專利名稱：半導體激光清洗機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及機電類，特別涉及一種半導體激光清洗機。
背景技術：
眾所周知，在機械加工中，傳統(tǒng)的清洗方法有三種，一是機械淸
洗法，即采用刮、擦、刷等手段達到淸除零件表面污染物的目的；二 是濕法化學清洗法，即是利用有機清洗劑，通過噴、淋或高頻振動去 除油污等零件表面附著物；三是超聲波清洗法，將零件放入水或有機 溶劑中，利用超聲波振動效應清除污垢，上述三種方法都存在缺欠， 如機械方法操作簡單、靈活，但是有局限性，費力、費時及質(zhì)量差等 缺欠，而化學清洗法對環(huán)境污染嚴重；隨著科學技術的進步，半導體 微細加工技術的進步，硅片基板的加工及電路光刻技術、微組裝技術 的應用，在此高精度的要求下，器件的清潔度要求也非常高，因此， 目前采用傳統(tǒng)的清洗方法都無法清除微米級(0.5um以下)污染粒， 嚴重影響著高精度工業(yè)的發(fā)展，需要加以改進。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種半導體激光清洗機，解決了目前 采用傳統(tǒng)清洗法中精度最高的超聲波清洗法達不到淸除微米級顆粒 的難題。
本實用新型的技術方案是隨著科學技術的進步，傳統(tǒng)清洗方法 盡管還在較大的范圍內(nèi)使用，但自身的局限性已暴露無遺，對于高精 度工業(yè)零部件達到清除微米級污染粒無能為力了 ；在上述的情況下激 光淸洗技術作為一種新興的清洗技術已悄然興起，能適應各種零件表 面污染物的清洗，對環(huán)境污染小，也不損傷基體有著很大的優(yōu)越性； 激光清洗不存在對工件材料的磨損和腐蝕，環(huán)保性能良好；能淸除微米級顆粒是一般清洗機所不容易達到的，并能在狹窄的空間進行清洗
作業(yè)，并能清除放射性物質(zhì)；特別對于微電子行業(yè)中器件尺寸小，細 小微粒不易清除的情況下，使用激光清洗的方法不影響材料內(nèi)部原有 韌性，并且能在不熔化金屬表層的情況下，消除金屬材料表面的銹班 和氧化物，經(jīng)過激光清洗后，能改善金屬材料微米厚表層的結(jié)構，如 同覆蓋了保護層；這充分證明激光清洗技術的應用，具有高效、無損 傷、無污染；在去除污垢、銹班、油漆、橡膠、塑料、殘留的溶劑和 粘結(jié)劑等方面是傳統(tǒng)清洗方法所不及的；能廣泛應用在模具和武器裝 備清洗，飛機舊漆清除、樓宇外墻及文物的潔凈、電子工業(yè)中的清洗、 精密機械工業(yè)中的精確去脂、核電站反應堆內(nèi)管道清洗等方面，所以 說激光清洗具有廣泛的應用范圍和良好的推廣前景；
目前在國際上也廣泛應用，美國和德國一般采用C02和Nd: YAG 激光器作為激光光源的清洗機，該清洗機體積龐大、效率低、用電、 用水量大、工作壽命短等問題，是急需要改進的，本實用新型是采用 了輸出大功率半導體激光器作為激光光源，配合其他器件制造成半導 體激光清洗機，其結(jié)構是由電源、計算機、半導體激光器、熱電制冷 器、聚焦整形透鏡、指示光、光纖、加工頭、數(shù)控工作臺構成，其中 電源與激光器、熱電制冷器連接，為其供電；計算機與電源數(shù)控工作 臺連接，控制其操作；激光器與熱電制冷器連接，使激光器在安全的 溫度條件下工作，聚焦整形透鏡與指示光連接，光纖連接聚焦整形透 鏡和加工頭；電源是由穩(wěn)壓電源、電流調(diào)節(jié)組件單元、恒流控制單元、 VMOS管和電阻組成；計算機是由串口通信接口、微控制器、鍵盤顯 示接口、 A/D轉(zhuǎn)換單元、數(shù)字量輸出接口、 E2PROM存儲器和數(shù)位工 作臺接口構成；其中計算機的微控制器分別與串口通信接口、鍵盤顯 示接口、 A/D轉(zhuǎn)換單元、數(shù)字量輸出接口、 E2PROM存儲器和數(shù)控工 作臺接口聯(lián)接，E》ROM存儲器內(nèi)存多種材料加工的模式，加工模式 包括清洗過程中的所需的激光能量，照射時向和脈沖頻率；計算機的微控制器通過鍵盤顯示接口與輸入鍵盤和本地顯示單元聯(lián)結(jié)。通過 A/D轉(zhuǎn)換單元與激光器溫度檢測單元和激光器電流檢測單元聯(lián)結(jié)；從
