DE3144849A1

DE3144849A1 - Opto-elektronisches justierverfahren bei der herstellung von mehrlagenschaltungen

Info

Publication number: DE3144849A1
Application number: DE19813144849
Authority: DE
Inventors: Günter Dr.-Ing. 8150 Holzkirchen Doemens; Peter Dr.rer.nat. 8031 Eichenau Mengel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-11-11
Filing date: 1981-11-11
Publication date: 1983-05-19
Also published as: DE3144849C2

Description

Opto-elektronisches Justierverfahren bei der Herstellung
von Mehrlaens cha1tunen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Justierung von Druckwerkzeug zu Innenlagen von Multilayer bei der Belichtung zur Erzielung einer erhöhten Deckungsgenauigkeit Mehrlagige Leiterplatten bestehen aus mehreren Schichten von einseitig oder doppelseitig mit Kupfer kaschierten, Leiterbild tragenden Folien, die mit unkaschierten, isolierenden Zwischenlagen (Prepregs) verpreßt und nach dem Bohren auf chemischem oder galvanischem Wege durchkontaktiert werden Die äußeren Lagen bestehen ebenfalls aus kupferkaschierten Folien, die erst nach dem Verpressen und Durchkontaktieren bedruckt werden.
Einer der wichtigsten Arbeitsschritte bei der Herstellung von Mehrlagen-Leiterplatten ist das Bohren der Anschlußlöcher für die metallischen Durchverbindungen. Um die elektrische Funktion9 die elektrische Sicherheit, sowie die Zuverlässigkeit des Produktes "Mehrlagen-Leiterplatte" sicherzustellen, müssen diese Bohrungen zu den innenliegenden Anschlußflächen (z. B. Lötaugen) auf den Signallagen sowie den innenliegenden Freiätzungen auf den Potentiallagen innerhalb vorgegebener Toleranzen liegen Sehr enge Toleranzbereiche sind insbesondere bei mehrlagigen gedruckten Leiterplatten zu fordern, da hierbei eine genaue Fluchtung in den verschiedenen Lagen Voraussetzung für deren Verwendbarkeit ist. Die möglichst genaue Kenntnis der Ist-Position der innenliegenden An flächen bzw. Freiätzungen zu einem Bezugspunkt (z. B.
Aufnahmebohrung) ist Voraussetzung zur Erfüllung dieser Forderung.
Bei der Herstellung von Mehrlagen-Leiterplatten wird heute die Deckungsgenauigkeit der einzelnen Lagen bei der Belichtung und beim Laminieren durch die Verwendung eines Paßstiftsystems gewährleistet.
Hierzu sind in die Innenlage zwei Bohrlöcher mit einem Durchmesser von z. B. 8 mm im Abstand von ca. 300 bis 400 mm eingeschnitten, die als Aufnahme für die Paßstifte dienen. Im Glasmaster müssen entsprechend zwei Paßbuchsen mit denselben Maßen eingebracht werden. Glasmaster und Innenlage werden dann über die Paßstifte vor der Belichtung .ajustiert. Die Genauigkeit dieses Verfahrens ist begrenzt. Des weiteren tritt eine Verformung der Bohrlöcher des relativ weichen Epoxidmaterials auf.
Beim Verpressen der einzelnen Innenlagen zur Mehrlagenleiterplatte werden diese aber wieder über ein Paßstiftsystem mit denselben Bohrlöchern lagerichtig justiert, so daß hieraus eine zusätzliche Herabsetzung der Deckungsgenauigkeit beim Laminiervorgang auftreten kann.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Paßstiftsystem bei der Herstellung von Mehrlagenleiterplatten. In der Figur 1 ist die schematische Anordnung zweier Glasmaster 1, 2 mit zugeordneten Innenlagen 3, 4 auf Paßt stiften 5, 6 dargestellt.
Die Figur 2 zeigt schematisch den Vorgang beim Laminieren.
Nach der Darstellung in diesem Bild sind drei Innenlagen 7, 8, 9 mit zwei Prepregs 10, 11 gestapelt. Zur Justierung dient ein Paßstift 12.
Bei der weiteren Verringerung des Rastermaßes und der Leiterbahnbreiten sind die mit dem bekannten Paß stiftsystem erreichbaren Deckungsgenauigkeiten nicht mehr ausreichend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Paßstiftsystem mit den beschriebenen Unzulänglichkeiten soweit wie möglich durch genaue, berührungslose Justierverfahren zu ersetzen0 Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwei Justiermarken auf einem Glasmaster zwei Bohrlöchern in einer einzelnen Innenlage zugeordnet werden und optisch elektronisch gemessen wird, ob die radialen Abstände zwischen Bohrloch und Justiermarke gleich sind.
Dadurch entfällt das Anbringen der Metallbuchsen im Glasmaster und die beim mechanischen Justierverfahren mittels der Paßstifte bedingte Ungenauigkeit. Außerdem wird mit dem Verfahren nach der Erfindung die Verformbarkeit der Bohrlöcher in der Innenlage beim Belichtungsvorgang vermieden Im Rahmen der Erfindung ist als Justiermarke vorzugsweise ein dunkler Kreisring vorgesehen, dessen äußerer Durchmesser innerhalb des Bohrloches der Innenlage liegt.
