Разработка системы управления и автоматизация технологического процесса лазерного управляемого термораскалывания на промышленных установках

• Автор: Хлызов, Владимир Александрович
• Шифр специальности: 05.11.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
ГЛАВА 1. Основные методы раскроя хрупких неметаллических материалов (обзор)
1.1. Механические методы разделения хрупких неметаллических материалов
1.2. Лазерное скрайбирование
1.3. Разделение хрупких неметаллических методом лазерного термораскалывания
1.3.1. Технология лазерного управляемого термораскалывание (ЛУТ)24
1.3.2. Влияние оптических и теплофизических свойств материала
1.3.3. Сквозное термораскалывание
1.3.4. Технологические режимы ЛУТ стекла и кремниевых пластин
ГЛАВА 2. Обзор современных лазерных установок и систем управления лазерной резкой
2.1. Теория автоматического управления
2.2. Промышленные установки лазерной резки, системы
управления
2.3. Лабораторные установки ЛУТ, системы управления
2.4. Требования к системам управления установками ЛУТ
2.5. Сравнительный анализ существующих систем управления лазерной резкой
2.6. Постановка задачи, АСУ ТП для установок РТ-350, РТ

ГЛАВА 3. Технические особенности промышленных установок ЛУТ РТ-350,

ЗЛ. Лазеры, система охлаждения и питания, оптические системы
3.2. Контролер управления и предметные столы
3.3. Устройство нанесения первоначального дефекта (УНПД)
3.4. Аппаратный модуль видео-контроля позиционирования, ИК-камера
3.5. Модуль видео-контроля микротрещины
ГЛАВА 4. Создание и внедрение АСУ ТП ЛУТ для промышленных
установок
4.1. Алгоритм программного обеспечения, структура АСУ
4.2. Выбор среды разработки
4.3. Разработка интерфейса
4.4. Элементы и приемы программирования, задействованные в
проекте
4.5. Главная программа контроллера управления (ГПКУ)
4.6. Технологический процесс лазерной резки чипов
4.7. Автоматизированная система управления промышленными установками РТ-350, РТ
Выводы
Список литературы
Приложение 1. Акт внедрения результатов диссертационных работы
Приложение 2. Распечатка текста ключевых модулей программы управления установками

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Работа посвящена решению проблем в области высокоточного разделения хрупких неметаллических материалов, широко применяемых в производстве изделий электронной техники, в приборостроении и во многих других областях техники и промышленности.
За последние годы резко увеличились требования современной промышленности к качеству изделий производимых для микро- и оптоэлектроники. В связи с этим в мире широкое распространение получила технология лазерного управляемого термораскалывания (ЛУТ) таких материалов как кремний, арсенид галлия, стекло, однако в Российской Федерации насчитываются единицы установок с технологией ЛУТ. Из них можно отметить установку резки тонкого стекла (0,1мм-0,55мм) для защитных стекол космических солнечных батарей в ОАО «Сатур», установку ЭПКС-4000 резки стекла на флоат линии в Саратовском институте стекла и промышленные установки РТ-350, РТ-500, о который пойдет речь ниже.
Метод ЛУТ был разработан профессором B.C. Кондратенко в 80-е годы, однако применялся только в единичном производстве изделий для оптоэлектроники. Стоит отметить, что весомый вклад в развитие технологии ЛУТ внесли научные работы Гиндина П.Д., Наумова A.C., Seak-Joon Lee.
Преимущества метода ЛУТ заключается в следующем:
- нулевая ширина реза, по сравнению с лазерным скрайбированием;
- высокая производительность процесса, в сравнении с алмазной резкой;
- отсутствие глубины нарушенного слоя, которая существенно влияет на прочность изделий.
Настоящая работа посвящена автоматизации технологических процессов ЛУТ хрупких неметаллических материалов на промышленных установках РТ-350, РТ-500 и др.

Учитывая также ограничение на максимальную температуру нагрева поверхности стекла, которым является температура стеклования Tg, можно записать [17] для мощности излучения:
JP < 2,227,
Совместное решение уравнений (1.3), (1.8) и (1.9) дает расчет режима лазерного термораскалывания стекла, который хорошо согласуется с экспериментом [16].
Сразу после появления первых лазеров фирма ФРГ “Gerhard Mensel Glasbearbeitungswerk” в 1964 г. запатентовала способ резки листового стекла, основанный на лазерном управляемом термораскалывании [18]. Предлагалось первое технологическое применение лазеров для обработки стекла. Поскольку длины волн используемых лазеров находились в пределах 6800-7000А, для которых стекло является практически прозрачным, с целью увеличения поглощающей способности стекла предлагалось либо вводить при варке стекла в его состав добавки, повышающие коэффициент поглощения для указанных длин волн, либо окрашивать стекла перед разделением поглощающими материалами. Возникающие в стекле по линии облучения напряжения не всегда приводят к разрушению образца. Автор предлагает стимулировать процесс термораскалывания путем преследования луча лазера охлаждением стекла. Если этого градиента температур недостаточно для самостоятельного раскалывания, резку завершали, прилагая дополнительный изгиб по отношению к контуру разделения.
Появление газовых молекулярных лазеров на двуокиси углерода, излучающих в ИК области (7,=10,6 мкм), для которой стекло непрозрачно, дало новый толчок в исследованиях лазерного управляемого термораскалывания стекла [7-13,18,20]. Всех исследователей привлекало, в