專利名稱：使印刷電路板表面曝光的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使板尤其是印刷電路板的至少一面曝光的裝置。該裝置用于從表面涂布有光敏材料的板生產(chǎn)印刷電路，在其前面放置有承載待在印刷電路上產(chǎn)生的印制線圖案。光束穿過該布線圖從而使板曝光。
背景技術(shù)：
例如從歐洲專利EP 618505，EP 807505和EP 807856中可以知道這樣的曝光裝置，其中光源和被曝光的板都是靜止?fàn)顟B(tài)的，且曝光是在整個待曝光表面上進(jìn)行的，而不用掃描。
但是，在整個表面被同時曝光的那些裝置類型中，光敏材料的化學(xué)反應(yīng)性不是最優(yōu)的。當(dāng)曝光更強且瞬時曝光時間更短時反應(yīng)效率得以改進(jìn)。
用掃描來曝光板表面的裝置也是已知的，其光束來自被旋轉(zhuǎn)的反射鏡反射的光源。
不幸的是，所畫印制線的清晰度，以及該印制線的精細(xì)度與入射光束對布線圖的入射角度直接相關(guān)。各光束為圍繞著一個軸線的圓錐，而該軸線相對于被曝光表面以更大或更小的角度傾斜，并被稱作偏斜。在該圓錐頂點處的半角表示光線之間的準(zhǔn)直度，即平行程度。由此將理解光束的入射角取決于其準(zhǔn)直度和其傾斜度。因此，當(dāng)光不準(zhǔn)直和/或一部分光束以太大的入射角度達(dá)到要曝光的表面時，印制線的尺寸和隨之的路徑一般相對于布線圖變形。
類似地當(dāng)曝光不均勻時，則印制線不均勻地形成，且所得到的印刷電路質(zhì)量也較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種曝光裝置，通過提供一種具有好的均一性和相對于板的好的入射角的光帶來改進(jìn)對一表面尤其是對生產(chǎn)印刷電路的掃描曝光。
該裝置可以制作出導(dǎo)線密度非常高的印刷電路，并保證該導(dǎo)線非常細(xì)，形成非常精確的路徑，即該裝置確保曝光表面精確地曝光。用這種裝置制作的印刷電路的導(dǎo)線尺寸的范圍是25微米(μm)到50μm，且它們的間距大致一樣。
由此將理解以差的傾斜角度到達(dá)待曝光表面的光束會產(chǎn)生一種視差誤差，造成光在待曝光表面上的偏移，由此使導(dǎo)線離開設(shè)計好的位置。與上述情況相同，當(dāng)光束相對于待曝光表面的準(zhǔn)直性變差時，印制線的尺寸增加并變得更不精確。在極限情況下，由于印制線互相接觸，這兩種現(xiàn)象一起導(dǎo)致電路短路。
此外，顯影質(zhì)量，即蝕刻時除去一部分不覆蓋將來印制線的光敏材料的質(zhì)量和隨后的蝕刻質(zhì)量，取決于原來光敏材料的變形，而這種變形本身與所接受到的光能量相關(guān)。由此將理解當(dāng)光束不均勻時，會造成光敏材料不均勻變形，且因此隨該印制線的路徑也不精確，在極限情況下這將會造成印制線中斷。
在下文描述中，術(shù)語“光帶”用于指定到達(dá)待曝光表面的一組光束，術(shù)語“平均入射角”相應(yīng)于在基本橫切于待曝光表面的任何表面中測得的角度，且其中一半光通量在該角度之內(nèi)達(dá)到表面，而另一半以任意角度達(dá)到表面。
各光束位于軸基本垂直于待曝光表面的圓錐中。在這種情況下，代表準(zhǔn)直性的位于頂點處的半角小于或等于平均入射角。
由于光帶長度不小于要曝光的板的其中一側(cè)的長度，因此足以在一個方向?qū)Π逭麄€表面掃描曝光。光帶相對于待曝光表面移動(反之亦然)，其延伸方向與光帶長度橫切，以對整個表面掃描。板被掃描的方向相應(yīng)于板其中一側(cè)的方向。因此通過在平行于板其中一側(cè)的第一方向產(chǎn)生光帶，在基本橫切于所述第一方向的第二方向進(jìn)行掃描。
此外，由于在曝光過程中被照射區(qū)域形成一條帶，通過使用光通量密度比對整個表面曝光時用的光通量密度大的窄光束可減少掃描時間。對于等量的光通量密度，光帶構(gòu)成的四邊形的高度越高，則掃描時間越短。但是四邊形的高度越高，越難以得到在整個四邊形上準(zhǔn)直和均勻的小入射角的光，且光通量密度降低。因此必須找到一種折衷方案。
此外，必須在整個掃描中保證同樣的曝光，即在光帶移動過程中光束的均一性和入射角度保持不變。
在第一方面，本發(fā)明提供一種通過處理從單一靜止光源發(fā)出的光束來對表面曝光，且特別針對生產(chǎn)印刷電路進(jìn)行改進(jìn)的裝置。
在該第一方面，本發(fā)明提供的裝置包括用于在一框架上固定至少一個布線圖和所述板的裝置；一光學(xué)系統(tǒng)，包括發(fā)射光束的光源，用于處理所述光束以產(chǎn)生均勻和準(zhǔn)直光束的處理裝置，該光束相對于待曝光表面具有小于2°的平均入射角并具有偏離平均值小于±10％的均勻照度，能將所述均勻和準(zhǔn)直光束變換成在要曝光板的表面上的均勻和準(zhǔn)直光帶并包括所述布線圖的成形裝置，所述均勻和準(zhǔn)直光帶的長度不小于所述待曝光表面的其中一側(cè)，所述用于處理光束的裝置包括一反射器和一積分器準(zhǔn)直儀組件；位移裝置，用于在所述光帶和所述待曝光表面之間產(chǎn)生相對位移，且位移方向基本橫切于所述光帶的長度方向；以及匹配裝置，用于使所述光帶和所述待曝光表面之間的相對位移速度與光帶照度和待曝光表面的感光度相匹配。
