CN100397964C - 在多层印刷电路板制造工艺中使用的定位装置及其使用方法 - Google Patents

在多层印刷电路板制造工艺中使用的定位装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

X射线照射装置(1)发射X射线到基板标记(7)上，并把基板标记(7)的图像投影在荧光屏(3)上，荧光屏(3)的荧光面(39)可见地显示能被CCD照相机(2)捕获的基板标记(7)图像。CCD照相机(2)对重叠在一起的基板标记(7)和描绘在光掩膜(4)上的掩膜标记(5)进行照相。使用曝光工作台(8)校准基板(6)和光掩膜(4)，以便使基板标记(7)和掩膜标记(5)吻合。

Description

在多层印刷电路板制造工艺中使用的定位装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及用于在多层印刷电路板制造工艺中调整位置的装置和方法。
背景技术
由于电气产品变得更轻、更薄、更短、更小和功能更多，这在蜂窝电话表现得很明显，因此，在这些电气产品中使用的印刷电路板也变得更精确。多层印刷电路板已经朝着这种趋势得到发展，该电路板用所谓的构造方法制造。多层印刷电路板具有核心基板，在核心基板的背面和前面上交替形成、并层叠树脂绝缘层和由铜等制成的导电图案。这些层通过用经过铜电镀的、称为通路孔的孔来导电。导电图案使用校准仪通过光刻法来形成，该校准仪包括其上描绘有初始图案的光掩膜。
当构造这些层时，关键在于调整这些层的位置。新构造层上的新图案必须在相对于已形成的老层上的老图案的某个位置上准确形成。为完成新老图案之间的校准，可利用描绘在薄膜掩膜上的校准标记和在电路板上形成的基板标记。
而且，通路孔的位置必须相对于在更低层上形成的不可见图案而准确确定。
然而，核心基板上的校准标记是不可见的，这是因为在图案形成之前该层被铜箔覆盖。
在现有技术中，在用铜箔涂敷核心基板的整个表面之前，核心基板上的将形成有校准标记的部分被掩蔽，以便避免铜箔覆盖此部分。另一种方法是在此部分上蚀刻铜箔。然而，这两种方法都是易出故障的处理方法，并且它们有时是提高工艺效率的瓶颈。
而且，经常使用在基板中形成的孔标记来取代校准标记。然而，此方法需要棘手的处理，以防止用于形成绝缘层的树脂进入到孔中，或者在形成绝缘层时以除去粘附在孔中的树脂。
发明内容
本发明提供一种在多层印刷电路板制造工艺中用于调整多层印刷电路板和目标物之间的位置的设备，该多层印刷电路板包括多个绝缘层和具有导电图案的多个导电层，其中，该设备包括：在所述多层印刷电路板的至少一个所述层上形成的能被X射线成象的基板标记；用于照射X射线到包含所述基板标记的区域上的装置；能把X射线转变成可见光、紫外线或红外线中的一种的投影屏，用于把由X射线照射的所述基板标记投影在投影屏上；在所述目标物上可视地形成的调整标记，图像识别装置，用于识别所述调整标记和投影在投影屏上的所述基板标记，基于所述调整标记和在所述投影屏上投影的所述基板标记用于移动所述多层印刷电路板和所述目标物中的至少一个以便调整所述板和所述目标物之间的相对位置的装置。
本发明还提供一种用于制造多层印刷电路板的设备，该多层印刷电路板包括基板、多个绝缘层和多个具有导电图案的导电层，其中，该设备包括：面向所述基板一侧的光掩膜光掩膜具有用于在基板上形成所述导电图案的图案；在所述多层印刷电路板的至少一个所述层上形成的能被X射线成象的基板标记；在所述光掩膜上形成的掩膜标记；用于照射X射线到包括所述基板标记的区域上的装置；能把X射线转变成可见光、紫外线或红外线中的一种的投影屏，用于把由X射线照射的所述基板标记投影在投影屏上；用于识别光掩膜的所述掩膜标记和投影在投影屏上的所述基板标记的图像识别装置；基于所述掩膜标记和投影在所述投影屏上的所述基板标记，用于移动所述基板和所述光掩膜中的至少一个以便调整所述基板和所述光掩膜之间的相对位置的装置；用于把所述光掩膜的所述图案照射到所述基板上的投影光源。
