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摘 要

长久以来，我国在集成电路产业与印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）产业,始终处于大而不强的尴尬境地。究其原因，很大程度是因为我国在这两个产业内高端技术装备的配备缺失、关键装备始终依赖进口，关键技术受制于人情况，大大的限制了国内PCB行业的发展。目前，国内大部分传统曝光机均是单片曝光，曝光完成后手动取出再放入下一块待曝光的线路板，工序较复杂，不适合大批量生产，产能低。同时，曝光机采用旋转电机与丝杠导轨的形式，其丝杠存在回程间隙并且丝杠导轨存在非线性摩擦，不适用于高精度光刻设备当中。

因此，针对目前曝光设备存在工作效率低、精度低、稳定性差等问题，研究开发一种工作效率高、精度高、稳定性好的曝光设备，对促进我国PCB行业的发展具有较大的理论和工程应用价值。本文的主要工作有：

（1）根据企业需要，结合企业专有的三维动态曝光技术（即无掩模光刻技术），应用高精度气浮支撑和双面自动曝光技术，开发设计了加工柔性电路板的RTR-616双面自动曝光机。

（2）运用模块化设计思想分析研究曝光机移动平台、上下料系统、自动对位系统、纠偏系统等主要功能模块的作用原理与实现技术。

（3）应用Solidworks三维建模软件，建立了RTR-616双面自动曝光机整机三维结构模型。

（4）为了控制系统变形对设备制造精度造成不利影响，应用ansys workbench分析软件对曝光机关键结构进行有限元分析。得到相应的应力应变云图和模态振型图，验证所设计结构的合理性。

关键词：双面自动曝光机；三维动态曝光技术；结构设计；气浮支撑；有限元分析

Abstract

For a long time, China has been in a large but not strong embarrassing situation in the integrated circuit industry and the Printed Circuit Board (PCB) industry. The reason for this is largely due to the lack of high-end technical equipment in these two industries, the constant reliance on imports of key equipment, and the restriction of key technologies to human conditions, which greatly limits the development of the domestic PCB industry. At present, most of the traditional exposure machines in China are single-chip exposure. After the exposure is completed, they are manually taken out and then put into the next circuit board to be exposed. The process is complicated, which is not suitable for mass production and has low production capacity.

At the same time, the exposure machine is in the form of a rotating motor and a lead screw guide rail, the lead screw has a return clearance and the lead screw guide rail has nonlinear friction, so the exposure machine is not suitable for high-precision lithography equipment. Therefore, aiming at the problems of low working efficiency, low precision and poor stability existing in the current exposure equipment, the research and development of an exposure equipment with high working efficiency, high precision and good stability has great theoretical and engineering application value for promoting the development of China's PCB industry. The main work of this paper is as follows:

(1) An RTR double-sided automatic exposure machine for processing flexible printed circuit board is developed and designed according to the needs of the enterprise and in combination with the enterprise-specific three-dimensional dynamic exposure technology (i.e. maskless lithography technology) and the application of high-precision air-bearing support and double-sided automatic exposure technology.

(2) The principle and implementation technology of the main functional modules of the exposure machine, such as moving platform, loading and unloading system, automatic alignment system and deviation correction system, are analyzed and studied by using the modular design idea.

(3) The three-dimensional structural model of RTR double-sided exposure machine is established by Solidworks three-dimensional modeling software.

(4) in order to control the system deformation to cause adverse effects on the equipment manufacturing accuracy, ansys workbench analysis software is applied to carry out finite element analysis on the key structure of the exposure machine. The corresponding stress-strain nephogram and modal shape diagram are obtained to verify the rationality of the designed structure.

Key Words：Automatic exposure machine; 3D dynamic exposure technology; structure design; Air bearing；finite element analysis.

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.1.1 PCB行业产值情况分析 1

1.1.2课题研究意义 2

1.1.3课题研究目的 3

1.2国内外研究现状 5

1.3本文主要研究的内容 5

第2章 自动曝光机模块化方案设计与分析 7

2.1总体功能分析 7

2.2整体方案确定与分析 8

2.2.1模块化设计的优势 8

2.2.2总体结构的布局 8

2.3各功能模块的设计方案 9

2.3.1 曝光模块 9

2.3.2移动平台 9

2.3.3卷对卷的收放料系统 10

2.3.4视觉对位系统 11

2.4 RTR-616型双面动态曝光机 12

2.5 本章小结 13

第3章 自动曝光机主体结构设计 14

3.1曝光系统的设计 14

3.1.1曝光系统的功能分析 14

3.1.2曝光系统的结构设计 15

3.2气浮移动平台的设计 16

3.2.1气浮移动平台的结构分析 16

3.2.2气浮移动平台的结构设计 17

3.2.3气浮平台驱动的选型计算 18

3.3 Z轴的设计 19

3.3.1 Z轴的功能分析 19

3.3.2 Z轴的结构设计 19

3.3.3 Z轴的滚珠丝杠传动机构选型计算 20

3.4 本章小结 23

第4章 辅助结构的设计 24

4.1 对位系统的结构设计 24

4.1.1对位系统的工作原理 24

4.1.2对位系统的结构设计 25

4.2 标定系统的设计 26

4.2.1 标定系统的设计原理 26

4.2.2标定系统的结构设计 26

4.3 自动收放料系统的结构设计 26

4.3.1 自动收放料系统的结构设计 26

4.3.2 带材跑偏产生的原因 28

4.3.3减小带材跑偏的措施 29

4.3.4 传感器的类型及工作原理 29

4.4本章小结 30

第5章 自动曝光机关键零部件有限元分析 31

5.1 ansys workbench简介 31

5.2整体计算模型 31

5.3 Y轴横梁静态特性分析 32

5.4 Z方向L形大理石静力学分析 33

5.5气浮运动平台动态特性分析 34

5.5.1模态分析理论 34

5.5.2模态分析 34

5.6 本章小结 36

第6章 总结与展望 38

6.1总结 38

6.2展望 38

参考文献 39

致谢 41

第1章 绪论

1.1课题背景

1.1.1 PCB行业产值情况分析

尽管日韩厂商开始转移投资越南、印度、泰国等东南亚地区，但中国大陆具备稳定的内需增长和完善的产业配套，上下游的快速发展共同推动中国大陆PCB份额的持续提升。经过多年的发展和积累，中国PCB行业已经实现了“铜箔、玻纤布、环氧树脂→覆铜板→PCB”的完整产业链布局，具备了相关需求的配套能力，并且已形成一批具有一定规模和竞争力的本土厂商。随着我国经济发展迈入新常态，我国PCB产业也由要素驱动、投资驱动的高增长阶段转向创新驱动、产业不断优化升级的高质量发展阶段。

国内PCB行业与全球市场呈现出一致性，市场较为分散、竞争充分，一方面，全球市场占据领导地位的台资、日资企业大部分在国内设有子公司，另一方面，国内本土企业不断壮大、竞争力日益增强。

图1.1 中国PCB行业总产值变化趋势图

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