DE10130175A1

DE10130175A1 - Illuminating an exposure surface, especially for board manufacture, involves defining gray filter with variable profile over illumination area depending on intensity differences

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

The method involves determining a number of intensity values for different points and/or sub-areas of the radiation cross-section, determining intensity difference compensation varying over the exposure area (3) from the different intensity values, defining a gray filter with variable profile over the illumination area depending on the intensity differences and placing the gray filter in the beam path between the light source and exposure area. AN Independent claim is also included for the following: an arrangement for illuminating circuit boards and similar and a sky filter for an inventive arrangement.

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. The present invention relates to the preambles of independent claims. This is the subject of the present Invention in particular with the improvement of exposure in the graphic arts industry, particularly in the manufacture of Boards.

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. When manufacturing circuit boards, the layout patterns typically transferred by first creating a transparent Provide the carrier film or a glass master with the desired pattern and this subsequently in a photosensitive lacquer layer printed on a circuit board. After this exposure the board can be developed and then the bare copper surfaces that are not protected by the paint, be etched away. The attack depends on how strong the exposure is; otherwise it can happen that fine structures do not come from the surrounding material can be etched out while on other places are completely etched away.

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. This problem grows when large boards with increasingly fine structures with ever shorter cycle times Need to become. This is because one is required Illumination of a large area that is not only very homogeneous, especially also to achieve short exposure times, very much is brightly lit. This problem that a large area must be illuminated very evenly in other areas of the graphics industry. Examples this results, for example, in offset printing and the like. In conventional devices for the exposure of printed circuit boards serves as a very strong metal halide emitter Light source, the light of which is filtered out of the infrared Share by a closure on the area to be illuminated is blasted. The spotlight is in the focus of one Arranged ellipsoidal reflector, its second focus is close to the shutter and the light expands to Exposure plane shines on which the one to be exposed PCB with the glass master or the transparent Carrier film are arranged.

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. To make irregularities in mirror production or immanent inhomogeneities of the light radiation from the light source compensate, it is known to rotate the reflector. This but does not lead, at least not to a sufficient extent the desired and required very even results. It is also known to adjust the light source to the To improve illumination. The typical result radiators used at least reproducible results with each Turn on. But it can also be none special homogeneous light distribution can be achieved. Rather, it is Light intensity is usually stronger on a given ring than on other places. Another known option is the Use of scattered light systems that spread light over scatter equalize. The adjustment of such systems has changed however, it has proven to be time-consuming and, moreover, does not lead always to the desired results.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen. The object of the present invention is to create something new to provide for commercial use.

Die Lösung dieser Aufgabe wird unabhängig beansprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen. The solution to this problem is claimed independently. Preferred embodiments can be found in the subclaims.

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. A first aspect of the present invention thus provides that in one method illumination of an exposure surface, it is provided that a number of brightness values for different positions and / or areas of the Beam cross section can be determined, one over the exposure area varying compensation of differences in brightness from the different brightness values is determined, a gray filter with spatially varying over the exposure area Filter course depending on the difference in brightness is determined and the gray filter in the beam path between Light source and exposure area is arranged.

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. This is a first important aspect of the invention in the Seeing that improved lighting is not only by evening out the beam path irradiated light emission can be achieved, but also by a targeted weakening. It was recognized that with that conventional exposure devices much more homogeneous Illuminated exposure areas can be obtained without that the associated with the beam attenuation Loss of intensity must be kept.

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 a preferred variant, the gray filter becomes immediate arranged at the exposure area. This allows the Measurement of intensity, d. H. the determination of the Brightness values, on the exposure surface, which is particularly convenient, and a subsequent determination of the required spatial Course of the weakening filter facilitated.

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. In a preferred variant, the brightness values are only determined for a few specific locations on the exposure surface and then the brightness values of intermediate positions interpolated. So with a small number of determinations very high precision of the filter can be achieved. The Brightness values are preferred on one uniform grid determined like a grid, each Grid area is assigned a certain brightness value and then an interpolation takes place. The calculation on Grid areas take into account in a particularly favorable manner, that for the determination of brightness sensors with finite Expansion must be used. It also allows use of a rectangular grid a particularly simple measurement of the Exposure area.

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. It is possible and preferred to use the gray, i.e. H. Graduated filters by a computer controlled printer or the like produce. This can be a laser printer, Inkjet printer or a computer controlled Act engraving / etching arrangement. With the term gray filter in the present case only pointed out that only the Intensity of the illuminating rays must be changed in order to get to the Advantages of the invention without the Spectral intensity distribution needs to be changed. This does not mean that the gray filter actually looks gray or that a spectral filter is not also in and / or can be realized with the gradient filter. The filter can be realized by using a suitable pattern Raster dots and / or line elements with different Density and / or expansion is generated. The production such a pattern is known per se. It is advantageous if the Patterns are generated so that moire patterns and others Artifacts can be avoided.

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. The gray filter can be converted into a graphic to be transferred, in particular a transparent carrier film or a glass master for the manufacture of printed circuit boards. This is especially possible when it is clear from the start which machine incorporates the transparent filter Carrier film should be used. Since in the PCB manufacturing the transparent carrier foils or glass Masters generated by computers anyway are required then no additional measures after creating one corresponding target course. Alternatively, a separate one Filters can be realized; this is beneficial in larger ones Factories and / or where the master or the carrier film does not have to be exactly aligned to the machine. An exact Adjustment would then only be one-time for the gray filter required.