本发明还提供一种在多层印刷电路板制造工艺中使用的用于在印刷电路板的多层中钻孔的设备，该多层印刷电路板包括多个绝缘层和多个具有导电图案的导电层，其中该设备包括：在所述多层印刷电路板的至少一个所述层上形成的能被X射线成象的基板标记；用于照射X射线到包含所述基板标记的区域上的装置；能把X射线转变成可见光、紫外线或红外线中的一种的投影屏，用于把由X射线照射的所述基板标记投影在投影屏上；基于投影在所述投影屏上的所述基板标记，用于移动所述多层印刷电路板和钻孔设备的激光投影点中的至少一个以便设定所述激光投影点的装置。
本发明还提供一种在多个层叠的印刷电路板制造工艺中使用的用于在所述多个层叠的印刷电路板中钻孔的设备，其中该设备包括：在所述多个层叠的印刷电路板中的至少一个层叠的印刷电路板上形成的能被X射线成象的基板标记；用于照射X射线到包含所述基板标记的区域上的装置；能把X射线转变成可见光、紫外线或红外线中的一种的投影屏，用于把由X射线照射的所述基板标记投影在投影屏上；基于投影在所述投影屏上的所述基板标记，用于移动所述层叠的印刷电路板和钻孔设备的钻孔点中的至少一个以便设定所述钻孔点的装置。
本发明还提供一种在多层印刷电路板制造工艺中使用的用于调整多层印刷电路板的位置的方法，该多层印刷电路板包括多个绝缘层和多个具有导电图案的导电层，所述制造多层印刷电路板的工艺包括以下步骤：用校准仪形成导电图案；在校准仪的光掩膜上形成用于位置调整的掩膜标记，其中该方法包括步骤：在所述多层印刷电路板的至少一个所述层上形成能被X射线成象的基板标记；在包含所述基板标记的区域上照射X射线，并把所述基板标记投影在能把X射线转变成可见光、紫外线或红外线中的一种的投影屏上；通过用于位置调整的所述掩膜标记和投影在所述投影屏上的所述基板标记，调整所述多层印刷电路板和所述光掩膜的位置。
相应地，即使基板上的标记被铜箔等覆盖且是不可见的，该标记也能在投影屏上被X射线照射成象。然后，基板的位置通过该标记被检测到，并且用目标物容易且精确地调整此位置。
优选投影屏能把X射线转变成可见光，但它也可把X射线转变成紫外线或红外线。投影屏的优选实施例为荧光屏，其中包括X射线可穿透的板和通过涂荧光材料等在板上形成的荧光面。标记的图像在荧光面上遮蔽。
目标物一般为图案掩膜，并且可为用于形成通路孔的激光处理器或其它孔制作装置。本发明的位置调整一般应用于调整校准仪中的掩膜和基板之间的位置，并可应用于在激光处理器中形成通路孔。
本发明可简化为校准仪的实践。校准仪包括具有将在基板上形成的导电图案的光掩膜。光掩膜描绘有掩膜标记且面向基板。基于掩膜标记和在投影屏上成象的所述标记，光掩膜和基板之间的定位可借助移动基板和/或光掩膜的移动机构来进行。在定位后，光源把光掩膜的图案曝光在基板上。
诸如CCD照相机的图像处理装置可用于识别互相重叠的基板标记和掩膜标记。照相机不必是可接受X射线的，因为投影在投影屏上的基板标记已转变成用自然光可见的、或可用紫外线或红外线识别的。
在优选实施例中，X射线照射装置位于基板面向薄膜掩膜侧的另一侧。投影屏设置在光掩膜和基板之间并且从此位置是可脱离的以便不影响光源的曝光。
投影屏可安装在掩膜的掩膜标记位置上。在此情形中，掩膜图像和被X射线投影的图像是接近的，这使得检测标记的重叠更准确。安装在掩膜上的投影屏不能从此位置移开。然而，当对图案曝光采用负抗蚀剂时，投影屏不会被曝光。接着，通过显影除去光刻胶膜，在对应于投影屏的区域附近的铜箔将被蚀刻。这是在下述工艺中进行校准的优点。
