Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2003 №1

Технология LaserGraver - шаблоны печатных плат за один технологический этап

Ласкин Александр


Миниатюризация электроники невозможна без постоянного совершенствования всех ее компонентов и устройств, в том числе, конечно же, и печатных плат. Уплотняется монтаж, все чаще требуются многослойные платы, возрастают требования к их точности, а для проектирования плат тебуется разнообразное программное обеспичение, способное еще до изготовления самой платы предсказать многие ее свойства. Постоянно развиваются сами технологии изготовления печатных плат. сегодня в распоряжении технологлв разнообразные материалы и оборудование, позволяющие выбрать технологический процесс, оптимальный для решения конкретной задачи.

Отправной точкой любого технологического процесса являются шаблоны — графические изображения слоев печатных плат. Для достижения успешного результата важны качество и точность шаблонов, ведь на последующих этапах длинной технологической цепочки качество исходного рисунка лишь теряется. На любом производстве большое внимание уделяется оборудованию для изготовления шаблонов — плоттерам, представляющим сегодня высокотехнологичные устройства, чаще всего на базе лазеров, с применением современной электроники, точной механики, оптики. Среди наиболее перспективных технических тенденций в развитии техники плоттеров можно выделить следующие:

  • применение лазеров,обеспечивающих высокое физическое разрешение записи изображения, необходимое для высококлассных печатных плат;
  • реализация так называемого растрового метода записи, когда изображение слоя печатной платы заранее готовится в виде двумерной матрицы черных и белых пикселов малого размера, сохраняется на компьютере в растровом файле (bitmap) и затем записывается лучом лазера на пленочном материале;
  • конструктивное исполнение плоттеров «внешний барабан » обеспечивает максимальную точность записи изображения, в том числе в условиях долговременной эксплуатации;
  • реализация «сухих » технологий записи изображения на материале, без мокрых стадий обработки как, например, при фотохимической технологии, что гарантирует отсутствие интенсивной усадки и, следовательно, высокую геометрическую точность шаблонов;
  • применение при подготовке данных открытых форматов хранения изображения шаблонов — это гарантирует совместимость современных плоттеров с распространенными пакетами проектирования печатных плат.

К фирмам-изготовителям плоттеров, следующим названным выше тенденциям, относится и российская компания «Альфа», выпускающая аппараты серии LaserGraver (рис.1). В системах LaserGraver реализована «сухая» технология изготовления шаблонов — термический способ записи изображения шаблона лучом волоконного лазера (активная среда иттербий, ИК-излучение) непосредственно с управляющего компьютера на термочувствительную пленку.

Система LaserGraver 4003S PCB

Вся процедура изготовления шаблона в технологии LaserGraver осуществляется за один сеанс записи, без какой бы то ни было дополнительной, в том числе фотохимической, обработки. Метод записи изображения растровый, поэтому одинаково легко и быстро записываются любые шаблоны: позитивные и негативные, прямые и зеркальные. Возможности проектирования печатных плат расширяются за счет простоты воспроизведения любой формы проводников и контактных площадок. Проводники могут быть прямыми, изогнутыми, наклонными под любым углом в зависимости от того, что требует оптимальное конструкторско-технологическое исполнение платы, в частности, это актуально для так называемых алгоритмов бессеточной разводки. Контактные площадки могут походить на «слезки » или иметь любую другую целесообразную для производства форму. То есть растровый метод, наряду с остальными возможностями, придает процессу проектирования печатных плат дополнительную гибкость. Работа же без реактивов и «темных комнат» при высокой степени автоматизации делает процесс изготовления шаблонов простым и удобным.

По технологии LaserGraver запись выполняется на термочувствительной пленке из терморелаксированного лавсана (толщиной 175 или 100 мкм) с похожим на лак тонким (не более 5 мкм) черным покрытием. Именно это покрытие и удаляется лазером в зонах изображения, соответствующих белым пикселам. Работать с таким материалом можно при дневном свете, фактически в офисных условиях. Важная особенность этой пленки — высокая оптическая плотность (от 4,5 Dlog), что обеспечивает высокий контраст изображения, необходимый для любого процесса копирования при изготовлении печатной платы. Причем оптическая плотность черных участков при записи остается неизменной и не зависит от параметров самой записывающей системы. Фактически обработка идет с пороговым эффектом; переход же на стыке черного и прозрачного полей — без характерной для фотопленок пограничной кривой, крутизна которой снижается при увеличении экспозиции (например, когда нужно увеличить оптическую плотность).

Достоинства технологии LaserGraver хорошо дополняются высокой точностью передачи геометрических размеров рисунка шаблона, достигаемой за счет применения наиболее оптимальной с точки зрения долговременной стабильной работы конструкции «внешний барабан ». При работе барабан, на котором посредством вакуумного прижима фиксируется заготовка, непрерывно вращается с высокой скоростью — это одна координата развертки изображения. Другая координата задается перемещением оптической каретки путем точной винтовой передачи. Точность исполнения механических, оптических, электронных узлов оборудования LaserGraver позволяет производить запись шаблонов с разрешением до 10 160 dpi (шаг 2,5 мкм), обеспечивая изготовление печатных плат 5-го класса и даже микросборок.

«Сердце» лазерных плоттеров, конечно же, сам лазер. От его характеристик, надежности и удобства в эксплуатации зависят многие технические данные всего оборудования. Многолетний опыт работы с технологией LaserGraver показывает, что наиболее оптимальны для ее реализации так называемые волоконные лазеры с полупроводниковой накачкой (активная среда иттербий, ИК-излучение, рис.2). Это чрезвычайно удобные и надежные источники, представляющие собой идеальные преобразователи световой энергии лазерных диодов оптической накачки в лазерное излучение. Они не требуют водяного охлаждения, не имеют сменных изнашиваемых компонентов и обладают рекордным среди лазеров подобного назначения КПД. Создание таких излучателей — результат многолетнего развития лазерной техники. С ними системы LaserGraver становятся практически офисной техникой, степень автоматизации и защищенность которой соответствуют современным европейским стандартам.