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. Protection is also claimed for a device for Exposure of printed circuit boards and the like, with a light source and an exposure area illuminated by it, if at this in the beam path between the light source and Exposure area is a gradient filter is arranged in places unintentionally high lighting intensity a stronger one Attenuation of the light rays and weaker in places Illumination intensity a weaker weakening of the Light rays is provided, as well as for a graduated filter therefor.

Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt: In the following, the invention will only be described with reference to Described drawings. In these shows:

Fig. 1 den Strahlengang in einer Belichtungsanordnung Fig. 1 shows the beam path in an exposure arrangement

Fig. 2 eine typische Intensitätsverteilung bei einer Belichtungsanordnung nach Fig. 1 FIG. 2 shows a typical intensity distribution in an exposure arrangement according to FIG. 1

Fig. 3 einen ersten Graufilter gemäß der Erfindung Fig. 3 shows a first gray filter according to the invention

Fig. 4 einen zweiten Graufilter gemäß der Erfindung Fig. 4 shows a second gray filter according to the invention

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. According to Fig. 1, generally designated 1 with device 1 comprises the exposure of printed circuit boards and the like, a light source 2 and one of these illuminated exposure surface 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. The light source 2 is realized by a very powerful metal halide emitter 2 , which is arranged in the focus of a rotatable ellipsoid reflector 5, which can be rotated in a known manner (not shown). Above the ellipsoid reflector 5 is located in the optical path 4 is a UV radiation only in the reflective wavelength range for exposure required cold mirror 6, in particular IR radiation (not shown) on a heat sink passes. In or at least near the second focal point 7 of the ellipsoid reflector 5 , a controlled shutter 8 is arranged, which is opened for the duration of the exposure. A surface mirror 9 is arranged behind the controlled shutter 8 , with which the light is deflected onto the exposure surface 3 , on which a printed circuit board can be arranged and fixed for exposure. The devices for arranging and fixing this circuit board are not the subject of the present invention and can be designed in a manner known per se.

Der Metallhalogenidstrahler kann in der durch Pfeil Z angedeuteten Richtung justiert werden, um eine annähernd gleichmäßige Ausleuchtung der Belichtungsfläche 3 zu erhalten. The metal halide emitter can be adjusted in the direction indicated by arrow Z in order to obtain an approximately uniform illumination of the exposure surface 3 .

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. If the intensity distribution is then determined with the metal halide emitter being adjusted conventionally well, an intensity pattern as in FIG. 2 is obtained on a grating. There are significant deviations from z. B. 407 mJ / cm ² minimum to over 540 mJ / cm ² maximum. Exposing a large circuit board therefore leads to unevenness in the development.

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. These irregularities can be eliminated as follows. The intensities that result from conventional adjustment are measured on a rectangular grid. These measurements are shown in Fig. 2. As is particularly preferred, the mean values of a series of measurements are used to determine the noise and / or alinearities of a measuring device.

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. Based on this measurement, it is now determined by how much every field must be weakened to at least one to get approximately constant intensity distribution. It will therefore a compensation field is determined. After that, one Interpolation of the compensation field made to a Achieve uniformity from field to field.

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. Now, starting from the interpolated field, a gray filter becomes certainly. For this purpose, in those places where a stronger attenuation is required, predetermined patterns more dense set while in those places where a lower Attenuation is needed, the pattern is set less densely is or is left out entirely.

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. For this purpose, lines in the gray filter pattern of FIG. 3 are arranged differently close to one another. It can be seen that near the left edge, where the particularly high intensity was determined, the lines are particularly dense. In contrast, there are no lines in the less illuminated central area.

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. This gray filter pattern is created using a Transfer the inkjet printer onto a transparent film. This will now arranged below the lighting area. Now becomes one Exposure carried out, so there is an extensive uniform illumination of the circuit board to be exposed, which results in increased manufacturing quality.

Fig. 4 zeigt, wie ein Filter aussieht, der mit Rasterpunkten anstelle von Linien konstruiert ist und alternativ eingesetzt werden kann. Fig. 4 shows what a filter looks like that is constructed with halftone dots instead of lines and can be used alternatively.

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. It should be noted that a rotating Ellipsoid mirror is not absolutely necessary that the gray or Graduated filter also elsewhere in the beam path can be arranged and that an adjustability of the lamp in Mirror focus is not necessarily imperative to take advantage of the present invention.

Claims

1. A method for illuminating an exposure surface, characterized in that
a number of brightness values are determined for different locations and / or partial areas of the beam cross section,
compensation of brightness differences from the different brightness values, which is varied over the exposure area, is determined,
a gray filter with a spatially varying filter course is determined depending on the differences in brightness
and the gray filter is arranged in the beam path between the light source and the exposure surface.

2. The method according to the preceding claim, characterized characterized in that the gray filter in the Exposure area is arranged.

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the brightness values on the Exposure area can be determined.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the brightness values for certain points of the exposure area are determined and the brightness values of intermediate positions be interpolated.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the brightness values on a Grid can be determined.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the gray filter by a computer controlled printer is generated, the halftone dots and / or line elements with different densities and / or expansion.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the gray filter in a transferring graphics, especially a transparent one Carrier film or a glass master for that PCB manufacturing is integrated.

8. Device for exposure of printed circuit boards and the like with a light source and one of them Illuminated exposure surface, characterized in that in Beam path between light source and exposure surface a gradient filter is arranged in places unintentionally high lighting intensity a stronger one Attenuation of the light rays and unwanted in places weak lighting intensity a weaker attenuation which provides rays of light.

9. gradient filter for an arrangement according to claim 8, in particular according to one of claims 1 to 7.