CN1003677B - 将光掩膜敷到印刷线路板上的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于将光掩膜敷在基片上的装置，用辊子把光掩膜敷在基片上，用真空限制装置在把光掩膜敷在基片上的过程中限制光掩膜，使其保持张力。

Description

将光掩膜敷到印刷线路板上的装置

本发明涉及一种用于将光掩膜敷到印刷线路板上的装置及改进了的方法。

经常需要将透明软片图象在光敏接收元件之上曝光。这种接收元件可以是印刷线路板、导电箔、用于蚀刻的元件等。实际上，这种光敏接收元件在印象框或类似装置中与带有图象的透明软片相接触并在特殊光源之下曝光。通常印刷线路板上预先钻有排列的孔。然而，要保证完全对准，即透明软片和板精确地配合是很困难的，尤其是在几块板连续曝光的时候。

为保证透明软片和印刷线路板完全对准，通常用肉眼将透明软片（通常商业上称之为光掩膜）与印刷线路板对准并用胶带固定在印刷线路板上，然而，因为完全对准光掩膜和印刷线路板取决于操作者的技能，这种方法不十之精确，此外，这种方法很麻烦，其生产率很低。

为了消除这种方法的缺点，用销钉穿过光掩膜和印刷线路板上预先开设的孔，以将两者对准。至少从原理上讲，当几块印刷线路板被曝光时，使用定位销可得到所希望的定位重复性，当然，定位孔在印刷线路板和光掩膜上的位置要精确，以确保正确对准欲复制的图形。然而，一经打孔，就不能再调整光掩膜相对于印刷线路板的位置，因此，由于不可避免的打孔误差或制造公差，经常导致印刷线路板和光掩膜对不正。这一缺点导致产生大量废品或增加精加工操作。

除了光掩膜定位这一问题之外，还必须当心掩膜不要被用来在印刷线路板上敷掩膜的装置拉伸或划伤。

计算机分级印刷线路板一般制成尺寸约为18乘20吋（0.46米乘0.5米）的板形。导线和间隔宽约0.010吋（0.025厘米），且边界清晰，没有缺口和凸起。另外，形成导线的成象保护层的厚度必须是不变的，符合涂敷或蚀刻剂、温度和浸渍时间。太薄的保护层会被破坏，金属在不希望的区域断开。

对于18乘20吋（0.46米乘0.5米）的敷铜板上的图象。钻孔位置要有0.002吋（0.05毫米）的精度，需要成象精度在0.005吋（0.13毫米）以内，以便孔周围有大约0.005吋（0.13毫米）的环圈。

用于制造印刷线路板的医用紫外线光聚合物已发展为在铜表面上用丝网印刷并在汞汽灯下经传送进行处理。因为板上暴露在空气中的聚合物每平方吋要接受大约200瓦特/秒的能量，所以表面的温度显著升高。一般地，表面经受的温度在华氏300度以上。但是，用本发明的帖合方法完全隔绝空气，大多数受空气影响的光聚合物经试验其曝光能量都可减少到每平方吋只有50瓦特/秒。

在一种在基片上制出图形的方法中，通过在强紫外光源下曝光预定的时间，使光聚合物-其特征是其成分为百分之百的具有糊状粘稠的反应性聚合物-从粘稠的湿膜转化成干涂层。这些光聚合物的特征还在于其具有成象性，即能靠穿过底片的光线使其有选择地硬化。因此，可使紫外光通过底片照射到的光聚合物区域形成一牢固粘贴在基片上的膜。例如，可从市场上购买这种光聚合物用于制造印刷线路板的涂敷保护层和蚀刻保扩层，也可用来制图。通常可用丝印方法涂敷这种光聚合物，用带有图象的模板印刷湿的光聚合物，使图象涂敷在基片上，然后通过强紫外光源使其硬化并变成永久图象。

这种丝网印刷的光聚合物图象的特点是能量消耗大、基片是热的，边界模糊和污染图象。

用所揭示的方法、装置和同样的光聚合物可获得线条分明，边界清晰、膜厚为0.002吋（0.05毫米）以内，没能任何污染的特别精确的图象。例如，常规的丝网印刷的印刷线路板保护图形，其导线的宽度和间距最小限制在0.010吋（0.254毫米），而同样的光聚合物，用此处所揭示的方法成象，可制出线宽度和间距为0.003吋（0.076毫米），膜厚为0.00025吋（0.006毫米）的图象。传统的丝网印刷的网象上限实际为105条线，点占20-80%。按此处所述成象的同样的光聚合物可转变成150条线的图形，点占5-95%。