所述定位可在用于形成通路孔的激光处理装置中使用。通过定位，在更低层上的图案的位置可被识别，且可形成准确定位的通路孔。
而且，该定位可在用于钻孔的钻孔装置中使用，以便形成高度准确定位的孔。
附图说明
图1是校准仪的示意图；
图2是荧光面39上图像的说明图；
图3是另一实施例的校准仪的示意图；
图4是投影校准仪的示意图；
图5是激光处理器的示意图；
图6是钻孔装置的示意图；
图7是层叠印刷电路板26的俯视图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明进行描述。
图1示出校准仪的实施例。曝光工作台8装备有移动机构80，工作台8在XYZ方向上是可移动的并且在θ方向是可旋转的，从而使放置在工作台8上的基板6可以移动以调整相对于光掩膜4的位置。光掩膜4也适于移动以取代基板6的移动，或者光掩膜4和基板6都可以移动。图1仅示出校准仪的左半部分，其右半部分也有相同的结构。结构的数量可任选地增加。
图1所示的状态为：构造绝缘层61在基板6的核心基板60上形成；构造铜箔62在构造绝缘层61上形成；随后光刻胶层63在构造铜箔62上形成；光刻胶层63将在光掩膜4的电路图案下曝光。层的数量是可选的，并且在核心基板60的背面上也可形成多个层。
曝光光源L发射曝光光线到光掩膜4的图案上，通过光蚀刻在构造铜箔62上形成电路图案。构造铜箔62变为导电层。重复相同的处理，可构造多层印刷电路板。所层叠的层通过通路孔(图中未示出)在相互之间是导通的。
核心基板60在其端部配有由铜箔制成的用作校准标记的基板标记7。掩膜标记5描绘在光掩膜4的端部上，共同使用掩膜标记5和基板标记7，通过使掩膜标记5和基板标记7的位置吻合而调整光掩膜4和基板6。
在曝光工作台8对应基板标记7的部分上制作X射线孔11。X射线照射装置1设置在X射线孔11的下面，并且在基板6的另一侧布置作为投影屏的荧光屏3。X射线照射装置1对着基板6上的基板标记7附近照射X射线，X射线穿透基板6的层，在荧光屏3上投影基板标记7的图像。
在光掩膜4相对于荧光屏3的另一侧设置CCD照相机2，该相机通过光掩膜4拍摄投影在荧光屏3上的基板标记7的形状。同时拍摄描绘在光掩膜4上的掩膜标记5的图像。
图2为图1中A-A方向的视图，示出投影在荧光屏3的荧光面39上的基板标记7和光掩膜4上的掩膜标记5重叠在一起。CCD照相机2拍摄此图像并将其信号传送至位置调整装置10。
操作者控制位置调整装置10，一边观察图2所示图像，一边通过移动机构80移动曝光工作台8来调整基板6的位置，以使基板标记7移动，例如移到掩膜标记5的中心。通过此操作实现基板6和光掩膜4的定位。由于对于任何层的定位都是基于基板标记7进行的，因此这些层会精确定位而不会产生误差和累积误差。
使用位置调整装置10进行定位的操作可以是自动的，也可以是由操作者观看图像而人工进行的。
荧光屏3由X射线可穿透的材料如树脂制成，在荧光屏3上用荧光漆形成荧光面39，荧光屏3设置得使其基板那一侧面向X射线照射装置1，基板标记7的图像投影在荧光面39上。荧光面39上的图像可从光掩膜4那一侧看见。从X射线照射装置1照射的X射线穿透基板6，并把基板标记7的形状投影到荧光面39上，在此X射线转变成可见光，使基板标记7成为可见的光与影的图像。由于从荧光面39发出的可见光在光掩膜4中的衰减比X射线小得多，因此CCD照相机2可捕获更清晰的图像。
投影屏可使用其它的能把X射线转变成其它光线如紫外线、红外线等的材料，以取代转变成可见光的荧光屏3。
通过移动机构30可使荧光屏3在光掩膜4和基板6之间来回移动，因为荧光屏3会干扰从曝光光源L发射出的曝光光线。
控制器9控制曝光光源L、CCD照相机2、移动机构30、X射线照射装置1、位置调整装置10及其它装置部件。
CCD照相机2装有环形光源25，以进行可见光定位。
