DE9106621U1

DE9106621U1 - Kontakt-Kopiergerät

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Publication number: DE9106621U1
Application number: DE9106621U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-04-26
Filing date: 1991-05-29
Publication date: 1991-07-18
Anticipated expiration: 2001-05-30

Description

1
Kontakt-Kopie rgerä t

Die Erfindung betrifft ein Kontakt-Kopiergerät, insbesondere zur Verwendung in der elektronischen Industrie, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In der elektronischen Industrie verwendete Kontakt-Kopiergeräte werden u.a. bei der Fertigung von gedruckten Schaltungen eingesetzt, wobei ein auf das Basismaterial beispielsweise einer SMD-Leiterplatte aufgebrachter Kopierlack als Aufnahmematerial durch eine positive oder negative Vorlage hindurch belichtet und dadurch das Leiterbahnbild von der Vorlage auf den Kopierlack übertragen wird.

Die Belichtung soll mit möglichst gleichmäßiger Lichtverteilung erfolgen, um eine optimale Schwärzung des belichteten Kopierlacks zu erzielen. Gleichzeitig wird eine exakte Übertragung angestrebt, so daß das übertragene Leiterbahnbild möglichst keine Abmessungsunterschiede gegenüber der Vorlage aufweist. Die gleichmäßige Lichtverteilung wird in der Praxis mit Hilfe von Lichtquellen erreicht, die das für die Belichtung verwendete Licht diffus, d.h. als Streulicht, abstrahlen. Das Streulicht führt jedoch zu Über- bzw. Unterstrahlungen an der Vorlage und damit zu Abmessungsunterschieden zwischen dem Vorlagenbild und dem übertragenen Leiterbahnbild. Diese Abmessungsunterschiede stehen einer weiteren Miniaturisierung entgegen; sie bewegen sich im Bereich von i 2 pm im Fall von Feinleiterplatten mit Leiterbahnen, deren Breite etwa 10 &mgr;&pgr;&igr; beträgt. Ein weiterer, die exakte Übertragung des Vorlagenbildes auf das Aufnahmematerial beeinträchtigender Faktor ist die von der Lichtquelle im Betrieb erzeugte, auf die Arbeitsplatte übertragene und eine Änderung der Abmessungen der dort angeordneten Vorlage bzw. des

Aufnahmematerials bewirkende Wärme.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Kontakt-Kopiergerät der eingangs genannten Art in konstruktiv einfacher Weise so weiterzubilden, daß unter Aufrechterhaltung der gleichmäßigen Belichtung eine genauere Übertragung des Vorlagenbildes auf die Kopie möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die Punktlichtquelle strahlt gerichtetes Licht in Form eines im wesentlichen homozentrisehen Bündels ab. Auf diese Weise verringert sich bzw. entfällt die aus dem Stand der Technik bekannte diffuse Belichtung der Vorlage mit der Folge, daß einerseits die unerwünschten Unter- bzw. Überstrahlungen erheblich reduziert werden bzw.

wegfallen und dadurch das Vorlagenbild mit entsprechend verringerten Abmessungsunterschieden auf das Aufnahmematerial übertragen wird, andererseits jedoch die Belichtung des Aufnahmematerials mit ungleichmäßiger Lichtverteilung, d.h. mit zu seinen Rändern hin abnehmender Lichtstärke und dementsprechend sich ändernder Schwärzung erfolgt. Die im Lichtweg zwischen Punktlichtquelle und Arbeitsplatte angeordnete Linse beseitigt diese unerwünschte Erscheinung, und zwar dadurch, daß sie entsprechend ihrer Graudichtenverteilung das von der Punktlichtquelle abgestrahlte Licht so zur Linsenachse hin abschwächt, wie die Licht- bzw. Beleuchtungsstärke des ohne Umweg über die Linse auf die Arbeitsplatte auftreffenden Lichtes zu deren Rändern hin abnehmen würde. Die vorzugsweise in der Masse graugefärbte Linse hat im Zusammenwirken mit der Punkt 1ichtquelIe eine weitere Funktion, die sich aus ihrer Ausbildung als Sammellinse, vorzugsweise als plankonvexe Linse ergibt: sie verstärkt den Punktlichteffekt der Punktlicht-

quelle durch weitere Bündelung und Richtung des von dieser abgestrahlten Lichtes und trägt so zur exakten Übertragung des Vorlagenbildes auf das Aufnahmematerial

