专利名称：使印刷电路板表面曝光的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使板尤其是印刷电路板的至少一面曝光的装置。该装置用于从表面涂布有光敏材料的板生产印刷电路，在其前面放置有承载待在印刷电路上产生的印制线图案。光束穿过该布线图从而使板曝光。
背景技术：
例如从欧洲专利EP 618505，EP 807505和EP 807856中可以知道这样的曝光装置，其中光源和被曝光的板都是静止状态的，且曝光是在整个待曝光表面上进行的，而不用扫描。
但是，在整个表面被同时曝光的那些装置类型中，光敏材料的化学反应性不是最优的。当曝光更强且瞬时曝光时间更短时反应效率得以改进。
用扫描来曝光板表面的装置也是已知的，其光束来自被旋转的反射镜反射的光源。
不幸的是，所画印制线的清晰度，以及该印制线的精细度与入射光束对布线图的入射角度直接相关。各光束为围绕着一个轴线的圆锥，而该轴线相对于被曝光表面以更大或更小的角度倾斜，并被称作偏斜。在该圆锥顶点处的半角表示光线之间的准直度，即平行程度。由此将理解光束的入射角取决于其准直度和其倾斜度。因此，当光不准直和/或一部分光束以太大的入射角度达到要曝光的表面时，印制线的尺寸和随之的路径一般相对于布线图变形。
类似地当曝光不均匀时，则印制线不均匀地形成，且所得到的印刷电路质量也较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种曝光装置，通过提供一种具有好的均一性和相对于板的好的入射角的光带来改进对一表面尤其是对生产印刷电路的扫描曝光。
该装置可以制作出导线密度非常高的印刷电路，并保证该导线非常细，形成非常精确的路径，即该装置确保曝光表面精确地曝光。用这种装置制作的印刷电路的导线尺寸的范围是25微米(μm)到50μm，且它们的间距大致一样。
由此将理解以差的倾斜角度到达待曝光表面的光束会产生一种视差误差，造成光在待曝光表面上的偏移，由此使导线离开设计好的位置。与上述情况相同，当光束相对于待曝光表面的准直性变差时，印制线的尺寸增加并变得更不精确。在极限情况下，由于印制线互相接触，这两种现象一起导致电路短路。
此外，显影质量，即蚀刻时除去一部分不覆盖将来印制线的光敏材料的质量和随后的蚀刻质量，取决于原来光敏材料的变形，而这种变形本身与所接受到的光能量相关。由此将理解当光束不均匀时，会造成光敏材料不均匀变形，且因此随该印制线的路径也不精确，在极限情况下这将会造成印制线中断。
在下文描述中，术语“光带”用于指定到达待曝光表面的一组光束，术语“平均入射角”相应于在基本横切于待曝光表面的任何表面中测得的角度，且其中一半光通量在该角度之内达到表面，而另一半以任意角度达到表面。
各光束位于轴基本垂直于待曝光表面的圆锥中。在这种情况下，代表准直性的位于顶点处的半角小于或等于平均入射角。
由于光带长度不小于要曝光的板的其中一侧的长度，因此足以在一个方向对板整个表面扫描曝光。光带相对于待曝光表面移动(反之亦然)，其延伸方向与光带长度横切，以对整个表面扫描。板被扫描的方向相应于板其中一侧的方向。因此通过在平行于板其中一侧的第一方向产生光带，在基本横切于所述第一方向的第二方向进行扫描。
此外，由于在曝光过程中被照射区域形成一条带，通过使用光通量密度比对整个表面曝光时用的光通量密度大的窄光束可减少扫描时间。对于等量的光通量密度，光带构成的四边形的高度越高，则扫描时间越短。但是四边形的高度越高，越难以得到在整个四边形上准直和均匀的小入射角的光，且光通量密度降低。因此必须找到一种折衷方案。
此外，必须在整个扫描中保证同样的曝光，即在光带移动过程中光束的均一性和入射角度保持不变。
在第一方面，本发明提供一种通过处理从单一静止光源发出的光束来对表面曝光，且特别针对生产印刷电路进行改进的装置。
在该第一方面，本发明提供的装置包括用于在一框架上固定至少一个布线图和所述板的装置；一光学系统，包括发射光束的光源，用于处理所述光束以产生均匀和准直光束的处理装置，该光束相对于待曝光表面具有小于2°的平均入射角并具有偏离平均值小于±10％的均匀照度，能将所述均匀和准直光束变换成在要曝光板的表面上的均匀和准直光带并包括所述布线图的成形装置，所述均匀和准直光带的长度不小于所述待曝光表面的其中一侧，所述用于处理光束的装置包括一反射器和一积分器准直仪组件；位移装置，用于在所述光带和所述待曝光表面之间产生相对位移，且位移方向基本横切于所述光带的长度方向；以及匹配装置，用于使所述光带和所述待曝光表面之间的相对位移速度与光带照度和待曝光表面的感光度相匹配。
在基本为长方形板的通常情况下，应当理解通过在平行于板宽度方向，即当光带平行于板的长度方向实施扫描而使扫描加速。在第一情况下，光带长度不小于板长侧长度，且在短侧方向进行扫描。
由于尺寸原因，有必要相对于第一种构型翻转该板，并在其长度方向进行扫描。在该第二构型下，光带长度不小于板的宽度，并在长侧方向进行扫描。
有利的是，整个光学系统都是静止状态的，由此其中所含的光学装置不会遭受不希望有的调节损失，该调节损失会使离开所述组件的均匀和准直光束恶化。
在置于光源后的积分器准直仪组件的入口处，光线既不准直也不均匀分散，而从出口处发出的光线均匀分散，例如，所测的780毫米(mm)的光带误差为170mm，小于±10％，且被小于2°，优选小于1°的平均入射角准直。
有利的是，积分器准直仪组件包括用于以基本均匀的方式分配光的第一光学处理器单元，以及第二光学处理器单元，所述第二单元置于所述第一单元之后，并用于准直光。
由于成本和可行性的原因，各光学处理器单元实施一种特殊功能(或者准直和倾斜，或者均一化)。
因此将理解光学处理单元的特性及其各自的位置确定了在积分器准直仪组件出口处得到的光束性能。
因此，有利的是，先将第一光学处理器单元放置在所述反射器的第二焦点处，以便所述第一光学处理器单元可处理进入其中的光束，以发送出均匀的输出光束，然后将所述第一光学处理器单元放置在所述第二光学处理器单元的物方焦点处，由此所述第二单元可处理进入其中的均匀光束，以产生均匀和准直的光束。
由于光线是均匀的，在光带任一点处的曝光能量的变化受到控制，并且不超过可能破坏印制线的极值。类似的，由于光被准直，光线互相平行，且所有光线均以小于2°的入射角到达。
积分器准直仪组件还有利地包括放置在所述第一光学单元附近的第一掩模，和放置在所述第二光学单元附近的第二掩模。
第一掩模的作用是消除一部分从反射器出口离开的，远离平均传播方向的具有平均入射角的(不均匀，不准直的)光辐射，第二掩模具有同样的功能，用于使已经通过第一光学处理器单元的光束均匀。这两个掩模通过除去发散太厉害的光线来进行粗校准，由此在光进入用于准直的第二光学单元之前，连续两次对光进行准直。由于发散的光线已被消除，准直更有效。
布线图的温度是确定印刷电路板质量的一个重要因素，由于任何温度变化会导致布线图变形，因此随印制线的路径也变形。例如，象2°一样小的温度变化也会导致图象失真。
因此，为了减小布线图的温度变化，装置优选包括分色镜。
红外辐射不能用于曝光但是它确实可以加热邻近的元件，尤其是布线图，因此对抗热过滤器是有利的，以便将光束分为红外和紫外部分，然后用“冷”光，即基本为紫外的光对板进行曝光。
成形装置有利地包括用于发散和凸的第一反射镜，和用于会聚和凹的第二反射镜，这两个反射镜被连续放置在所述积分器准直仪组件的出口处。
在成形装置的入口处，光束是均匀和准直的，但该光束仍然不是光带形式，而是基本上为二维的长方形形式，其尺寸比理想的用于扫描板其中一侧的尺寸小得多。第一反射镜通过使光束在二维中的一维方向上发散，使反射镜平面中的光束准直性下降，由此将光束分散成长度大于初始长度的光带。
第二反射镜通过使同一平面中的光束在同一方向会聚来重新校准光束，因此光带具有与进入成形器系统光束一样的准直特性。
光束和光带的均匀性在整个成形过程中保持不变。
反射镜相对于积分器准直仪组件的位置不会影响光带的特性，但应当理解其互相之间的位置，尤其是它们之间的间距和所述反射镜的特征确定了光带的形状。
因此，所述均匀和准直的光带长度有利的是作为所述会聚和发散镜之间间距的函数，以及所述反射镜的曲线半径，尤其是发散镜的曲线半径的函数。光带的高度取决于准直透镜及其支撑体的几何特性。光带的高度受会聚和发散镜的影响非常小。
位移装置有利地包括一平面镜，其在被曝光板表面轴线所限定的平面中可移动。
该反射镜不会影响光带特性，并放在光学系统的出口处，用于处理和使光束成形。该反射镜不是该装置中唯一可移动的部分，通过连续扫描，反射平移向被曝光板的光带使整个表面曝光。
自然地，反射镜的尺寸与所需的光带长度匹配，由此避免所述长度不希望地变短。
由于光带形状直接由所选的光学系统确定，因此容易使其变形。
为得到更好的均一能量，有利的是将光源放置在反射器的第一焦点处。当用弧光灯时，优选将弧光灯置于反射器的第一焦点处。
因此，光源发出的很大一部分光被反射到反射器的第二焦点处，并相应于由处理和成形用第一光学处理器单元构成的处理器和成形系统的出口。
本发明第二方面提供一种通过使用移动光源来改进表面曝光的装置，尤其用于印刷电路的制作。
