eng
Выпуск #6/2008
Н.Лябин.
"Каравелла-1" – лазерная установка для прецизионной обработки материалов ИЭТ
"Каравелла-1" – лазерная установка для прецизионной обработки материалов ИЭТ
Просмотры: 2414
Интерес к плазменным технологиям поверхностной модификации материалов изделий электронной техники (ИЭТ) связан с получением микроэлектронных приборов с новыми качественными характеристиками. Высокая воспроизводимость прецизионной микрообработки в автоматизированной установке на основе лазера на парах меди позволяет получать шероховатость поверхности реза искусственных поликристаллических алмазов и кремния не более 1–3 мкм.
Технология микрообработки тонколистовых металлических и неметаллических материалов ИЭТ базируется на свойствах отпаянных лазеров на парах меди (ЛПМ). Эти лазеры характеризуются длиной волн излучения 510,6 и 578,2 нм, средней мощностью 5–50 Вт, частотой повторения импульсов 12–15 кГц и пучком с хорошим дифракционным качеством. Излучение ЛПМ фокусируется с помощью оптической системы в пятно размером 10–40 мкм и плотностью пиковой мощности 109–1010 Вт/см2. Работы [1–3] подтверждают, что технологические установки на базе ЛПМ – идеальный инструмент для прецизионной микрообработки. В процессе прецизионного реза и сверления материала вещество удаляется малыми порциями, преимущественно в режиме испарения, который не требует дополнительного продува технологическим газом пространства над обрабатываемой поверхностью. При этом достигается высокое качество реза и сверления. Известно, что качество лазерной обработки позволяет получать меньшую шероховатость поверхности реза, чем при электроэррозионной обработке, при этом не происходит расслоения материала (рис.1) из-за малой величины зоны термического влияния (L ≤ 5–10 мкм). Существует еще ряд иных преимуществ лазерного способа микрообработки материалов ИЭТ: высокая производительность изготовления деталей сложной конфигурации, универсальность технологической оснастки, возможность эффективной обработки конструкций без давления на материал в атмосфере воздуха и с малыми допусками (4–10 мкм), удобство автоматизированного управления технологическим процессом, повышение воспроизводимости технологического процесса за счет снижения влияния человеческого фактора.
В 2003 году в НПП "Исток" была разработана первая отечественная автоматизированная лазерная технологическая установка (АЛТУ) "Каравелла-1" для прецизионной микрообработки материалов ИЭТ на базе отпаянного ЛПМ со средней мощностью до 15 Вт (рис.2). АЛТУ "Каравелла-1" управляется от персонального компьютера. Программы на рабочие чертежи формируются в виде файлов форматов DXF в системе AutoCAD. Технологические параметры обработки выбираются из условия обеспечения точности и качества изготавливаемой детали на соответствие чертежу.
За 2004–2007 годы была отработана технология прецизионной резки и сверления материалов, применяемых в приборах СВЧ-техники и других ИЭТ: молибдена, меди, нержавеющей стали (12X18H10T), алюминия, титана, никеля, вольфрама, тантала, серебра, золота, псевдосплавов (МД50 и МД80), нитридов (AlN, BN), кремния, поликристаллического алмаза и некоторых других материалов. На АЛТУ эффективно производится микрообработка металлических материалов толщиной 0,02–0,6 мм и специальных неметаллических материалов толщиной менее 1,2 мм. В этом году заканчивается разработка нового поколения АЛТУ "Каравелла-1М", предназначенных для микрообработки искусственных поликристаллических алмазов и кремния толщиной до 2 мм, с расширением диапазона обрабатываемых толщин металлических материалов до 1 мм. На рис.3 представлены фрагменты прецизионных деталей, изготовленных из молибдена, вольфрама, меди, псевдосплава, поликристаллического алмаза и кремния с точностью изготовления 4–10 мкм и шероховатостью не хуже 2 мкм.
В установке "Каравелла-1М" средняя мощность лазерного излучения составляет 20–25 Вт, в нее добавлены новые технологические режимы по сравнению с АЛТУ "Каравелла-1"
(см. таблицу). Это позволяет расширить круг конструкционных материалов, поднять производительность труда, снизить природоохранные расходы, уменьшить себестоимость изготовляемой продукции при одновременном повышении ее качества и надежности. Совокупность получаемых преимуществ от использования АЛТУ "Каравелла-1М" позволит легко перестраивать технологические линии под изготовление единичных и малых партий ИЭТ, что повышает конкурентоспособность предприятия.
Литература
1. Григорьянц А.Г., Казарян М.А., Лябин Н.А. Лазеры на парах меди. – М.: Физматлит, 2005.
2. Лябин Н.А. и др. Лазеры на парах меди и их применение в технологии прецизионной обработки. – Электронная техника.Сер. СВЧ-техника, 2003, вып.2 (482), с.17–35.
3. Королев А.Н. и др. Лазерная технологическая установка "Каравелла-1" для прецизионной микрообработки тонколистовых материалов изделий электронной техники. – Электронная промышленность, 2006, № 3, с.61–74.
В 2003 году в НПП "Исток" была разработана первая отечественная автоматизированная лазерная технологическая установка (АЛТУ) "Каравелла-1" для прецизионной микрообработки материалов ИЭТ на базе отпаянного ЛПМ со средней мощностью до 15 Вт (рис.2). АЛТУ "Каравелла-1" управляется от персонального компьютера. Программы на рабочие чертежи формируются в виде файлов форматов DXF в системе AutoCAD. Технологические параметры обработки выбираются из условия обеспечения точности и качества изготавливаемой детали на соответствие чертежу.
За 2004–2007 годы была отработана технология прецизионной резки и сверления материалов, применяемых в приборах СВЧ-техники и других ИЭТ: молибдена, меди, нержавеющей стали (12X18H10T), алюминия, титана, никеля, вольфрама, тантала, серебра, золота, псевдосплавов (МД50 и МД80), нитридов (AlN, BN), кремния, поликристаллического алмаза и некоторых других материалов. На АЛТУ эффективно производится микрообработка металлических материалов толщиной 0,02–0,6 мм и специальных неметаллических материалов толщиной менее 1,2 мм. В этом году заканчивается разработка нового поколения АЛТУ "Каравелла-1М", предназначенных для микрообработки искусственных поликристаллических алмазов и кремния толщиной до 2 мм, с расширением диапазона обрабатываемых толщин металлических материалов до 1 мм. На рис.3 представлены фрагменты прецизионных деталей, изготовленных из молибдена, вольфрама, меди, псевдосплава, поликристаллического алмаза и кремния с точностью изготовления 4–10 мкм и шероховатостью не хуже 2 мкм.
В установке "Каравелла-1М" средняя мощность лазерного излучения составляет 20–25 Вт, в нее добавлены новые технологические режимы по сравнению с АЛТУ "Каравелла-1"
(см. таблицу). Это позволяет расширить круг конструкционных материалов, поднять производительность труда, снизить природоохранные расходы, уменьшить себестоимость изготовляемой продукции при одновременном повышении ее качества и надежности. Совокупность получаемых преимуществ от использования АЛТУ "Каравелла-1М" позволит легко перестраивать технологические линии под изготовление единичных и малых партий ИЭТ, что повышает конкурентоспособность предприятия.
Литература
1. Григорьянц А.Г., Казарян М.А., Лябин Н.А. Лазеры на парах меди. – М.: Физматлит, 2005.
2. Лябин Н.А. и др. Лазеры на парах меди и их применение в технологии прецизионной обработки. – Электронная техника.Сер. СВЧ-техника, 2003, вып.2 (482), с.17–35.
3. Королев А.Н. и др. Лазерная технологическая установка "Каравелла-1" для прецизионной микрообработки тонколистовых материалов изделий электронной техники. – Электронная промышленность, 2006, № 3, с.61–74.
Отзывы читателей