对上述装置的操作如下所述。
在把光掩膜4的图案曝光到基板6上之前，控制X射线照射装置1发射X射线，把基板标记7投影到荧光屏3上。荧光屏3上的基板标记7图像透过光掩膜4与掩膜标记5一起被拍摄，然后位置调整装置10控制移动机构80来调整基板6的位置，以便使基板标记7和掩膜标记5吻合。
在进行调整后，荧光屏3和CCD照相机2从初始位置移动到预定的隐藏位置，曝光工作台8向光掩膜4移动使光掩膜4接近基板6。然后控制曝光光源L照射曝光光线，把描绘在光掩膜4上的图案曝光到光刻胶层63上。
重复进行所述操作，形成多个层。本发明的上述定位实现对光掩膜4和基板6位置的准确调整，相应地完成精确曝光。
尽管在上述实施例中只有基板6移动，但也可仅移动光掩膜4，或者光掩膜4和基板6都可移动。
而且，尽管在实施例中基板标记7设置在核心基板60上，它也可设置在任何其它层上，也可在不同的层上分别设置多个基板标记7。
此定位方法可应用于形成通路孔的工艺中。
图3示出另一实施例，其中，荧光屏3粘附到光掩膜4面向X射线照射装置1的下侧。荧光屏3覆盖掩膜标记5。由于荧光屏3上的基板标记7图像和掩膜标记5的图像几乎在同一水平面上，因此可由CCD照相机2显影出检测准确度的图像。图3中其它部件与图1中的相同。
为了保持准确曝光，优选纠正X射线照射装置1的位置以消除视差，如下所述。
移动荧光屏3，然后设置光掩膜4并把核心基板60放置在曝光工作台8上。打开环形光源25，一边观察CCD照相机2捕获的图像一边沿X、Y方向移动曝光工作台8，调整掩膜标记5和基板标记7的位置，使两者如图2所示那样相互重叠。
然后，在曝光工作台8向下移动以使光掩膜4和核心基板60的间隙更大之后，设置荧光屏3以使X射线照射装置1的视差显得更大。X射线照射装置1发射X射线，通过移动X射线照射装置1而不是移动曝光工作台8，调整投影在荧光屏3上的基板标记7与掩膜标记5的位置。由于掩膜标记5和基板标记7已调整在相互吻合的位置上，因此当消除X射线照射装置1的视差时，投影的基板标记7与掩膜标记5必须变得吻合。从而，可通过移动X射线照射装置1直到投影的基板标记7与掩膜标记5达到吻合位置从而纠正X射线照射装置1的位置。
对于图3的实施例，其中，荧光屏3粘附在下侧且是不可移动的，第二掩膜标记接近描绘在光掩膜4上的掩膜标记5，并且第二基板标记也在基板标记7附近形成。一边观察CCD照相机2捕获的图像一边沿X、Y方向移动曝光工作台8，调整第二掩膜标记和第二基板标记的位置，使两者如图2所示那样相互重叠。
然后，曝光工作台8也向下移动，X射线照射装置1发射X射线，通过移动X射线照射装置1而不是移动曝光工作台8，调整投影在荧光屏3上的基板标记7与掩膜标记5的位置，直到基板标记7和掩膜标记5达到吻合位置为止。
图4示出投影校准仪的实施例，其中，光掩膜4上的掩膜标记5通过投影透镜20经半穹顶镜21投影在荧光屏3上。由X射线照射装置1投影在荧光屏3上的基板标记7和掩膜标记5一起被CCD照相机2、半穹顶镜(pericle half mirror)21和反射镜22成像。
CCD照相机2、荧光屏3、半穹顶镜21和反射镜22集成在一个部件内，以便可被移动机构30整体移动。荧光屏3可独立于该部件。
在图中仅示出校准仪的一侧，在其另一侧上安装有相同的结构。结构的数量可任选地增加。
本发明可应用于如图5所示的激光处理器中，以在电路板上用激光束制作通路孔。激光孔制作装置工作台15形成有X射线孔16，X射线照射装置1设置在工作台15之下，通过移动机构80的移动可使工作台15在X、Y、Z、θ方向上移动。X射线照射装置1照射X射线到在基板6的核心基板60上形成的基板标记7上，基板6放置在工作台15上，X射线照射装置1把基板标记7的图像投影到荧光屏3上。由CCD照相机2捕获的基板标记7图像用于定位基板6。在定位之后，用激光束17在绝缘层65和铜箔66上形成通路孔67。荧光屏3由荧光屏支架35支撑。