在该第二方面，本发明提供的装置包括用于在一框架上固定至少一个布线图和所述板的装置；一光学系统，至少包括一个含一光源的光盒，和-包括至少一个具有第一焦点的第一抛物面和一个具有第二焦点的第二抛物面的反射器，所述第一和第二焦点位于相应于扫描所述待被曝光表面方向的轴上，放置在所述第一焦点的光源用于在待被曝光的板表面上产生光带并包括所述布线图，光带的平均入射角小于15°，且其具有相对于平均值小于±10％偏离值的均匀照度，所述光带长度不小于所述待被曝光表面的宽度；位移装置，用于在所述光带和所述待曝光表面之间在所述待曝光表面的长度方向产生相对位移，该方向基本横切所述光带的长度方向；以及匹配装置，用于使所述光带和所述待曝光表面之间的相对位移速度与光带的照度和待曝光表面的感光度相匹配。
反射器的特定形状确定了光束的性能和形状。
优选地，所述第一抛物面位于由包括所述扫描方向的轴限定的第一平面，所述第二抛物面位于由包括所述扫描方向的轴限定的、并基本横切于所述第一平面的第二平面上。
为使这样的反射器易于制造，并降低其成本，优选用两个对称部分装配该反射器。此外为使换灯更容易，该反射器有利的包括一中央开口。
为了得到测量值约为635×130mm2的光带，该光学系统有利地包括沿横切于所述扫描方向的延伸方向排成直线的5个光盒，这些光盒在扫描方向，即基本横切于光带长度的方向直线移动，从而扫描整个板。在该光学构型中，用5个中弧光灯得到的平均入射角约为11°。中弧光灯使光束准直更难，但光源叠置更易。
自然为了得到不同形状的光带，调整光盒数目及其发光能量，以及各自的弧光长度是合适的，还可以改变反射器。
盒子之间的间距优选为145mm，由此可以在光带的长度方向进行调整，以补偿在光盒生产中造成的不精确。
在本发明以上两个方面和任一给定的例子中，准直光带优选在待被曝光的表面上形成长方形，其高度范围是100mm到150mm，且长度不小于待被曝光表面一侧的长度。
为产生光带，所述光源有利地包括中或短弧电放电灯。
一般短弧光的长度小于10mm，中弧光长度在10mm到25mm之间。超过25mm，则说明该灯具有“长”弧光。灯的弧光越短则准直性越好；但是短弧光灯需要更复杂的电源。
因此，取决于所选的灯和光学系统类型，光带优选具有小于或等于2°或15°的平均入射角。
该装置优选进一步包括用于校准光源，或在有多个光源时，用于准直各自独立的光源的校准装置。
在存在多个光源时，校准装置优选包括在各个光源前面连续移动的唯一的传感器。基于对一个光源测定的光强度，从传感器发出的信号通过一伺服控制回路对相应光源进行电源调节控制，由此控制其所发出的光能量。
一旦调整了各光源能量，则在整个光带上得到均匀的能量。给出该能量的平均值以及待被曝光表面的性能，则装置中的计算机调整光带的扫描，使光带的移动速度与光能量和待被曝光表面的性能匹配，由此得到所需的曝光条件。
通过阅读以下对实施例的详细说明可更好地理解本发明及其优点，其中所给实施例是非限制用的例子。
说明书参考以下附图，其中图1是本发明第一方面的曝光装置的透视图；图2是图1装置中光线路径示意图；图3是积分器准直仪组件的透视图；图4是从上部看到的图1装置的示意图；图5是从侧面观看的相应于图4的简图；图6是位移装置的透视图；图7是本发明第二方面的光盒视图；图8是穿过图7光盒VIII-VIII线的一个截面；图9是穿过图7光盒IX-IX线的截面视图；
图10是从后面看到的5个一组的光盒的透视图；图11是从前面看到的图10中5个一组的光盒的透视图；以及图12是校准装置的透视图。
具体实施例方式
在本发明的第一方面，如图1到6所示的用于制作印刷电路的曝光装置包括由放电灯和各种光学元件制成的光学系统。在这种构型中，该灯，用于对灯发出的光束起作用的处理器和成形单元以及待被曝光的板都是静止的，且一个单一的光学元件，具体是一反射镜用于扫描待被曝光的板的表面。
图1是这种装置与待被曝光的板120的整体视图，该装置包括用于处理和使光源112发出的光束成形的光学系统S1，由此使光束为带状。具体而言，该装置包括两个光学系统S1和S2，用于处理和使两个各自独立且并排放置的光源112和112’发出的两个光束成形，从而对板的两个表面曝光。在邻近每一个待被曝光的两个表面处，在板120的各侧面上放置两个类似的光学系统S1和S2。然后依据所述装置，同时或独立地控制这两个系统S1和S2。
如图1所示，当光源112和112’是例如为氙汞灯类型的弧光灯时，为了操作需要使其面朝上。因此，灯112和112’面朝同一方向。在这种情况下，处理器和成形系统S1或S2可以专门针对各个灯112和112’，且以对称方式将系统放置在灯112和112’的任一侧。
以下描述涉及一个单一的灯和一个单个的处理器和成形器系统，具体是处理和成形器系统S1。