传统的光聚合物凸板的制备在1978年1月24日频布的第4，070，110号美国专利和1978年5月2日颁布的第4，087，182号美国专利中作过描述。这些是接触印刷方法，而象1977年10月4日颁布的第4，052，603号美国专利中所述的则是光成象方法。所有这些需要复杂和昂贵的机械设备而且不能象本发明中那样仅用简单的单层叠合及曝光扫描。

1979年6月26日颁布的第4，159，176号美国专利提供了一种用于将光掩膜定位在印刷线路板上的装置。用曝光架将光掩膜与涂敷有光敏材料的印刷线路板对准并固定。

1976年4月6日颁布的第3，948，657号美国专利介绍了一种用粘合剂在绝缘层上粘接光导电层的方法。用涂刷器使绝缘层与涂有粘合剂的光导电层相接触，该涂刷器可以是辊子或刀片，例如涂刀。

1985年3月19日颁布的第4，506，004号美国专利介绍了一种制备印刷线路板的方法，用刀片使光聚合物与液态聚合物层相接触，以与印刷线路板贴合。

1984年1月3日颁布的第4，424，089号美国专利介绍了一种在印刷线路板上涂敷糊状粘稠光聚合物的方法。用弹性刀片使胶片与光聚合物紧密接触。

1981年4月7日颁布的第4，260，675号美国专利介绍了一种制备印刷线路板焊层的方法，由曝光组件-包括两块曝光板之间的已涂敷的印刷线路板-与真空源相连接并抽成真空，以便组件在紫外线灯下传送时大气压力将曝光板和印刷线路板固定在一起。

1974年9月24日颁布的第3，837，887号美国专利介绍了一种制备光敏树脂印刷板的方法。公开的一种方法是用辊子推进薄膜以将其平滑地敷在光敏树脂的已刮平面上。在一个实施例中，薄膜是用上述辊子和一只独立导辊敷上的，该导辊把薄层压在上述辊子上。

1985年7月9日颁布的第4，528，261号美国专利介绍了另一种用一只压力辊形成带有光硬化液态层的层压板的方法。

本发明为用液态光聚合物制造高清晰度的印刷元件提供了一种优于先有技术的设备和方法的简单的和改进了的方法和装置。

本发明的一个特点是改进了的用于把柔性光掩膜敷在光敏接收元件上的装置，包括：一外壳;在外壳中支承光敏接收元件的装置;用于柔性光掩膜的铰接的对准和固定装置;用于把光掩膜敷在光敏接收元件上的装置;以及在把柔性光掩膜敷在光敏接收元件上时靠张力保持住柔性光掩膜的装置。

本发明的另一个特点是改进了的用于把柔性光掩膜敷在光敏接收元件上的方法包括以下步骤：把光掩膜定位在对准且不接触光敏接收元件的位置;用辊子把柔性光掩膜敷在光敏接收元件上;在辊子操作期间，用真空限制装置限制柔性光掩膜，柔性光掩膜由于负压而可滑动地固定在该限制装置上，这样在所述操作期间，使柔性光掩膜保持受拉状态。

将透光软片图象直接贴在光聚合物上，所述的方法和设备能够增加图象清晰度，薄膜厚度在介于0.25%吋（0.006毫米）和大于2%吋（0.05毫米）之间。

虽然在涂敷的印刷线路板与光掩膜互相分离时也能成象，但这是不经济的，因为需要昂贵的平行光源;其它光源会造成光的根切，减小线宽，降低线精度。为了在使用非平行光源的情况下也能获得精细的线影象，需要光掩膜的带图象面与光聚合物紧密接触，如上所述。

另外，把聚合物夹在两层-两层之一带有透光软片图象-之间曝光时阻止空气进入液态光聚合物，这样，减少了曝光时间，降低了能量消耗，提高了生产速度，减小了温度影响并改善了清晰度。

光聚合物最好在湿态下涂敷，并由穿过接特殊配方制成的透光软片的光线曝光，以转变成硬化的聚合物图象。这样，达到成象清晰度大大超过已知成象方法的目的。

另一个目的是提供与液态光聚合物有关的透光软片技术，通过使用比较便宜的设备和光聚合物大大降低成象的总成本，并改善成象清晰度和提高生产率。

本发明的再一个目的是用丝网印刷技术生产基片用透光软片成象技术使光聚合物曝光，这些技术克服了丝网印刷的固有限制，包括中间象上的波纹图形和线条图象的清晰度限制。

通过下面对本发明优选实施例的描述，尤其是参照附图阅读说明书将更加充分地理解本发明的这些和其它的目的及优点。

图1是本发明装置的透视图;

