专利名称：双束双波长激光三维微熔覆制造混合集成电路基板的设备的制作方法
双束双波长激光三维微熔覆制造混合集成电路基板的设备
本发明涉及一种双束双波长激光三维微熔覆制造混合集成电路基板的设备，属于电 子行业混合集成电路制造技术领域。
背景技术：
关于双束双波长激光三维数控微熔覆制造混合集成电路基板的技术与设备，目前国 内外尚无相关报道。
混合集成电路基板、多层和三维线路板的制造是电子产业的核心支柱，特别是目前 商用的计算机、电子及通信设备中的核心芯片及高端集成电路芯片的制造是世界科技经 济及产业的潮流与支柱，该行业的发展基础是，制造高端集成电路的"工业型数控激光 微熔覆技术与设备"，为此，本发明提出一种双束双波长激光三维数控微熔覆制造混合 集成电路基板的技术与设备，它利用对称双Z型谐振腔的Nd: YAG激光器经直角棱镜 发射双束双波长激光，配置多通道智能微喷送粉、采用五轴并联技术控制双束振镜与工 作台移动，实现混合集成电路基板、多层和三维线路板的激光三维微熔覆制造。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双束双波长激光三维数控微熔覆制造混合集成电路基 板的技术与设备，它利用对称双Z型谐振腔的Nd: YAG激光器经直角棱镜发射双束双 波长激光，配置多通道智能微喷送粉、采用五轴并联技术控制双束振镜与工作台移动， 实现混合集成电路基板、多层和三维线路板的激光三维微熔覆制造。
本发明主要由双束双波长激光器、多通道智能微喷送粉、三维智能视觉检测识别、
五轴并联控制振镜与工作台及系统中央智能控制模块组成，其特征在于:头部安装有
X-Y振镜及聚焦镜的双Z型谐振腔双束双波长激光Nd: YAG激光器，安置于X、 Y和Z 三轴工作台上方，多通道智能微喷送粉装置设置于"X、 Y和Z三轴工作台"的两侧上方， 与前者错开位置安装三维智能视觉检测识别装置，全部装置都通过控制电缆与系统数控 中心相连。
本发明的技术方案是利用两个对称Z型Nd: YAG激光器谐振腔，输出双束激光， 利用3个"波长转换镜"，实现532nm、 1064nm双波长组合输出，通过直角棱镜合成 并行双路输出，聚焦到激光微熔覆件表面，再配置多通道智能微喷送粉熔覆系统、三维 智能视觉检测识别反馈系统、五轴并联控制振镜与工作台移动系统，通过整机计算机中 心控制系统，控制实现双线双波长激光微熔覆，实现混合集成电路基板、多层和三维线路板的激光三维微熔覆制造。
本发明的特征在于，它包括双Z型谐振腔双束双波长激光的Nd: YAG激光器、 多通道智能微喷送粉装置、三维智能视觉检测识别装置以及振镜x、 y轴与工作台X、 Y 和Z轴的五轴并联成形装置；其双Z型谐振腔双束双波长激光的Nd: YAG激光器的结构 采用对称的Z型谐振腔，设置双面镀532nm、 1064nm高反射膜的直角棱镜、设置一维转 动的光束微调镜；多通道智能微喷送粉熔覆装置采用双工位智能微喷微细针管；三维 智能视觉检测识别装置的视觉三维采集信息的双摄像机结构，五轴并行联动控制振镜 x、 y轴与工作台X、 Y和Z轴的五轴并联成形装置，另外一维转动的光束微调镜轴与振 镜x、 y轴、工作台X、 Y、 Z轴的五轴，并联为准六轴并联机构。
另外，采用双层6061铝合金板结构制作基板，光路与水、电路分层布置的上下层 结构，研究设计最佳Z型谐振腔参数。系统采用直角棱镜，实现合成并行双路双波长输 出及聚焦，并设置部件7光束微调镜，校正器件精度的影响，保障光路的准确；在直角 棱镜上镀532nm、 1064 nm双高反膜，同时设计最佳聚焦场镜、Z型谐振腔的参数，减 小光的损失。
整机技术指标
微细笔装置直写的最大线宽S6(^rn
激光微喷或微细笔装置的复合微熔覆加工最大线宽SlOpm
最大加工幅面:400mm x 300mm x 100 mm
定位精度士0.001mm
重复定位精度±0.001mm
连续工作时间28小时
寿命25000小时
附图双束双波长激光三维微熔覆制造混合集成电路基板的设备的结构示意图。
