ES2281329T3 - Dispositivo de medida de error de posicion relativa. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de medida de error de posición relativa entre un haz de rayos láser y una pieza, caracterizado por el hecho de que dicha pieza está provista de un orificio circular, que ocupa una posición de referencia con respecto a dicha pieza y por el hecho de que comprende además: unos medios para focalizar el haz de rayos láser en el plano de dicha pieza, - unos medios para tomar una imagen de dicho agujero circular y del haz focalizado en el plano de dicha pieza y - unos medios para calcular las componentes del segmento, que une dicho punto de impacto y el centro de dicho agujero.
Description
Dispositivo de medida de error de posición
relativa.
La presente invención tiene por objeto un
dispositivo de medida de error de posición relativa entre un haz de
rayos láser y una pieza, así como unas aplicaciones de este
dispositivo a la realización de una máquina de exposición de placas
de circuito impreso.
Se sabe que, para la fabricación de circuitos
impresos mediante unos procedimientos clásicos, una de las etapas
consiste en recubrir la capa conductora de la placa de circuito
impreso de una capa de material de reserva y en insolar esta capa
de reserva a través de un cliché, que permite obtener la forma de
las pistas conductoras que se quieren obtener sobre el circuito
impreso. Después de la insolación de esta capa de reserva, se
procede a la eliminación o retirada, de las zonas no insoladas
correspondientes a las porciones de la capa conductora, que se
quiere quitar o eliminar.
Se sabe igualmente que se desarrolla otra
técnica de realización de placas o paneles de circuito impreso, en
la cual la capa de reserva se impresiona localmente mediante el
impacto de un haz de rayos láser. La posición del impacto del haz
de rayos láser sobre la placa se manda, la mayoría de las veces,
por un conjunto de barrido o exploración, que comporta un espejo
poligonal rotativo combinado a un dispositivo de interrupción
mandada del haz de rayos láser, que, la mayoría de las veces, está
constituido por un modulador acusto-óptico.
Otras técnicas, que utilizan igualmente un haz
de rayos láser, consisten, sea en realizar directamente la ablación
de la capa de reserva con la ayuda de un haz de rayos láser, sea en
no utilizar una capa de reserva y en realizar directamente la
ablación de la capa conductora con un haz de rayos láser.
Desde luego, al ser muy importante el número de
puntos de impacto de haces de rayos láser para realizar con la
precisión requerida una placa o panel de circuito impreso de gran
dimensión, es interesante poder dividir la superficie de la placa
de circuito impreso en un cierto número de zonas y de barrer o
explorar simultáneamente cada una de estas zonas con la ayuda, de
un haz de rayos láser.
En el caso de las máquinas que permiten realizar
esta operación y que se llamarán ulteriormente máquinas de
exposición, se plantean dos problemas principales de
posicionamiento relativo. De una parte, es necesario calibrar con
precisión la posición del haz de rayos láser o de cada haz de rayos
láser con respecto al bastidor o armazón de la máquina de
exposición y, de otra parte, es necesario posicionar con una gran
precisión sobre el bastidor de la máquina la placa o panel de
circuito impreso destinada a ser insolada mediante haz de rayos
láser.
En lo que concierne a la calibración del haz de
rayos láser, se comprende que en esta máquina éste es dirigido
hacia la placa de circuito impreso a través de un bloque óptico,
que comporta un gran número de componentes ópticos. Además, el
barrido o exploración de la placa de circuito impreso se consigue,
la mayoría de las veces, con la ayuda de un espejo poligonal
rotativo, cuya rotación de cada cara define en parte una longitud
de barrido. Por otro lado, el diseño, que debe ser realizado con la
ayuda del haz de rayos láser, se define a partir de informaciones
memorizadas, que dan para cada punto de la placa o panel sea una
información de impacto, sea una información de ausencia de
impacto.
Se comprende que a la vista de todos estos
elementos, cualquiera que sea la precisión de las regulaciones
iniciales de estos diferentes componentes, es necesario antes de
cada utilización de la máquina verificar la posición real del
impacto de un haz de rayos láser con respecto al bastidor o armazón
de la máquina.
En lo que se refiere al posicionamiento de la
placa o panel con respecto al bastidor de la máquina, se comprende
que éste se debe realizar igualmente con una precisión muy grande,
especialmente en el caso en que las placas de circuito impreso se
destinen a formar los elementos constitutivos de circuito impreso
multicapas. Se recuerda que el posicionamiento de las placas de
circuito impreso con respecto al bastidor o armazón de la máquina
se consigue, la mayoría de las veces, con la ayuda de orificios
circulares realizados en ciertos puntos de la placa definidos con
precisión.
Un objeto de la presente invención es proveer un
dispositivo de medida de error de posición relativa entre un haz de
rayos láser y una pieza, que puede ser, por ejemplo, el bastidor de
una máquina de exposición o una placa de circuito impreso, que
permite, de manera simple, obtener una determinación de error con
una precisión muy grande.
Para lograr este objetivo según la invención, el
dispositivo de medida de error de posición relativa entre un haz de
rayos láser y una pieza se caracteriza por el hecho de que dicha
pieza está provista de un orificio circular, que ocupa una posición
de referencia con respecto a dicha pieza y por el hecho de que
comprende además:
- -
- Unos medios para focalizar el haz de rayos láser en el plano de dicha pieza,
- -
- unos medios para tomar una imagen de dicho agujero circular y del haz localizado en el plano de dicha pieza; y
\newpage
- -
- unos medios para calcular los componentes del segmento, que junta o une dicho punto de impacto y el centro de dicho agujero.
Se comprende que, gracias a la invención, se
consigue efectivamente una determinación muy exacta del error
especialmente por el hecho de que el posicionamiento de los medios
de toma de imagen, por ejemplo una cámara, no tiene necesidad de
realizarse con precisión puesto que es suficiente con que permitan
obtener simultáneamente la imagen de la periferia del agujero
circular y la imagen del impacto del haz de rayos láser.
Otro objeto de la invención es proveer una
aplicación del dispositivo definido más arriba a la realización de
una máquina de exposición de placas de circuito impreso para
realizar el posicionamiento de la placa de circuito impreso con
respecto al bastidor o armazón de la máquina.
Esta aplicación se caracteriza por el hecho de
que dicha maquina comprende además:
- -
- unos medios para focalizar dicho haz de rayos láser sucesivamente en dos puntos del bastidor correspondiente, que deberían ser ocupados por los centros de los dos agujeros circulares,
- -
- unos medios mediante cámara para tomar una imagen de los dos orificios y de los puntos de impacto de haz de rayos láser,
- -
- unos medios para calcular a partir de cada una de dichas imágenes los componentes del segmento, que une el centro del circulo al punto de impacto del haz, por lo que se logran dos conjuntos de informaciones de error de posición de la placa o panel,
- -
- unos medios para desplazar dicha placa con respecto al bastidor, al menos, en rotación, y unos medios para mandar los medios de desplazamiento y los medios de focalización del haz de rayos láser en función de los dos conjuntos de informaciones de error de posición de la placa o panel.
Se comprende que en este caso la referencia está
constituida por el punto del haz de rayos láser y que el elemento,
del cual se quiere corregir el error de posición, es la placa, o
panel con sus dos orificios de posicionamiento.
Otro objeto de la invención es aplicar el
dispositivo de detección definido más arriba a la calibración del
haz de rayos láser de una máquina de exposición de placas de
circuito impreso. Esta aplicación se caracteriza por el hecho de que
comprende además:
- -
- al menos una pieza solidaria de dicho bastidor, comportando dicha pieza, al menos, un agujero circular, cuyo centro constituye un punto de referencia del bastidor,
- -
- unos medios para mandar los medios de deflexión de haz mediante una información de posición correspondiente a la posición del centro de dicho círculo,
- -
- unos medios mediante cámara para tomar una imagen de dicho agujero circular y del punto de impacto efectivo del haz de rayos láser en dicho agujero,
- -
- unos medios para calcular los componentes del segmento, que une el centro de dicho agujero al punto de impacto del haz de rayos láser, y unos medios para transmitir a los medios de mando unos medios de deflexión de dichos componentes.
Se comprende que, en este caso, la referencia de
posición esta constituida por la pieza provista del orificio
circular y el elemento del cual se debe determinar el error de
posición, es el punto de impacto del haz de rayos láser.
Otras características y ventajas de la invención
se evidenciarán mejor con la lectura de la subsiguiente descripción
de varios modos de realización de la invención dados a título de
ejemplos no limitativos. La descripción se refiere a las figuras
anexas, en las cuales:
- La figura 1A es una vista en proyección de un
dispositivo de medida de error relativo;
- La figura 1B es una vista desde arriba parcial
del dispositivo de medida de error relativo;
- La figura 2 es una vista simplificada de una
máquina de exposición de placas o paneles de circuito impreso, que
comporta un dispositivo de posicionamiento de la placa de circuito
impreso según la invención;
- La figura 3 es una vista simplificada de una
máquina de exposición de placas o paneles de circuito impreso
equipada con un dispositivo de calibración del haz de rayos láser
de la máquina; y
- La figura 4 es una vista esquemática de una
máquina de exposición de placas de circuito impreso a varios haces
de rayos láser.
Refiriéndose en primer lugar, a las figuras 1A y
1B, se va a describir el dispositivo de detección y de media de
error de posicionamiento relativo de un haz de rayos láser y de una
pieza. En estas figuras se han representado una pieza 10 y un
sistema óptico 12 para emitir un haz de rayos láser 14 hacia la
pieza 10.
La pieza 10 está provista de un orificio
circular, 16 de centro O, estando unido el orificio 16 a esta pieza
10, y constituyendo la referencia de posición. El dispositivo de
detección comporta asimismo una cámara 17 dispuesta del otro lado
de la pieza 10 con respecto al haz de rayos láser 14 y capaz de
tomar una imagen de la periferia del agujero 16 y del haz de rayos
láser 14. A partir de esta imagen, un circuito de cálculo 18
asociado a la cámara permite calcular las componentes según las
direcciones ortogonales X e Y del segmento, que une o junta el
centro O del círculo y el punto de impacto A y, por consiguiente,
determinar completamente el error de posicionamiento relativo.
Como ya se ha expuesto, este dispositivo permite
detectar y medir dos tipos de error de posicionamiento absoluto
según que el haz de rayos láser constituya la referencia de
posición y que la pieza 10 sea movible o que la pieza 10 constituya
la referencia de posición mediante su orificio circular 16,
estando, en tal caso, el haz de rayos láser 14 afectado de un error
eventual de posición.
Por supuesto, es necesario que la cámara 17 sea
capaz de detectar el haz de rayos láser. Se podrá escoger una
cámara CCD provista de objetivos adaptados a las longitudes de onda
del haz de rayos láser.
En la figura 2 se ha representado la utilización
del dispositivo de las figuras 1A y 1B para la calibración del haz
de rayos láser con respecto al bastidor de una instalación de
exposición. Se ha representado un bloque óptico 30, que dirige un
haz de rayos láser 32 hacia una pieza 34 solidaria del bastidor 36
de la máquina. La pieza 34 está constituida, por ejemplo, por una
regleta solidaria del bastidor 36 y realizada a base de un material
de una gran estabilidad, tal como de acero al níquel. La regleta 34
está equipada o provista de, al menos, dos orificios circulares 38
y 40 de diámetro perfectamente definido. Así pues, los orificios 38
y 40 constituyen unas referencias de posición del bastidor 36. El
bloque óptico 30 está asociado a un conjunto de mando 42 para
controlar el punto de impacto del haz de rayos láser.
Para efectuar la calibración del haz de rayos
láser se envían, con ayuda del circuito de mando 42, hacia el
bloque óptico 30 unas instrucciones de posicionamiento del haz de
rayos láser correspondiente a la posición exacta del agujero 34.
Con la ayuda de una cámara 44 se procede a la toma de imagen del
agujero 38 y del haz 32. El circuito 46 asociado a la cámara 44
calcula los errores de posición como queda indicado anteriormente.
Por el hecho de que el haz de rayos láser se posiciona en parte con
la ayuda de instrucciones memorizadas en sus circuitos de mando, el
cálculo de error podría utilizarse para corregir las instrucciones
de mando de posicionamiento del haz de rayos láser.
Al deberse desplazar mediante barrido o
exploración el haz de rayos láser sobre una cierta distancia con
respecto al bastidor, se puede repetir ventajosamente la operación
en relación con un segundo agujero de referencia 40 practicado en
la regleta 34 y mandando la posición del haz de rayos láser con
unas instrucciones correspondientes a la posición de este último
agujero 40. Esta determinación de error se puede realizar para
varios orificios dispuestos en la regleta 34. Estas diferentes
medidas de error para diferentes posiciones localizadas mediante la
regleta permiten calcular un polinomio de corrección de errores que
permitirá corregir las instrucciones de barrido o exploración
mediante el haz para cada posición de barrido o exploración.
Refiriéndose ahora a la figura 3, se va a
describir una aplicación del dispositivo de detección de errores
relativos al posicionamiento de una placa de circuito impreso 50 en
una máquina de insolación mediante haz de rayos láser. En esta
figura se ha representado un bastidor 52 de la máquina, sobre el
cual se coloca la placa o panel 50. Esta placa 50 está provista de
dos orificios de posicionamiento 54 y 56. En esta figura se ha
representado igualmente un bloque óptico 58, el cual manda el punto
de impacto de un haz de rayos láser 60 en respuesta a las
instrucciones transmitidas por un circuito de mando 62.
Para realizar el posicionamiento de la placa o
panel 50 con respecto al bastidor 52, se manda el bloque óptico 58
de tal manera que el haz se focalice en un punto del bastidor
correspondiente exactamente a la posición que debería ocupar el
centro del orificio de posicionamiento 54. Con la ayuda de la
cámara 63 se toma una imagen de la periferia del orificio 54 y del
impacto del haz de rayos láser 60 y se calculan las coordenadas de
este error en el circuito de cálculo 64. Para finalizar la
operación de posicionamiento el bloque óptico 58 se manda para que
un haz de rayos láser 60' tenga un punto de impacto, que corresponde
exactamente a la posición teórica del centro del segundo orificio
de posicionamiento 56 de la placa o panel de circuito impreso. Con
la ayuda de una segunda cámara 65 se toma una segunda imagen
correspondiente al orificio 56 y se transmite este segundo error de
posición al circuito de cálculo 64. Estos dos errores de posición
permiten determinar errores de posición de placa o panel según dos
direcciones ortogonales X e Y y en rotación. El error en rotación
puede ser medido mediante el ángulo entre la recta, que une los
centros de los orificios 54 y 56 y la recta, que une los dos puntos
de impacto de los haces de rayos láser. El error de posición en
rotación se transmite al circuito de mando 66 de actuadores 68, que
permiten corregir este error. Los errores de posición en X e Y se
dirigen directamente a los circuitos de mando 62 del bloque óptico
58.
En la figura 4 se ha representado el caso de una
máquina de exposición 70, que comporta varios haces de rayos láser
72_{1}, 72_{2}, 72_{3}, 72_{4} producidos, sin embargo, por
bloques ópticos 72_{1}, 72_{2}, 72_{3}, 72_{4}, estando
mandado cada bloque óptico por un circuito 76. Para la calibración
de los haces de rayos láser el bastidor 78 de la máquina está
equipado con una regla de acero al níquel 80, la cual comporta
tantas series S_{1}, S_{2}, S_{3}, S_{4} de agujeros 82 de
calibración como hay de haces de rayos láser a calibrar. Los
orificios de una serie están respectivamente dispuestos enfrente de
las zonas Z_{1}, Z_{2}, Z_{3} y Z_{4}, que debe barrer o
explorar; cada serie comporta, por ejemplo, 20 orificios.
Con la ayuda de una cámara móvil 84 se toman
sucesivamente para cada agujero 82 de cada serie de agujeros, las
imágenes de los orificios y del haz de rayos láser y cada serie de
orificios. En tal caso el circuito de cálculo 86 elabora, para cada
haz de rayos láser, un polinomio de corrección, que se transmite a
los circuitos de mando 76 de los bloques ópticos.
Claims (6)
1. Dispositivo de medida de error de posición
relativa entre un haz de rayos láser y una pieza,
caracterizado por el hecho de que dicha pieza está provista
de un orificio circular, que ocupa una posición de referencia con
respecto a dicha pieza y por el hecho de que comprende además: unos
medios para focalizar el haz de rayos láser en el plano de dicha
pieza,
- -
- unos medios para tomar una imagen de dicho agujero circular y del haz focalizado en el plano de dicha pieza y
- -
- unos medios para calcular las componentes del segmento, que une dicho punto de impacto y el centro de dicho agujero.