而分別接收半導體激光器的溫度檢測信號和激光器電流檢測信號；通 過數(shù)字量輸出接口分別與脈寬頻率控制單元和指示光強度控制單元 聯(lián)結(jié)，進行控制脈沖寬度和指示光亮度，還與激光恒流控制單元、溫 度調(diào)節(jié)單元、聲光報警單元、關斷控制單元相聯(lián)結(jié)；半導體激光器， 采用發(fā)射波長由紫外光到紅外光的邊發(fā)射半導體激光迭陣者面發(fā)射 半導體激光面陣，激光波長700 1150nrn，連續(xù)或脈沖；熱電制冷器 由電制冷器和風冷扇組成；聚焦整形透鏡采用光學玻璃制成的透鏡 組；指示光采用激光二極管650rmi/5mw，可調(diào)亮度；數(shù)控工作臺為 二維工作平臺，由計算機控制。
本實用新型的優(yōu)點在于體積小、重量輕、效率高、結(jié)構簡單、 操作方便、易于模塊化等。


圖1為本實用新型的結(jié)構示意框圖2為本實用新型的電源結(jié)構示意圖3為本實用新型的計算機及外圍結(jié)構示意框圖4為本實用新型的程序流程示意框圖。
具體實施方式
如附圖1所示，本實用新型是由電源l、計算機2、半導體激光 器3、熱電制冷器4、聚焦整形透鏡5、指示光6、光纖7、加工頭8、 數(shù)控工作臺9構成，其中電源1與激光器3、熱電制冷器4連接為其 供電；計算機2與電源1、數(shù)控工作臺9連接，控制其操作；激光器 3與熱電制冷器4連接，使激光器3在安全的溫度條件下工作；聚焦 整形透鏡5與指示光6連接，光纖7連接聚焦整形透鏡5和加工頭8;
如附圖2所示，電源I是由穩(wěn)壓電源IO、電流調(diào)節(jié)組件單元ll、 恒流控制單元12， VMOS管子13和電阻14構成，其中穩(wěn)壓電源IO的一端與半導體激光器3聯(lián)接，穩(wěn)壓電源10的另一端與220V電源 聯(lián)接，VMOS管的一端與激光列陣模塊3的一端聯(lián)接；VMOS管13 的另一端與電阻14聯(lián)接；電阻14與公共極聯(lián)接；恒流控制單元12 一端與VMOS管13的一端聯(lián)接，恒流控制單元12的另一端分別與 電流調(diào)節(jié)組件單元11的一端及電阻14聯(lián)接；電流調(diào)節(jié)組件單元11 的另一端與220V電源聯(lián)接；穩(wěn)壓電源10提供穩(wěn)定電壓；穩(wěn)壓電源 10采用D048025017M2N集成功率模塊，這類模塊的電力電子變換技 術采用了零電流，零電壓開關技術，模塊的噪聲是傳統(tǒng)變換器噪聲的 十分之一到百分之一，這對噪聲極為敏感的半導體激光列陣模塊3可 滿足技術要求，并且電源的體積大為縮??；電源l可以實現(xiàn)恒電流直 流驅(qū)動；電流調(diào)節(jié)單元11調(diào)節(jié)恒流控制單元12的輸出電壓D，激光 器3的輸出波長為810nm，電壓的很小變化將引起電流較大的變化， 為了保證其穩(wěn)定的工作，采用VMOS管13，并通過采用電阻14構成 電流串聯(lián)負反餓對激光器3進行恒流控制；當電流達到規(guī)定值后，微 控制器控制語音提示器發(fā)出提示音。
如附圖3所示，計算機2及外圍的結(jié)構框圖是由串口通信接口 32、微控制器33、鍵盤顯示接口34、 A/D轉(zhuǎn)換單元35、數(shù)字量輸出 接口 36、 E2PROM存儲器26和數(shù)控工作臺接口 27構成，其中微控 制器33分別與串口通信接口 32、鍵盤顯示接口 34、 A/D轉(zhuǎn)換單元 35、數(shù)字量輸出接口 36、 E2PROM存儲器26和數(shù)控工作臺接口 27 聯(lián)接；E》ROM存儲器26儲存多種材料加工的模式，加工模式包括 清洗過程中的所需的激光能量、照射時間和脈沖頻率；計算機2的微 控制器33通過鍵盤顯示接口 34與輸入鍵盤24和本地顯示單元25聯(lián) 結(jié)，通過A/D轉(zhuǎn)換單元35與激光器溫度檢測單元20和激光器電流 檢測單元21聯(lián)結(jié)，從而分別接收半導體激光器3的激光器溫度檢測 信號和激光器電流檢測信號通過數(shù)字量輸出接口 36分別與脈寬頻 率控制單元22和指示光強度控制單元23聯(lián)結(jié)，進行控制脈沖寬度和指示光亮度，還與激光恒流控制單元28、溫度調(diào)節(jié)單元29、聲光報 警單元30關斷控制單元31聯(lián)結(jié);半導體激光器3采用激光迭陣模塊， 為國際通用的CS-2封裝結(jié)構的迭陣模塊，波長810nm，連續(xù)輸出 30W，脈沖輸出100W;熱電制冷器4，電制冷器選用12708型號， 風冷扇選用109R1212H10U型號；聚焦整形透鏡5為OB-3型號。