Оптическая система с волоконным лазером

Совместимость не только с современными программными пакетами подготовки печатных плат, но и с такими популярными программами как PCAD 4.5 — важная особеность оборудования LaserGraver. Обычно при установке нового плоттера всегда встает вопрос адаптации систем проектирования плат и программного обеспечения самого плоттера. Но не в случае с LaserGraver!

«Безболезненность» интеграции технологии LaserGraver в уже существующий процесс проектирования печатных плат основана на применении современных подходов к работе с графическими данными, использовании общеупотребимых форматов описания графической информации. Ведь когда проведена разводка печатной платы или разработана топология микросборки, и наступает этап изготовления шаблона, наиболее важными становятся именно графические изображения отдельных слоев, паяльных масок, маркировки и т.д. Очевидно, для работы с этими графическими данными целесообразно использовать те средства, которые специально разработаны для этих целей. В технологии LaserGraver обработка данных шаблонов основана на таком популярном, универсальном и мощном средстве работы с графикой, как язык PostScript. За долгие годы своего развития и совершенствования PostScript занял поистине уникальное положение в мире графики — он не зависит ни от программного обеспечения, ни от типов компьютерных платформ или операционных систем. Более того, именно все современные пакеты программного обеспечения и операционные системы должны «подстраиваться » под PostScript. Поэтому любые современные пакеты подготовки данных печатных плат (PCAD 2000, PCAD 2001, Protel, CAM 350, OrCAD, AutoCAD и др.) совместимы с PostScript, а значит и с PostScript-устройствами LaserGraver. В случае же применения для разработки плат таких распространенных в России программ, как PCAD 4.5 и PCAD 8.5/8.7, совместимость с PostScript реализована внутренними драйверами этих пакетов.

В технологии LaserGraver применен растровый метод записи, поэтому изображение шаблона печатной платы или микросборки должно быть представлено в растровом формате, например, TIFF, PCX. Для конвертирования PostScript-файла шаблона в растровое изображение используется специальная программа — растровый процессор FlexWorks (рис.3). Дополнительно к этой основной функции FlexWorks имеет средства контроля растровых изображений шаблонов, электронного монтажа для формирования групповых заготовок, управления LaserGraver . Таким образом, программное обеспечение систем LaserGraver решает весь круг задач по обработке компьютерных данных шаблонов, обеспечивая полную совместимость со всеми пакетами подготовки данных печатных плат. А его установка на предприятии не требует изменения принятого порядка проектирования. Более того, LaserGraver — это своеобразный мостик для тех, кто сегодня использует пакеты PCAD 4.5,8.5/8.7 под DOS, но планирует перейти на современное мощное и разносторонне программное обеспечение, например, PCAD 2001, Protel.

Пример конфигурации программного обеспечения FlexWorks 1.3

Универсальность — еще одна очень важная особенность технологии LaserGraver. Лазерный луч — это тонкий резец размером 15 –20 мкм, способный формировать с высоким разрешением сколь угодно сложные изображения не только на термочувствительной пленке, но и на различных пластиках, металлизированных пленках,других материалах с покрытиями, поглощающими ИК-излучение. Это свойство технологии LaserGraver весьма популярно среди ее пользователей — на одном и том же оборудовании путем лазерной гравировки можно изготавливать и шаблоны печатных плат, и, скажем, таблички обозначения разъемов, кабелей, лицевые панели приборов. Другим популярным применением лазерного оборудования является изготовление высококонтрастных фотоформ для сеткографии. Очевидно, все эти дополнительные возможности весьма актуальны для многих предприятий электронной техники.

Технология LaserGraver получает все большее распространение. Сегодня эти системы успешно работают на десятках предприятий, причем все большее число производителей печатных плат использует эту технологию как наиболее прогрессивную и отвечающую требованиям сегодняшнего дня. Кроме того, высокое разрешение систем LaserGraver (до 10 160 dpi!) позволяет многим пользователям применять их для изготовления шаблонов электронных микросборок.

Практически LaserGraver представляет собой полный программно-аппаратный комплекс, позволяющий забыть массу проблем, связанных с совместимостью программного обеспечения и адаптируемостью к условиям конкретного предприятия. Задачи эти решаются производителем в самом комплексе.

У машин LaserGraver довольно широкий модельный ряд — от формата 430 .650 мм (это наиболее популярный формат для печатных плат) до 770 .1067 мм. Обеспечиваются технологическая поддержка оборудования, сервис. Таким образом, технология LaserGraver — оптимальное решение для российского рынка. Остановимся еще раз на основных ее достоинствах:

  1. Высокая скорость построения любого (позитивного или негативного, прямого или зеркального) шаблона, вне зависимости от сложности и насыщенности печатной платы.
  2. Вся технология реализуется на одной единице оборудования.
  3. Возможность сразу готовить рабочие шаблоны — ведь когда комплект шаблонов возможно вывести за считанные минуты, контрольные шаблоны без надобности — достаточно хранить лишь файлы и при необходимости сразу выводить рабочие шаблоны.
  4. Высокий контраст шаблонов, что упрощает последующие процессы копирования.
  5. Удобство и простота эксплуатации, подготовки компьютерных данных.
  6. Полное отсутствие химии.
  7. Универсальность.
  8. Высокая надежность.
  9. Высокая точность.
  10. Совместимость со всеми пакетами подготовки данных печатных плат.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке