Агафонов К В, Бєляєв Б А, лексика А А Інститут Фізики ім Л В Киренського СО РАН м Красноярськ, Академмістечко, 660036, Росія Тел: 3912-494591, e-mail: belyaev@iphkrasnru

Анотація – Розроблено автоматизований координатографи, що дозволяє методом гравіювання по лаку виготовляти малюнки смужкових провідників мікрополоскових схем на площі 60×48 mm ^ з точністю ± 5 μΓΠ

I                                       Введення

Як відомо, при виготовленні мікрополоскових плат використовується фотолітографія – порівняно дорога технологія при «штучних» і навіть дрібних серіях у виробництві Крім того, ця технологія вимагає великих тимчасових витрат, обумовлених головним чином необхідністю виготовлення фотошаблона Відомо також, що товщина металізації підкладок, призначених для виготовлення мікрополоскових схем, а особливо частотно-селективних пристроїв, повинна бути не менше 10 ЦТ, для забезпечення високої добротності мікрополоскових ЛІНІЙ При ЦЬОМУ У процесі травлення мікрополоскових структур неможливо ВИКЛЮЧИТИ так званий «подтрав», який, як правило, буває порядку товщини металізації, що значно знижує потенційно високу точність фотолітографії Тому створення простого автоматизованого координатографа, що дозволяє оперативно виготовляти малюнки смужкових провідників, важливо не тільки для скорочення термінів розробки мікрополоскових пристроїв, але для дрібносерійного виробництва

II                              Основна частина

Розроблена конструкція автоматизованого координатографи «Скальпель-96» [1], керованого компютером, дозволяє повністю замінити фотолитографию при виготовленні мікрополоскових структур ВО всіх випадках, коли не потрібно вьюоко-го дозволу При цьому якість країв провідників практично не відрізняється від отриманих фотолитографией, тоді як при виготовленні смужкових структур на мікрофрезерні верстатах, призначених для виробництва друкованих плат, краї виходять «рвані», що істотно знижує добротність ЛІНІЙ Крім того, розроблений нами координатографи значно дешевше

Керуюча координатографи програма прочитує файл З координатами вершин малюнка смужкових провідників пристрої, який ДЛЯ контролю відтворюється на моніторі Тонке мікро-лезо, закріплене на різаку апарату, прорізає СЛОЙ еластичного лаку, яким попередньо покрита металізована підкладка З видаляються ділянок металізації лак знімається під мікроскопом, а потім проводиться звичайне хімічне травлення структури, аналогічне фотолітографії Для зручності реалізації всіх процедур металізована підкладка нижньою стороною приклеюється до скляній пластині парафіном шляхом нагрівання Пластина служить тримачем зразка не тільки при вирізання структури (вона закріплюється спеціальними струбцинами на столику координатографа), але

І при травленні На рис 1 показана фотографія скляної пластини-тримача із зразком вирізаної структури С вже віддаленим лаком на ділянках, які будуть піддані травленню

Рис 1 Fig 1

Координатографи виготовлений у вигляді настільного блоку, фотографія якого показана на рис 2 Робота приладу заснована на використанні чотирьох крокових приводів Два з яких приводять в рух СТОЛИК З закріпленим на ньому утримувачем підкладкою по координатам X і У Третій привід здійснює поворот різака навколо своєї осі так, щоб його лезо завжди було орієнтоване уздовж напрямку різу Четвертий привід піднімає і опускає предметний столик на задану величину на зламах ліній малюнка провідників, виключаючи тим самим контакт підкладки з різаком під час повороту леза На відміну від [1] використання крокових двигунів в апараті дозволило скасувати схеми зворотних звязків і значно спростити конструкцію установки

Рис 2

Fig 2

Функціональна схема реалізована на одній керуючої платі і чотирьох ідентичних модулях (підсилювачах потужності) по числу крокових двигунів На керуючої платі розташований мікроконтролер «Atmel», який формує послідовності сигналів для всіх чотирьох двигунів і здійснює процес обміну даними з РС, а також інтерфейсні схеми і джерело живлення установки У число інтерфейсних схем входять: схема управління зусиллями потужності, виконана на регістрах-засувках схема формування сигналів датчиків положення, необхідних для обмеження руху столика за координатами X, У, а також при опусканні столика Обмеження висоти підйому столика здійснюється програмно Крім того, до складу інтерфейсних схем входить формувач сигналів інтерфейсу з РС за стандартом RS232C Спеціальний вузол схеми реалізує функцію програмування мікроконтролера без вилучення його з колодки Це дозволяє спростити процедуру заміни програмного забезпечення мікроконтролера

Всі підсилювачі потужності, виконані за однією схемою, містять два канали формування струму обмоток крокової двигуна і джерело опорної напруги Відмінною особливістю використаних крокових двигунів є біполярна схема вкпюченія обмоток При цьому крутний момент формується модуляцією напрямку струму обмоток в певній послідовності Використовувані мікросхеми драйвера обмоток представляють собою регулятори струму, що працюють за принципом час – імпульсної модуляції, і включають в себе схеми завдання струму від мікроконтролера

Програмне забезпечення, що реалізує процес різання, складається з двох компонент Програма, що виконується на РС, здійснює діалог безпосередньо з користувачем Лічені з файлу масив координат перетворюється в послідовність пакетів даних, в яких задається номер крокової двигуна, напрямок його обертання і кількість кроків Дані передаються по каналу звязку контролеру апарату Програма реалізує алгоритми початкової установки столика у вихідному положенні і контролює стан датчиків положення столика, а разі виникнення аварійної ситуації виводить повідомлення користувачу

Програма, записана в мікроконтролер, складається з трьох основних модулів Основний модуль здійснює загальне управління установкою, і виконаються в безперервному циклі Модуль виконаний із застосуванням технології програмування «з явним виділенням станів» або «автоматним програмуванням» [2] З точки зору основної програми на РС існує всього три стани, в яких може перебувати установка: «Очікування пакета завдань, «Рух двигуна із заданим лічильником кроків», «Стан помилки», що дозволяє уникнути непередбачуваних станів керуючої мікропрограми та підвищити надійність До складу основного модуля мікропрограми входить також програмний автомат, який реалізує прийом, верифікацію і передачу пакетів даних від РС

У керуючій мікропрограмі мікроконтролера використаний алгоритм управління кроковими двигунами, що дозволяє при досить високій швидкості обертання якоря двигуна забезпечити надійне позиціонування Це досягається завдяки разбиению процесу руху по осях X і У на ділянки «розгін», коли швидкість збільшується з заданим прискоренням від мінімальної до маршової, і «гальмування», коли відбувається зворотний процес

Координатографи має робоче поле 60×48 mm ^ похибка в розмірах структур не гірше ± 5 ЦТ максимальна швидкість різання 120 mm / min габарити 280x300x350 mm ®

III                                   Висновок

Розроблений прилад не тільки значно скорочує час виготовлення мікрополоскових структур, але і здешевлює їх виробництво в дрібних серіях Крім того, їм легко виготовляються електроди на зразках для дослідження ефекту Холла і зустрічно-штирові структури для порушення поверхневих акустичних хвиль

В даний час пять таких установок успішно експлуатуються на підприємствах Росії: у м Москві (в / ч 35533 та НПП «Радій»), в м Курську (ЗАТ «Скарда Електроніку»), у м Красноярську (Інститут фізики СО РАН), в м Томську (кафедра Радіоелектроніки ТГУ)

VI                           Список літератури

[1] Бєляєв Б А, Казаков А В, лексика А А та ін ПТЕ,

№ 1, 1998, с 167-168

[2] Шалито А А Логічне керування Методи апаратної та програмної реалізації алгоритмів 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@lphkrasnru

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 ^

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р