bei .
5

Als Punktlichtquellen eignen sich Halogen-Glühlampen, wie etwa die XENOPHOT HLX 64638 oder 64650 der Firma Osram, mit einer Leuchtfelddichte von vorzugsweise etwa 2,5 mm &khgr; 5 mm und kleiner, oder Gasentladungslampen,

wie etwa Metal 1halogenid-Lampen mit einem Elektrodenabstand von 20 mm und kleiner oder Xenon-Kurzbogenlampen, wie z.B. die XBO der Firma Osram, mit einem Elektrodenabstand von ungefähr 1,5 mm und kleiner. Letztere Lampen weisen nicht nur einen hohen Punktlichteffekt, sondern auch

einen vergleichsweise hohen UV-Strahlungsanteil auf und sollten deshalb mit Sammellinsen und Arbeitsplatten verwendet werden, die UV-durchlässig sind. Der höhere UV-Strahlungsanteil bewirkt eine weitere Reduzierung der Unter- bzw. Überstrahlungen sowie eine geringere

Wärmeentwicklung und trägt auf diese Weise dazu bei,

eine Übertragung des Vorlagenbildes im Maßstab 1:1 auf das Aufnahmematerial zu erzielen. Ein weiterer Vorteil der Gasentladungslampen im Vergleich zu Glühlampen besteht darin, daß kein Glühwendel durch die Sammellinse auf der Arbeitsplatte abgebildet werden kann.

Bei Verwendung eines entsprechenden Aufnahmematerials können Punktlichtquellen verwendet werden, die im wesentlichen nur UV-Licht abstrahlen und dadurch auch eine

geringere Leistungsaufnahme bei gleichen Belichtungszeiten aufwei sen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine optische Reflexionseinrichtung, vorzugsweise in Form eines Umlenkspiegeis, zur Verlängerung des Lichtweges zwischen Punkt-

lichtquelle und Arbeitsplatte vorgesehen. Oiese Verlängerung des Lichtweges bedeutet bei gleichbleibenden Diagonalabmessungen der Vorlage bzw. des Aufnahmematerials nicht nur eine gleichmäßigere Beleuchtung derselben durch entsprechend gleichmäßigere Lichtverteilung, sondern auch einen kleineren Lichteinfallswinkel bzw. stärkeren Punkt 1ichteffekt der Lichtquelle und damit geringere Unter- bzw. Überstrahlungen. Zweckmäßigerweise ist die Arbeitsplatte zur Verlängerung des Lichtweges schräggestellt.

Falls zum Ausgleich von längeren Belichtungszeiten, eine mögliche Begleiterscheinung des verlängerten Lichtweges, Lichtquellen höherer Leistung und höherer Wärmeentwick-¹^ lung eingesetzt werden, ist es zweckmäßig, einen Infrarot-Schutzfilter im Lichtweg anzuordnen.

Gemäß einer weiteren, selbständigen Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist bei einem Kontakt-Kopiergerät nach dem Oberbegriff des Anspruches 16 ein der Lichtquelle zugeordneter Ventilator zum Absaugen der von der Lichtquelle im Betrieb erwärmten Luft und zum Ansaugen von Kühlluft vorgesehen.Durch diese Maßnahme wird ohne Beeinträchtigung der Verteilung der Lichtstärke des von der Lichtquelle abgestrahlten und der Beleuchtungsstärke des auf die Arbeitsplatte auftreffenden Lichtes der im Stand der Technik durch Anblasen der Lichtquellen im jeweiligen Gehäuse auftretende Wärmestau und damit eine übermäßige, die exakte Übertragung des Vorlagenbildes im Maßstab 1:1 auf das Aufnahmematerial beeinträchtigende Erwärmung der Arbeitsplatte bzw. der Vorlage und des Aufnahmematerials verhindert. Auch die geringere Leistungsaufnahme des Ventilators zum Absaugen der erwärmten Luft im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Kühlgebläsen trägt zur Verringerung der Wärmeentwicklung der Arbeitsplat-

te bei.

Vorzugsweise wird die Kühlluft über eine an der Arbeitsplan

te zwecks Kühlung derselben vorbeiführende Kühlluftführung 5

angesaugt. Diese Kühlluftführung umfaßt zweckmäßigerweise mit einem ersten Abschnitt die Arbeitsplatte und eine unterhalb derselben im Abstand angeordnete, vorzugsweise licht- bzw. UV-durchlässige Führungsplatte.