图2是图1中装置的局部放大透视图，表示升起位置的真空限制装置和辊子;

图3是类似于图2的局部放大透视图，但表示真空限制装置和辊子正在敷光掩膜;

图4-7图解说明在基片上敷光掩膜的技术并表示该操作的各阶段。

图8是真空限制装置和辊子的放大剖面图。

在此所用的光掩膜是带有与需复制的图象一致的不透明区域的透明薄片，将其放在紫外线灯和基片之间使光聚合物的那些区域硬化。名词光影象和光掩膜可互换使用。

为制出光掩膜用一薄层清洁的硅橡胶粘合剂将一片清洁的聚酯和一薄片铝箔紧密地粘在一起。用氢氧化钠预先腐蚀铝箔，使铝箔厚度减小到大约0.0001吋（0.0025毫米）。然后将铝箔涂以光照腐蚀保护层。之后，将其曝光并清洗，然后将其再腐蚀以便在腐蚀过的铝箔上制成光掩膜图象。

腐蚀过的铝箔最好在其它的黑色感光乳剂上面，因为黑色感光乳剂会吸收大量的热，这些热量会使光掩膜变形，而铝的表面可反射热量，从而减少总的热吸收量。

由于两个原因，将硅橡胶粘合剂-例如道·科宁（Dow Corning）产品Code734RTV-涂敷在柔性的聚酯光掩膜上。第一，弹性橡胶适合于印刷线路板表面的不平处，例如可能存在于印刷线路板表面的小颗粒杂质。在贴合期间，这些不平处可能使光掩膜和印刷线路板之间产生分离，这将在比不平处本身大得多的面积上破坏图象。弹性的硅橡胶弥补不平整区域并减小图象破坏面积。第二，硅橡胶粘合剂在光掩膜上形成不粘合的表面，硬化的光聚合物不粘附于该表面。

光掩膜也可由带有卤化银乳剂或重氮乳剂，并且带有适当的不粘合表面的聚酯胶片构成。

在印刷线路板上贴合光掩膜的方法在已公布的技术中已为人所熟知，例如本文已引用的第4，260，675号和第4，506，004号美国专利中所公开的。下面的描述举例说明这种贴合技术。

一般地，光掩膜与印刷线路板贴合，印刷线路板包括敷铜的基片，其上粗涂有光聚合物。光掩膜置于印刷线路板上面，且不与其接触，以使不透明区域与印刷线路板上预先钻出的孔对准。用涂刷器一类的橡胶刮刀或硬度为50的辊子在光掩膜的上表面往返移动，促使光掩膜与敷有光聚合物的印刷线路板紧密接触。这一过程驱除在涂敷其间夹带在光掩膜中的空气泡，并阻止夹带的气泡停留在光掩膜和光聚合物表面之间。在光掩膜和印刷线路板紧密接触之后，将该组合件在光化光下曝光。在不透明区域所覆盖的地方，聚合物仍未硬化。未硬化的区域可被洗去，而露出的区域被腐蚀掉，从而在印刷线路板上留下所需要的线路。

这种贴合技术有几个其它方法所不易得到的理想特性。第一，涂敷的光聚合物表面可能产生斑点或桔皮效应。这些表面不平处可被弄平，以便使贴合表面与光掩膜的光滑的塑料拓扑面和基片相符，基片上有与光掩膜的图象一致的敷铜层。

此时，在与光聚合物贴合的那些区域上，光掩膜和印刷线路板表面之间保持有一强紧固力。大气压使光掩膜和光聚合物表面无限期地保持紧密接触，而不需借助外部的真空源。光掩膜的不透明区域（通常不会形成不平表面）与光聚合物表面紧密接触，光聚合物可在非平行光源下曝光，以在印刷线路板的保护层上复制出高清晰度的光掩膜图形。

光聚合物最好用紫外线灯固化，为实现这一目的，将紫外线灯和反射聚焦镜安装在同一可移动横向组件上。在光掩膜与光聚合物贴合以后，紫外线灯的光线使聚合物层曝光并将使紧靠光掩膜透明区下面的光聚合物聚合。优选的液态光聚合物是从新泽西州罗韦（Rahway，New Jersey）的M＆T化学公司购买的生产号为1075的紫外光医用光聚合物，这是一种负作用聚合物，可在光照区硬化而在不透明图象遮盖的非曝光区保持液态。未曝光的液态光聚合物可用50%的异丙基和三氯乙烷溶液洗去。

现在参照附图，图1表示本发明的装置，其中包括：曝光箱外壳20;支承板22;支承板框架24和光掩膜26。光掩膜26的一端由铰链28限制，便于与印刷线路板30保持对准。支承组件（22和24）可旋转地安装，以便绕轴32旋转。

支承板22可开孔或槽（未示出），真空可通过这些孔或槽加在印刷线路板30的底面，以在曝光和聚合体硬化期间确保印刷线路板固定在支承板22上适当位置。真空源可通过轴32连到支承组件（22和24）。

虽然铰链28可永久地固定在支承板框架24上，但最好还是以普通方式用螺钉和螺栓（未示出）安装，使支承板框架24中的螺栓（未示出）和铰链28中的螺栓呈直角。用这种方式，铰链28可沿两个方向移动，以使光掩膜26能精确地相对于支承板22上的印刷线路板30定位即对准。

通过丝网印刷将光掩膜26和印刷线路板30涂敷以一定厚度的光敏聚合物34。涂敷装置可安装在曝光箱外壳20的格层36中，并可包括光聚合物容器、控制光聚合物流速的出口和测量装置，和置于光聚合物出口后面的刮片。涂敷装置可安装在其自身的横杆上，横杆沿与格层36的长度交叉的方向延伸。当光掩膜26和印刷线路板30已经正确定位时，给涂敷装置电路通电。格层的门向内卷起，涂敷装置在光掩膜和印刷线路板上方向外移动。当涂敷装置沿光掩膜和/或印刷线路板移动时，光聚合物计量涂敷在二者之一或二者上，并被随后的刮片刮平。在涂敷行程的末端，一只限位开关动作，使涂敷装置沿其横杆返回并进入格层36。

如果需要，可在光掩膜与印刷线路板对准位置之前用光化学进行预曝光，以使光敏聚合物部分固化。光掩膜也可不需涂以光敏聚合物。

在现有技术的把光掩膜对准印刷线路板的方法中，用刮刀或辊子把未经限制的光掩膜压在涂有光聚合物的印刷线路板上。这造成空气的夹杂，并使光掩膜产生皱折和受到拉伸，使光掩膜偏离印刷线路板。此外，光掩膜容易被刮刀划伤。有时，所有这些毛病会同时出现。

为了避免现有技术中的这些缺点，用辊子40把光掩膜26敷在印刷线路板30上的同时，用邻近辊子40的真空限制装置42张拉光掩膜26。真空限制装置42包括带有出口46的空腔44，以便能抽出空腔44中的空气，在光掩膜26的外表面48上加以负压力，使光掩膜26紧靠在限制装置42上。真空限制装置42的至少一面一最好是一光滑的曲面一与光掩膜26滑动接触，以将光掩膜26的划伤减至最小，并确保负压力均匀，以克服柔性光掩膜的自然张力（弯曲）。

参照图1、2和3，辊子40和真空限制装置42安装在支座50、52上。支座50、52可移动地分别安装在横杆54、56上，以使其可沿箭头方向（图3）在横杆上移动，光掩膜26被辊子40压在印刷线路板30上。同时，光掩膜26由真空限制装置42施加的负压力所限制。使光掩膜26紧靠在空腔44上。结果随着辊子40的前进，光掩膜26在轻微的张力下平缓地被从空腔44上拉下。

因此，这样敷下的光掩膜没有折皱，所有在其它情况下夹在光掩膜和印刷线路板之间的空气被辊子碾出。不会出现对不准的现象，因为在把光掩膜敷到印刷线路板上的这种方法中，光掩膜没有受到拉伸。

光掩膜26敷在印刷线路板30上之后，支座50、52退回，此时安装好和光掩膜26和印刷线路板30的支承板22可绕轴32旋转。由设置在曝光箱外壳20中紧接支承板22下面的紫外线灯曝光。另外，可用手提式光源对光敏聚合物曝光。曝光箱外壳20可装有手动开关58，用来开灯。