为了使曝光装置更加小型化，该装置包括多个不处理光束的反射镜，但是用于形成装置中，尤其是在处理器和成形系统S1中的多个弯曲。
这些反射镜优选是简单的平面镜。它们不影响光束的处理和成形。但是优选对它们处理，使其为分色的，由此作为将光束分离为红外和紫外的抗热过滤器。这种表面处理可反射大约97％的紫外辐射，同时允许大约70％的红外辐射穿过。由于红外线对曝光没有任何作用，但确实加热了布线图(未显示)和邻近元件，尤其是光学单元，因此应当理解尽快将红外线从光束中分离，尤其是在其穿过处理器和成形系统之前分离是有利的。
图2是这种光学系统的示意图，其包括短弧放电灯112，例如在5千瓦(KW)或8KW的能量下操作，且该灯位于椭圆形反射器116的第一焦点122’处。优选使用5KW的灯112，产生的弧光为3×3×7mm3。
各种光学元件被放置在参考轴ZIIZII’处，其相应于由一部分椭圆构成的反射器116的旋转轴，并穿过所述反射器116的两个焦点122’和124’。轴ZIIZII’基本是垂直的，并相应于离开灯112和反射器116的光束的传播轴。两个轴XIIXII’和YIIYII’基本垂直于轴ZIIZII’，由此限定了一矩形的参比框架。
在离开灯112和反射器116时，大部分红外线IR堆积穿过第一反射镜1171，优选用吹出冷空气的冷却系统119冷却。以45°将第一反射镜1171放置在灯112之上，其反射光束I到第二反射镜117(参见图1和2)。第二反射镜1172面朝上，优选为45°，因此光束I被反射到从积分器准直仪组件151开始的处理器和成形系统的入口。
在图3中详细显示的积分器准直仪组件151包括各种光学表面组件，其作用首先是使照明均匀并分配光强度，由此使光均一，然后使光准直。
积分器准直仪组件151的轴与轴ZIIZII’一致，在其入口151A处具有由积分透镜150构成的第一处理器光学单元，在其出151B口处具有由准直透镜156构成的第二处理器光学单元。透镜150和156被分别放置在各支持体152和154上。在所示的光学系统中，支持体152或154优选由掩模组成，且在基本垂直于轴ZIIZII’的方向延伸，由此消除了从反射器116出口处发出的任何入射角远离平均传播方向的辐射，因此积分器准直仪组件151的光轴与轴ZIIZII’一致，以在待被曝光的表面上得到倾角较好的光束。
积分透镜150是一凸柱面透镜，其曲面朝向准直透镜156，曲面半径R150为30mm到40mm，优选基本等于35mm。
积分透镜150被放置在反射器116的第二焦点124’处。在积分器准直仪组件151的入口处，光线I是一种高度基本沿轴ZIIZII’延伸的圆锥形式。在柱面透镜150的入口处，光线I既不均匀，也不准直，而在出口处光束II是均匀的，且强度差不超过±10％。光束II还被支持体152微微准直。
光束II继续沿着其朝向准直透镜156的光路前进，该透镜由曲面朝向积分器准直仪组件151的球面透镜组成，并具有150mm到200mm，且优选基本上等于170mm的曲面半径R156。
球面透镜156与柱面透镜150隔开，由此透镜150位于球面透镜156的物方焦点156’处。在球面透镜156的出口处，光束III被准直，且平均入射角约为1°。
由此，这两个焦点124’和156’一致，球面透镜156和反射器116被置于柱面透镜150的两个相对侧。在积分器准直仪组件151的出口处，光束III是均匀的，其偏离均匀性的光不超过±10％，该光束被准直。
积分器准直仪组件151的透镜150和156的焦点置于与灯112的第二焦点124’相同的轴上，即沿着轴ZIIZII’，由此光束具有尽可能小的倾斜角，使得光束能够基本垂直地对待被曝光表面进行曝光。
因此，在积分器准直仪组件151的出口处，光束III是均匀的，偏离均匀性的光不超过±10％，并具有约为1°的平均入射角。
回到图1和2，第三反射镜1173置于积分器准直仪组件151的出口处，以形成光路III的最后一个弯曲。
成形装置包括紧挨着第三反射镜1173之后放置的成形光学单元，其作用是通过使光束发散，连续地消去光束的准直性，然后使光通量III重新准直以获得光带162。
例如，第一成形光学单元，具体的是一发散镜158，被放置在支持球面透镜156的第二掩模154之后，以朝向反射镜1173，第二成形光学单元，具体的是一会聚镜160被置于发散镜158之后。这两个反射镜158和160互相面对，且优选尽可能多的向水平面(XIIXII’，YIIYII’)倾斜，由此避免任何光学偏差。具体地，这两个反射镜158和160偏离轴YIIYII’不超过45°。发散镜158是曲面直接朝向会聚镜160的凸面镜，且曲面半径R158优选在150到200mm之间。会聚镜160是曲面朝向与发散镜158一样的方向的凹面镜，且其曲面半径R160优选在1200mm到1500mm之间。