在基本為長方形板的通常情況下，應(yīng)當(dāng)理解通過在平行于板寬度方向，即當(dāng)光帶平行于板的長度方向?qū)嵤呙瓒箳呙杓铀佟Ｔ诘谝磺闆r下，光帶長度不小于板長側(cè)長度，且在短側(cè)方向進(jìn)行掃描。
由于尺寸原因，有必要相對于第一種構(gòu)型翻轉(zhuǎn)該板，并在其長度方向進(jìn)行掃描。在該第二構(gòu)型下，光帶長度不小于板的寬度，并在長側(cè)方向進(jìn)行掃描。
有利的是，整個光學(xué)系統(tǒng)都是靜止?fàn)顟B(tài)的，由此其中所含的光學(xué)裝置不會遭受不希望有的調(diào)節(jié)損失，該調(diào)節(jié)損失會使離開所述組件的均勻和準(zhǔn)直光束惡化。
在置于光源后的積分器準(zhǔn)直儀組件的入口處，光線既不準(zhǔn)直也不均勻分散，而從出口處發(fā)出的光線均勻分散，例如，所測的780毫米(mm)的光帶誤差為170mm，小于±10％，且被小于2°，優(yōu)選小于1°的平均入射角準(zhǔn)直。
有利的是，積分器準(zhǔn)直儀組件包括用于以基本均勻的方式分配光的第一光學(xué)處理器單元，以及第二光學(xué)處理器單元，所述第二單元置于所述第一單元之后，并用于準(zhǔn)直光。
由于成本和可行性的原因，各光學(xué)處理器單元實施一種特殊功能(或者準(zhǔn)直和傾斜，或者均一化)。
因此將理解光學(xué)處理單元的特性及其各自的位置確定了在積分器準(zhǔn)直儀組件出口處得到的光束性能。
因此，有利的是，先將第一光學(xué)處理器單元放置在所述反射器的第二焦點處，以便所述第一光學(xué)處理器單元可處理進(jìn)入其中的光束，以發(fā)送出均勻的輸出光束，然后將所述第一光學(xué)處理器單元放置在所述第二光學(xué)處理器單元的物方焦點處，由此所述第二單元可處理進(jìn)入其中的均勻光束，以產(chǎn)生均勻和準(zhǔn)直的光束。
由于光線是均勻的，在光帶任一點處的曝光能量的變化受到控制，并且不超過可能破壞印制線的極值。類似的，由于光被準(zhǔn)直，光線互相平行，且所有光線均以小于2°的入射角到達(dá)。
積分器準(zhǔn)直儀組件還有利地包括放置在所述第一光學(xué)單元附近的第一掩模，和放置在所述第二光學(xué)單元附近的第二掩模。
第一掩模的作用是消除一部分從反射器出口離開的，遠(yuǎn)離平均傳播方向的具有平均入射角的(不均勻，不準(zhǔn)直的)光輻射，第二掩模具有同樣的功能，用于使已經(jīng)通過第一光學(xué)處理器單元的光束均勻。這兩個掩模通過除去發(fā)散太厲害的光線來進(jìn)行粗校準(zhǔn)，由此在光進(jìn)入用于準(zhǔn)直的第二光學(xué)單元之前，連續(xù)兩次對光進(jìn)行準(zhǔn)直。由于發(fā)散的光線已被消除，準(zhǔn)直更有效。
布線圖的溫度是確定印刷電路板質(zhì)量的一個重要因素，由于任何溫度變化會導(dǎo)致布線圖變形，因此隨印制線的路徑也變形。例如，象2°一樣小的溫度變化也會導(dǎo)致圖象失真。
因此，為了減小布線圖的溫度變化，裝置優(yōu)選包括分色鏡。
紅外輻射不能用于曝光但是它確實可以加熱鄰近的元件，尤其是布線圖，因此對抗熱過濾器是有利的，以便將光束分為紅外和紫外部分，然后用“冷”光，即基本為紫外的光對板進(jìn)行曝光。
成形裝置有利地包括用于發(fā)散和凸的第一反射鏡，和用于會聚和凹的第二反射鏡，這兩個反射鏡被連續(xù)放置在所述積分器準(zhǔn)直儀組件的出口處。
在成形裝置的入口處，光束是均勻和準(zhǔn)直的，但該光束仍然不是光帶形式，而是基本上為二維的長方形形式，其尺寸比理想的用于掃描板其中一側(cè)的尺寸小得多。第一反射鏡通過使光束在二維中的一維方向上發(fā)散，使反射鏡平面中的光束準(zhǔn)直性下降，由此將光束分散成長度大于初始長度的光帶。
第二反射鏡通過使同一平面中的光束在同一方向會聚來重新校準(zhǔn)光束，因此光帶具有與進(jìn)入成形器系統(tǒng)光束一樣的準(zhǔn)直特性。
光束和光帶的均勻性在整個成形過程中保持不變。
反射鏡相對于積分器準(zhǔn)直儀組件的位置不會影響光帶的特性，但應(yīng)當(dāng)理解其互相之間的位置，尤其是它們之間的間距和所述反射鏡的特征確定了光帶的形狀。
因此，所述均勻和準(zhǔn)直的光帶長度有利的是作為所述會聚和發(fā)散鏡之間間距的函數(shù)，以及所述反射鏡的曲線半徑，尤其是發(fā)散鏡的曲線半徑的函數(shù)。光帶的高度取決于準(zhǔn)直透鏡及其支撐體的幾何特性。光帶的高度受會聚和發(fā)散鏡的影響非常小。
位移裝置有利地包括一平面鏡，其在被曝光板表面軸線所限定的平面中可移動。
該反射鏡不會影響光帶特性，并放在光學(xué)系統(tǒng)的出口處，用于處理和使光束成形。該反射鏡不是該裝置中唯一可移動的部分，通過連續(xù)掃描，反射平移向被曝光板的光帶使整個表面曝光。
自然地，反射鏡的尺寸與所需的光帶長度匹配，由此避免所述長度不希望地變短。
由于光帶形狀直接由所選的光學(xué)系統(tǒng)確定，因此容易使其變形。
為得到更好的均一能量，有利的是將光源放置在反射器的第一焦點處。當(dāng)用弧光燈時，優(yōu)選將弧光燈置于反射器的第一焦點處。
因此，光源發(fā)出的很大一部分光被反射到反射器的第二焦點處，并相應(yīng)于由處理和成形用第一光學(xué)處理器單元構(gòu)成的處理器和成形系統(tǒng)的出口。
本發(fā)明第二方面提供一種通過使用移動光源來改進(jìn)表面曝光的裝置，尤其用于印刷電路的制作。
在該第二方面，本發(fā)明提供的裝置包括用于在一框架上固定至少一個布線圖和所述板的裝置；一光學(xué)系統(tǒng)，至少包括一個含一光源的光盒，和-包括至少一個具有第一焦點的第一拋物面和一個具有第二焦點的第二拋物面的反射器，所述第一和第二焦點位于相應(yīng)于掃描所述待被曝光表面方向的軸上，放置在所述第一焦點的光源用于在待被曝光的板表面上產(chǎn)生光帶并包括所述布線圖，光帶的平均入射角小于15°，且其具有相對于平均值小于±10％偏離值的均勻照度，所述光帶長度不小于所述待被曝光表面的寬度；位移裝置，用于在所述光帶和所述待曝光表面之間在所述待曝光表面的長度方向產(chǎn)生相對位移，該方向基本橫切所述光帶的長度方向；以及匹配裝置，用于使所述光帶和所述待曝光表面之間的相對位移速度與光帶的照度和待曝光表面的感光度相匹配。
反射器的特定形狀確定了光束的性能和形狀。
優(yōu)選地，所述第一拋物面位于由包括所述掃描方向的軸限定的第一平面，所述第二拋物面位于由包括所述掃描方向的軸限定的、并基本橫切于所述第一平面的第二平面上。
為使這樣的反射器易于制造，并降低其成本，優(yōu)選用兩個對稱部分裝配該反射器。此外為使換燈更容易，該反射器有利的包括一中央開口。
為了得到測量值約為635×130mm2的光帶，該光學(xué)系統(tǒng)有利地包括沿橫切于所述掃描方向的延伸方向排成直線的5個光盒，這些光盒在掃描方向，即基本橫切于光帶長度的方向直線移動，從而掃描整個板。在該光學(xué)構(gòu)型中，用5個中弧光燈得到的平均入射角約為11°。中弧光燈使光束準(zhǔn)直更難，但光源疊置更易。
自然為了得到不同形狀的光帶，調(diào)整光盒數(shù)目及其發(fā)光能量，以及各自的弧光長度是合適的，還可以改變反射器。
盒子之間的間距優(yōu)選為145mm，由此可以在光帶的長度方向進(jìn)行調(diào)整，以補償在光盒生產(chǎn)中造成的不精確。
在本發(fā)明以上兩個方面和任一給定的例子中，準(zhǔn)直光帶優(yōu)選在待被曝光的表面上形成長方形，其高度范圍是100mm到150mm，且長度不小于待被曝光表面一側(cè)的長度。
為產(chǎn)生光帶，所述光源有利地包括中或短弧電放電燈。
一般短弧光的長度小于10mm，中弧光長度在10mm到25mm之間。超過25mm，則說明該燈具有“長”弧光。燈的弧光越短則準(zhǔn)直性越好；但是短弧光燈需要更復(fù)雜的電源。
因此，取決于所選的燈和光學(xué)系統(tǒng)類型，光帶優(yōu)選具有小于或等于2°或15°的平均入射角。
該裝置優(yōu)選進(jìn)一步包括用于校準(zhǔn)光源，或在有多個光源時，用于準(zhǔn)直各自獨立的光源的校準(zhǔn)裝置。
在存在多個光源時，校準(zhǔn)裝置優(yōu)選包括在各個光源前面連續(xù)移動的唯一的傳感器。基于對一個光源測定的光強度，從傳感器發(fā)出的信號通過一伺服控制回路對相應(yīng)光源進(jìn)行電源調(diào)節(jié)控制，由此控制其所發(fā)出的光能量。
一旦調(diào)整了各光源能量，則在整個光帶上得到均勻的能量。給出該能量的平均值以及待被曝光表面的性能，則裝置中的計算機調(diào)整光帶的掃描，使光帶的移動速度與光能量和待被曝光表面的性能匹配，由此得到所需的曝光條件。
通過閱讀以下對實施例的詳細(xì)說明可更好地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，其中所給實施例是非限制用的例子。


說明書參考以下附圖，其中圖1是本發(fā)明第一方面的曝光裝置的透視圖；圖2是圖1裝置中光線路徑示意圖；圖3是積分器準(zhǔn)直儀組件的透視圖；圖4是從上部看到的圖1裝置的示意圖；圖5是從側(cè)面觀看的相應(yīng)于圖4的簡圖；圖6是位移裝置的透視圖；圖7是本發(fā)明第二方面的光盒視圖；圖8是穿過圖7光盒VIII-VIII線的一個截面；圖9是穿過圖7光盒IX-IX線的截面視圖；
圖10是從后面看到的5個一組的光盒的透視圖；圖11是從前面看到的圖10中5個一組的光盒的透視圖；以及圖12是校準(zhǔn)裝置的透視圖。
具體實施例方式
在本發(fā)明的第一方面，如圖1到6所示的用于制作印刷電路的曝光裝置包括由放電燈和各種光學(xué)元件制成的光學(xué)系統(tǒng)。在這種構(gòu)型中，該燈，用于對燈發(fā)出的光束起作用的處理器和成形單元以及待被曝光的板都是靜止的，且一個單一的光學(xué)元件，具體是一反射鏡用于掃描待被曝光的板的表面。
圖1是這種裝置與待被曝光的板120的整體視圖，該裝置包括用于處理和使光源112發(fā)出的光束成形的光學(xué)系統(tǒng)S1，由此使光束為帶狀。具體而言，該裝置包括兩個光學(xué)系統(tǒng)S1和S2，用于處理和使兩個各自獨立且并排放置的光源112和112’發(fā)出的兩個光束成形，從而對板的兩個表面曝光。在鄰近每一個待被曝光的兩個表面處，在板120的各側(cè)面上放置兩個類似的光學(xué)系統(tǒng)S1和S2。然后依據(jù)所述裝置，同時或獨立地控制這兩個系統(tǒng)S1和S2。
