DE10130175A1

DE10130175A1 - Verlaufsfilter

Info

Publication number: DE10130175A1
Application number: DE10130175A
Authority: DE
Inventors: Roland Parschau; Udo Webler
Original assignee: BACHER GRAPHISCHE GERAETE GmbH
Current assignee: BACHER GRAPHISCHE GERAETE GmbH
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2003-01-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausleuchtung einer Belichtungsfläche. Hierbei ist vorgesehen, daß eine Anzahl von Helligkeitswerten für unterschiedliche Stellen und/oder Teilbereiche des Strahlquerschnittes bestimmt werden, eine über die Belichtungsfläche variierende Kompensation von Helligkeitsunterschieden aus den verschiedenen Helligkeitswerten bestimmt wird, DOLLAR A ein Graufilter mit über die Belichtungsfläche räumlich variierendem Filterverlauf in Abhängigkeit von den Helligkeitsunterschieden bestimmt wird DOLLAR A und der Graufilter im Strahlengang zwischen Lichtquelle und Belichtungsfläche angeordnet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche. Damit befaßt sich die vorliegende Erfindung insbesondere mit der Verbesserung der Belichtung in der grafischen Industrie, insbesondere bei der Herstellung von Platinen.

Bei der Herstellung von Platinen werden die Layoutmuster typisch übertragen, indem zunächst eine transparente Trägerfolie oder ein Glas-Master mit dem gewünschten Muster versehen und dieses nachfolgend in eine photoempfindliche Lackschicht einer Leiterplatte einbelichtet wird. Nach dieser Belichtung kann die Platine entwickelt werden und anschliessend die blanken Kupferflächen, die nicht vom Lack geschützt werden, weggeätzt werden. Der Angriff ist dabei abhängig davon, wie stark die Belichtung ist; andernfalls kann es dazu kommen, daß feine Strukturen an bestimmten Stellen gar nicht aus dem umgebenden Material herausgeätzt werden, während sie an anderen Stellen vollständig weggeätzt werden.

Dieses Problem wächst, wenn große Platinen mit immer feiner werdenden Strukturen mit immer kürzeren Taktzeiten produziert werden müssen. Erforderlich ist hierfür nämlich eine Ausleuchtung einer großen Fläche, die nicht nur sehr homogen, sonder auch, zur Erzielung kurzer Belichtungszeiten, sehr hell ausgeleuchtet ist. Dieses Problem, daß eine große Fläche sehr gleichmäßig ausgeleuchtet werden muß, ergibt sich auch in anderen Bereichen der graphischen Industrie. Beispiele hierfür ergeben sich etwa im Offset-Druck und dergleichen. In üblichen Vorrichtungen zur Belichtung von Leiterplatten dient ein sehr starker Metallhalogenid-Strahler als Lichtquelle, deren Licht unter Heraus-Filterung des Infrarot- Anteils durch einen Verschluß auf die auszuleuchtende Fläche gestrahlt wird. Der Strahler ist dabei im Brennpunkt eines Ellipsoidreflektors angeordnet, dessen zweiter Brennpunkt verschlußnah liegt und der das Licht aufgeweitet auf die Belichtungsebene strahlt, auf welcher die zu belichtende Leiterplatte mit dem Glas-Master bzw. der transparenten Trägerfolie angeordnet sind.

Um Ungleichmäßigkeiten bei der Spiegelfertigung bzw. immanente Inhomogenitäten der Lichtabstrahlung der Lichtquelle zu kompensieren, ist es bekannt, den Reflektor zu drehen. Dies führt aber nicht, jedenfalls nicht in ausreichendem Maße, zu den gewünschten und benötigten sehr gleichmäßigen Resultaten. Weiter ist es bekannt, die Lichtquelle zu justieren, um die Ausleuchtung zu verbessern. Dabei ergeben die typisch verwendeten Strahler zumindest reproduzierbare Ergebnisse bei jedem Einschalten. Es kann aber gleichfalls keine besonders homogene Lichtverteilung erzielt werden. Vielmehr ist die Lichtintensität in der Regel auf einem gegebenen Ring stärker als an anderen Stellen. Eine weitere bekannte Möglichkeit ist die Verwendung von Streulichtsystemen, die Licht über Streuung vergleichmäßigen. Die Justage derartiger Systeme hat sich jedoch als zeitaufwendig erwiesen und führt überdies nicht immer zu den gewünschten Ergebnissen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird unabhängig beansprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.

Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht somit vor, daß bei einem Verfahren Ausleuchtung einer Belichtungsfläche, vorgesehen ist, daß eine Anzahl von Helligkeitswerten für unterschiedliche Stellen und/oder Teilbereiche des Strahlquerschnittes bestimmt werden, eine über die Belichtungsfläche variierende Kompensation von Helligkeitsunterschieden aus den verschiedenen Helligkeitswerten bestimmt wird, ein Graufilter mit über die Belichtungsfläche räumlich variierendem Filterverlauf in Abhängigkeit von der Helligkeitsunterschiede bestimmt wird und der Graufilter im Strahlengang zwischen Lichtquelle und Belichtungsfläche angeordnet wird.

Damit ist ein erster wichtiger Aspekt der Erfindung in der Erkenntnis zu sehen, daß eine verbesserte Ausleuchtung nicht nur durch eine Vergleichmäßigung der in den Strahlengang eingestrahlten Lichtemission zu erzielen ist, sondern auch durch eine gezielte Abschwächung. Es wurde erkannt, daß damit an herkömmlichen Belichtungsvorrichtungen wesentlich homogener ausgeleuchtete Belichtungsflächen erhalten werden können, ohne daß die mit der Strahlabschwächung einhergehenden Intensitätsverluste abhaltend werden müssen.

In einer bevorzugten Variante wird der Graufilter unmittelbar bei der Belichtungsfläche angeordnet. Dies erlaubt die Messung der Intensität, d. h. die Bestimmung der Helligkeitswerte, auf der Belichtungsfläche, was besonders bequem ist, und eine nachfolgende Bestimmung des benötigten räumlichen Verlaufs des abschwächenden Filters erleichtert.

In einer bevorzugten Variante werden die Helligkeitswerte nur für wenige bestimmte Stellen der Belichtungsfläche bestimmt und die Helligkeitswerte dazwischen liegender Stellen dann interpoliert. So kann mit einer geringen Zahl an Bestimmungen eine sehr hohe Präzision des Filters erreicht werden. Die Helligkeitswerte werden dabei bevorzugt auf einem gleichmäßigen Raster wie einem Gitternetz bestimmt, wobei jeder Gitterfläche ein bestimmter Helligkeitswert zugeordnet wird und dann eine Interpolation erfolgt. Die Berechnung auf Gitterflächen berücksichtigt dabei in besonders günstiger Weise, daß zur Helligkeitsbestimmung Sensoren mit endlicher Ausdehnung benutzt werden müssen. Außerdem erlaubt die Verwendung eines Rechteckgitters eine besonders einfache Ausmessung der Belichtungsfläche.

Es ist möglich und bevorzugt, den Grau-, d. h. Verlaufsfilter durch einen computergesteuerten Drucker oder dergleichen zu erzeugen. Hierbei kann es sich um einen Laserdrucker, Tintenstrahldrucker oder eine computergesteuerte Gravur/Ätzanordnung handeln. Mit dem Begriff Graufilter wird vorliegend nur darauf hingewiesen, daß lediglich die Intensität der belichtenden Strahlen verändert werden muß, um zu den erfindungsgemäßen Vorteilen zu gelangen, ohne daß die Spektrale Intensitätsverteilung verändert werden braucht. Dies bedeutet nicht, daß der Graufilter tatsächlich Grau aussieht oder daß nicht auch ein Spektralfilter zugleich in und/oder mit dem Verlaufsfilter realisiert werden kann. Der Filter kann realisiert werden, indem ein geeignetes Muster aus Rasterpunkten und/oder Linienelementen mit unterschiedlicher Dichte und/oder Ausdehnung erzeugt wird. Die Erzeugung derartiger Muster per se ist bekannt. Vorteilhaft ist, wenn die Muster so generiert werden, daß Moire-Muster und andere Artefakte vermieden werden.

Der Graufilter kann in eine zu übertragende Graphik, insbesondere eine transparente Trägerfolie oder einen Glas-Master für die Leiterplattenherstellung integriert werden. Dies ist vor allem dann möglich, wenn von vorne herein feststeht, auf welcher Maschine die den Filter integrierende transparente Trägerfolie verwendet werden soll. Da etwa in der Leiterplattenherstellung die transparenten Trägerfolien oder Glas- Master ohnehin durch Computer generiert werden, bedarf es dann keiner zusätzlichen Maßnahmen nach Erstellung eines entsprechenden Sollverlaufs. Alternativ kann ein getrennter Filter realisiert werden; dies ist vorteilhaft in größeren Fabriken und/oder dort, wo der Master bzw. die Trägerfolie nicht exakt zur Maschine ausgerichtet werden muß. Eine genaue Anpassung wäre dann nur einmalig für den Graufilter erforderlich.

Schutz wird auch beansprucht für eine Vorrichtung zur Belichtung von Leiterplatten und dergleichen, mit einer Lichtquelle und einer davon ausgeleuchteten Belichtungsfläche, wenn bei dieser im Strahlengang zwischen Lichtquelle und Belichtungsfläche ein Verlaufsfilter angeordnet ist, der an Stellen ungewollt hoher Beleuchtungsintensität eine stärkere Abschwächung der Lichtstrahlen und an Stellen ungewollt schwacher Beleuchtungsintensität eine schwächere Abschwächung der Lichtstrahlen vorgesehen ist, sowie für einen Verlaufsfilter hierfür.

Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:
Fig. 1 den Strahlengang in einer Belichtungsanordnung
Fig. 2 eine typische Intensitätsverteilung bei einer Belichtungsanordnung nach Fig. 1
Fig. 3 einen ersten Graufilter gemäß der Erfindung
Fig. 4 einen zweiten Graufilter gemäß der Erfindung
Nach Fig. 1 umfaßt eine allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung 1 zur Belichtung von Leiterplatten und dergleichen eine Lichtquelle 2 und eine davon ausgeleuchtete Belichtungsfläche 3.
Die Lichtquelle 2 ist durch einen sehr leistungsfähigen Metallhalogenidstrahler 2 realisiert, der im Fokus eines drehbaren Ellipsoidreflektors 5 angeordnet ist, der in bekannter Weise drehbar ist (nicht dargestellt). Oberhalb des Ellipsoidreflektors 5 befindet sich im Strahlengang 4 ein nur UV- Strahlung im für die Belichtung erforderlichen Wellenlängenbereich reflektierender Kaltlichtspiegel 6, der insbesondere IR-Strahlung auf eine Wärmesenke (nicht dargestellt) durchläßt. Im oder wenigstens nahe des zweiten Fokuspunktes 7 des Ellipsoidreflektors 5 ist ein gesteuerter Verschluß 8 angeordnet, der für die Belichtungsdauer geöffnet wird. Hinter dem gesteuerten Verschluß 8 ist ein Oberflächenspiegel 9 angeordnet, mit dem das Licht auf die Belichtungsfläche 3 umge- lenkt wird, auf welcher eine Leiterplatte zur Belichtung angeordnet und fixiert werden kann. Die Vorrichtungen zur Anordnung und Fixierung dieser Leiterplatte sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und können in per se bekannter Weise gestaltet sein.
Der Metallhalogenidstrahler kann in der durch Pfeil Z angedeuteten Richtung justiert werden, um eine annähernd gleichmäßige Ausleuchtung der Belichtungsfläche 3 zu erhalten.
Wird dann die Intensitätsverteilung bei üblich guter Justierung des Metallhalogenidstrahlers bestimmt, wird ein Intensitätsmuster wie in Fig. 2 auf einem Gitter erhalten. Es zeigen sich erhebliche Abweichungen von z. B. 407 mJ/cm² minimal zu über 540 mJ/cm² maximal. Eine Belichtung einer großen Leiterplatte führt daher zu Ungleichmäßigkeiten in der Entwicklung.
Diese Ungleichmäßigkeiten können wie folgt beseitigt werden. Die Intensitäten, die sich nach der herkömmlichen Justierung ergeben, werden auf einem Rechteckgitter ausgemessen. Diese Messung sind in Fig. 2 dargestellt. Wie besonders bevorzugt, werden dabei die Mittelwerte einer Reihe von Messungen herangezogen, um Rauschen und/oder Alinearitäten eines Meßgerätes herauszumitteln.
Ausgehend von dieser Messung wird nun bestimmt, um wieviel jedes Feld abgeschwächt werden muß, um eine zumindest annähernd konstante Intensitätsverteilung zu erhalten. Es wird demnach ein Kompensationsfeld bestimmt. Danach wird eine Interpolation des Kompensationsfeldes vorgenommen, um eine Vergleichmäßigung desselben von Feld zu Feld zu erzielen.
Nun wird ausgehend vom interpolierten Feld ein Graufilter bestimmt. Dazu werden an jenen Stellen, an welchen eine stärkere Abschwächung erforderlich ist, vorgegebene Muster dichter gesetzt, während an jenen Stellen, an denen eine geringere Abschwächung benötigt wird, das Muster weniger dicht gesetzt wird oder ganz weggelassen wird.
Im Graufiltermuster von Fig. 3 sind dafür Linien unterschiedlich dicht zueinander angeordnet. Es ist erkennbar, daß nahe des linken Randes, wo die besonders hohe Intensität bestimmt wurde, die Linien besonders dicht liegen. Im schwächer ausgeleuchteten Zentralbereich liegen dagegen keine Linien.
Dieses Graufiltermuster wird mittels eines Tintenstrahldruckers auf eine transparente Folie übertragen. Diese wird nun unterhalb der Beleuchtungsfläche angeordnet. Wird jetzt eine Belichtung durchgeführt, so ergibt sich eine weitgehende vergleichmäßigte Ausleuchtung der zu belichtenden Leiterplatte, was eine erhöhte Fertigungsqualität zur Folge hat.
Fig. 4 zeigt, wie ein Filter aussieht, der mit Rasterpunkten anstelle von Linien konstruiert ist und alternativ eingesetzt werden kann.
Es sei darauf hingewiesen, daß ein sich drehender Ellipsoidspiegel nicht zwingend erforderlich ist, daß die Grau- bzw. Verlaufsfilter auch an anderer Stelle im Strahlengang angeordnet werden können und daß eine Justierbarkeit der Lampe im Spiegelfokus nicht unbedingt zwingend ist, um Vorteile aus der vorliegenden Erfindung zu ziehen.