其中，1为Y振镜电机，2为Y振镜，3为X振镜，4为X振镜电机，5为扩束镜， 6为直角棱镜，7为光束微调镜，8为532nm平面反射镜I， 9为532nm谐波反射镜I， 10 为1064nm平面反射镜I， ll为声光Q开关I， 12为波长转换镜I， 13为凹面全反镜I， 14 为声光Q开关II， 15为KTP晶体，16为波长转换镜n， 17为泵浦组件，18为Nd:YAG 激光晶体，19为波长转换镜II， 20平面反射镜II， 21为准直跟踪光源，22为CCD摄像头I， 23为激光光束，24为智能微喷微细针管I， 25为激光熔覆件，26为X轴移动伺 服电机，27为z轴移动伺服电机，28为智能微喷微细针管II， 29为聚焦镜，30为CCD 摄像头II， 31为y轴移动伺服电机，32为温度等工况传感器，33为移动工作平台，34 为总控制电缆，35为中央智能控制箱(包括激光电源等)，36为电脑，37为水冷恒温机 组控制电缆，38为水冷恒温机组，39为水冷循环水管，40为激光器箱体。本激光器采 用对称结构，即激光器中的另一组光路与上述光路对称相同，故介绍从略，上述一组光 路称为A激光器，另一组称为B激光器。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明加以说明。 整机系统主要包括以下五个部分-
(1) 激光微熔覆双束双波长激光器系统，由部件2、 3、 5 21、 28组成，激光 器的水冷恒温机组，由部件38、 39组成。。
(2) 多通道智能微喷送粉熔覆系统，由部件24、 28组成。
(3) 三维智能视觉检测识别反馈控制系统，由部件22、 30组成。
(4) 五轴并联控制振镜与工作台移动系统，由部件l、 4、 26、 27、 31组成。
(5) 系统中央智能控制模块，由部件35、 36、 34、 37组成。
下面分别加以说明。
1.双束双波长激光器系统，主要由部件2、 3、 5~21、 29、 38构成，23为激光光束。 参见附图3，及其部件说明。
① 双束双波长激光器的输出绿光的实施方式
输出532nm绿光技术方案是由部件16、 20、 18、 17、 14、 12、 19、 15及13组成 Z型谐振腔I，产生532咖绿激光，从部件12输出，再经部件9 、部件8 ，入射到7 光束微调镜I，再反射到部件6直角棱镜上，同时，激光器中另一组对称光路同样产生 的532nm绿激光从对称方向入射到部件6，由部件6直角棱镜合并两束532激光为平行 光束，入射到部件5扩束镜内，扩束后，经部件2 、 3 ，入射到部件29聚焦镜，聚焦 后照射在25激光熔覆件上。
② 双束双波长激光器的输出红外1064nm激光的实施方式
输出红外1064nm激光技术方案是由由部件16、 20、 18、 17、 14、 12及19组成 Z型谐振腔II，产生1064nm激光激光，从部件16,再经部件21、部件10，经部件9 ， 入射到7光束微调镜I，再反射到部件6上，同时，激光器中另一组对称光路同样产生的1064nm激光从对称方向入射到部件6上，由部件6直角棱镜合并两束1064nm激光为 平行光束，入射到部件5内，扩束后，经部件2 、 3 ，入射到部件29 ，聚焦后照射在 25激光熔覆件上。由部件7调整控制双束激光的间距、位置及动态运动。 ③波长变换的实施方式 双束双波长激光器系统中，由部件16、 20、 18、 17、 14、 12、 19、 15及13组成Z 型谐振腔I，输出532nm激光，而由由部件16、 20、 18、 17、 14、 12及19组成Z型谐 振腔II，输出1064nm激光，通过部件12 、部件16及部件19的镜片切换，实现Z型 谐振腔I与Z型谐振腔II的转换，具体过程如下
(1) 输出532nm激光的Z型谐振腔I:
将部件12，切换为532nm输出镜；将部件16切换为1064nm全反镜；将部件19切 换为532nm与1064nm双高反射镜，构成由部件16、 20、 18、 14、 12、 19、 15及13组 成Z型谐振腔I，由部件12输出532nra激光。
(2) 输出1064皿激光的Z型谐振腔II:
将部件12切换为1064nm全反镜；将部件16切换为1064nm输出镜；将部件19切换 为1064nm全反镜，并改变反射角度，使反射光直接反射回部件12上，构成由部件16、 20、 18、 14、 12及19组成Z型谐振腔n，由部件16输出1064nm激光。