如圖1所示，當(dāng)光源112和112’是例如為氙汞燈類型的弧光燈時，為了操作需要使其面朝上。因此，燈112和112’面朝同一方向。在這種情況下，處理器和成形系統(tǒng)S1或S2可以專門針對各個燈112和112’，且以對稱方式將系統(tǒng)放置在燈112和112’的任一側(cè)。
以下描述涉及一個單一的燈和一個單個的處理器和成形器系統(tǒng)，具體是處理和成形器系統(tǒng)S1。
為了使曝光裝置更加小型化，該裝置包括多個不處理光束的反射鏡，但是用于形成裝置中，尤其是在處理器和成形系統(tǒng)S1中的多個彎曲。
這些反射鏡優(yōu)選是簡單的平面鏡。它們不影響光束的處理和成形。但是優(yōu)選對它們處理，使其為分色的，由此作為將光束分離為紅外和紫外的抗熱過濾器。這種表面處理可反射大約97％的紫外輻射，同時允許大約70％的紅外輻射穿過。由于紅外線對曝光沒有任何作用，但確實加熱了布線圖(未顯示)和鄰近元件，尤其是光學(xué)單元，因此應(yīng)當(dāng)理解盡快將紅外線從光束中分離，尤其是在其穿過處理器和成形系統(tǒng)之前分離是有利的。
圖2是這種光學(xué)系統(tǒng)的示意圖，其包括短弧放電燈112，例如在5千瓦(KW)或8KW的能量下操作，且該燈位于橢圓形反射器116的第一焦點122’處。優(yōu)選使用5KW的燈112，產(chǎn)生的弧光為3×3×7mm3。
各種光學(xué)元件被放置在參考軸ZIIZII’處，其相應(yīng)于由一部分橢圓構(gòu)成的反射器116的旋轉(zhuǎn)軸，并穿過所述反射器116的兩個焦點122’和124’。軸ZIIZII’基本是垂直的，并相應(yīng)于離開燈112和反射器116的光束的傳播軸。兩個軸XIIXII’和YIIYII’基本垂直于軸ZIIZII’，由此限定了一矩形的參比框架。
在離開燈112和反射器116時，大部分紅外線IR堆積穿過第一反射鏡1171，優(yōu)選用吹出冷空氣的冷卻系統(tǒng)119冷卻。以45°將第一反射鏡1171放置在燈112之上，其反射光束I到第二反射鏡117(參見圖1和2)。第二反射鏡1172面朝上，優(yōu)選為45°，因此光束I被反射到從積分器準(zhǔn)直儀組件151開始的處理器和成形系統(tǒng)的入口。
在圖3中詳細(xì)顯示的積分器準(zhǔn)直儀組件151包括各種光學(xué)表面組件，其作用首先是使照明均勻并分配光強度，由此使光均一，然后使光準(zhǔn)直。
積分器準(zhǔn)直儀組件151的軸與軸ZIIZII’一致，在其入口151A處具有由積分透鏡150構(gòu)成的第一處理器光學(xué)單元，在其出151B口處具有由準(zhǔn)直透鏡156構(gòu)成的第二處理器光學(xué)單元。透鏡150和156被分別放置在各支持體152和154上。在所示的光學(xué)系統(tǒng)中，支持體152或154優(yōu)選由掩模組成，且在基本垂直于軸ZIIZII’的方向延伸，由此消除了從反射器116出口處發(fā)出的任何入射角遠(yuǎn)離平均傳播方向的輻射，因此積分器準(zhǔn)直儀組件151的光軸與軸ZIIZII’一致，以在待被曝光的表面上得到傾角較好的光束。
積分透鏡150是一凸柱面透鏡，其曲面朝向準(zhǔn)直透鏡156，曲面半徑R150為30mm到40mm，優(yōu)選基本等于35mm。
積分透鏡150被放置在反射器116的第二焦點124’處。在積分器準(zhǔn)直儀組件151的入口處，光線I是一種高度基本沿軸ZIIZII’延伸的圓錐形式。在柱面透鏡150的入口處，光線I既不均勻，也不準(zhǔn)直，而在出口處光束II是均勻的，且強度差不超過±10％。光束II還被支持體152微微準(zhǔn)直。
光束II繼續(xù)沿著其朝向準(zhǔn)直透鏡156的光路前進(jìn)，該透鏡由曲面朝向積分器準(zhǔn)直儀組件151的球面透鏡組成，并具有150mm到200mm，且優(yōu)選基本上等于170mm的曲面半徑R156。
球面透鏡156與柱面透鏡150隔開，由此透鏡150位于球面透鏡156的物方焦點156’處。在球面透鏡156的出口處，光束III被準(zhǔn)直，且平均入射角約為1°。
由此，這兩個焦點124’和156’一致，球面透鏡156和反射器116被置于柱面透鏡150的兩個相對側(cè)。在積分器準(zhǔn)直儀組件151的出口處，光束III是均勻的，其偏離均勻性的光不超過±10％，該光束被準(zhǔn)直。
積分器準(zhǔn)直儀組件151的透鏡150和156的焦點置于與燈112的第二焦點124’相同的軸上，即沿著軸ZIIZII’，由此光束具有盡可能小的傾斜角，使得光束能夠基本垂直地對待被曝光表面進(jìn)行曝光。
因此，在積分器準(zhǔn)直儀組件151的出口處，光束III是均勻的，偏離均勻性的光不超過±10％，并具有約為1°的平均入射角。
回到圖1和2，第三反射鏡1173置于積分器準(zhǔn)直儀組件151的出口處，以形成光路III的最后一個彎曲。
成形裝置包括緊挨著第三反射鏡1173之后放置的成形光學(xué)單元，其作用是通過使光束發(fā)散，連續(xù)地消去光束的準(zhǔn)直性，然后使光通量III重新準(zhǔn)直以獲得光帶162。
