CN103028842B - 激光直接成像加工装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光直接成像加工装置及方法，超短脉冲激光器发出激光进入第一扩束镜，经过可调倍数的第一扩束镜实现光束的放大，经过第一45度半反镜后进入DLP芯片，DLP芯片由CAM工作站控制，CAM工作站直接输出图像进入DLP芯片，由DLP芯片中的DMD系统对光束进行调制，调制后的光束经过第二45度半反镜透射后，再经过可调倍数的第二扩束镜放大或聚焦，光束受第二扩束镜作用在印制电路板上聚焦，加工之前，CCD传感器感知样品位置，并与AF单元共同校准样品位置，进行光路校准。具有操作简单、加工样品精细度高、品质好和加工效率高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光直接成像加工装置及其方法，属于激光加工设备技术领域。
背景技术
无光罩微影技术，又称为直接成像，在半导体与个人计算机主板等产品中具有极佳优势，相较于传统微影技术需使用光罩让图像在光阻上成像，无光罩微影技术不但节省成本，使用上也更具弹性。主要工作方式是直接利用CAM工作站输出的数据，驱动激光成像装置，在涂覆有光致抗蚀剂的印制电路板上进行图形成像。
传统的印制电路曝光方法是使用紫外光照射光罩的方法，加工过程中需要光罩底片的加入，这种方法中因为紫外光均匀度不一样，在边缘附近的线宽重覆性不好；另外，底片存在胀缩的问题，对精度会造成影响，500mm的电路板上会有几十到几百微米的误差；同时随着电路板技术的发展，电路板线路要求的尺寸变得越来越细，造成了生产率和产品品质的降低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种激光直接成像加工装置及其方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
激光直接成像加工装置，特点是：在超短脉冲激光器的输出端布置有第一扩束镜，第一扩束镜的输出端设置有第一45度半反镜，第一45度半反镜的反射输出端布置有DLP芯片，DLP芯片的输出端布置通过第二45度半反镜，第二45度半反镜的透射输出端布置有第二扩束镜，所述第二扩束镜正对于工作平台，所述工作平台包含X轴传送单元、Y轴传送单元和耐高温陶瓷基板，X轴传送单元包括X轴滑轨和控制X轴滑轨运动的电机，Y轴传送单元包括Y轴滑轨和控制Y轴滑轨运动的电机，Y轴传送单元安装于X轴传送单元的X轴滑轨上，耐高温陶瓷基板置于Y轴传送单元的Y轴滑轨上，耐高温陶瓷基板上固定印制电路板样品，耐高温陶瓷基板上安装有CCD传感器和AF单元，CCD传感器和AF单元连接记忆单元。
进一步地，上述的激光直接成像加工装置，其中，所述超短脉冲激光器是波长为405nm蓝光波段的激光器。
更进一步地，上述的激光直接成像加工装置，其中，所述DLP芯片采用型号为DLP9500、DLP7000或DLP3000的芯片。
更进一步地，上述的激光直接成像加工装置，其中，所述CCD传感器是CCD实时摄像监测传感器。
再进一步地，上述的激光直接成像加工装置，其中，所述AF（自动对焦）单元使激光束对焦在基材上，对基材进行曝光处理 。
本发明激光直接成像加工的方法，超短脉冲激光器发出激光进入第一扩束镜，经过可调倍数的第一扩束镜实现光束的放大，经过第一45度半反镜后进入DLP芯片，DLP芯片由CAM工作站控制，CAM工作站直接输出图像进入DLP芯片，由DLP芯片中的DMD系统对光束进行调制，调制后的光束经过第二45度半反镜透射后，再经过可调倍数的第二扩束镜放大或聚焦，光束受第二扩束镜作用在印制电路板上聚焦，加工之前，CCD传感器感知样品位置，并与AF单元共同校准样品位置；由X轴传送单元、Y轴传送单元移动平台；与记忆单元连接的CCD传感器和AF单元感知样品的位置，并进行光路校准。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本发明通过将超短脉冲激光投射在DLP芯片上，并由CAM工作站输出的图像对激光光束进行调制，再由光学器件将光束投射在加工样品上使其曝光，具有操作简单、加工样品精细度高、品质好和加工效率高等特点。利用数字微镜系统，通过每一个微镜的角度控制光斑的形状、大小、灰度等参数，结合移动样品平台，对电路板进行快速的曝光处理，以得到曝光面没有底片胀缩导致的加工不够准确的问题，同时聚焦后的激光光束可以加工非常精细的线路。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，激光直接成像加工装置，在超短脉冲激光器1的输出端布置有第一扩束镜2，第一扩束镜2的输出端设置有第一45度半反镜3，第一45度半反镜3的反射输出端布置有DLP芯片4，DLP芯片4的输出端布置通过第二45度半反镜5，第二45度半反镜5的透射输出端布置有第二扩束镜6，所述第二扩束镜6正对于工作平台，工作平台包含X轴传送单元、Y轴传送单元和耐高温陶瓷基板，X轴传送单元包括X轴滑轨和控制X轴滑轨运动的电机，Y轴传送单元包括Y轴滑轨和控制Y轴滑轨运动的电机，Y轴传送单元安装于X轴传送单元的X轴滑轨上，耐高温陶瓷基板置于Y轴传送单元的Y轴滑轨上，耐高温陶瓷基板上固定印制电路板样品，耐高温陶瓷基板上安装有CCD传感器8和AF单元7，CCD传感器8和AF单元7连接记忆单元9。CCD传感器8监测确定基材处理位置。AF单元7使激光自动对焦在该位置上。记忆单元9能够在CCD传感器8以及AF单元7的辅助下对加工位置进行校正。