本實用新型的動態(tài)工作過程
如附圖3及附圖4所示，開機后，經(jīng)步驟110,計算機2的微控 制器33對各單元進行初始化設置；經(jīng)步驟120，進入自動/手動選擇 接口，若在步驟120中選擇手動，經(jīng)步驟130,執(zhí)行輸出功率設置； 計算機2通過數(shù)字量輸出單元36控制數(shù)字電位器，調(diào)節(jié)VIVOR電源 模塊相關電阻的方法調(diào)節(jié)VIVOR電源模塊輸出電壓、達到控制激光 器電源內(nèi)耗功率和控制激光器電流；通過測量MOSFET管電壓，動 態(tài)調(diào)控VIVOR輸出電壓，以期達到恒流控制；經(jīng)步驟140，進行脈 沖選擇；由鍵盤設置、調(diào)節(jié)控制儀器輸出連續(xù)、單脈沖或重復脈沖激 光信號；脈沖寬度可在100ms-ls范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，脈沖頻率可在 0.1HZ-10HZ范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，計算機2通過數(shù)字量輸出單元36輸出 脈沖寬度100ms-ls，脈沖頻率0.1Hz 10Hz的脈沖信號，計算機2通 過數(shù)字量輸出單元36控制數(shù)字電位器，數(shù)字電位器采用美國Xicor 公司X系列非易失性數(shù)字電位器，將數(shù)字量信號轉(zhuǎn)變成相應的電壓 信號，用于設定指示光亮度，激光器溫度，激光器電流；通過數(shù)字 PID控制算法，控制激光器溫度在設定值范圍內(nèi)；
經(jīng)步驟150，設置工作時間；
經(jīng)步驟160,調(diào)整指示光確定清洗部位，通過調(diào)節(jié)XI03數(shù)字電 位器對指示光的亮度進行控制；
經(jīng)步驟170，判斷是否到達指定部位，若未到達指定部位，返回 步驟160繼續(xù)調(diào)整；到達指定部位；
經(jīng)步驟180,開始清洗，啟動恒流、溫度、功耗控制；計算機2的微控制器33通過模擬量輸入單元(A/D轉(zhuǎn)換器)接收810nm半導 體激光器3信號，激光器溫度檢測信號，激光器電流檢測信號；溫度 控制，選擇AD590溫度傳感器，由同相比例運算電路對溫度信號進 行放大和調(diào)理，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器的采樣要求，通過數(shù)字PID控制 算法，調(diào)節(jié)數(shù)字電位器X9C103，進而控制VICOR模塊的輸出電壓， 達到控制激光器溫度在設定值范圍內(nèi)；功耗控制，通過測量MOSFET 管電壓，動態(tài)調(diào)控VICOR電壓，使其達到最佳工作狀態(tài)；
步驟190判斷是否達到清洗時間，未達到清洗時間，繼續(xù)清洗， 達到清洗時間；
經(jīng)步驟200停止清洗；
步驟210存儲清洗資料；
經(jīng)步驟220，計算機2的E2PROM存儲器26儲存20種清洗模式， 其存有清洗過程中的所需的激光能量，發(fā)射時間和脈沖數(shù)量；計算機 2由步驟220，儲存多種清洗模式，包括清洗過程中的所需激光能量， 發(fā)射時間和脈沖數(shù)量；
經(jīng)步驟230關機；
步驟240結(jié)束操作。
若在步驟120中，選擇自動，經(jīng)步驟125，進入清、冼模式選擇； 清洗模式確定后，執(zhí)行步驟160，進行調(diào)整指示光確定清洗部位，然 后再進行以后的步驟。
本實用新型半導體激光清洗機的技術參數(shù)，.
