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CTP ONE Doc. No : CTP-SPC-xx-AND Issue. : 1 Date : 15/4/2009 Pag. : 4 Class : N.C.

PROGRAM : CTP ONE

TITLE: Specifiche tecniche testa laser per lastre convenzionali basata su laser a semiconduttore a 405 nm

PREPARED BY : P.Spano

CHECKED BY : A. Vannucci

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INDICE

SCOPO ................................................................................................................................................................ 4

DOCUMENTI DI RIFERIMENTO......................................................................................................................... 4

DOCUMENTI DI RIFERIMENTO............................................................................................................................... 4 1 INTRODUZIONE ......................................................................................................................................... 5

2 SORGENTE ................................................................................................................................................ 5

3 TRASPORTO DELLA RADIAZIONE ......................... ................................................................................ 6

4 PARTE DI FORMAZIONE DEGLI SPOT SU TAMBURO .......... ................................................................ 7

5 APPENDICE 1 - DATA SHEETS DEL LASER NICHIA NDV7113E E DEL MEDESIMO LASER NEL PACKAGING NUV203E PER CONNESSIONE CON FIBRE OTTICHE ............................................................ 9

6 APPENDICE 2 - DATA SHEETS DEL LASER DELLA FIBRA MIT SUBISHI ST40A-S, USATA NELL’ACCOPPIATORE CON TERMINAZIONE V-GROOVE........ .................................................................. 17

7 APPENDICE 3 - DATA SHEETS DELL’ACCOPPIATORE MITSUBI SHI CSSCVSL-48 CON TERMINAZIONE SU V-GROOVE ..................................................................................................................... 18

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SCOPO In questo documento vengono riportate le specifiche e la struttura generale della testa da utilizzare sul CtP ONE per la scrittura su lastre convenzionali sensibili alla radiazione elettromagnetica nell’intervallo 360 -450 nm. Tale testa è basata sull’utilizzo di 48 diodi laser operanti a 405 nm accoppiati ad un sistema di guida ottica della radiazione tramite fibre ottiche multimodo ed un sistema di focalizzazione che utilizza un obiettivo.

DOCUMENTI DI RIFERIMENTO

Documenti di riferimento I documenti di riferimento sono riportati nella tabella seguente.

RD Reference Number Document Title

RD01 CTP-PIA-002-AND Stato dell’arte delle sorgenti coerenti a 355/405/808 nm

RD02 PMSP-0049-02 CtpOptotec INSlam x64

Product Specification –PA000335 Inslam Module for Andromeda

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1 Introduzione L’avvento di diodi laser di potenza di 400 mW nella regione spettrale dei 405 nm permette di realizzare una testa laser capace di scrivere su lastre convenzionali con produttività (considerando solo il tempo di scrittura su ONE 1100) dell’ordine di 14-15 lastre/h. Il sistema qui riportato utilizza 48 diodi Nichia mod. NUV203E capaci di emettere 400 mW e di accoppiare 280 mW ad una fibra ottica multimodo con core di 40 µm. A livello di schema di principio, la testa si compone di quattro parti:

• La parte di sorgente che comprende i diodi laser, l’elettronica di pilotaggio, la piastra di alloggiamento dei laser col sistema di raffreddamento e di controllo della temperatura, le fibre ottiche e il sistema di accoppiamento laser fibra.

• La parte di trasporto della radiazione composta dalle fibre ottiche e dalla terminazione delle stesse nel V-groove che ne assicura l’allineamento

• La parte di formazione degli spot sul tamburo, composta dal sistema ottico finale. • La parte di chiusura con i sistemi di allineamento meccanico della testa.

Per ognuna delle singole parti del sistema verranno fornite le specifiche e verranno evidenziati i punti critici. Le grandezze delle specifiche scritte in corsivo si riferiscono a quelle che ancora devono essere definite in maniera definitiva, in quanto il loro valore dipende o da altri valori non ancora completamente definiti, o dalla tecnologia utilizzata.

2 Sorgente Specifiche:

• Numero diodi 471 • Potenza emessa dal singolo laser 400 mW • Potenza massima dissipata dal singolo laser 2.3 W • Potenza massima da dissipare sulla piastra di montaggio 150 W • Tensione ai capi del diodo 4.1 - 4.6 V • Corrente di soglia del laser 100 – 200 mA • Corrente massima di esercizio 500 mA • Lunghezza d’onda di emissione 400 – 410 nm • Temperatura di funzionamento 20 - 22 °C • Potenza accoppiata alla fibra 280 mW • Dimensione del core della fibra 40 µm • Dimensione cladding 125 µm • Dimensione diametro ferrula fibra (tipo SC) 2.5 mm • Dimensione esterna dell’alloggiamento laser (lung x larg x altezza) 26.6 x 7.0 x 7.6

mm • Dimensione massima piastra alloggiamento diodi2

1 I diodi saranno 48, ma per questioni di algoritmo di scrittura 47 saranno i diodi realmente utilizzati. 2 Vedi fig. 1

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(i laser sono posti sulle due facce della piastra, 24 per lato) 300 x 30 x 40 mm