(3) 532nm、 1064nm双波长输出激光的Z型谐振腔III:
将部件12切换为532nm输出镜；将部件16切换为1064nm输出镜；将部件19切换为 532nm与1064nm双高反射镜，构成由部件16、 20、 18、 14、 12、 19、 15及13组成Z 型谐振腔I，由部件12输出532nm激光，同时由由部件16输出1064nm激光，此为532nm、 1064nm双波长激光同时输出。
(4) A、 B两组激光器532nm、 1064nm双波长组合输出
A、 B两组激光器可实现532nm、 1064皿双波长组合输出，可以是双束1064咖波长输 出，也可以是双束532nm波长输出，还可以是单束532nm、单束1064nm分别输出，，还 可以是单束532nm、 1064nm组合输出。
2. 多通道智能微喷送粉熔覆系统，由部件23、 27组成。
将激光熔覆浆料预先注入智能微喷微细针管I、 II及备换微细针管中，由系统中央 智能控制模块控制，进行多通道智能微喷送粉，可实施"一粉两光、双粉双光及多粉
双光"等光束与送粉的组合送粉方式。
3. 三维智能视觉检测识别反馈控制系统，由部件22、 29组成。通过部件22、 29即CCD摄像头I、 II视觉采集激光点三维信息，通过部件31采集 温度、粘度等激光微熔覆工况信息，由系统中央智能控制模块控制，对激光微熔覆工况 实施三维智能视觉检测识别及反馈控制。
4.五轴并联控制振镜与工作台移动系统，由部件l、 4、 25、 26、 30组成。 由三维工作台的X、 Y和Z轴的移动以及激光振镜x、 y轴的转动构成五轴并行联动 系统，通过系统中央智能控制模块，控制五轴并行联动，实现实现局部微细高速高精度 微熔覆与工作台大幅面移动的结合，局部微细点直写速度可达到5000mra/s，工作台移动 最大幅面可达至ij 500醒x 400薩x 100亂
5.系统中央智能控制模块，由部件34、 35、 33、 36组成。
由系统中央智能控制模块发出指令，对双束双波长激光器、多通道智能微喷送粉、 三维智能视觉检测识别及五轴并联控制振镜与工作台实施整机控制，实现激光微熔覆整 机正常运转。
权利要求
1.一种双束双波长激光三维微熔覆制造混合集成电路基板的设备，其特征在于头部安装有X-Y振镜及聚焦镜的双Z型谐振腔双束双波长激光Nd:YAG激光器，安置于X、Y和Z三轴工作台上方，多通道智能微喷送粉装置设置于“X、Y和Z三轴工作台”的两侧上方，与前者错开位置安装三维智能视觉检测识别装置，全部装置都通过控制电缆与系统数控中心相连。
2. 根据权利要求1所述的激光三维微熔覆设备，其特征在于所述的双Z型谐振 腔双束双波长激光的Nd: YAG激光器的结构采用对称的Z型谐振腔，设置双面镀532nm、 1064mn高反射膜的直角棱镜、设置一维转动的光束微调镜。
3. 根据权利要求1所述的激光三维微熔覆设备，其特征在于所述的多通道智能 微喷送粉熔覆装置的双工位智能微喷微细针管。
4. 根据权利要求1所述的激光三维微熔覆设备，其特征在于所述的三维智能视觉 检测识别装置的视觉三维采集信息的双摄像机结构。
5. 根据权利要求1所述的激光三维微熔覆设备，其特征在于振镜x、 y轴与工作 台X、 Y和Z轴的五轴并联成形装置的振镜x、 y轴转动与工作台X、 Y和Z轴移动的五 轴并行联动。
6. 根据权利要求2和5所述的激光三维微熔覆设备，其特征在于光束微调镜轴与 振镜x、 y轴、工作台X、 Y、 Z轴的五轴，并联为准六轴并联机构。
全文摘要
本发明涉及一种双束双波长激光三维微熔覆制造混合集成电路基板的设备，属于电子行业混合集成电路制造技术领域。它利用对称双Z型谐振腔的Nd:YAG激光器经直角棱镜发射双束双波长激光，配置多通道智能微喷送粉，采用五轴并联技术控制振镜与工作台移动，通过三维智能视觉检测识别装置反馈，由系统中央控制模块控制整机运转，实现混合集成电路基板、多层和三维线路板的激光三维微熔覆制造。
文档编号B23K26/00GK101407912SQ20071013284
公开日2009年4月15日 申请日期2007年10月8日 优先权日2007年10月8日
发明者刘晓雯, 姚建铨, 扬恺凯, 朱超男, 李福增, 涛 王, 金忠伟, 晶 陆 申请人:无锡浩波光电子有限公司