CN1220116C - 一种测量相对位置误差的装置及曝光机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测量在一激光束(14)和一目标(10)之间的相对位置误差的装置。目标(10)被提供有一圆孔(16)，它占据一相对于所述目标(10)的参考位置。该装置具有将激光束聚焦于所述目标的平面中的装置，用于摄取所述圆孔和聚焦在所述目标的平面中的激光束的图象的装置、以及用于计算在所述激光束的冲击点和所述圆孔的中心之间的线段的分量的装置，其中，所述用于摄取图象的装置与所述目标是分开的。

Description

一种测量相对位置误差的装置及曝光机
技术领域
本发明涉及一种用于测量在一激光束和一目标之间的相对位置误差的装置，且也涉及一种曝光印刷电路板的曝光机。
背景技术
为了用传统的方法来制造印刷电路，一个已知的步骤是将印刷电路板的导电层覆盖在一层抗蚀剂材料中并将所述抗蚀剂层通过一原图进行曝光从而能在印刷电路上获得所希望的导体印制线的形状。在抗蚀剂层被曝光之后，未曝光区被除去，这些区域对应于要被除去的那些导电层部分。
另一种日益广泛应用的已知技术在于所制造的印刷电路板中抗蚀剂层是采用一激光束产生的冲击来进行局部印制的。印刷电路板上的激光束冲击的位置通常由一扫描组件所控制，该扫描组件包括一旋转多角镜和一控制激光束阻断装置，该装置通常由一声光调制器组成。
其它同样使用一激光束的技术要么采用一激光束直接剥去抗蚀剂层，或者干脆完全不采用一层抗蚀剂，还有的则采用一激光束来直接剥去导电层。
因为要取得一块大尺寸印刷电路板所要求的精度自然要求有很大数量的激光束冲击点，因此具有优点的是要能够将印刷电路板表面细分为多个区域且能采用一各自的激光束同时对这些区域中的每一个进行扫描。
在那些能使该操作被实施且在以下被称作“曝光机”的机器中，会发生两种主要的相对定位问题。首先需要相对于曝光机结构对激光束的位置或每根激光束的位置精确标定，其次需要将采用激光束来曝光的印刷电路板十分精确地定位在曝光机结构上。
对激光束标定来说，要理解的是：在曝光机中，激光束通过一包括有大量附件的附属装置被指向印刷电路板。此外，印刷电路板通常籍助于一旋转多角镜被扫描，该多角镜中每个面的转动规定了一个扫描长度的一部分。另外，采用激光束所要制造的图形是用所存储的信息来规定的，这些信息规定了印刷电路板上的每一点是否应被冲击还是不应被冲击。
根据以上所述可知，尽管最初对不同的部件作了精确调整，然而在每次使用曝光机之前仍要检查一激光束的冲击相对于曝光机结构的实际位置。
为将印刷电路板相对于曝光机结构进行定位，要理解的是，这一步骤仍需以很高的精度来进行，尤其是当印刷电路板被设计成来形成具有一多层印刷电路的零部件时。我们记得，印刷电路板通常是用被形成在印刷电路板中的某些被精确规定的位置上的圆孔相对于曝光机结构来定位的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于测量在一激光束和一目标之间的相对位置误差的装置，该目标比如可由一曝光机结构或一印刷电路板所组成，该装置能容易地以很高的精度来确定误差。
根据本发明，为达到该目的，该用于测量一激光束和一目标之间的相对位置误差的装置的特征在于：
所述目标被提供有一圆孔，该圆孔占有一相对于所述目标的参考位置；以及
该装置还包括：
-用于将激光束聚焦在所述目标平面中的装置；以及
-用于摄取所述圆孔和聚焦在所述目标的平面中的激光束的图象的装置，以及用于计算在所述激光束的冲击点和所述圆孔的中心之间的线段的分量的装置，其中，所述用于摄取图象的装置与所述目标是分开的。
要理解的是，采用本发明确实可非常精确地确定误差，尤其是因为图象摄取装置，比如一个照相机，它不需要被精确定位，因为只要这些装置能够同时从圆孔以及激光束冲击的周边来获取一个图象就足够了。
本发明的另一目的是提供一种用于曝光印刷电路板的曝光机，用来将一印刷电路板相对于该曝光机的结构进行定位。
所述曝光机还包括：
-用于将所述激光束相继聚焦在该结构的两个相应点上的装置，这两个点应该被两个圆孔的中心所占据；
-用于摄取两个圆孔以及激光束的相应冲击点的各自的图象的照相机装置；
-根据每个所述图象来计算连接每个圆孔的中心与相应激光束的冲击点的线段的分量的计算装置，由此得到有关印刷电路板位置误差的两组数据；
-用于将所述印刷电路板相对于该结构进行移动、至少转动的电路板位移装置，以及用于控制该电路板位移装置的控制装置和用于根据有关印刷电路板位置误差的两组数据的一种函数关系来聚焦激光束的装置。
可以理解，在这些情况之下，参考物由激光束的冲击点所组成，且其定位误差要被校正的该元件是印刷电路板以及它的两个定位孔。