例如，第一成形光學(xué)單元，具體的是一發(fā)散鏡158，被放置在支持球面透鏡156的第二掩模154之后，以朝向反射鏡1173，第二成形光學(xué)單元，具體的是一會聚鏡160被置于發(fā)散鏡158之后。這兩個反射鏡158和160互相面對，且優(yōu)選盡可能多的向水平面(XIIXII’，YIIYII’)傾斜，由此避免任何光學(xué)偏差。具體地，這兩個反射鏡158和160偏離軸YIIYII’不超過45°。發(fā)散鏡158是曲面直接朝向會聚鏡160的凸面鏡，且曲面半徑R158優(yōu)選在150到200mm之間。會聚鏡160是曲面朝向與發(fā)散鏡158一樣的方向的凹面鏡，且其曲面半徑R160優(yōu)選在1200mm到1500mm之間。
在這種構(gòu)型中，兩個反射鏡158和160用于獲得長度為L162(圖4所示)的光帶162(圖2所示)。長度L162是發(fā)散鏡158的曲面半徑R158與發(fā)散和會聚透鏡158和160之間間距d的函數(shù)。光帶162的寬度或高度H162取決于掩模154的幾何特性，尤其取決于球面透鏡156的特性。
需要補充的是反射鏡160的曲面半徑可能對光帶長度L162有很小的影響。由于實用性的原因，該曲面半徑保持不變。
第四反射鏡164面朝會聚鏡160放置，以將光帶反射到將被曝光的、位于水平面(XIIXII’，YIIYII’)的板120的表面118。
如圖4所示，該第四反射鏡164用于反射長度L162的全部或一部分。因此根據(jù)反射鏡164的寬度，獲得達(dá)到被固定在框架(未顯示)中的、將被曝光的印刷電路板120的表面118上的光帶126的長度L126。
將軸XIIXII’作為橫軸，相應(yīng)于將被曝光的板120的表面118的寬度方向，該板基本水平放置在平行于軸XIIXII’和YIIYII’的平面中(顯示在圖2，4和5中)，足以沿著軸YIIYII’，即沿著待被曝光表面118的長度移動反射鏡164以便對整個表面118掃描。因此第四反射鏡164是在裝置中唯一可移動的光學(xué)元件。應(yīng)當(dāng)理解可以其它方式放置板表面118。因此，當(dāng)沿著軸XIIXII’放置的是待被曝光表面的長度方向時，則在待被曝光表面的寬度方向發(fā)生掃描，即仍然沿著軸YIIYII’。
掃描總是橫切于光帶長度方向進(jìn)行，該掃描方向優(yōu)選平行于待被曝光表面的寬度或至少是長度方向。
如圖5所示，第四反射鏡164相對于軸YIIYII’傾斜45°，由此將光帶反射到由XIIXII’和YIIYII’限定的平面中的待被曝光表面118上。為了在唯一的YIIYII’掃描方向?qū)Π?20曝光，反射鏡164的寬度應(yīng)當(dāng)不小于待被曝光表面118的寬度1118。為了對不同表面曝光，改變反射鏡164或改變成形器裝置的參數(shù)就能夠滿足。
因此，取決于用于不同光學(xué)單元的形狀，并取決于如何在三維中放置這些形狀，可以獲得到到達(dá)待被曝光表面118的高為H126和長為L126的光帶。
還必須用裝置(未顯示)調(diào)節(jié)反射鏡164，使之與垂直和水平平面成一角度，以保證該反射鏡在位移時與板平行。
在上述光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)型中，優(yōu)選在一給定瞬間在待被曝光表面118獲得一長度為L126、高度為H126的光帶，該長度范圍在590mm到1米(m)，優(yōu)選為780mm，高度范圍在100mm至200mm之間，優(yōu)選約為170mm，且相對于每平方厘米80毫瓦(mW.cm-2)的平均照度，該光帶均勻偏離值約為±10％，平均入射角小于或等于2 °，優(yōu)選約等于1°。
反射鏡164的移動速度確定了曝光質(zhì)量和持續(xù)時間。當(dāng)光源112靜止且反射鏡164移動時，這兩個元件之間的距離在掃描時增加。因此理想的是改變掃描速度以獲得在整個曝光過程中在整個被曝光表面上均勻的、具有更高質(zhì)量的照度。但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)移動速度不變時，仍然可能符合以上特指的均一性條件。
為確定該速度，對紫外線(UV)響應(yīng)的光度計138(示在圖6中)被放置在位于待被曝光板處的光通量中，并與曝光裝置的控制器(未顯示)相連接。光通量能量的測定值被送至控制器，在此計算移動速度作為所述光通量能量和被曝光表面118參數(shù)的函數(shù)，尤其是材料的敏感度參數(shù)由操作者指定給控制器。
為了對裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，優(yōu)選將激光器置于待被曝光板的位置處，以向光源112或112’之一(圖1)發(fā)出可見光，由此能夠用位移裝置對各燈的位置進(jìn)行機械調(diào)節(jié)，以保證各系統(tǒng)S1和S2的各積分器準(zhǔn)直儀組件的光軸合適地位于軸ZIIZII’上。該校準(zhǔn)僅在裝配該裝置的時候進(jìn)行。
但是，為了保證光帶126在整個曝光過程中能量恒定，匹配裝置(未示出)用于使裝置121的速度與第四反射鏡164的移動匹配(參見圖6)。具體來說，這些位移裝置121與裝置一起工作(在圖6中未顯示)，該裝置包括驅(qū)動雙傳動皮帶121B的速度可變的馬達(dá)121A，和在軌道121C上移動的支持體121D，而該支持體上固定有反射鏡164?？墒褂萌魏我阎愋偷奈灰蒲b置移動反射鏡164。
由于燈以恒定電能工作，位移裝置的速度在變化，以補償反射鏡164逐漸離開燈112造成的光能量損失。
因此，例如當(dāng)反射鏡164位于最靠近燈112的位置處(曝光開始)時的起始速度Vmax規(guī)則地減少，直至一旦整個表面118已被掃描，達(dá)到最小值Vmin。匹配裝置包括設(shè)定在用于計算和匹配反射鏡164速度的控制器中的被編程的伺服控制回路。
在第一次使用之后，在這些燈再一次回到接通狀態(tài)之前，裝置必須停止相當(dāng)長的一段時間(數(shù)十分鐘)，尤其是要保證燈充分冷卻。該停止時間還包括使燈穩(wěn)定的時間，由此使它們發(fā)出的光均勻。
此外，燈的壽命與燈打開和關(guān)閉的次數(shù)成反比。為了減輕所述缺陷，該裝置包括一個對輻射進(jìn)行屏蔽的、可放置在柱面透鏡150附近的光閘(未顯示)，而不必關(guān)燈112。
在本發(fā)明的第二方面，如圖7到12所示的制作印刷電路的曝光裝置具有由一組光盒組成的光學(xué)系統(tǒng)，各個光盒具有特殊形狀的反射器和放電燈，并能得到準(zhǔn)直和均勻光帶。
在該方面，整個光學(xué)系統(tǒng)尤其是光源在板靜止時移動。
圖7顯示了一種這樣的光盒10，其含有中弧光放電燈12，其弧光長度優(yōu)選為20mm，其能量為500瓦特(W)。燈12被放置在還包含反射器16的盒子14中。
光通量需要盡可能準(zhǔn)直，這就需要反射器外形為拋物線型，且光源被置于其焦點處。但是由于該方式需要稍微分散的光束，這樣不利于使各個光盒10發(fā)出的光通量互相之間良好地重疊。因此必須找到一種折衷方式。反射器16不是圓形對稱的，但具有以下方程限定的、在參照(XIXI’，YIYI’，ZIZI’)的矩形框架中的曲率z＝ax2+by2將軸XIXI’作為橫軸，其相應(yīng)于基本上垂直放置的被曝光板20表面18的寬度方向(在圖10中顯示，但沒有任何布線圖或支撐框架)，可以沿著軸YIYI’，以基本上橫切于軸XIXI’的方向移動光盒滿足對整個表面18的掃描。
反射器16具有在由軸YIYI’和ZIZI’限定的垂直平面(示于圖9)中的第一拋物面24形成的表面，和在由軸XIXI’和ZIZI’限定的水平面(示于圖8)中的第二拋物面22，且分別具有位于軸ZIZI’上的第一焦點24’和第二焦點(未注明)。燈12被置于第一焦點24’處。結(jié)果是光線優(yōu)選沿著軸ZIZI’發(fā)射。正確地將燈12定位在這種反射器16中確定光束的準(zhǔn)直性和傾斜度。通過將中弧光燈12放置在形狀滿足上述方程的反射器16中，可獲得小于15°的入射角。
為了更容易得到這樣的外形，用對稱于水平面的兩部分16A和16B制作反射器16。此外，為了更容易地更換燈12，反射器具有在反射器16的兩個部分16A和16B中形成的中央開口16C，這兩個部分不相遇，互相之間被所述開口16C隔開。開口16C具有由燈12形狀限定的合適形狀。
為了在表面18上獲得基本上為矩形的光帶26，其長度方向沿著軸XIXI’，長度L26等于表面18的寬度118，優(yōu)選等于635mm，高度H26的范圍在100mm到150mm之間，優(yōu)選等于130mm，優(yōu)選用5個如上所限定的光盒10。
如果假設(shè)將板20基本垂直放置，可沿著橫軸布置5個光盒10以形成光帶26。光盒10互相之間優(yōu)選以額定的145mm的間距放置，且由光盒的該間距決定光束的均勻性。調(diào)整各光盒10的位置，由此可補償在制作光盒10時產(chǎn)生的誤差。該調(diào)整范圍優(yōu)選在額定位置附近±5mm的幅度內(nèi)。
在該情況下，光帶26具有約11°的中等入射角，并相對于在120mW.cm-2附近的平均值偏離光均一性±10％。結(jié)果是一半的光通量以小于11°的入射角達(dá)到表面18。
將一組光盒10放在支持體28上，支持體28可在水平面中平移，以調(diào)節(jié)作為被曝光表面位置函數(shù)的一系列光盒10和被曝光板20之間的距離，其反過來取決于支撐框架的位置(未顯示)。從燈中心到板的距離優(yōu)選為180mm。該距離決定光帶的均勻質(zhì)量。作為實例，支持體28被放在具有楔形內(nèi)陷部分30的軌道上，該內(nèi)陷部分30在固定到驅(qū)動支持體34上的凸形部分32上滑動，驅(qū)動支持體34可在垂直方向，即掃描方向上平移。位移裝置(未顯示)包括驅(qū)動驅(qū)動支持體34的驅(qū)動系統(tǒng)。
對于在本發(fā)明第一方面中描述的裝置，該裝置包括固定在支持體28上的光閘36，并適于樞軸地安裝在燈12的前面，在關(guān)閉位置處(例如裝載著板20時)，如圖10所示，光帶26的通量被阻斷，因此燈12可以維持開著的狀態(tài)。在圖11中顯示了在板20被曝光時處于打開位置的光閘36。使用這樣的光閘36可以避免每次更換曝光板時都要將燈12關(guān)掉，因此減少了制作印刷電路時所需的時間。
驅(qū)動支持體34的移動速度決定了曝光質(zhì)量和持續(xù)時間。為了確定該速度，操作者將被曝光表面的特性，尤其是所用材料的感光度，輸入到曝光裝置控制器的(未顯示)計算機中。在每次改變待被曝光板20表面18的類型時，都要確定移動速度。
為此目的，控制器基于各個燈12的光能量計算出光帶26的光能量。校準(zhǔn)裝置38包括置于移動的支持體44上的校準(zhǔn)池40和分色元件42。該校準(zhǔn)裝置連接到曝光裝置控制器上(未顯示)，以傳送要進(jìn)行校準(zhǔn)的燈12的光能量。使用伺服控制線路，控制器調(diào)整輸送到燈12的能量，以獲得校準(zhǔn)裝置38測量出的所需能量。