Günstig ist eine Ausgestaltung, gemäß welcher sich ein

zweiter, in Richtung Lichtquelle verjüngender Abschnitt an den ersten Abschnitt der Kühlluftführung anschließt.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Kontakt-Kopiergeräts in schematischer Schnittdarstellung,

Fig. 2 eine Vorderansicht des Kontakt-Kopiergeräts nach Fig. 1, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Lichtweges 25

im Kontakt-Kopiergerät nach den Figuren 1 und 2.

Das in der Zeichnung dargestellte Kontakt-Kopiergerät

umfaßt ein allgemein mit 1 bezeichnetes Gehäuse, ein 30

an dessen Oberseite in Richtung zur Gehäuse-Vorderwand 1.1 abfallende Arbeitsplatte 2, eine dazu im Abstand parallel verlaufende Führungsplatte 3, eine Punktlichtquelle 4, eine Sammellinse 5, einen Infrarot-Schutzfilter 6, einen Umlenkspiegel 7, einen Ventilator 8 und eine Kühlluft- bzw. Warmluftführung. Die weiteren, für die Funktion,

wie z.B. die Steuerung, des Geräts erforderlichen Bauteile sind in dieser Beschreibung nicht aufgeführt, da sie denjenigen entsprechen, die in herkömmlichen Kontakt-Kopiergeräten verwendet werden.
5

Die Arbeitsplatte 2 und die Führungsplatte 3 sind für Licht einschließlich UV-Strahlung durchlässig und definieren einen ersten Abschnitt 9 der Kühlluftführung, der sich mit konstanter Breite von einer Ansaugöffnung 10 an der Gehäuse-Rückseite bis zur Gehäuse-Vorderseite erstreckt und dort in einen zweiten Abschnitt 11 der Kühlluftführung übergeht. Dieser zweite Abschnitt 11 wird von der Gehäuse--Vorderwand 1.1, einer dazu im Abstand parallel verlaufenden Führungswand 12 und zwei in Richtung des Gehäuse-Bodens 1.2 konvergierenden seitlichen Führungswandungen 13 definiert, verläuft bis zu der Stelle, an der die Punktlichtquelle 4 angeordnet ist und setzt sich als Warmluftführung in Form eines Kanals 14 mit konstanten Querschnittsabmessungen bis zu einer Abluftöffnung 15 in einer Gehäuse--

Seitenwand 1.3 fort. Der Ventilator 8 ist im Kanal 14

im Bereich der Abluftöffnung 15, dieser seine Druckseite zukehrend, angeordnet.

Als Punktlichtquelle 4 wird eine Xenon-Kurzbogenlampe ²^ XBO 100 W der Firma bOsram verwendet, die in einem Lampengehäuse 16 eingesetzt ist und aufgrund der sehr geringen Lichtbogenlänge von 1,2 mm in hohem Maße gerichtetes Licht abstrahlt, welches außerdem einen hohen UV-Strahlungsanteil sowie eine stabile Farbtemperatur vom Zündzeitpunkt an aufweist.

Die Sammellinse 5 ist als plankonvexe, in der Masse grau gefärbte und UV-lichtdurchlässige Linse ausgebildet. Sie ist gemeinsam mit dem Infrarot-Schutzfilter 6 in einem auf den Umlenkspiegel 7 gerichteten tubusförmigen

91 OB 521.

Ansatz 17 der Führungswand 12 angeordnet. Der mittels

Halterungsarmen 18 am Gehäuse-Boden 1.2 und an der Gehäuse--Rückwand 1.4 befestigte Umlenkspiegel 7 ist parallel

zur Arbeitsplatte 2 und zur Führungsplatte 3 angeordnet. 5

Die Funktion des erfindungsgemäßen Kontakt-Kopiergerätes

ist wie fölgt:

Zu Beginn eines Belichtungszyklus werden eine Vorlage

19 mit dem zu übertragenden Bild und ein lichtempfindliches Aufnahmematerial 20 mit der Vorlage 19 nach unten auf die Arbeitsplatte 2 aufgelegt. Bei der Vorlage kann es sich um eine Filmvorlage mit einem Leiterbahnbild und bei dem Aufnahmematerial um einen auf das Basismaterial einer Feinleiterplatte aufgetragenen Kopierlack handeln.

Die Vorlage und das Basismaterial mit dem aufgetragenen Kopierlack können auf der Arbeitsplatte beispielsweise mittels eines bekannten Kopierrahmens in der erforderlichen Zuordnung zueinander gehalten werden.