本发明的另一个目的是提供一种用于曝光印刷电路板的曝光机。其特征在于它还包括：
-至少一个固定到所述结构上的目标，所述目标包括至少一个圆孔，其中心组成该结构的一个参考点；
-根据相应于所述圆孔中心的位置的位置信息来控制激光束偏移装置的控制装置；
-用于摄取所述圆孔以及在所述圆孔中的激光束的实际冲击点的图象的照相机装置；
-用于计算连接所述孔的中心与激光束的冲击点的线段的分量的计算装置；
-将所述分量发送至控制激光束偏移装置的控制装置的发送装置。
可以理解，在这些条件下，位置参考物是由被提供有圆孔的目标所组成，而其位置误差要被确定的元素是激光束的冲击点。
附图说明
通过阅读了以下的对作为非限制性例子而给出的本发明的不同实施例的描述之后则可更加清楚地了解本发明的其它特征和优点。这一描述是参考附图来进行的，附图中：
-图1A为一种测量相对误差的装置的一正视图；
-图1B为该测量相对误差的装置的一局部顶视图；
-图2为一用于曝光印刷电路板的且包括有本发明的一种用于定位一印刷电路板的装置的曝光机的一简化视图；
-图3为一用于曝光印刷电路板的曝光机的一简化视图，它配置有一用于标定该曝光机的激光束的一装置；
-图4为一具有多根激光束用于曝光印刷电路板的曝光机的一示意图。
具体实施方式
首先参照图1A和1B，然后来描述该用于检测和测量位于一激光束和一目标间的相对定位误差的装置。在两图中，可看到一目标10和一用于向目标10发送一激光束14的光学***12。
目标10被提供有一中心O的圆孔16，该圆孔16与所述目标10相连并组成其位置参考物。检测装置还具有一照相机17，它被配置在目标10背离激光束14的另一侧并能摄取孔16和激光束14***的一张图象。根据该图象，一与该照相机相连的计算电路18能够沿着正交的两方向X和Y来计算分量用于确定连接圆孔中心O与冲击点A的直线段，从而完全确定相对位置误差。
如上所述，根据激光束是否组成位置参考物以及目标10是否可移动，或根据目标10是否如由其圆孔16所规定的那样组成位置参考物，且激光束14则有可能遭受一位置误差的影响，用本装置则可来检测和测量两类绝对位置误差。
当然，照相机17必须能够检测激光束。可以采用一CCD摄象机，并配备有与激光束波长相配的透镜。
在图2中，可看到采用图1A和1B所示装置来相对于一曝光设备结构标定激光束。图中示出一光学装置30，它将一激光束32投向一固定在曝光机结构36上的目标34。目标34比如可由一固定在结构36上且由诸如殷钢那样的一种具有很高稳定性的材料所制成的窄条所组成。窄条34被提供有至少两个具有精确规定直径的圆孔38和40。圆孔38和40因此便构成结构36的位置参考物。光学装置30与一用于控制激光束冲击点的控制组件42相连结。
为标定激光束，用控制电路42发出指令到光学装置30来定位激光束，这样使激光束精确地对应于圆孔38的位置。用一照相机44来从圆孔38和激光束32摄取一图象。与照相机44相连接的电路46则如上所述地计算位置误差。由于激光束部分地是响应于存储于其控制电路中的指令来被定位的，误差计算可被用来修正控制激光束定位的指令。
由于激光束被设计成可移动的用于在相对于结构的一定距离范围上进行扫描，因此该操作可有利地结合一提供在窄条34上的第二参考孔40以及用对应于所述第二参考孔40的位置的指令来控制激光束的位置而重复进行。这种误差的确定可通过窄条34上的多个孔来实施。在由窄条所标记的不同位置上所进行的这些不同的误差测量使得能够计算出一个误差校正多项式，它可被用来校正那些支配由激光束在所有扫描位置上所进行的扫描的指令。
参照图3来描述应用相对误差检测装置来将一印刷电路板50定位于一个采用激光束对其曝光的曝光机中。在该图中，示出一曝光机结构52，其上放置有印刷电路板50。印刷电路板50被提供有两定位孔54和56。该图还示出一光学装置58，它根据由一控制电路62所发出的指令来控制一激光束60的冲击点。
为相对于结构52来定位印刷电路板50，光学装置58被这样控制：使得激光束被聚焦到结构的一个点上，该点精确地对应于应该被定位孔54的中心所占据的该位置。照相机63被用来摄取孔54和激光束60的冲击点***的一个图象，且误差的座标被在计算电路64中计算。为结束印刷电路板的定位操作，将光学装置58进行控制，使得一激光束60′具有一精确对应于印刷电路板50的第二定位孔56的中心的理想位置的一冲击点。采用一第二照相机65，来摄取对应于孔56的一第二图象，且该第二位置误差被送入计算电路64。该两位置误差使得能够在两正交方向X和Y以及在旋转方向上确定印刷电路板的位置误差。旋转误差可由连接孔54和56的两中心的直线以及连接激光束的两冲击点的直线之间的角度所测量。旋转位置误差被发送到用于控制执行器68的控制电路66，执行器68能校正所述误差。X和Y位置误差优选地被直接发送至控制光学装置58的控制电路62。
