АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КООРДИНАТОГРАФ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОПОЛОСКОВЫХ ПЛАТ МЕТОДОМ ГРАВИРОВКИ ПО ЛАКУ

February 28, 2013 by admin Комментировать »

Агафонов К. В., Беляев Б. А., Лексиков А. А. Институт Физики им. Л. В. Киренского СО РАН г. Красноярск, Академгородок, 660036, Россия Тел.: 3912-494591, e-mail: belyaev@iph.krasn.ru

Аннотация – Разработан автоматизированный координатограф, позволяющий методом гравировки по лаку изготавливать рисунки полосковых проводников микрополосковых схем на площади 60×48 mm^ с точностью ±5 μΓΠ.

I.                                       Введение

Как известно, при изготовлении микрополосковых плат используется фотолитография – сравнительно дорогостоящая технология при «штучных» и даже мелких сериях в производстве. Кроме того, эта технология требует больших временных затрат, обусловленных главным образом необходимостью изготовления фотошаблона. Известно также, что толщина металлизации подложек, предназначенных для изготовления микрополосковых схем, а особенно частотно-селективных устройств, должна быть не менее 10 цт, для обеспечения высокой добротности микрополосковых ЛИНИЙ. При ЭТОМ В процессе травления микрополосковых структур невозможно ИСКЛЮЧИТЬ так называемый «подтрав», который, как правило, бывает порядка толщины металлизации, что значительно снижает потенциально высокую точность фотолитографии. Поэтому создание простого автоматизированного координатографа, позволяющего оперативно изготавливать рисунки полосковых проводников, важно не только для сокращения сроков разработки микрополосковых устройств, но для мелкосерийного производства.

II.                              Основная часть

Разработанная конструкция автоматизированного координатограф «Скальпель-96» [1], управляемого компьютером, позволяет полностью заменить фотолитографию при изготовлении микрополосковых структур ВО всех случаях, когда не требуется вьюоко- го разрешения. При этом качество краев проводников практически не отличается от полученных фотолитографией, В ТО время как при изготовлении полосковых структур на микрофрезерных станках, предназначенных для производства печатных плат, края получаются «рваные», что существенно снижает добротность ЛИНИЙ. Кроме того, разработанный нами координатограф значительно дешевле.

Управляющая координатографом программа прочитывает файл С координатами вершин рисунка полосковых проводников устройства, который ДЛЯ контроля воспроизводится на мониторе. Тонкое микро- лезвие, закрепленное на резаке аппарата, прорезает СЛОЙ эластичного лака, которым предварительно покрыта металлизированная подложка. С удаляемых участков металлизации лак снимается под микроскопом, а затем проводится обычное химическое травление структуры, аналогичное фотолитографии. Для удобства реализации всех процедур металлизированная подложка нижней стороной приклеивается к стеклянной пластине парафином путем нагревания. Пластина служит держателем образца не только при вырезании структуры (она закрепляется специальными струбцинами на столике координатографа), но

И при травлении. На рис. 1 показана фотография стеклянной пластины-держателя с образцом вырезанной структуры С уже удаленным лаком на участках, которые будут подвергнуты травлению.

Рис. 1. Fig. 1.

Координатограф изготовлен в виде настольного блока, фотография которого показана на рис. 2. Работа прибора основана на использовании четырех шаговых приводов. Два из которых приводят в движение СТОЛИК С закрепленным на нем держателем ПОДЛОЖКИ ПО координатам X и У. Третий привод осуществляет поворот резака вокруг своей оси так, чтобы его лезвие всегда было ориентировано вдоль направления реза. Четвертый привод поднимает и опускает предметный столик на заданную величину на изломах линий рисунка проводников, исключая тем самым контакт подложки с резаком во время поворота лезвия. В отличие от [1] использование шаговых двигателей в аппарате позволило упразднить схемы обратных связей и значительно упростить конструкцию установки.

Рис. 2.

Fig. 2.

Функциональная схема реализована на одной управляющей плате и четырех идентичных модулях (усилителях мощности) по числу шаговых двигателей. На управляющей плате расположен микроконтроллер фирмы «Atmel», который формирует последовательности сигналов для всех четырех двигателей и осуществляет процесс обмена данными с РС, а также интерфейсные схемы и источник питания установки. В число интерфейсных схем входят: схема управления усилиями мощности, выполненная на ре- гистрах-защелках; схема формирования сигналов датчиков положения, необходимых для ограничения движения столика по координатам X, У, а также при опускании столика. Ограничение высоты подъема столика осуществляется программно. Кроме того, в состав интерфейсных схем входит формирователь сигналов интерфейса с РС по стандарту RS232C. Специальный узел схемы реализует функцию программирования микроконтроллера без изъятия его из колодки. Это позволяет упростить процедуру замены программного обеспечения микроконтроллера.