其中，超短脉冲激光器1是波长为405nm蓝光波段的激光器；DLP芯片4是型号为DLP9500、DLP7000和DLP3000的芯片；分别支持三种不同的分辨率：1920×1080ppi（像素），1024×768ppi以及800×480ppi。三种分辨率分别对应高中低三种不同型号的设备。CCD传感器8是CCD实时摄像监测传感器；AF单元7是自动对焦单元。
上述装置用于激光直接成像加工时，超短脉冲激光器1发出激光进入第一扩束镜2，经过可调倍数的第一扩束镜2实现光束的放大，经过第一45度半反镜3后进入DLP芯片4，DLP芯片4由CAM工作站控制，CAM工作站直接输出图像进入DLP芯片4，由DLP芯片4中的DMD系统对光束进行调制，DMD系统中的每一个微镜受指令控制摆动方向，光束光斑的形状，灰度等参数得到调制，从而达到需要的光斑要求，最终对印制电路板进行曝光处理；调制后的光束经过第二45度半反镜5透射后，再经过可调倍数的第二扩束镜6放大或聚焦，光束受第二扩束镜6作用在印制电路板上聚焦，加工之前，CCD传感器8感知样品位置，并与AF单元7共同校准样品位置；由X轴传送单元、Y轴传送单元移动平台，实现XY方向移动；与记忆单元9连接的CCD传感器8和AF单元7感知样品的位置，并进行光路校准。同一个成像设备中可布置多个光路系统，形成的多个光束同时进行作业，产品生产效率大大提高。
由于摒弃了光罩底片的使用，因此，工序大大减少，工作时间也大大缩减，生产效率显著提高。
本发明通过将超短脉冲激光投射在DLP芯片上，并由CAM工作站输出的图像对激光光束进行调制，再由光学器件将光束投射在加工样品上使其曝光，具有操作简单、加工样品精细度高、品质好和加工效率高等特点。利用数字微镜系统，通过每一个微镜的角度控制光斑的形状、大小、灰度等参数，结合移动样品平台，对电路板进行快速的曝光处理，以得到曝光面没有底片胀缩导致的加工不够准确的问题，同时聚焦后的激光光束可以加工非常精细的线路。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.激光直接成像加工装置，其特征在于：在超短脉冲激光器（1）的输出端布置有第一扩束镜（2），第一扩束镜（2）的输出端设置有第一45度半反镜（3），第一45度半反镜（3）的反射输出端布置有DLP芯片（4），DLP芯片（4）的输出端布置通过第二45度半反镜（5），第二45度半反镜（5）的透射输出端布置有第二扩束镜（6），所述第二扩束镜（6）正对于工作平台，所述工作平台包含X轴传送单元、Y轴传送单元和耐高温陶瓷基板，X轴传送单元包括X轴滑轨和控制X轴滑轨运动的电机，Y轴传送单元包括Y轴滑轨和控制Y轴滑轨运动的电机，Y轴传送单元安装于X轴传送单元的X轴滑轨上，耐高温陶瓷基板置于Y轴传送单元的Y轴滑轨上，耐高温陶瓷基板上固定印制电路板样品，耐高温陶瓷基板上安装有CCD传感器（8）和AF单元（7），CCD传感器（8）和AF单元（7）连接记忆单元（9）。
2.根据权利要求1所述的激光直接成像加工装置，其特征在于：所述超短脉冲激光器（1）是波长为405nm蓝光波段的激光器。
3.根据权利要求1所述的激光直接成像加工装置，其特征在于：所述DLP芯片（4）是型号为DLP9500、DLP7000或DLP3000的芯片。
4.根据权利要求1所述的激光直接成像加工装置，其特征在于：所述CCD传感器（8）是CCD实时摄像监测传感器。
5.权利要求1所述装置实现激光直接成像加工的方法，其特征在于：超短脉冲激光器（1）发出激光进入第一扩束镜（2），经过可调倍数的第一扩束镜（2）实现光束的放大，经过第一45度半反镜（3）后进入DLP芯片（4），DLP芯片（4）由CAM工作站控制，CAM工作站直接输出图像进入DLP芯片（4），由DLP芯片（4）中的DMD系统对光束进行调制，调制后的光束经过第二45度半反镜（5）透射后，再经过可调倍数的第二扩束镜（6）放大或聚焦，光束受第二扩束镜（6）作用在印制电路板上聚焦，加工之前，CCD传感器（8）感知样品位置，并与AF单元（7）共同校准样品位置；由X轴传送单元、Y轴传送单元移动平台；与记忆单元（9）连接的CCD传感器（8）和AF单元（7）感知样品的位置，并进行光路校准。
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