Ferner werden die Radialabstände dieses Kreisringes zum Bohrloch durch einenopto-elektronischen Sensor erfaßt, der an ein Mikrocomputersystem gekoppelt ist0 Als optoelektronischer Sensor findet vorzugsweise eine Image-Dissector-amera mit frei wählbarem Abtastweg (randomaccess) Verwendung. Ein derartiger Sensor besitzt eine hohe Punktauflösung und einen frei wählbaren progranagesteuerten Abtastweg. Die Verwendung eines solchen optoelektronischen Sensors ermöglicht eine polare Bildabtastung. Die polare Bildabtastung besitzt keine Vorzugsrichtung bei der Mustererkennung (Bohrloch-Kreisring).
Außerdem vermeidet die polare Bildabtastung tangentiale Schnitte Dies wäre mit einer herkömmlichen TV-Kamera aufgrund deren starren, zeilenweisen Bildabtastung nicht möglich0 Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden zur Kompensation der lokalen Linearitätsfehler die gemessenen Radialabstände noch bezüglich einer Referenz; z, B. der Breite des Kreisringes, normiert. Dies geschieht vorzugsweise durch Erfassen und Auswerten der bekannten Kreisringbreite der Justiermarke auf dem Glasmaster.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die gemessenen Radialabstände von beiden Bohrlöchern im Mikrocomputersystem nach einem statistischen Verfahren gemischt und die JustiergrößenAx, äy und a y für die x-, y-Verstellung mit Winkelverdrehung der Relativlage zwischen Glasmaster und Innenlage ausgewertet und einer mechanischen Justiervorrichtung zur genauen Nachstellung zugeführt. Durch dieses statistische Verfahren lassen sich örtliche Formfehler erheblich reduzieren und ein Mittenausgleich zwischen den Bohrlöchern für die Justierung durchführen.
Die Erfindung wird anhand der Figuren 3 bis 6 erläutert.
Es zeigen: Figur 1 das Paßstiftsystem bei der Herstellung von Mehrlagen-Leiterplatten bezüglich des Belichtungsvorganges und Figur 2 beim Verpressen, Figur 3 die automatische Justierung mit Bildverarbeitung für ein Bohrloch mit Kreisringanordnung, Figur 4 das Bohrloch einer Innenlage mit darunterliegen der Kreisringmarke auf dem Glasmaster, Figur 5 die gemessenen Radialabstände als Funktion des Polarwinkels und Figur 6 die Normierung der gemessenen Radialabstände aus der gemessenen Kreisringbreite.
In der Figur 3 ist ein optischer Sensor 13 mit einem Glasmaster 14 und einer Innenlage 15 zu erkennen. Dabei liegt der Glasmaster auf der Innenlage. Die auseinander gezogene Darstellung wurde nur wegen der besseren Übersichtlichkeit gewäht. Auf dem Glasmaster ist eine Justier marke in Form eines dunklen Ringes 16 vorgesehen, der bezüglich dem Bohrloch 17 im Durchmesser kleiner ist.
Mit den Pfeilen 18 ist die Belichtungsrichtung angedeutet.
Die Striche 19 symbolisieren die optische Abbildung von Bohrloch und Kreisringmarke auf die empfindliche Schicht des Sensors In der Figur 4 ist mit # R der Abstand. zwischen Bohrloch 17 und Kreisringmarke 16 angedeutet. In der Figur 5 ist die Verteilung der gemessenen Radialabstände # R als Funktion des Polarwinkels - aufgetragen.
Die Figur 6 zeigt vergrößert die Kreisringinarke 16 in dem Bohrloch 17, Dabei ist mit des der Meßwert für den Radialabstand am Polarwinkel - und mit dieses der Meßwert für die Kreisringbreite am Polarwinkel G bezeichnetto Die bekannte Breite des Kreisringes ist mit d angegeben und der Polarwinkel mit S . Den radialen Abtastweg symbolisiert das Bezugszeichen 20.
Die Image-Dissector-Kamera mißt durch eine Vielzahl radialer Abtastwege die Abstände # R der Kreisringe. Die polare Bildabtastung vermeidet tangentiale Schnitte und besitzt keine Vorzugsrichtung. Zur Kompensation der lokalen tinearitätsfehler der Image-DissectorKamera müssen die gemessenen Radialabstände # RMess noch bezüglich einer Referenz korrigiert werden. Nach dem Aus fiihrungsbeispiel wird diese Referenz in Form der bekannten Kreisringbreite d der Justiermarke auf dem Glasmaster ausgebildet. Wenn die Justiermarke aus einem Kreisring mit einem Punkt in der Mitte besteht, kann beispielsweise auch der Durchmesser dieses Punktes als Referenz dienen.
Die tatsächlichen Radialabstände iXR ergeben sich aus den gemessenen Radialabständen i Xess nach der Normierung = # Rmess x d/dMess dieses ist dabei die gemessene Kreisringbreite auf dem jeweiligen Abtastweg und d die bekannte Breite des Kreisringes. Damit lassen sich Linearitätsfehler der Kamera nahezu vollständig kompensieren.
Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung des Verfahrens bei der Leiterplattenherstellung beschränkt. Sie ist vielmehr überall anwendbar, wo Paßstiftsysteme durch berührungslos arbeitende Justierverfahren zur weiterführenden Automatisierung ersetzt werden müssen.
5 Patentansprüche 6 Figuren