在这种构型中，两个反射镜158和160用于获得长度为L162(图4所示)的光带162(图2所示)。长度L162是发散镜158的曲面半径R158与发散和会聚透镜158和160之间间距d的函数。光带162的宽度或高度H162取决于掩模154的几何特性，尤其取决于球面透镜156的特性。
需要补充的是反射镜160的曲面半径可能对光带长度L162有很小的影响。由于实用性的原因，该曲面半径保持不变。
第四反射镜164面朝会聚镜160放置，以将光带反射到将被曝光的、位于水平面(XIIXII’，YIIYII’)的板120的表面118。
如图4所示，该第四反射镜164用于反射长度L162的全部或一部分。因此根据反射镜164的宽度，获得达到被固定在框架(未显示)中的、将被曝光的印刷电路板120的表面118上的光带126的长度L126。
将轴XIIXII’作为横轴，相应于将被曝光的板120的表面118的宽度方向，该板基本水平放置在平行于轴XIIXII’和YIIYII’的平面中(显示在图2，4和5中)，足以沿着轴YIIYII’，即沿着待被曝光表面118的长度移动反射镜164以便对整个表面118扫描。因此第四反射镜164是在装置中唯一可移动的光学元件。应当理解可以其它方式放置板表面118。因此，当沿着轴XIIXII’放置的是待被曝光表面的长度方向时，则在待被曝光表面的宽度方向发生扫描，即仍然沿着轴YIIYII’。
扫描总是横切于光带长度方向进行，该扫描方向优选平行于待被曝光表面的宽度或至少是长度方向。
如图5所示，第四反射镜164相对于轴YIIYII’倾斜45°，由此将光带反射到由XIIXII’和YIIYII’限定的平面中的待被曝光表面118上。为了在唯一的YIIYII’扫描方向对板120曝光，反射镜164的宽度应当不小于待被曝光表面118的宽度1118。为了对不同表面曝光，改变反射镜164或改变成形器装置的参数就能够满足。
因此，取决于用于不同光学单元的形状，并取决于如何在三维中放置这些形状，可以获得到到达待被曝光表面118的高为H126和长为L126的光带。
还必须用装置(未显示)调节反射镜164，使之与垂直和水平平面成一角度，以保证该反射镜在位移时与板平行。
在上述光学系统构型中，优选在一给定瞬间在待被曝光表面118获得一长度为L126、高度为H126的光带，该长度范围在590mm到1米(m)，优选为780mm，高度范围在100mm至200mm之间，优选约为170mm，且相对于每平方厘米80毫瓦(mW.cm-2)的平均照度，该光带均匀偏离值约为±10％，平均入射角小于或等于2 °，优选约等于1°。
反射镜164的移动速度确定了曝光质量和持续时间。当光源112静止且反射镜164移动时，这两个元件之间的距离在扫描时增加。因此理想的是改变扫描速度以获得在整个曝光过程中在整个被曝光表面上均匀的、具有更高质量的照度。但是已经发现当移动速度不变时，仍然可能符合以上特指的均一性条件。
为确定该速度，对紫外线(UV)响应的光度计138(示在图6中)被放置在位于待被曝光板处的光通量中，并与曝光装置的控制器(未显示)相连接。光通量能量的测定值被送至控制器，在此计算移动速度作为所述光通量能量和被曝光表面118参数的函数，尤其是材料的敏感度参数由操作者指定给控制器。
为了对装置进行校准，优选将激光器置于待被曝光板的位置处，以向光源112或112’之一(图1)发出可见光，由此能够用位移装置对各灯的位置进行机械调节，以保证各系统S1和S2的各积分器准直仪组件的光轴合适地位于轴ZIIZII’上。该校准仅在装配该装置的时候进行。
但是，为了保证光带126在整个曝光过程中能量恒定，匹配装置(未示出)用于使装置121的速度与第四反射镜164的移动匹配(参见图6)。具体来说，这些位移装置121与装置一起工作(在图6中未显示)，该装置包括驱动双传动皮带121B的速度可变的马达121A，和在轨道121C上移动的支持体121D，而该支持体上固定有反射镜164。可使用任何已知类型的位移装置移动反射镜164。
由于灯以恒定电能工作，位移装置的速度在变化，以补偿反射镜164逐渐离开灯112造成的光能量损失。
因此，例如当反射镜164位于最靠近灯112的位置处(曝光开始)时的起始速度Vmax规则地减少，直至一旦整个表面118已被扫描，达到最小值Vmin。匹配装置包括设定在用于计算和匹配反射镜164速度的控制器中的被编程的伺服控制回路。