Fig. 1 - Schema della piastra di alloggiamento dei laser

La piastra di alloggiamento dei laser sarà posta esternamente alla testa propriamente detta, che viene alloggiata sul carrello della macchina, ed è collegata alla prima tramite il cavo in fibra ottica. I piedini dei laser saranno saldati su un connettore a pettine il cui modello è ancora da definire. L’elettronica di pilotaggio sarà collegata a questo connettore e si troverà quindi esterna alla testa. L’accoppiamento dei diodi alle fibre va fatta in ambiente controllato, Nichia consiglia una camera pulita di classe 10000 o migliore ed un sistema che eviti il contatto di polveri o inquinanti con i diodi durante l’utilizzo del sistema. Le specifiche dell’elettronica sono ancora da definire.

3 Trasporto della radiazione Il sistema di trasporto si compone di un fascio di fibre terminato da un lato da ferrule da inserire all’interno degli alloggiamenti ricavati sul contenitore dei diodi laser, dall’altro con fibre posizionate su un V-groove. Specifiche:

• Dimensione diametro ferrula fibra (tipo SC) 2.5 mm • Diametro core fibre 40 µm • Diametro cladding fibre 125 µm • Apertura numerica fibre 0.2 ±0.02 • Minimo raggio di curvatura del fascio 50 mm(tbc)

laser

Fibra con connettore Ingresso acqua

raffreddamento Uscita acqua raffreddamento

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• Distanza centro centro dei V-groove 127 µm3(tbc) • Precisione posizione dei V-groove 3 µm • Lunghezza fascio di fibre 2 m

Il fascio di fibre dovrà essere montato solidale alla piastra di alloggiamento dei laser e con guarnizioni che impediscano l’ingresso della polvere. Una protezione dalla polvere dovrà essere prevista anche all’uscita del V-groove per evitare il danneggiamento della faccia delle fibre stesse. Il box che contiene la piastra dei laser, i connettori elettrici e il passaggio per il fascio di fibre dovrà avere un layout del tipo riportato schematicamente in figura 2. Tutti i passaggi verso l’esterno dovranno essere dotati di guarnizioni per evitare il passaggio di polveri all’interno del box. La scheda elettronica sarà esterna per permetterne la gestione, la modifica e la sostituzione senza interventi sull’alloggiamento del laser. Le dimensioni esatte del box e il foro di uscita delle fibre dovranno essere scelte in base alla tipologia del fascio di fibre utilizzato.

Fig. 2 - Schema della piastra di alloggiamento dei laser

4 Parte di formazione degli spot su tamburo La parte di formazione degli spot su tamburo è posizionata sul carrello mobile davanti al tamburo e si compone della terminazione del fascio di fibre con il V-groove e dell’ottica di formazione degli spot. Le specifiche di questa parte del sistema risentono in modo diretto delle scelte da effettuarsi per la progettazione dell’ottica e quindi dei costi di sviluppo e di realizzazione della stessa. Specifiche attese:

• Dimensione orizzontale degli spot su lastra 13 µm2(tbc) • Ingrandimento del sistema ottico 0.315(tbc)

3 127 µm è lo standard dei V-groove commerciali. Questo valore permette di avere su lastra un pitch di 40 µm con dimensione degli spot di 13.0 µm utilizzando un’ottica con fattore di ingrandimento di 0.315 .Per il nostro sistema il valore ottimale sarebbe 145 µm di distanza centro-centro sul V-groove, che assicurerebbe un pitch su lastra di 40 µm con una dimensione degli spot di 11.0 µm (fattore di ingrandimento 0.275).

Connettore elettrico

Uscita fascio di fibre

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• Distanza frontale libera stimata 7 cm(tbc) • Dimensione orizzontale dell’immagine su lastra 1.88 mm • Tolleranza sulla dimensione dell’immagine ±1 µm • Massima variazione della dimensione dell’immagine al variare del fuoco0.01 µm/µm • Perdite massime di accoppiamento fibre ottica 20% • Dimensione verticale spot su lastra 13 µm2(tbc)

(4-6 µm se viene usata un’ottica con lenti cilindriche) • Profondità di fuoco per allargamento dello spot del 10% ±45 µm • Disomogeneità massima del pitch ±0.5 µm • Tolleranza della dimensione dello spot all’interno dell’immagine ±0.5 µm • Dimensioni stimate della testa 300x90x100 mm(tbc)

Sulla testa saranno implementate le regolazioni necessarie alle regolazioni della testa su macchina in analogia al documento RD02.

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5 Appendice 1 - Data sheets del laser Nichia NDV711 3E e del medesimo laser nel packaging NUV203E per connession e con fibre ottiche

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6 Appendice 2 - Data sheets del laser della fibra M itsubishi ST40A-S, usata nell’accoppiatore con terminazione V-groov e

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7 Appendice 3 - Data sheets dell’accoppiatore Mitsu bishi

CSSCVSL-48 con terminazione su V-groove