Durch Einschalten der Punktlichtquelle 4 bzw. Öffnen

einer nicht gezeigten Blende bei bereits eingeschalteter Punktlichtquelle 4 wird das Aufnahematerial 20 durch die Vorlage 19 hindurch belichtet und dabei das Vorlagenbild auf das Aufnahmematerial 20 übertragen.

Das von der Punktlichtquelle 4 als im wesentlichen homozentrisches Bündel gerichtet abgestrahlte Licht mit hohem UV-Strahlungsanteil wird beim Durchgang durch die Sammellinse 5 entsprechend deren durch die Linsenwölbung bestimmten Brechkraft nochmals gerichtet und gebündelt und gleichzeitig entsprechend der ebenfalls durch die Linsenwölbung bestimmten, randwärts abnehmenden Graudichte in Richtung Linsenachse in dem Maße abgeschwächt, wie die Beleuchtungsstärke des auf die Arbeitsplatte 2 auftreffenden Lichtes der

Punktlichtquelle 4 ohne Durchgang durch die Sammellinse

91 OB

5 entsprechend dem Einfallswinkel zu den Rändern der Arbeitsplatte 2 hin abnehmen würde. Auf diese Weise wird die gleichmäßige Verteilung des von der Punktlichtquelle 4 abgestrahlten Lichtes, die ohne Verwendung der Sammellinse 5 eine ungleichmäßige Verteilung der Beleuchtungsstärke auf der Arbeitsplatte 2 hervorrufen würde, so verändert, daß sich eine vergleichmäßigte Verteilung der Beleuchtungsstärke auf der Arbeitsplatte 2 und damit eine optimale Schwärzung des Aufnahmematerials 20 ergibt.

¹^ Dabei ist die Wölbung der Sammellinse 5 unter Berücksichtigung des Abstandes zur Punktlichtquelle 4 und zur Arbeitsplatte 2 so zu wählen, daß die dabei sich ergebende Graudichtenverteilung und die sich ebenfalls ergebende Divergenz des austretenden Strahlenbündels so aufeinander

¹^ abgestimmt sind, daß die erwünschte Vergleichmäßigung der Beleuchtungsstärkenverteilung auf der Arbeitsplatte 2 erzielt wird. Wenn die Sammellinse nicht in der Masse graugefärbt ist, kann ihre Wölbung unabhängig von der Graudichtenverteilung bestimmt werden.

Das aus der Sammellinse 5 entsprechend gerichtet und mit entsprechend geänderter Lichtstärkenverteilung austretende Licht wird nach Durchgang durch den Infrarot-Schutzfilter 6, der evtl. vorhandene Infrarot-Strahlungsanteile ausfiltert, vom Umlenkspiegel 7 reflektiert und durch die Führungsplatte 3, die Arbeitsplatte 2 und die Vorlage 19 hindurch auf das Aufnahmematerial 20 geworfen, um dessen Belichtung unter Erzielung einer optimalen Schwärzung und Vermeidung von Unter- bzw. Überstrahlungen zu bewirken und das Vorlagenbild im Maßstab 1:1 detailgetreu zu übertragen.

Im Hinblick darauf, daß jede Lichtquelle bei ausreichender Entfernung vom jeweiligen Betrachtungs- oder Meßpunkt als punktförmig angesehen werden kann, trägt der den

Lichtweg 21 zwischen der Punktlichtquelle 4 und der Arbeitsplatte 2 verlängernde Umlenkspiegel 7 zu dem für die Vermeidung von Unter- und Überstrahlungen verantwortlichen Punktlichteffekt der Punkt 1ichtquel1e 4 sowie zur gleichmäßigeren Beleuchtungsstärkenverteilung auf der Arbeitsplatte bei.

Ebenfalls zur detai1 getreuen Übertragung in natürlicher Größe trägt die Kühlung bei, deren Ventilator die von der Punktlichtquelle 4 erzeugte Warmluft über den Kanal 14 und die Abluftöffnung 15 absaugt. Die durch den dabei entstehenden Unterdruck durch die Ansaugöffnung 10, durch den ersten Kühl 1uftführungs-Abschnitt 9 unter Kühlung der Arbeitsplatte 2 und durch den zweiten Kühlluftführungs-Abschnitt 11 beschleunigt angesaugte Kühlluft dient bei optimaler Strömungsgeschwindigkeit zur Kühlung der Punktlichtquelle 4 und damit auch indirekt der Arbeits· platte

91 06 521.