在第一次使用之后，在这些灯再一次回到接通状态之前，装置必须停止相当长的一段时间(数十分钟)，尤其是要保证灯充分冷却。该停止时间还包括使灯稳定的时间，由此使它们发出的光均匀。
此外，灯的寿命与灯打开和关闭的次数成反比。为了减轻所述缺陷，该装置包括一个对辐射进行屏蔽的、可放置在柱面透镜150附近的光闸(未显示)，而不必关灯112。
在本发明的第二方面，如图7到12所示的制作印刷电路的曝光装置具有由一组光盒组成的光学系统，各个光盒具有特殊形状的反射器和放电灯，并能得到准直和均匀光带。
在该方面，整个光学系统尤其是光源在板静止时移动。
图7显示了一种这样的光盒10，其含有中弧光放电灯12，其弧光长度优选为20mm，其能量为500瓦特(W)。灯12被放置在还包含反射器16的盒子14中。
光通量需要尽可能准直，这就需要反射器外形为抛物线型，且光源被置于其焦点处。但是由于该方式需要稍微分散的光束，这样不利于使各个光盒10发出的光通量互相之间良好地重叠。因此必须找到一种折衷方式。反射器16不是圆形对称的，但具有以下方程限定的、在参照(XIXI’，YIYI’，ZIZI’)的矩形框架中的曲率z＝ax2+by2将轴XIXI’作为横轴，其相应于基本上垂直放置的被曝光板20表面18的宽度方向(在图10中显示，但没有任何布线图或支撑框架)，可以沿着轴YIYI’，以基本上横切于轴XIXI’的方向移动光盒满足对整个表面18的扫描。
反射器16具有在由轴YIYI’和ZIZI’限定的垂直平面(示于图9)中的第一抛物面24形成的表面，和在由轴XIXI’和ZIZI’限定的水平面(示于图8)中的第二抛物面22，且分别具有位于轴ZIZI’上的第一焦点24’和第二焦点(未注明)。灯12被置于第一焦点24’处。结果是光线优选沿着轴ZIZI’发射。正确地将灯12定位在这种反射器16中确定光束的准直性和倾斜度。通过将中弧光灯12放置在形状满足上述方程的反射器16中，可获得小于15°的入射角。
为了更容易得到这样的外形，用对称于水平面的两部分16A和16B制作反射器16。此外，为了更容易地更换灯12，反射器具有在反射器16的两个部分16A和16B中形成的中央开口16C，这两个部分不相遇，互相之间被所述开口16C隔开。开口16C具有由灯12形状限定的合适形状。
为了在表面18上获得基本上为矩形的光带26，其长度方向沿着轴XIXI’，长度L26等于表面18的宽度118，优选等于635mm，高度H26的范围在100mm到150mm之间，优选等于130mm，优选用5个如上所限定的光盒10。
如果假设将板20基本垂直放置，可沿着横轴布置5个光盒10以形成光带26。光盒10互相之间优选以额定的145mm的间距放置，且由光盒的该间距决定光束的均匀性。调整各光盒10的位置，由此可补偿在制作光盒10时产生的误差。该调整范围优选在额定位置附近±5mm的幅度内。
在该情况下，光带26具有约11°的中等入射角，并相对于在120mW.cm-2附近的平均值偏离光均一性±10％。结果是一半的光通量以小于11°的入射角达到表面18。
将一组光盒10放在支持体28上，支持体28可在水平面中平移，以调节作为被曝光表面位置函数的一系列光盒10和被曝光板20之间的距离，其反过来取决于支撑框架的位置(未显示)。从灯中心到板的距离优选为180mm。该距离决定光带的均匀质量。作为实例，支持体28被放在具有楔形内陷部分30的轨道上，该内陷部分30在固定到驱动支持体34上的凸形部分32上滑动，驱动支持体34可在垂直方向，即扫描方向上平移。位移装置(未显示)包括驱动驱动支持体34的驱动系统。
对于在本发明第一方面中描述的装置，该装置包括固定在支持体28上的光闸36，并适于枢轴地安装在灯12的前面，在关闭位置处(例如装载着板20时)，如图10所示，光带26的通量被阻断，因此灯12可以维持开着的状态。在图11中显示了在板20被曝光时处于打开位置的光闸36。使用这样的光闸36可以避免每次更换曝光板时都要将灯12关掉，因此减少了制作印刷电路时所需的时间。
驱动支持体34的移动速度决定了曝光质量和持续时间。为了确定该速度，操作者将被曝光表面的特性，尤其是所用材料的感光度，输入到曝光装置控制器的(未显示)计算机中。在每次改变待被曝光板20表面18的类型时，都要确定移动速度。
为此目的，控制器基于各个灯12的光能量计算出光带26的光能量。校准装置38包括置于移动的支持体44上的校准池40和分色元件42。该校准装置连接到曝光装置控制器上(未显示)，以传送要进行校准的灯12的光能量。使用伺服控制线路，控制器调整输送到灯12的能量，以获得校准装置38测量出的所需能量。