2. Aplicación del dispositivo según la
reivindicación 1 a la realización de una máquina de exposición de
placas o paneles de circuito impreso, que comprende:
- -
- un bastidor fijo apto para recibir una placa de circuito impreso, estando provista dicha placa de, al menos, dos orificios circulares de posicionamiento,
- -
- al menos un rayo láser asociado a unos medios ópticos para focalizar el haz de rayos láser en un punto cualquiera del circuito impreso,
caracterizada por el hecho de que dicha
máquina comprende, además:
- -
- unos medios para focalizar dicho haz de rayos láser sucesivamente en dos puntos del bastidor correspondiente, que deberían estar ocupados por los centros de los dos agujeros circulares,
- -
- unos medios mediante cámara para tomar una imagen de los dos orificios y de los dos puntos de impacto de los haces de rayos láser,
- -
- unos medios para calcular a partir de cada una de dichas imágenes las componentes del segmento, que une el centro del círculo al punto de impacto del haz de rayos por lo que se obtienen dos conjuntos de informaciones de error de posición de la placa o panel,
- -
- unos medios para desplazar dicha placa con respecto al bastidor, al menos, en rotación, y unos medios para mandar los medios de desplazamiento y los medios de focalización del haz de rayos láser en función de los dos conjuntos de informaciones de error de posición de la placa o panel.
3. Aplicación según la reivindicación 2,
caracterizada por el hecho de que los medios de cálculo
determinan el ángulo entre los segmentos que unen los dos puntos de
impacto de los haces de rayos láser y los dos centros de los
orificios, lo que da una información de error de posición en
rotación del centro de un segundo orificio con respecto al centro
del primero, y las componentes según dos direcciones ortogonales
del bastidor de error de posición del centro del primer orificio, y
por el hecho de que los medios de mando comprenden:
- -
- unos medios para mandar los medios de desplazamiento en rotación en función del error en rotación calculada, y
- -
- unos medios pare transmitir a los medios de focalización de dichos haces de rayos láser dichas componentes.
4. Aplicación del dispositivo según la
reivindicación 1 a la realización de una máquina de exposición de
placas o paneles de circuito impreso, que comprende:
- -
- un bastidor fijo para recibir dicha placa o panel,
- -
- una fuente de rayos láser para producir, al menos, un haz de rayos láser y unos medios de mando de deflexión del haz de rayos láser, caracterizándose dicha máquina por el hecho de que comprende, además:
- -
- al menos una pieza solidaria de dicho bastidor, comportando dicha pieza, al menos, un orificio circular, cuyo centro constituye un punto de referencia del bastidor,
- -
- unos medios para mandar los medios de deflexión del haz mediante unas informaciones de posición correspondientes a la posición del centro de dicho círculo,
- -
- unos medios mediante cámara para tomar una imagen de dicho orificio circular y del punto de impacto efectivo del haz de rayos láser dentro de dicho orificio,
- -
- unos medios para calcular las componentes del segmento, que une el centro de dicho orificio al punto de impacto del haz de rayos láser, y
- -
- unos medios para transmitir a los medios de mando de los medios de deflexión dichas componentes.
5. Aplicación según la reivindicación 4,
caracterizada por el hecho de que:
dicha pieza comporta una serie de orificios
circulares, cuyos centros definen una serie de posición de
referencia del bastidor, por el hecho de que Ion medios de mando
comportan unos medios para mandar sucesivamente los medios de
deflexión del haz de rayos láser mediante una serie de
informaciones de posición correspondiente a las posiciones de los
centros de la serie de orificios,
por el hecho de que los medios mediante cámara
toman sucesivamente una serie de imágenes para cada orificio,
por el hecho de que los medios de cálculo
determinan dichas componentes para cada imagen de la serie de
imágenes y elaboran una función polinómica de corrección de
posición del haz de rayos láser a partir de dicha serie de
componentes en función de la posición de los centros de la serie de
orificios; y por el hecho de que los medios de transmisión
transmiten dicha función polinómica de corrección a dichos medios
de mando de los medios de deflexión.
6. Aplicación según la reivindicación 5,
caracterizada por el hecho de que dicha máquina
comprende:
- -
- unos medios para producir una pluralidad de haces de rayos láser, y
- -
- una pluralidad de medios de deflexión, estando asociado cada medio de deflexión a un haz de rayos láser; estando asociado cada medio de deflexión a un medio de mando para que cada haz de rayos láser barra o explore una porción de dicha placa o panel de circuito impreso,
por el hecho de que dicha pieza comporta una
pluralidad de series de orificios, correspondiendo cada serie de
orificios a la porción de circuito impreso barrido o explorado por
dicho haz de rayos láser, y por el hecho de que dichos medios de
cálculo determinan una función polinómica de corrección de posición
para cada serie de imágenes asociada a una serie de orificios.
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