图4示出一曝光机70，它包括多根激光束721、722、723、724，它们由与之相应数目的光学装置741、742、743、744所产生，每个光学装置由各一个电路76所控制。为标定激光束，曝光机的结构78被配置有一殷钢尺80，该尺80具有众多系列S1、S2、S3、S4的标定孔82，系列的数目与要标定的激光束数相等。任一系列中的孔各自被曝光，面对由激光束所扫描的区域Z1、Z2、Z3、Z4；每一系列比如包括20个孔。
采用一移动照相机84，来相续地摄取每一孔系列中的每个孔82的图象以及每一孔系列激光束的图象。计算电路86然后对每一激光束产生一校正多项式，该多项式被发送至光学装置的控制电路76。

Claims (6)

1.一种用于测量一激光束(14)和一目标(10)之间的相对位置误差的装置，其特征在于：
所述目标被提供有一圆孔(16)，该圆孔占据有一相对于所述目标(10)的参考位置；且
该装置还包括：
-用于将激光束(14)聚焦在所述目标(10)的平面中的装置；以及
-用于摄取所述圆孔(16)和聚焦在所述目标(10)的平面中的激光束的图象的装置，以及用于计算在所述激光束的冲击点和所述圆孔的中心之间的线段的分量的装置，其中，所述用于摄取图象的装置与所述目标是分开的。
2.一种用于曝光印刷电路板的曝光机，该曝光机包括：
-一适宜于接收一印刷电路板(50)的固定结构(52)，所述印刷电路板被提供有至少两个定位圆孔(54和56)；以及
-至少一个激光器，它连接在用于将所述激光束聚焦在印刷电路板的一任意点上的光学装置(58)；
其特征在于：所述曝光机还包括：
-用于将所述激光束相继聚焦在结构(52)的两个相应点上的装置，这两个相应点应被两个圆孔(54和56)的中心所占据；
-用于摄取两个圆孔以及激光束的相应冲击点的各自的图象的照相机装置；
-根据每个所述图象来计算连接每个圆孔中心和相应激光束的冲击点的线段的分量的计算装置，由此获取两个有关印刷电路板位置误差的数据组；以及
-用于将所述印刷电路板相对于曝光机结构(52)移动、至少是转动的印刷电路板位移装置，以及用于控制该印刷电路板位移装置的控制装置和根据两个有关印刷电路板的位置误差的数据组的一种函数关系来聚焦激光束的装置。
3.如权利要求2所述的曝光机，其特征在于：计算装置确定连接激光束的两冲击点和圆孔(54和56)的两中心的线段间的角度，由此来获取有关一个第二圆孔的中心相对于第一圆孔的中心的转动位置的误差信息，以及第一个圆孔中心的位置误差的结构在两正交方向上的分量；且控制装置包括：
-用于在转动时根据所计算的转动误差的一种函数控制该位移装置的控制装置；以及
-将所述分量发送至聚焦所述激光束的装置的发送装置。
4.一种用于曝光印刷电路板的曝光机，该曝光机包括：
-一接收所述印刷电路板的固定结构(36)；以及
-一产生至少一根激光束(32)的激光源和控制激光束偏转的装置，所述曝光机的特征在于：它还包括：
-至少一个固定到所述结构(36)上的目标(34)，所述目标包括至少一个圆孔(38)，其中心组成结构的一参考点；
-根据相应于所述圆孔中心的位置的位置信息来控制激光束偏转装置的控制装置；
-用于摄取所述圆孔以及在所述圆孔中的激光束的实际冲击点的图象的照相机装置；
-用于计算连接所述圆孔中心和激光束冲击点的线段的分量的计算装置；以及
-将所述分量发送至用于控制激光束偏转装置的控制装置的发送装置。
5.如权利要求4所述的曝光机，其特征在于：
所述目标具有一系列圆孔，它们的中心规定了所述结构的一系列位置参考物；
-控制装置包括根据一系列相应于该系列孔的中心的位置的位置信息数据来相继控制激光束偏转装置的装置；
-照相机装置摄取每个孔的一系列顺序图象；
-计算装置为系列图象中的每一图象确定所述分量并产生一多项式函数用于根据所述系列分量作为系列孔中心位置的函数来校正激光束的位置；以及
-发送装置能将所述多项式校正函数发送至用于偏转装置的所述控制装置。
6.如权利要求5所述的曝光机，其特征在于：所述曝光机包括：
-用于产生多根激光束的装置；以及
-多个偏转装置，每个偏转装置被连接有一各自的激光束；每个偏转装置被连接有各自的控制装置，这样每根激光束扫描一部分所述的印刷电路板；
所述目标具有多个孔系列，每个孔系列对应于为所述激光束所扫描的印刷电路的部分；且
所述计算装置确定一多项式函数，用于为与一个孔系列相连接的每个图象系列校正位置。
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