輸出波長810nm
輸出功率0 100W，可調(diào)
指示光激光二極管650nm/5mv,可調(diào)亮度
工作模式連續(xù)，單脈沖，重復脈沖
脈沖寬度10us 10s
脈沖頻率0.1Hz 100Hz
冷卻系統(tǒng)電制冷和風冷 鍵盤顯示16鍵、LCD顯示。
權利要求1、一種半導體激光清洗機，其特征在于它是由電源、計算機、半導體激光器、熱電制冷器、聚焦整形透鏡、指示光、光纖、加工頭和數(shù)控工作臺構成，其中電源與激光器、熱電制冷器連接；計算機與電源、數(shù)控工作臺連接；激光器與熱電制冷器連接；聚焦整形透鏡與指示光連接；光纖連接聚焦整形透鏡和加工頭。
2、 根揭權利要求1所述的半導體激光清洗機，其特征在于所 述的電源是由穩(wěn)壓電源、電流調(diào)節(jié)組件單元、恒流控制單元、VMOS 管和電阻組成。
3、 根據(jù)權利要求1所述的半導體激光清洗機，其特征在于所 述的計算機是由串口通信接口、微控制器、鍵盤顯示接口、 A/D轉(zhuǎn)換 單元、數(shù)字量輸出接口 E2PROM存儲器和數(shù)控工作臺接口構成，其 中微控制器分別與串口通信接口，鍵盤顯示接口、 A/D轉(zhuǎn)換單元、數(shù) 字量輸出接口、 E》ROM存儲器和數(shù)控工作臺聯(lián)接；微控制器通過鍵 盤顯示接口與輸入鍵盤和本地顯示單元聯(lián)結(jié)，通過A/D轉(zhuǎn)換單元， 激光器溫度檢測單元和激光器電流檢測單元聯(lián)結(jié)；數(shù)字量輸出接口分 別與脈寬頻率控制單元和指示光強度控制單元聯(lián)結(jié)，還與激光恒流控 制單元、溫度調(diào)節(jié)單元、聲光報警單元、關斷控制單元聯(lián)結(jié)。
4、 根據(jù)權利要求1所述的半導體激光清洗機，其特征在于所述的激光器發(fā)射波長由紫外光到紅外光的邊發(fā)射半導體激光迭陣者 面發(fā)射半導體激光面陣。
5、 根據(jù)權利要求l或4所述的半導體激光清洗機，其特征在于 所述的激光器發(fā)射波長700 1550mn，連續(xù)或脈沖。
6、 根據(jù)權利要求1所述的半導體激光清洗機，其特征在于所 述的熱電制冷器是由電制冷器和風冷扇組成。
7、 根據(jù)權利要求1所述的半導體激光清洗機，其特征在于所述的聚焦整形透鏡是釆用光學玻璃制成的透鏡組。
8、 根據(jù)權利要求1所述的半導體激光清洗機，其特征在于所述的指示光是采用激光二極管650nm/5mw。
9、 根據(jù)權利要求1所述的半導體激光清洗機，其特征在于所 述的數(shù)控工作臺是采用二維工作臺。
專利摘要本實用新型涉及一種半導體激光清洗機，屬于機電類。它是由電源、計算機、激光器、熱電制冷器、聚焦整形透鏡、指示光、光纖、加工頭及數(shù)控工作臺組成，其中電源與激光器、熱電制冷器連接，為其供電；計算機與電源、數(shù)控工作臺連接，控制其操作；激光器與熱電制冷器連接，使激光器在安全的溫度條件下工作；聚焦整形透鏡與指示燈連接，光纖連接聚焦整形透鏡和加工頭；優(yōu)點是整機體積小、重量輕、效率高、耗電少、工作壽命長還環(huán)保。
文檔編號B08B7/00GK201135982SQ200820071209
公開日2008年10月22日 申請日期2008年1月4日 優(yōu)先權日2008年1月4日
發(fā)明者丁寶君, 王傳術, 王峙皓, 露 甘 申請人:長春德信光電技術有限公司