当为了监测灯12的稳定性而接通装置时，以及无论何时改变灯12或待被曝光表面的类型时，都要对灯12进行校准。
校准装置38还可在灯12的整个使用寿命中对其进行定期控制。当灯老化时，对于所输送的恒定电能，灯发出越来越少的光能量。因此依据测定的发出的光能量损失，定期匹配输送给灯的电能可以保证光带26的强度随时间基本保持恒定。
校准装置38可用马达46驱动，由此能将其放置在一组光盒10中的各个灯12的前面。
一旦检测了各灯12的能量，且合适的时候一旦操作者已输入了新的待被曝光表面的特性，控制器的计算机便确定应当采用的扫描速度。匹配装置(未显示)伺服控制用于移动驱动支持体34的装置。作为实例，这些匹配装置可包括马达，其被包括装置控制器的伺服控制回路伺服控制。该回种直接被控制器限定，且这种限定与所需光能量和表面类型有关。
为避免过度加热布线图(未显示)，通过在其上吹动的冷空气使其冷却，参考图10和11，该装置包括放置在光盒10之下的切向风扇，该风扇将冷空气吹向导风板19′，产生一层空气，其向被曝光表面18和布线图扩散，更具体地是扩散向被光带26曝光的布线图区域。
权利要求
1.一种使板(120)，尤其是印刷电路板的至少一面(118)曝光的装置，该装置包括用于在一框架上固定至少一个布线图和所述板(120)的装置；一光学系统，包括发射光束(I)的光源(112)，用于处理所述光束(I)以产生均匀和准直光束(III)的处理装置，该均匀和准直光束相对于待曝光表面(118)具有小于2°的平均入射角，且具有偏离平均值小于±10％的均匀照度，还包括成形装置，能将所述均匀和准直光束(III)变换成在待曝光板(120)表面(118)上的均匀和准直光带(126)并包括所述布线图，所述均匀和准直光带(126)的长度(L126)不小于所述待曝光表面(118)的其中一侧的长度(l118)，所述用于处理光束(I)的装置包括一反射器(116)和一积分器准直仪组件(151)；位移装置(121)，用于在所述光带(126)和所述待曝光表面(118)之间，沿基本横切于所述光带(126)的长度方向(XIIXII’)的方向(YIIYII’)产生相对位移；以及匹配装置，用于使所述光带(126)和所述待曝光表面(118)之间的相对位移速度与光带(126)的照度和待曝光表面(118)的感光度相匹配。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述反射器(116)包括具有第一焦点(122’)和第二焦点(124’)的回转椭圆球面的一部分。
3.如上所述任一权利要求的装置，其特征在于所述积分器准直仪组件(151)包括用于以基本均匀的方式分配光的第一光学处理器单元(150)，以及具有物方焦点(156’)的第二光学处理器单元(156)，所述第二光学处理器单元(156)置于所述第一光学处理器单元(150)之后，并用于准直光。
4.如权利要求2和3的装置，其特征在于所述第一光学处理器单元(150)被放在所述反射器(116)的第二焦点(124’)处，使得所述第一光学处理器单元(150)可用于将进入其中的所述光束(I)变换为均匀的输出光束(II)。
5.如上所述任一权利要求的装置，其特征在于所述第一光学处理器单元(150)被放在第二光学处理器单元(156)的物方焦点(156’)处，由此该第二单元(156)能将进入其中的所述均匀光束(II)变换为均匀和准直的光束(III)。
6.如权利要求3到5之一的装置，其特征在于所述第一光学处理器单元(150)是圆柱形积分透镜(150)，其曲率半径(R150)的范围为30mm到40mm的。
7.如权利要求3到6之一的装置，其特征在于所述第二光学处理器单元(156)是球面形准直透镜(156)，其曲率半径(R156)的范围为150mm到200mm。
8.如上所述任一权利要求的装置，其特征在于所述积分器准直仪组件(151)还包括放置在所述第一光学单元(150)附近的第一掩模(152)，和放置在所述第二光学单元(156)附近的第二掩模(154)。
9.如权利要求2的装置，其特征在于所述光源(112)被放置在所述反射器(116)的第一焦点(122’)处。
10.如上所述任一权利要求的装置，其特征在于其进一步包括至少一个分色镜(1171，1172，1173)。
11.如上所述任一权利要求的装置，其特征在于所述成形装置(158，160)包括第一成形光学单元(158)和第二成形光学单元(160)，这两个单元被接连放置在所述积分器准直仪组件(151)的出口处。
12.如上所述任一权利要求的装置，其特征在于所述第一成形光学单元是一种凸面的、并具有第一曲率半径(R158)的发散镜(158)，所述第二成形光学单元是凹面的，并具有第二曲率半径(R160)的会聚镜(160)。
