CN101506738B - 用于制造丝网印刷模版的曝光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造丝网印刷模版(5)的曝光装置，具有用于丝网印刷模版(5)的支架(4)，以及曝光系统，该曝光系统具有至少一个产生光线的光源和在曝光头(9)中的镜组。此外设有输出数字信号的信号源(计算机)，其与曝光系统以这样一种方式连接，即整个丝网印刷模版(5)可以对应于信号曝光。此外曝光头(9)相对于丝网印刷模版(5)是可运动的。优选地，光源由数量为n的、在300-450nm波长范围中工作的同类型的激光二极管组成，其中各组激光二极管设置在模块(12)中。在曝光单元处通常设有多个这样的模块(12)。激光二极管可由信号源的信号控制。将激光二极管的光信号通过数量同样为n的光导纤维引导至在曝光头(9)中的光栅板。该光栅板的光输出被导向至在波长范围方面适合于激光二极管的、在曝光头(9)中的聚焦镜组(10)。

Description

用于制造丝网印刷模版的曝光装置
技术领域
本发明涉及一种用于制造丝网印刷模版的曝光装置。
本发明特别涉及一种用于制造丝网印刷模版的曝光装置，该曝光装置具有：用于丝网印刷模版的支架；曝光系统，该曝光系统具有至少一个产生光线的光源和在曝光头中的镜组(或者称为光学系统)；此外还具有输出数字信号的信号源，该信号源与该曝光系统以这样一种方式连接，即整个丝网印刷模版可以对应于这些信号曝光，以及其中曝光头相对于丝网印刷模版是可运动的。因此它涉及一种用于执行所谓的CtS(Computer-to-Screen丝印计算机直接制版)方法的装置，即涉及这样一种装置，在该装置中需要传输到打印原样(丝网印刷模版)上的信息由计算机的数字信号来控制并且通过光学的曝光系统来提供。
背景技术
由EP-0 953 877已知了一种用于制造丝印模型的方法以及用于此的一种曝光装置，其具有上述特征。在该装置中，曝光系统具有微机械结构的反射光学系统(Speigelsystem)，该反射光学系统具有多个至少是部分可运动的微型反射镜。这种微型机械结构的反射光学系统也已知作为所谓的DMDs(数字微镜装置)，并可在市场上购买到。在本应用中，微机械结构的反射光学系统用于偏转和调制光线，以使得可运动的微型反射镜的位置可以取决于计算机的信号这样来改变，即使光线的分别被反射的部分或者是进入光输出或者是不进入。在这里，光输出当然意味着偏转至丝印模型或者说丝网印刷模版的光。在此使用持续光，例如无电极的、微波激励的紫外线辐射器来作为光源。此外在该装置中，带有丝印模型的支架和曝光系统相对于彼此也是可运动的。
尽管当今广泛地使用DMD-集成块(例如用于投影机)，然而根据EP-0 953 877的该装置具有一些重大缺陷。因为在DMD中涉及机械性运动的反射光学系统，所以鉴于在需要调制的光线中需要非常快速地进行交替当然就存在一定的界限。常用的DMD具有大约为20kHz的临界频率，这自然最终大大限制了丝网印刷模版的“成像速度”。根据制造厂商(德国CST公司)对于相关装置的说明，最大成像速度总计达到了在65lpi(每英寸行数)时大约500sq.ft/hr(每小时的平方英尺数)的范围(然而只是在“快速的”感光乳剂类型和在很小的模版厚度的情况下)。可达到的成像速度当然也由需要消耗的射线能量来确定(根据需要成像的模版材料/感光乳剂材料而部分地需要非常不同的射线能量)。在这里，也规定了应用DMD的界限，因为通过应用反射镜始终产生相对高的损失(光线的“被反射离开”的部分表现为相对较高的热损失，该热损失必须被排出)。最终必须使用以很高功率工作的、连续的辐射源来作为光源，这另一方面是昂贵的并且本质上也再次与相对较高的功率损失联系在一起(因为仅仅有一部分所输送的能量完全转化为可使用的辐射)。因此，再次根据制造厂商的说明，使用功率通常为600-1200Watt的UV光源，就该光源来说其又需要特殊的冷却设备。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种改进的、用于制造丝网印刷模版的曝光装置。
该目的通过一种用于制造丝网印刷模版的曝光装置来实现，该曝光装置具有：用于丝网印刷模版的支架；曝光系统，曝光系统具有至少一个产生光线的光源和在曝光头中的镜组；此外还具有输出数字信号的信号源，信号源与曝光系统以这样一种方式连接，即整个丝网印刷模版可以对应于这些信号曝光，其中曝光头相对于丝网印刷模版是可运动的。所述光源具有数量为n的、在300-450nm波长范围中工作的同类型的激光二极管，所述激光二极管可由所述信号源的这些信号控制，所述激光二极管的光信号通过数量同样为n的光导纤维引导至在所述曝光头中的光栅板，以及所述光栅板的光输出被导向至在所述波长范围方面适合于或者是能适合于所述激光二极管的、在所述曝光头中的聚焦镜组，其中所述光导纤维在连接到所述激光二极管的接口处和/或连接到所述光栅板的接口处设计为可插入的。
根据本发明提出了：使用数量为n的、在300-450nm波长范围中工作的、同类型的激光二极管作为光源，该激光二极管可由信号源(计算机)的信号控制，激光二极管的光信号通过数量同样为n的光导纤维引导至在曝光头中的光栅板，以及该光栅板的光输出被导向至在波长范围方面适合于(angepasst)激光二极管的、在曝光头中的聚焦镜组。
使用可直接调制的激光二极管具有不同的显著优点。首先，取消了连续运行的必要性以及因此可以显著降低整个曝光装置的功率损失。此外，几乎没有为激光二极管的反应速度(至少在印刷模版曝光的此处所涉及的应用范围中)设置上限，这是因为可达到的临界频率在GHz范围中。此外，由于激光二极管的简单可控制性和在光路中不存在导致光偏转的反射镜，因此取消了另一个不期望的、导致功率损失的因素，这是因为除了在材料中的吸收损失之外，在光路(光学组件)中不必考虑额外的损失。
因为根据本发明的方案必须使用一定数量激光二极管并且为了使所期望的基质材料成像可使用的激光二极管也必须在300-450nm波长范围中工作，另外也由于成本原因，所以这种方案至今为止完全没有被考虑。但是一段时间以来，目前可以相对价廉地购买到在405nm波长范围中工作的高功率的蓝色激光二极管，(来自于Nichia公司)。此外，随着同样使用了蓝色激光二极管的，新型的DVD(数字化视频光盘)技术越来越流行，可以预期的是蓝色激光二极管的价格会进一步降低，从而使根据本发明的方案相对于DMD方案和类似的方案来说更具有吸引力。此外还要指出的是，在DMD方案中(也在微镜芯片中)始终必须使用挑选过的芯片(因为所有的像素都必须是完全在起作用的)，以及即使是大批量制造的具有高像素数量的DMD芯片也还一直是非常昂贵的，这使根据本发明的方案显得具有吸引力，特别是当如提供的那样，将所提出的曝光装置以这样一种方式设计，即所使用的激光二极管的数量是可扩展的。在软件方面，也就是说在信号源或者说控制计算机方面，可以鉴于待使用的控制程序的可匹配性或者说可调整性来相对简单地实施这种可扩展性(例如以双倍数量的激光二极管)。此外利用这种措施的优点在于：可以供应不同价格等级和功率等级的设备。
此外，根据本发明的曝光装置原则上既可以用于制造平的丝网印刷模版又可以用于制造圆柱形的丝网印刷模版。
然而，可单独控制的光源(在这种情况下是激光二极管)的光栅布置对于这种类型的曝光装置来说具有重要意义。激光二极管自身还不是必须安装在对于模版材料的曝光来说是必需的光栅布置中。更确切地说这足以满足需要，也就是将光导纤维引导至在曝光头中的光栅板以及该光栅板自身这样来设计，即使光导纤维在那里出现在对于模版材料的曝光来说是必需的光栅布置中。因此光栅板是纤维阵列，该纤维阵列容纳光导纤维并且在矩形的或梯形的光栅布置中使光导纤维平行于聚焦镜组的光轴。因为设计为：光导纤维在两侧都设计为可插入的，不但在连接到激光二极管的接口处还是在连接到光栅板的接口处，因此显示出了灵活性和可维护性的优点。
因此，在光栅布置中的光栅板提供了数量为n的平行于聚焦镜组的光轴的激光二极管的光线，其中各条光线的光线直径基本上对应于光导纤维的直径并且聚焦镜组的任务在于，在需要成像(曝光)的模版材料上生成光栅布置的缩小的或放大的影像。为了能够在运行中补偿模版材料的不平坦处，优选地为聚焦镜组也装配上自动聚焦装置。
所提出的根据本发明的曝光装置可以在以门架结构(Portalbauweise)来构建的曝光单元中特别良好地得以实现。由于需要曝光的丝网印刷模版的尺寸，为了节省空间这种曝光单元经常是垂直地布置，也就是说用于丝网印刷模版的支架位于垂直的平面中。在此，曝光单元与控制单元和计算机单元一起构成了用于制造丝网印刷模版的曝光装置。有利地，激光二极管和光导纤维在此设置为可以插入在接口部件中的散热模块中。优选地，所述激光二极管在被脉动的、大于30mW、优选为大于等于200mW的能量范围中工作，以能够使所有商业上通用的模版材料成像。