Claims

Patentansprüche.

1. Verfahren zur automatischen Lageerkennung und Justierung der einzelnen Lagen von Multilayern zum Druck werkzeug beim Fotokopierverfahren, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwei Justiermarken (16) auf einem Glasmaster (14) zwei Bohrlöchern in einer einzelnen Innenlage zugeordnet werden und opto-elektronisch gemessen wird, ob die radialen Abstande (#R) zwischen Bohrloch (17) und Justiermarke (16) gleich sind 2 Verfahren nach Anspruch 1 9 d a d u r c h g e -k e-n n z e i c h n e t p daß als Justiermarke (16) vorzugsweise ein dunkler Kreisring vorgesehen ist, dessen äußerer Durchmesser innerhalb des Bohrloches (17) der Innenlage (15) liegt, und die Radialabstände dieses Kreisringes zum Bohrloch durch einen opto-elektronischen Sensor (13) erfaßt werden, der an ein Mikrocomputersystem gekoppelt ist.

3 Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als opto-elektronischer Sensor (13) eine Image-Dissector-Kamera mit frei wählbarem Abtastweg (random-access) Verwendung findet 4 Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zur Kompensation der lokalen Linearitätsfehler die gemessenen Radialabstande (R) noch bezüglich einer Referenz, z. B. der Breite des Kreisringes (d Mess), korrigiert werden.

50 Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die gemessenen Radialabstände (ARMess) von beiden Bohrlöchern im Nikrocomputersystem nach einem statistischen Verfahren gemittelt und die Justiergrößen #x, #y und ## für die x-, y=Verstellung mit Winkeldrehung der Relativlage zwischen Glasmaster (14) und Innenlage (15) ausgewertet und einer mechanischen Justiervorrichtung zur genauen Nachstellung zugeführt werden.