使用此实施例，可形成准确的通路孔67。
图6示出本发明在层叠印刷电路板制造工艺中使用的用于钻基准孔和通孔的钻孔装置。
孔制作装置工作台29形成有X射线孔16，X射线照射装置1设置在工作台29下方，通过移动机构80的移动，工作台29在X、Y、X、θ方向是可移动的。由荧光屏支架35支撑的荧光屏3和CCD照相机2一起是可移动的。X射线照射装置1照射到在层叠印刷电路板26的核心基板60上形成的基板标记7上，层叠印刷电路板26放置在激光孔制作装置工作台15上，X射线照射装置1把基板标记7的图像投影到荧光屏3上。由CCD照相机2捕获的基板标记7图像用于对层叠印刷电路板26定位，随后用钻头31对层叠印刷电路板26钻孔，以制作基准孔27或通孔27。
使用此实施例，可形成准确的基准孔27通孔27。
符号说明
1.  X射线照射装置1
2.  CCD照相机2
3.  荧光屏3
4.  光掩膜4
5.  掩膜标记5
6.  基板6
7.  基板标记7
8.  曝光工作台8
9.  控制器9
10. 位置调整装置10
11. X射线孔11
15. 激光孔制作装置工作台15
16. X射线孔16
17. 激光束17
20. 投影透镜20
21. 半穹顶镜21
22. 反射镜22
25. 环形光源25
26. 层叠印刷电路板26
27. 基准孔27
28. 通孔27
29. 孔制作装置工作台29
30. 移动机构30
31. 钻头31
35. 荧光屏支架35
39. 荧光面39
60. 核心基板60
61. 构造绝缘层61
62.  构造铜箔62
63.  光刻胶层63
65.  绝缘层65
66.  铜箔66
67.  通路孔67
80.  移动机构80

Claims (17)

1.在多层印刷电路板制造工艺中用于调整多层印刷电路板和目标物之间的位置的设备，该多层印刷电路板包括多个绝缘层和具有导电图案的多个导电层，其中，该设备包括：
在所述多层印刷电路板的至少一个所述层上形成的能被X射线成象的基板标记；
用于照射X射线到包含所述基板标记的区域上的装置；
能把X射线转变成可见光、紫外线或红外线中的一种的投影屏，用于把由X射线照射的所述基板标记投影在投影屏上；
在所述目标物上可视地形成的调整标记，
图像识别装置，用于识别所述调整标记和投影在投影屏上的所述基板标记，
基于所述调整标记和在所述投影屏上投影的所述基板标记用于移动所述多层印刷电路板和所述目标物中的至少一个以便调整所述板和所述目标物之间的相对位置的装置。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述投影屏为荧光屏。
3.如权利要求1所述的设备，其中，能被X射线成象的所述基板标记在多层印刷电路板的核心基板上形成。
4.如权利要求1所述的设备，其中，用于照射X射线的所述装置包括X射线照射装置，并且其中，在所述定位之前纠正所述X射线照射装置的位置。
5.如权利要求4所述的设备，其中：
所述目标物设有可见的第一和第二标记；
多层印刷电路板的核心基板设有可见的第二基板标记；
调整所述核心基板和所述目标物的相对位置，以便在可见光条件下以预定的定位关系设置所述第二标记和所述第二基板标记；
在对多层印刷电路板和目标物之间的相对位置进行所述调整之前，移动所述X射线照射装置以便以预定的定位关系设置基板标记在投影屏上的投影形状和第一标记。
6.如权利要求4所述的设备，其中，当定位X射线照射装置时加大多层印刷电路板和目标物之间的间隙。
7.用于制造多层印刷电路板的设备，该多层印刷电路板包括基板、多个绝缘层和多个具有导电图案的导电层，其中，该设备包括：
面向所述基板一侧的光掩膜，光掩膜具有用于在基板上形成所述导电图案的图案；
在所述多层印刷电路板的至少一个所述层上形成的能被X射线成象的基板标记；
在所述光掩膜上形成的掩膜标记；
用于照射X射线到包括所述基板标记的区域上的装置；
能把X射线转变成可见光、紫外线或红外线中的一种的投影屏，用于把由X射线照射的所述基板标记投影在投影屏上；
用于识别光掩膜的所述掩膜标记和投影在投影屏上的所述基板标记的图像识别装置；
基于所述掩膜标记和投影在所述投影屏上的所述基板标记，用于移动所述基板和所述光掩膜中的至少一个以便调整所述基板和所述光掩膜之间的相对位置的装置；
用于把所述光掩膜的所述图案照射到所述基板上的投影光源。
8.如权利要求7所述的设备，其中所述用于移动的装置移动所述基板和所述光掩膜中的至少一个以便使所述掩膜标记和所述基板标记以一定关系定位。
9.如权利要求7或8所述的设备，其中，
用于照射X射线的所述装置不是位于所述基板面向光掩膜的那一侧，而是另一侧；
所述投影屏设置在所述基板和所述光掩膜之间，并且在两者之间是可移动的。
10.如权利要求7或8所述的设备，其中，所述投影屏安装在所述光掩膜之上。
11.如权利要求7或8所述的设备，其中进一步包括：
用于投影所述光掩膜的所述图案的投影透镜，其中所述投影光源经所述投影透镜把所述光掩膜的所述图案投影在所述基板上。
12.如权利要求7或8所述的设备，其中，所述投影屏为荧光屏。
13.在多层印刷电路板制造工艺中使用的用于在印刷电路板的多层中钻孔的设备，该多层印刷电路板包括多个绝缘层和多个具有导电图案的导电层，其中该设备包括：
在所述多层印刷电路板的至少一个所述层上形成的能被X射线成象的基板标记；
用于照射X射线到包含所述基板标记的区域上的装置；
能把X射线转变成可见光、紫外线或红外线中的一种的投影屏，用于把由X射线照射的所述基板标记投影在投影屏上；
基于投影在所述投影屏上的所述基板标记，用于移动所述多层印刷电路板和钻孔设备的激光投影点中的至少一个以便设定所述激光投影点的装置。
14.在多个层叠的印刷电路板制造工艺中使用的用于在所述多个层叠的印刷电路板中钻孔的设备，其中该设备包括：
在所述多个层叠的印刷电路板中的至少一个层叠的印刷电路板上形成的能被X射线成象的基板标记；
用于照射X射线到包含所述基板标记的区域上的装置；
能把X射线转变成可见光、紫外线或红外线中的一种的投影屏，用于把由X射线照射的所述基板标记投影在投影屏上；
基于投影在所述投影屏上的所述基板标记，用于移动所述层叠的印刷电路板和钻孔设备的钻孔点中的至少一个以便设定所述钻孔点的装置。
15.在多层印刷电路板制造工艺中使用的用于调整多层印刷电路板的位置的方法，该多层印刷电路板包括多个绝缘层和多个具有导电图案的导电层，所述制造多层印刷电路板的工艺包括以下步骤：用校准仪形成导电图案；在校准仪的光掩膜上形成用于位置调整的掩膜标记，其中该方法包括步骤：
在所述多层印刷电路板的至少一个所述层上形成能被X射线成象的基板标记；
在包含所述基板标记的区域上照射X射线，并把所述基板标记投影在能把X射线转变成可见光、紫外线或红外线中的一种的投影屏上；
通过用于位置调整的所述掩膜标记和投影在所述投影屏上的所述基板标记，调整所述多层印刷电路板和所述光掩膜的位置。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述制造多层印刷电路板的工艺包括以下步骤：
使用激光处理器在所述多层印刷电路板的层之间形成通路孔；
所述调整包括以下步骤：
基于投影在所述投影屏上的所述基板标记，调整所述多层印刷电路板和所述激光处理器的位置。
17.如权利要求15所述的方法，其中，所述投影屏为荧光屏。
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