)侧壁的激光功率探头(15)；所述激光功率探头(15)分别与所述紫外光学系统(11)和所述二氧化碳光学系统(13)对应设置。

6.根据权利要求4所述的多头多波长PCB激光钻孔装置，其特征在于：所述定位监测组件还包括CCD定位组件(17)，所述CCD定位组件(17)分别固定安装在所述第一X轴动子(5)和所述第二X轴动子(7)上，所述CCD定位组件(17)与所述负压吸盘(14)上吸合固接的电路板(20)对应设置。

7.根据权利要求5所述的多头多波长PCB激光钻孔装置，其特征在于：所述负压吸盘(14)包括固定安装在所述Y轴动子(3)上的外壳(18)，所述外壳(18)的顶面设置有蜂窝板(19)；所述激光功率探头(15)固定安装在所述外壳(18)的侧壁。

8.根据权利要求4所述的多头多波长PCB激光钻孔装置，其特征在于：所述紫外光学系统(11)与所述第一X轴动子(5)之间设置有Z轴调焦装置(16)，所述Z轴调焦装置(16)的固定端与所述第一X轴动子(5)固接，所述Z轴调焦装置(16)的活动端与所述紫外光学系统(11)固接；所述二氧化碳光学系统(13)与所述第二X轴动子(7)之间同样设置有所述Z轴调焦装置(16)。

9.多头多波长PCB激光钻孔方法，根据权利要求1-8任意一项所述的多头多波长PCB激光钻孔装置，其特征在于包括以下步骤：

步骤S1、固定安装待钻孔的电路板(20)；

步骤S2、第一次转运电路板(20)；

步骤S3、第一次定位电路板(20)并钻孔；

步骤S4、第二次转运电路板(20)；

步骤S5、第二次定位电路板(20)并钻孔；

步骤S6、第三次转运电路板(20)；

步骤S7、第三次定位电路板(20)并钻孔；

步骤S8、检测并转移加工好的电路板(20)。

10.根据权利要求9所述的多头多波长PCB激光钻孔方法，其特征在于：当电路板(20)钻孔为盲孔时，所述步骤S6和所述步骤S7跳过，直接直执行所述步骤S8。

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