在此，具有模块的接口部件以这样一种方式设置在曝光单元处，即该接口部件仅仅在一个对于曝光模版材料来说是必需的运动方向上随着曝光头一起运动，以将对于曝光过程来说需要运动的质量保持地尽可能地小。例如，当具有模块的接口部件设置在以门架结构构建的曝光台的门架臂上时就是这种情况。此后接口部件随着曝光头在X方向(门架臂的运动方向)上一起进行相对缓慢的运动，然而不随着曝光头在Y方向(曝光头在门架臂上的运动方向)上一起进行相对快速的运动。可选地，将具有模块的接口部件固定安装在曝光单元处也是可能的。那么具有模块的接口部件就会完全不随着曝光头在对于曝光模版材料来说是必需的运动方向上一起运动。
根据本发明的曝光装置的另一个优点毫无疑义地也在于，即通过能够使用在波长范围方面适合于激光二极管的聚焦镜组而能够在曝光头中使用价格更低廉的镜组。也就是说如果利用与在激光二极管情况下相比具有较宽的光谱分布的光源来工作，则由于所需要的聚焦精度，用于整个的需要遮盖的光谱范围的镜组也就必须最优化。因为在根据本发明的曝光装置中也设置为将曝光镜组设计为可更换的或以很低的费用即可改装的，所以可以很简单地对该装置进行调整以使其适合于加工在光谱灵敏度方面具有不同要求的模版材料。
因此，相对于常用的机器方案，新的机器方案特别是在可调整性、可维护性和可扩展性方面具有相当显著的优点。
附图说明
下面参照一个实施例详细说明本发明。
唯一的附图中示出：
图1示出用于制造丝网印刷模版的、为门架结构的曝光装置。
具体实施方式
用于制造丝网印刷模版的曝光装置为门架结构并且基本上由曝光单元1、控制单元2和计算机单元3构成。
曝光单元1在此具有垂直设置的加工台，该加工台具有用于(需要曝光的)丝网印刷模版5的支架4。在支架4和丝网印刷模版上方，门架臂6可以在X-轴导向装置7上在X方向上运动。在门架臂6上，具有聚焦镜组10的曝光头9可以在Y-轴导向装置8上在Y方向上运动。因此X方向对应于门架臂6的运动方向。对于在X方向上的运动和对于在Y方向上的运动都设有精密导向装置和精密驱动装置(未示出)。
在门架臂6旁安装有接口部件11。在该接口部件11上设有：多个散热的模块12，该模块具有激光二极管组；数据分配器13；和接口电子组件(未示出)。在接口部件中，来自于作为信号源的计算机单元3的数字信号转换为光学信号。因为曝光头9相对于具有激光二极管的模块12可运动地设置，所以信号由激光二极管通过光导纤维经过Y-输送链14传输至曝光头9。
例如可以这样在接口部件上设置四至八个模块12，该模块具有各16个激光二极管的组。则这得出了一共数量为n等于64至128个激光二极管，其中每个激光二极管的光输出通过各一个单独的光导纤维经过Y-输送链14通至在曝光头9中的光栅板。有利地，激光二极管在300-450nm波长范围中工作，优选地在405nm的蓝光范围中工作。在直接调制的运行中来应用激光二极管，也就是说激光二极管以通常方式直接由数字信号控制。
因为门架臂6和接口部件11一起也相对于加工台或支架4可运动地设置，所以信号通过X-输送链15传输至数据分配器13。但是与Y-输送链14相反，在此也还将对于曝光头9的控制以及其在Y方向上的运动来说所必需的信号和供电一起带走。
在这种装置中，由支架4所支撑的丝网印刷模版5通过曝光头在X方向和Y方向上的运动来完全地或部分地曝光。在此可以得出，在X方向上的运动一般来说比在Y方向上的运动慢，这是因为在Y方向上仅必须使小得多的质量运动。
控制单元2的功能基本上在于，控制曝光头9在X-和Y方向上的运动。为此所必需的功能有利地在有可编程的存储器的控制器16(SPS-单元)中实现。控制单元2也包含用于运动控制的必需的驱动电路等等。
最后由计算机单元3(信号源)提供了需要在丝网印刷模版5上曝光的数据并且控制了曝光过程。从这种类型装置中对于本领域技术人员而言不管是计算机单元3的功能还是控制单元2的功能都是已知的，并因此不在这里进行进一步说明。
在根据上面描述的新型机器方案中也提供了，利用若干个单项措施来达到尽可能大的灵活性，因此例如利用下列措施：