當(dāng)為了監(jiān)測燈12的穩(wěn)定性而接通裝置時，以及無論何時改變燈12或待被曝光表面的類型時，都要對燈12進(jìn)行校準(zhǔn)。
校準(zhǔn)裝置38還可在燈12的整個使用壽命中對其進(jìn)行定期控制。當(dāng)燈老化時，對于所輸送的恒定電能，燈發(fā)出越來越少的光能量。因此依據(jù)測定的發(fā)出的光能量損失，定期匹配輸送給燈的電能可以保證光帶26的強度隨時間基本保持恒定。
校準(zhǔn)裝置38可用馬達(dá)46驅(qū)動，由此能將其放置在一組光盒10中的各個燈12的前面。
一旦檢測了各燈12的能量，且合適的時候一旦操作者已輸入了新的待被曝光表面的特性，控制器的計算機便確定應(yīng)當(dāng)采用的掃描速度。匹配裝置(未顯示)伺服控制用于移動驅(qū)動支持體34的裝置。作為實例，這些匹配裝置可包括馬達(dá)，其被包括裝置控制器的伺服控制回路伺服控制。該回種直接被控制器限定，且這種限定與所需光能量和表面類型有關(guān)。
為避免過度加熱布線圖(未顯示)，通過在其上吹動的冷空氣使其冷卻，參考圖10和11，該裝置包括放置在光盒10之下的切向風(fēng)扇，該風(fēng)扇將冷空氣吹向?qū)эL(fēng)板19′，產(chǎn)生一層空氣，其向被曝光表面18和布線圖擴(kuò)散，更具體地是擴(kuò)散向被光帶26曝光的布線圖區(qū)域。
權(quán)利要求
1.一種使板(120)，尤其是印刷電路板的至少一面(118)曝光的裝置，該裝置包括用于在一框架上固定至少一個布線圖和所述板(120)的裝置；一光學(xué)系統(tǒng)，包括發(fā)射光束(I)的光源(112)，用于處理所述光束(I)以產(chǎn)生均勻和準(zhǔn)直光束(III)的處理裝置，該均勻和準(zhǔn)直光束相對于待曝光表面(118)具有小于2°的平均入射角，且具有偏離平均值小于±10％的均勻照度，還包括成形裝置，能將所述均勻和準(zhǔn)直光束(III)變換成在待曝光板(120)表面(118)上的均勻和準(zhǔn)直光帶(126)并包括所述布線圖，所述均勻和準(zhǔn)直光帶(126)的長度(L126)不小于所述待曝光表面(118)的其中一側(cè)的長度(l118)，所述用于處理光束(I)的裝置包括一反射器(116)和一積分器準(zhǔn)直儀組件(151)；位移裝置(121)，用于在所述光帶(126)和所述待曝光表面(118)之間，沿基本橫切于所述光帶(126)的長度方向(XIIXII’)的方向(YIIYII’)產(chǎn)生相對位移；以及匹配裝置，用于使所述光帶(126)和所述待曝光表面(118)之間的相對位移速度與光帶(126)的照度和待曝光表面(118)的感光度相匹配。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述反射器(116)包括具有第一焦點(122’)和第二焦點(124’)的回轉(zhuǎn)橢圓球面的一部分。
3.如上所述任一權(quán)利要求的裝置，其特征在于所述積分器準(zhǔn)直儀組件(151)包括用于以基本均勻的方式分配光的第一光學(xué)處理器單元(150)，以及具有物方焦點(156’)的第二光學(xué)處理器單元(156)，所述第二光學(xué)處理器單元(156)置于所述第一光學(xué)處理器單元(150)之后，并用于準(zhǔn)直光。
4.如權(quán)利要求2和3的裝置，其特征在于所述第一光學(xué)處理器單元(150)被放在所述反射器(116)的第二焦點(124’)處，使得所述第一光學(xué)處理器單元(150)可用于將進(jìn)入其中的所述光束(I)變換為均勻的輸出光束(II)。
5.如上所述任一權(quán)利要求的裝置，其特征在于所述第一光學(xué)處理器單元(150)被放在第二光學(xué)處理器單元(156)的物方焦點(156’)處，由此該第二單元(156)能將進(jìn)入其中的所述均勻光束(II)變換為均勻和準(zhǔn)直的光束(III)。
6.如權(quán)利要求3到5之一的裝置，其特征在于所述第一光學(xué)處理器單元(150)是圓柱形積分透鏡(150)，其曲率半徑(R150)的范圍為30mm到40mm的。
7.如權(quán)利要求3到6之一的裝置，其特征在于所述第二光學(xué)處理器單元(156)是球面形準(zhǔn)直透鏡(156)，其曲率半徑(R156)的范圍為150mm到200mm。
8.如上所述任一權(quán)利要求的裝置，其特征在于所述積分器準(zhǔn)直儀組件(151)還包括放置在所述第一光學(xué)單元(150)附近的第一掩模(152)，和放置在所述第二光學(xué)單元(156)附近的第二掩模(154)。
9.如權(quán)利要求2的裝置，其特征在于所述光源(112)被放置在所述反射器(116)的第一焦點(122’)處。
10.如上所述任一權(quán)利要求的裝置，其特征在于其進(jìn)一步包括至少一個分色鏡(1171，1172，1173)。
11.如上所述任一權(quán)利要求的裝置，其特征在于所述成形裝置(158，160)包括第一成形光學(xué)單元(158)和第二成形光學(xué)單元(160)，這兩個單元被接連放置在所述積分器準(zhǔn)直儀組件(151)的出口處。
12.如上所述任一權(quán)利要求的裝置，其特征在于所述第一成形光學(xué)單元是一種凸面的、并具有第一曲率半徑(R158)的發(fā)散鏡(158)，所述第二成形光學(xué)單元是凹面的，并具有第二曲率半徑(R160)的會聚鏡(160)。
13.如上所述任一權(quán)利要求的裝置，其特征在于所述發(fā)散和會聚鏡(158，160)間隔放置，且間距為(d)，所述均勻和準(zhǔn)直光帶(126)的長度(L126)是所述發(fā)散和會聚鏡(158，160)的間距(d)和曲率半徑(R158，R160)的函數(shù)，
14.如上所述任一權(quán)利要求的裝置，其特征在于所述位移裝置包括一平面鏡(164)，其可在由待被曝光的板(120)的表面(118)的軸(XIIXII’，YIIYII’)限定的平面中移動。
15.一種使板(20)、特別是用于印刷電路的板的至少一面(18)曝光的裝置，該裝置包括用于在一框架上固定至少一個布線圖和所述板(20)的裝置；一光學(xué)系統(tǒng)，包括至少一個含一光源(12)的光盒(10)，和一個包括至少一個具有第一焦點(24’)的第一拋物面(24)和一個具有第二焦點的第二拋物面(22)的反射器(16)，所述第一和第二焦點位于朝向所述待被曝光表面(18)的光傳播軸(ZIZI’)上，光源(12)被放置在所述第一焦點(24’)處以在待被曝光的板(20)的表面(18)上產(chǎn)生一均勻準(zhǔn)直的光帶(26)且包括所述布線圖，光帶的平均入射角小于15°，且其照度均勻，相對于平均值的偏離小于±10％，所述光帶(26)的長度(L26)不小于所述待被曝光的表面(18)的寬度(l18)；位移裝置，用于在所述光帶(26)和所述待曝光表面(18)之間沿所述待曝光表面(18)的長度方向(YIYI’)產(chǎn)生相對位移；該方向基本橫切于所述光帶(26)的長度方向(XIXI’)；和匹配裝置，用于使所述光帶(26)和所述待曝光表面(18)之間的相對位移速度與光帶(26)的照度和待曝光表面(18)的感光度相匹配。
16.如上所述任一權(quán)利要求的裝置，其特征在于所述第一拋物面(24)位于由包括所述傳播軸(ZIZI’)的軸(YIYI’，ZIZI’)限定的第一平面中，所述第二拋物面(22)位于由包括所述傳播軸(ZIZI’)的軸(XIXI’，ZIZI’)限定的、并基本橫切于所述第一平面的第二平面中。
17.如權(quán)利要求15或16的裝置，其特征在于所述反射器(16)本身包括兩個對稱部分(16A，16B)。
18.如權(quán)利要求15到17之一的裝置，其特征在于所述反射器(16)進(jìn)一步包括一利于更換燈(12)的中央開口(16C)。
19.如權(quán)利要求15到18之一的裝置，其特征在于所述光學(xué)系統(tǒng)包括五個沿著基本橫切于所述掃描方向(YIYI’)的方向(XIXI’)排列成一直線的光盒(10)。
20.如上所述任一權(quán)利要求的裝置，其特征在于各個所述光盒(10)可沿著光帶的長度方向(XIXI’)互相之間相對移動。
21.如上所述任一權(quán)利要求的裝置，其特征在于所述均勻和準(zhǔn)直光帶(26；126)形成高度(H26；H126)在100mm到150mm范圍內(nèi)，長度(L26；L126)不小于所述待被曝光表面(18；118)的寬度(l18，l118)的矩形。
22.如上所述任一權(quán)利要求的裝置，其特征在于所述光源(12；112)包括放電燈(12；112)。
23.如權(quán)利要求1到21之一所述的裝置，其特征在于所述光帶(26；126)具有小于或等于15°的平均入射角。
24.如權(quán)利要求1到21之一所述的裝置，其特征在于所述光帶(26；126)具有小于或等于2°的平均入射角。
25.如權(quán)利要求1到23之一所述的裝置，其特征在于所述光源(12；112)包括中弧光放電燈(12)。
26.如權(quán)利要求1到23之一所述的裝置，其特征在于所述光源(12；112)包括短弧光放電燈(112)。
27.如上所述任一權(quán)利要求的裝置，其特征在于其進(jìn)一步包括用于單獨校準(zhǔn)各光源(12)的校準(zhǔn)裝置(38，40)。
28.如權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于所述校準(zhǔn)裝置(38，40)可在各光源(12)的前面移動。
29.如上所述任一權(quán)利要求的裝置，其特征在于其進(jìn)一步包括測定光通量功率的測光計(138)。
30.如上所述任一權(quán)利要求的裝置，其特征在于匹配裝置還能使所述光帶(26；126)和所述待曝光表面(18；118)之間的相對位移速度在曝光期間能夠發(fā)生變化。
全文摘要
一種使印刷電路板(20)的至少一面(18)曝光的裝置，該裝置包括一光學(xué)系統(tǒng)，具有至少一個光源和對光束進(jìn)行處理以在表面(18)上產(chǎn)生均勻和準(zhǔn)直光帶(26)的裝置，所述光帶(26)的長度(L
文檔編號H05K3/00GK1391137SQ0212179
公開日2003年1月15日 申請日期2002年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月28日
發(fā)明者吉勒斯·維貝, 阿蘭·索雷爾 申請人:奧托馬泰克