13.如上所述任一权利要求的装置，其特征在于所述发散和会聚镜(158，160)间隔放置，且间距为(d)，所述均匀和准直光带(126)的长度(L126)是所述发散和会聚镜(158，160)的间距(d)和曲率半径(R158，R160)的函数，
14.如上所述任一权利要求的装置，其特征在于所述位移装置包括一平面镜(164)，其可在由待被曝光的板(120)的表面(118)的轴(XIIXII’，YIIYII’)限定的平面中移动。
15.一种使板(20)、特别是用于印刷电路的板的至少一面(18)曝光的装置，该装置包括用于在一框架上固定至少一个布线图和所述板(20)的装置；一光学系统，包括至少一个含一光源(12)的光盒(10)，和一个包括至少一个具有第一焦点(24’)的第一抛物面(24)和一个具有第二焦点的第二抛物面(22)的反射器(16)，所述第一和第二焦点位于朝向所述待被曝光表面(18)的光传播轴(ZIZI’)上，光源(12)被放置在所述第一焦点(24’)处以在待被曝光的板(20)的表面(18)上产生一均匀准直的光带(26)且包括所述布线图，光带的平均入射角小于15°，且其照度均匀，相对于平均值的偏离小于±10％，所述光带(26)的长度(L26)不小于所述待被曝光的表面(18)的宽度(l18)；位移装置，用于在所述光带(26)和所述待曝光表面(18)之间沿所述待曝光表面(18)的长度方向(YIYI’)产生相对位移；该方向基本横切于所述光带(26)的长度方向(XIXI’)；和匹配装置，用于使所述光带(26)和所述待曝光表面(18)之间的相对位移速度与光带(26)的照度和待曝光表面(18)的感光度相匹配。
16.如上所述任一权利要求的装置，其特征在于所述第一抛物面(24)位于由包括所述传播轴(ZIZI’)的轴(YIYI’，ZIZI’)限定的第一平面中，所述第二抛物面(22)位于由包括所述传播轴(ZIZI’)的轴(XIXI’，ZIZI’)限定的、并基本横切于所述第一平面的第二平面中。
17.如权利要求15或16的装置，其特征在于所述反射器(16)本身包括两个对称部分(16A，16B)。
18.如权利要求15到17之一的装置，其特征在于所述反射器(16)进一步包括一利于更换灯(12)的中央开口(16C)。
19.如权利要求15到18之一的装置，其特征在于所述光学系统包括五个沿着基本横切于所述扫描方向(YIYI’)的方向(XIXI’)排列成一直线的光盒(10)。
20.如上所述任一权利要求的装置，其特征在于各个所述光盒(10)可沿着光带的长度方向(XIXI’)互相之间相对移动。
21.如上所述任一权利要求的装置，其特征在于所述均匀和准直光带(26；126)形成高度(H26；H126)在100mm到150mm范围内，长度(L26；L126)不小于所述待被曝光表面(18；118)的宽度(l18，l118)的矩形。
22.如上所述任一权利要求的装置，其特征在于所述光源(12；112)包括放电灯(12；112)。
23.如权利要求1到21之一所述的装置，其特征在于所述光带(26；126)具有小于或等于15°的平均入射角。
24.如权利要求1到21之一所述的装置，其特征在于所述光带(26；126)具有小于或等于2°的平均入射角。
25.如权利要求1到23之一所述的装置，其特征在于所述光源(12；112)包括中弧光放电灯(12)。
26.如权利要求1到23之一所述的装置，其特征在于所述光源(12；112)包括短弧光放电灯(112)。
27.如上所述任一权利要求的装置，其特征在于其进一步包括用于单独校准各光源(12)的校准装置(38，40)。
28.如权利要求27所述的装置，其特征在于所述校准装置(38，40)可在各光源(12)的前面移动。
29.如上所述任一权利要求的装置，其特征在于其进一步包括测定光通量功率的测光计(138)。
30.如上所述任一权利要求的装置，其特征在于匹配装置还能使所述光带(26；126)和所述待曝光表面(18；118)之间的相对位移速度在曝光期间能够发生变化。
全文摘要
一种使印刷电路板(20)的至少一面(18)曝光的装置，该装置包括一光学系统，具有至少一个光源和对光束进行处理以在表面(18)上产生均匀和准直光带(26)的装置，所述光带(26)的长度(L
文档编号H05K3/00GK1391137SQ0212179
公开日2003年1月15日 申请日期2002年3月28日 优先权日2001年3月28日
发明者吉勒斯·维贝, 阿兰·索雷尔 申请人:奥托马泰克