Claims

Schutzansprüche

Kontakt-Kopiergerät, insbesondere zur Verwendung

in der elektronischen Industrie, mit einer Arbeitsplatte zur Abstützung wenigstens eines Aufnahmematerials

und wenigstens einer Vorlage,

gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale:

a) einer Punktlichtquelle (4) zur Belichtung des Aufnahmematerials (20) und

b) einer im Lichtweg (21) zwischen Punkt 1ichtquel1e (4) und Arbeitsplatte (2) angeordneten graugefärbten Sammellinse (5) mit randwärts abnehmender Graudichte.
2. Kontakt-Kopiergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Punktlichtquelle als Halogen-Glühlampe mit einer Leuchtfeldfläche von maximal etwa 20 mm ,

2
weise etwa 15 mm , ausgebildet ist.

vorzugs-

Postidfesie:
Postfach 26 0132
D-8000 München 26

91 OB

21.

Büroadresse: Steinsdorfstraße 10 D-8000 München 22

Konten fur Amtsgebühren:

Postgiro München. Kto 195 75-803 (BLZ 70010080)

EPAKto 28000206
3. Kontakt-Kopiergerät nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Leuchtfeldfläche Abmessungen von maximal c etwa 2,5 mm &khgr; 5 mm aufweist.
4. Kontakt-Kopiergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punktlichtquelle (4) als Gasentladungslampe mit einem Elektrodenabstand von maximal etwa 30 mm ausgebildet ist.
5. Kontakt-Kopiergerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladungslampe als Metal 1halogenit-Lampe mit einem Elektrodenabstand von maximal etwa 20 mm ausgebildet ist.
6. Kontakt-Kopiergerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch eine Punktlichtquelle (4) mit einem hohen Anteil kurzwelliger Strahlung, insbesondere UV-Strahlung.
7. Kontakt-Kopiergerät nach Anspruch 6, 25

dadurch gekennzeichnet, daß die Punktlichtquelle (4) als Xenon-Lampe ausgebildet ist.
8. Kontakt-Kopiergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Xenon-Lampe (4) einen Elektrodenabstand von maximal etwa 1,5 mm aufweist.
9. Kontakt-Kopiergerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Sammellinse (5) wenigstens eine plankonvexe, in der Masse gefärbte Linse umfaßt.
10. Kontakt-Kopiergerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Sammellinse (5) UV-durchlässig ist.
11. Kontakt-Kopiergerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch eine optische Reflexionseinrichtung (7) zur Verlängerung des Lichtweges (21) zwischen

der Punktlichtquelle (4) und der Arbeitsplatte (2). 15
12. Kontakt-Kopiergerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß die optische Reflexionseinrichtung (7) wenigstens

einen Umlenkspiegel umfaßt.
20
13. Kontakt-Kopiergerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Arbeitsplatte (2) zur Verlängerung des Lichtweges (21) schräggestellt ist.
14. Kontakt-Kopiergerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Arbeitsplatte (2) UV-durchlässig ist.
15. Kontakt-Kopiergerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch einen Infrarot-Schutzfilter (6) im Lichtweg (21) zwischen der Punktlichtquelle

(4) und der Arbeitsplatte (2).
16. Kontakt-Kopiergerät, insbesondere zur Verwendung

in der elektronischen Industrie, mit einer Arbeitsplatte zur Abstützung wenigstens eines Aufnahmematerials und wenigstens einer Vorlage sowie mit einer Lichtquelle zur Belichtung des Aufnahmematerials, insbesondere nach Anspruch 1,

gekennzeichnet durch einen der Lichtquelle (4) zugeordneten Ventilator (8) zum Absaugen der von der Lichtquelle (4) im Betrieb erwärmten Luft und Ansaugen von Kühlluft.
17. Kontakt-Kopiergerät nach Anspruch 16,

° gekennzeichnet durch eine mit einem ersten Abschnitt (9) an der Arbeitsplatte (2) zwecks Kühlung derselben vorbeiführende Kühlluftführung (9, 11) für die Kühlluft.
18. Kontakt-Kopiergerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Abschnitt (9) der Kühlluftführung

(9, U) von der Arbeitsplatte (2) und einer unterhalb

derselben im Abstand angeordneten Führungsplatte

(3) definiert ist.
( 25
19. Kontakt-Kopiergerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,

daß die Führungsplatte (3) lichtdurchlässig, insbesondere UV-durchlässig ist.
30
20. Kontakt-Kopiergerät nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 19,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Kühlluftführung (9, 11) einen sich an ihren ersten Abschnitt (9) anschließenden zweiten Abschnitt

(11) mit sich in Richtung der Punkt 1ichtquel1e (4) verjüngendem Querschnitt umfaßt.