-一贯地实现用于激光二极管的模块方案，其中在接口部件11中每个模块12分别具有固定数量的所期望类型的激光二极管。通过安装附加的模块可以因此以简单的方式来提高曝光装置的成像速度(可扩展性/功率提高)。
-可在两侧插入的光导纤维，在模块12和曝光头9中的光栅板之间。这不仅简化了系统的可维护性，而且还简化了可扩展性。
-利用聚焦镜组10在曝光头9中的可交换性。通过与所期望的激光二极管一起应用聚焦镜组，且该聚焦镜组与所应用的激光二极管的波长范围相匹配，由此也可以加工用于丝网印刷模版的非常不同的材料。
总的来说，利用根据本发明的用于制造丝网印刷模版的曝光装置获得了价廉高功率和可扩展的系统，利用该系统基本上可以加工所有用于丝网印刷模版的常用材料。

Claims (13)

1.一种用于制造丝网印刷模版(5)的曝光装置，所述曝光装置具有：用于所述丝网印刷模版(5)的支架(4)；曝光系统，所述曝光系统具有至少一个产生光线的光源和在曝光头(9)中的镜组；此外还具有输出数字信号的信号源，所述信号源与所述曝光系统以这样一种方式连接，即整个所述丝网印刷模版(5)可以对应于这些信号曝光，其中所述曝光头(9)相对于所述丝网印刷模版(5)是可运动的，其特征在于，所述光源具有数量为n的、在300-450nm波长范围中工作的同类型的激光二极管，所述激光二极管可由所述信号源的这些信号控制，所述激光二极管的光信号通过数量同样为n的光导纤维引导至在所述曝光头(9)中的光栅板，以及所述光栅板的光输出被导向至在所述波长范围方面适合于或者是能适合于所述激光二极管的、在所述曝光头(9)中的聚焦镜组(10)，其中所述光导纤维在连接到所述激光二极管的接口处和/或连接到所述光栅板的接口处设计为可插入的。
2.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，所述曝光装置既可以用于平的丝网印刷模版制造又可以用于圆柱形的丝网印刷模版制造。
3.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于，使用直接调制的激光二极管。
4.根据权利要求3所述的曝光装置，其特征在于，所述激光二极管在被脉动的、大于30mW的能量范围中工作，以能够使所有商业上通用的模版材料成像。
5.根据权利要求4所述的曝光装置，其特征在于，所述激光二极管在被脉动的、大于等于200mW的能量范围中工作，以能够使所有商业上通用的模版材料成像。
6.根据权利要求3所述的曝光装置，其特征在于，所述激光二极管优选地在405nm的蓝光范围中工作。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的曝光装置，其特征在于，所述曝光系统在数量为n的、所应用的所述激光二极管方面是可扩展的。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的曝光装置，其特征在于，所述激光二极管和所述光导纤维设置为可以插入在接口部件(11)中的散热模块(12)中。
9.根据权利要求8所述的曝光装置，其特征在于，具有所述模块(12)的所述接口部件(11)以这样一种方式设置，即所述接口部件不随着所述曝光头(9)一起运动或仅仅在一个对于曝光模版材料来说是必需的运动方向上随着所述曝光头一起运动，以将对于曝光过程来说需要运动的质量尽可能地保持在最小。
10.根据权利要求9所述的曝光装置，其特征在于，具有所述模块(12)的所述接口部件(11)设置在构建为门架结构的曝光单元的门架臂(6)上。
11.根据权利要求1至6中任一项所述的曝光装置，其特征在于，所述光栅板是纤维阵列，所述纤维阵列容纳所述光导纤维并且在矩形的或梯形的光栅布置中使所述光导纤维平行于所述聚焦镜组(10)的光轴。
12.根据权利要求11所述的曝光装置，其特征在于，在所述光栅布置中的所述光栅板提供了数量为n的、平行于所述聚焦镜组(10)的光轴的、所述激光二极管的多条光线，其中各条光线的光线直径基本上对应于所述光导纤维的直径并且所述聚焦镜组(10)在需要成像的模版材料上提供了所述光栅布置的缩小的或放大的影像。
13.根据权利要求12所述的曝光装置，其特征在于，所述聚焦镜组(10)具有自动聚焦设备。
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