最好对轴32加以限制，使其只能在180度内旋转。限制装置（未示出）可以是刚性安装在轴32上的偏心轮。在支承组件（22和24）旋转过180度时，偏心轮碰到限制进一步移动的止动器（未示出）。在止动器上可安装一只压力启动的灯开关（未示出），以自动打开灯开关给灯供电。同样，偏心轮由180度处返回到其初始位置时也会碰到一个止动器。这后一止动器用于在光掩膜26贴在印刷线路板30上时使支承板22保持在稳定状态。

支座50、52可由一传动装置（未示出）移动，该传动装置可为由一可逆马达推进的带或链传动。

在另一实施例中，横杆54、56可加工出螺纹，每一横杆54、56分别拧入支座50、52中，支座50、52靠横杆54、56的旋转而移动。

如图4和5所示，安装的辊子40和真空限制装置42能够升高和降低。在降低位置，光掩膜26可平铺在曝光箱外壳20上，以涂敷光敏聚合物34。辊子40和真空限制装置42的升高及降低由横杆54、56和与其组合的支座50、52来完成。在升高位置，移动辊子40和真空限制装置42，以图5、6和7所示的可控制方式将光掩膜26敷到印刷线路板30上。

在说明书和权利要求书中，光聚合物一词指一种在光化光下曝光时将硬化或交联的聚合物。光敏接收元件一词包括涂有光聚合物的基片。基片可以是印刷线路板、印刷板或其它要在其上复制图象的面层。

虽然对本发明的一个优选实施例作了详细描述，但对于熟悉本领域技术的人说，对本发明的实施例的各种改进和更换都将是很明显的，这种改变被认为是在本发明的主旨和范围之内。

Claims (25)

1、一种用于在光敏接收元件上敷柔性光掩膜的装置，包括：

一个外壳;

用于支承外壳中的光敏接收元件的支承装置;

用于将柔性光掩膜一端固定在所述外壳上，与所述光敏接收元件对准的固定装置;

上述用于在光敏接收元件上敷柔性光掩膜的敷设装置的特征在于，它还包括：

用于将柔性光掩膜敷在光敏接收元件上时靠张力保持所述柔性光掩膜的保持装置，该装置与所述敷设装置相离，并且

在所述敷设装置将柔性光掩膜敷在光敏接收元件上时位于所述敷设装置附近并在所述敷设装置和所述光掩膜的自由端之间。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征还在于：所述保持装置包括：用于在所述保持装置和所述光掩膜之间保持滑动真空接触的真空限制装置。

3、根据权利要求2所述的装置，其中敷设装置包括一辊子。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征还在于：有用于支承辊子和真空限制装置的可动支座，该支座可移动地安装在外壳上，引导辊子和真空限制装置从光敏接收元件一端到另一端，以使辊子将柔性光掩膜压到光敏接收元件上，同时通过真空限制装置在柔性光掩膜上加以张力。

5、根据权利要求4所述的装置，其特征还在于，用于沿外壳上的可动支座移动辊子和真空限制装置的移动装置。

6、根据权利要求1所述的装置，其中：外壳包括至少一个设置在支承装置下面一定距离处的光化灯，并还包括为灯供电的供电装置。

7、根据权利要求6所述的装置，其中：支承装置可绕枢轴旋转地固定在外壳上，供电装置在支承装置绕轴转过180度时自动启动。

8、根据权利要求1所述的装置，还包括将光聚合物涂敷在所述光敏接收元件上的基片上的装置。

9、根据权利要求1所述的装置，其中所述固定装置包括用于将所述光掩膜铰接到所述外壳的铰链装置。

10、一种将柔性光掩膜敷在光敏接收元件上的方法，包括以下步骤：

将光掩膜置于对准并且不接触光敏接收元件的位置;

用辊子将柔性光掩敷在光敏接收元件上;

其特征在于以下步骤：

当辊子将柔性光掩膜敷在光敏接收元件上时，用与所述辊子相分离并靠近所述辊子，位于所述辊子和所述光掩膜的自由端之间的保持装置保持柔性光掩膜受拉。

11、根据权利要求10所述的方法，其特征还在于：所述保持步骤包括：在辊子将柔性光掩膜敷到光敏接收元件上时，用靠近所述辊子并位于所述辊子和所述光掩膜的自由端之间的所述保持装置将真空负压加在所述光掩膜上。

12、根据权利要求10所述的方法，其中光敏接收元件包括涂敷有光聚合物的基片。

13、根据权利要求12所述的方法，其中基片为带有导电材料涂复层的印刷线路板。

14、根据权利要求13所述的方法，其中导电材料是铜。

15、根据权利要求12所述的方法，还包括用光化光固化光聚合物的步骤。

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