Claims

1. Verfahren zur Ausleuchtung einer Belichtungsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Anzahl von Helligkeitswerten für unterschiedliche Stellen und/oder Teilbereiche des Strahlquerschnittes bestimmt werden,
eine über die Belichtungsfläche variierende Kompensation von Helligkeitsunterschieden aus den verschiedenen Helligkeitswerten bestimmt wird,
ein Graufilter mit über die Belichtungsfläche räumlich variierendem Filterverlauf in Abhängigkeit von den Helligkeitsunterschieden bestimmt wird
und der Graufilter im Strahlengang zwischen Lichtquelle und Belichtungsfläche angeordnet wird.

2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Graufilter bei der Belichtungsfläche angeordnet wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Helligkeitswerte an der Belichtungsfläche bestimmt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Helligkeitswerte für bestimmte Stellen der Belichtungsfläche bestimmt werden und die Helligkeitswerte dazwischen liegender Stellen interpoliert werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Helligkeitswerte auf einem Raster bestimmt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Graufilter durch einen computergesteuerten Drucker erzeugt wird, der Rasterpunkte und/oder Linienelemente mit unterschiedliche Dichte und/oder Ausdehnung aufträgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Graufilter in eine zu übertragende Graphik, insbesondere eine transparente Trägerfolie oder einen Glas-Master für die Leiterplattenherstellung integriert wird.

8. Vorrichtung zur Belichtung von Leiterplatten und dergleichen mit einer Lichtquelle und einer davon ausgeleuchteten Belichtungsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang zwischen Lichtquelle und Belichtungsfläche ein Verlaufsfilter angeordnet ist, der an Stellen ungewollt hoher Beleuchtungsintensität eine stärkere Abschwächung der Lichtstrahlen und an Stellen ungewollt schwacher Beleuchtungsintensität eine schwächere Abschwächung der Lichtstrahlen vorsieht.

9. Verlaufsfilter für eine Anordnung nach Anspruch 8, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7.