Все усилители мощности, выполнены по одной схеме, содержат два канала формирования тока обмоток шагового двигателя и источник опорного напряжения. Отличительной особенностью использованных шаговых двигателей является биполярная схема вкпючения обмоток. При этом вращающий момент формируется модуляцией направления тока обмоток в определенной последовательности. Используемые микросхемы драйвера обмоток представляют собой регуляторы тока, работающие по принципу время – импульсной модуляции, и включают в себя схемы задания тока от микроконтроллера.

Программное обеспечение, реализующее процесс резки, состоит из двух компонент. Программа, исполняемая на РС, осуществляет диалог непосредственно с пользователем. Считанный из файла массив координат преобразуется в последовательность пакетов данных, в которых задается номер шагового двигателя, направление его вращения и количество шагов. Данные передаются по каналу связи контроллеру аппарата. Программа реализует алгоритмы начальной установки столика в исходном положении и контролирует состояние датчиков положения столика, а случае возникновения аварийной ситуации выводит сообщение пользователю.

Программа, записанная в микроконтроллер, состоит из трех основных модулей. Основной модуль осуществляет общее управление установкой, и выполнятся в непрерывном цикле. Модуль выполнен с применением технологии программирования «с явным выделением состояний» или «автоматным программированием» [2]. С точки зрения основной программы на РС существует всего три состояния, в которых может находиться установка: «Ожидание пакета заданиям, «Движение двигателя с заданным счетчиком шагов», «Состояние ошибки», что позволяет избежать непредсказуемых состояний управляющей микропрограммы и повысить надежность. В состав основного модуля микропрограммы входит также программный автомат, реализующий прием, верификацию и передачу пакетов данных от РС.

В управляющей микропрограмме микроконтроллера использован алгоритм управления шаговыми двигателями, позволяющий при достаточно высокой скорости вращения якоря двигателя обеспечить надежное позиционирование. Это достигается благодаря разбиению процесса движения по осям X и У на участки «разгон», когда скорость увеличивается с заданным ускорением от минимальной до маршевой, и «торможение», когда происходит обратный процесс.

Координатограф имеет рабочее поле 60×48 mm^; погрешность в размерах структур не хуже ± 5 цт; максимальная скорость резания 120 mm/min; габариты 280x300x350 mm®.

III.                                   Заключение

Разработанный прибор не только значительно сокращает время изготовления микрополосковых структур, но и удешевляет их производство в мелких сериях. Кроме того, им легко изготавливаются электроды на образцах для исследования эффекта Холла и встречно-штыревые структуры для возбуждения поверхностных акустических волн.

В настоящее время пять таких установок успешно эксплуатируются на предприятиях России: в г. Москве (в/ч 35533 и НПП «Радий»), в г. Курске (ЗАО «СКАРД Электронике»), в г. Красноярске (Институт физики СО РАН), в г. Томске (кафедра Радиоэлектроники ТГУ).

VI.                           Список литературы

[1]  Беляев Б. А., Казаков А. В., Лексиков А. А. и др. ПТЭ,

№ 1, 1998, с. 167-168.

[2]  Шалыто А. А. Логическое управление. Методы аппаратной и программной реализации алгоритмов. СПБ, «Наука», 2000, 780 с.

AUTOMATED COORDINATOGRAPH FOR MANUFACTURE OF MICROSTRIP CIRCUITS

Agafonov K. V., Belyaev B. A., Leksikov A. A.

Institute of Physics Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russia Ph.: 3912-494591, e-mall: belyaev@lph.krasn.ru

Abstract – Apparatus is designed for making microstrip circuits by technique of engraving desired pattern upon varnish on the area 60×48 mm with accuracy of ±5 цт.

As a rule, microstrip circuits are designed and made with use of photolithography, which is expensive and requiring long time technique. Thickness of metal coatings used in microstrip circuits is 10 цт order of magnitude, so it is no need, as a rule, to make their pattern with accuracy higher this value. The technique and apparatus are suggested for making microstrip circuits, which considerably reduce time and the price of designing and small branch production of microstrip devices.

In this technique metallized substrate is fixed to the stage in coordinatograph and an elastic varnish covers its face. The apparatus draws a contour of designed microstrip circuit upon the varnish by a small cutter (Fig. 1) and the ordinary chemical etching is carried out.

The coordinatograph is implemented as a desktop apparatus (Fig. 2) whose operation is controlled by «ATMEL» microcontroller connected to IBM PC through the interface of RS232C standard. The pattern of designed microstrip circuit is loaded in a form of coordinates to PC either from the keyboard or as a file. The software allows editing the pattern.

On operating, when the pattern is drawing by the cutter, the stage is moving along X or У coordinate, lowers down at the points of changing the direction of moving and then the cutter rotating goes up back. The cutter rotates in order to the blade being directed in the cutting direction.

The stage moving along Xor У coordinate, lowering down and going up, and the cutter rotating are provided by stepper motors, which are fed by the circuit driven by the microcontroller being uploaded by PC with the pattern data in a form of set of job batches.

The coordinatograph has working field of 48×60 mm^, accuracy of pattern drawing is ±5 цт, rate of cutting > 120 mm/min, dimensions 280x300x350 mm^.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты