CN104483813A - 一种曝光机光源改造方法及uvled光源机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曝光机光源改造方法，其包括如下步骤：1)设置UVLED光源发射装置，该UVLED光源发射装置包括UVLED阵列式发光单元、聚光透镜组，其中，UVLED阵列式发光单元包括多颗阵列式排列的UVLED，每颗UVLED均在其正前方安装一组聚光透镜组，使其发射出的紫外光束经过聚光透镜组后，发射角度减小；2)设置复眼透镜组，该复眼透镜组由两片形状相似的复眼透镜平行放置组成，每片复眼透镜包括多组阵列式的矩形玻璃透镜；3)设置平面光镜；4)设置两组曲面反光镜，分别对步骤3)中平面光镜的反射紫外光束及穿透紫外光束进行角度调整，将扇形分布的光束转变为平行光束，反射到玻璃载物台上。本发明还公开了上述方法形成的曝光机UVLED光源机构。

Description

一种曝光机光源改造方法及UVLED光源机构

技术领域

本发明涉及曝光机UVLED光源升级改造，特别涉及将传统的短弧汞灯高耗能曝光机快速升级为高效节能的UVLED曝光机的改造方法及机构。

背景技术

近年来随着电子技术的快速发展，用于PCB行业表面油墨固化的传统汞灯曝光方法面临挑战，虽然目前整个中国PCB行业表面油墨曝光几乎全部采用传统汞灯进行固化，但是由于汞灯本身极为耗电，同时高温及释放二氧化硫等污染问题，急需产业升级。

目前采用UVLED取代传统汞灯已经提上日程，其高效的节能和50倍于汞灯的使用寿命是其最大的优势，虽然中国国内目前在深圳、温州、上海等地的部分企业开始研制针对PCB行业的UVLED曝光机取代传统的汞灯曝光机，节约电能可达80％左右，但目前都是全新的方案，采用成套设备进行直接更新换代，这些全新的设备通常放弃了复眼透镜、大型曲面放光镜的传统的曝光机上必须的装置，带来的隐患是均匀度不稳定，方案不成熟的隐患，在实际应用中，导致很多意想不到的问题，良品率不高。同时，让客户立刻淘汰原来的设备，采用全新的设备，不但初期投资大，成本高昂，而且这些方案也没有通过长时间检验，不利于快速推广。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种曝光机光源改造方法。本发明同时提供上述方法形成的曝光机UVLED光源机构。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种曝光机光源改造方法，其特征在于，其包括如下步骤：

1)设置UVLED光源发射装置，该UVLED光源发射装置包括UVLED阵列式发光单元、聚光透镜组，其中，UVLED阵列式发光单元包括多颗阵列式排列的UVLED，每颗UVLED均在其正前方安装一组聚光透镜组，使其发射出的紫外光束经过聚光透镜组后，发射角度减小；

2)设置复眼透镜组，该复眼透镜组由两片形状相似的复眼透镜平行放置组成，每片复眼透镜包括多组阵列式的矩形玻璃透镜；

3)设置平面光镜，该平面光镜安装在移动装置上，通过该移动装置调整平面光镜的位置，改变紫外光束的方向；

4)设置两组曲面反光镜，该两组曲面反光镜对称设置于玻璃载物台上下两侧，分别对步骤3)中平面光镜的反射紫外光束及穿透紫外光束进行角度调整，将扇形分布的光束转变为平行光束，反射到玻璃载物台上。

进一步，其还包括如下步骤：

5)打开电源，UVLED光源发射装置开始工作，发射出小角度的紫外光束，照射到正前方的复眼透镜组上，紫外光束经过复眼透镜组光学整形，提高均匀度，进而发射出均匀的扇形状紫外光束，通过移动装置调整平面光镜的位置，使紫外光束照射到玻璃载物台上下两侧的曲面反光镜上，对紫外光束进行角度调整，将扇形分布的光束转变为平行光束，反射到玻璃载物台上，实现对玻璃载物台上的安装有菲林片的PCB板正反面曝光，实现影像转移，完成PCB线路板固化。

进一步，所述步骤1)还包括如下步骤：设置光源固定架，所述UVLED光源发射装置固定在光源固定架上，所述光源固定架安装在曝光机机架上；或，所述光源固定架安装在微调装置上，调节UVLED光源发射装置相对于复眼透镜组的空间位置，确保投射到玻璃载物台上的紫外光束的光强均匀度达到设定的范围。

进一步，步骤1)中，所述UVLED光源发射装置包括冷却系统、散热基座、UVLED阵列式发光单元、光源控制电路、聚光透镜组、透镜固定座，所述UVLED阵列式发光单元安装在散热基座上，所述聚光透镜组由两片以上的光学玻璃透镜组合而成；所述光源控制电路对每颗UVLED的电流进行控制；所述聚光透镜组安装在透镜固定座上；所述冷却装置对UVLED进行冷却散热。

进一步，所述冷却系统、散热基座组成散热装置，其中，所述冷却系统为液态冷却系统或气态冷却系统；所述冷却系统包括制冷机、冷却介质及管道，所述散热基座内部有封闭式冷却槽，通过冷却介质对UVLED进行冷却散热；其中，所述制冷机为冰水机或空调机，所述冷却介质为液体或气体冷却介质。

进一步，步骤1)中，所述的UVLED阵列式发光单元为矩形或者菱形排列，所发射的紫外光束，经过聚光透镜组聚光成为平行或趋近于平行的光束，然后垂直或趋近于垂直地照射在正前方的复眼透镜组上。

一种所述方法形成的曝光机UVLED光源机构，包括UVLED光源发射装置、复眼透镜组、平面光镜、两组曲面反光镜，其特征在于，所述UVLED光源发射装置包括UVLED阵列式发光单元、聚光透镜组，其中，UVLED阵列式发光单元包括多颗阵列式排列的UVLED，每颗UVLED均在其正前方安装一组聚光透镜组，使其发射出的紫外光束经过聚光透镜组后，发射角度减小；所述复眼透镜组由两片形状相似的复眼透镜平行放置组成，每片复眼透镜包括多组阵列式的矩形玻璃透镜；所述平面光镜安装在移动装置上，通过该移动装置调整平面光镜的位置，改变紫外光束的方向；所述两组曲面反光镜对称设置于玻璃载物台上下两侧，分别对平面光镜的反射紫外光束及穿透紫外光束进行角度调整，将扇形分布的光束转变为平行光束，反射到玻璃载物台上。

进一步，其还包括光源固定架，所述UVLED光源发射装置固定在光源固定架上，所述光源固定架安装在曝光机机架上；或，所述光源固定架安装在微调装置上，调节UVLED光源发射装置相对于复眼透镜组的空间位置，确保投射到玻璃载物台上的紫外光束的光强均匀度达到设定的范围。

进一步，所述UVLED光源发射装置包括冷却系统、散热基座、UVLED阵列式发光单元、光源控制电路、聚光透镜组、透镜固定座，所述UVLED阵列式发光单元安装在散热基座上，所述聚光透镜组由两片以上的光学玻璃透镜组合而成；所述光源控制电路对每颗UVLED的电流进行控制；所述聚光透镜组安装在透镜固定座上；所述冷却装置对UVLED进行冷却散热。

进一步，所述冷却系统、散热基座组成散热装置，其中，所述冷却系统为液态冷却系统或气态冷却系统；所述冷却系统包括制冷机、冷却介质及管道，所述散热基座内部有封闭式冷却槽，通过冷却介质对UVLED进行冷却散热；其中，所述制冷机为冰水机或空调机，所述冷却介质为液体或气体冷却介质。

进一步，所述的UVLED阵列式发光单元为矩形或者菱形排列，所发射的紫外光束，经过聚光透镜组聚光成为平行或趋近于平行的光束，然后垂直或趋近于垂直地照射在正前方的复眼透镜组上。

本发明的优点在于：本发明可以直接安装在传统的曝光机设备上替代高耗能的短弧汞灯，是一种低投入，高效节能的升级改造方法，同时沿用了传统曝光机的成熟光学方案，设备的稳定性和可靠性得到有效保障。

上述是发明技术方案的概述，以下结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明的整体构造示意图；

图2为本发明的UVLED光源发射装置示意图；

图3为传统的短弧汞灯曝光机的整体构造示意图；

图中：1.机架；    2.光源固定架；    3.UVLED光源发射装置；

      4.复眼透镜组；    5.平面光镜；    6、7.曲面反光镜；

      8.玻璃载物台；    9.短弧汞灯；    10.椭圆聚光镜；

      11.平面反光镜；  12.冰水机；  13.水管；  14.散热基座；

      15.UVLED阵列式发光单元；  16.光源控制电路；

      17.聚光透镜组；    18.透镜固定座。

具体实施方式

实施例1

参见图1至2，本实施例提供的曝光机光源改造方法，其包括如下步骤：

1)设置UVLED光源发射装置3，该UVLED光源发射装置3包括UVLED阵列式发光单元15、聚光透镜组17，其中，UVLED阵列式发光单元15包括多颗阵列式排列的UVLED，每颗UVLED均在其正前方安装一组聚光透镜组17，使其发射出的紫外光束经过聚光透镜组17后，发射角度减小；

2)设置复眼透镜组4，该复眼透镜组4由两片形状相似的复眼透镜平行放置组成，每片复眼透镜包括多组阵列式的矩形玻璃透镜；

3)设置平面光镜5，该平面光镜5安装在移动装置上，通过该移动装置调整平面光镜5的位置，改变紫外光束的方向；

4)设置两组曲面反光镜6、7，该两组曲面反光镜6、7对称设置于玻璃载物台8上下两侧，分别对步骤3)中平面光镜5的反射紫外光束及穿透紫外光束进行角度调整，将扇形分布的光束转变为平行光束，反射到玻璃载物台8上；

5)打开电源，UVLED光源发射装置3开始工作，发射出小角度的紫外光束，照射到正前方的复眼透镜组4上，紫外光束经过复眼透镜组4光学整形，提高均匀度，进而发射出均匀的扇形状紫外光束，通过移动装置调整平面光镜5的位置，使紫外光束照射到玻璃载物台8上下两侧的曲面反光镜6、7上，对紫外光束进行角度调整，将扇形分布的光束转变为平行光束，反射到玻璃载物台8上，实现对玻璃载物台8上的安装有菲林片的PCB板正反面曝光，实现影像转移，完成PCB线路板固化。

一种所述方法形成的曝光机UVLED光源机构，包括UVLED光源发射装置3、复眼透镜组4、平面光镜5、两组曲面反光镜6、7；所述UVLED光源发射装置3包括UVLED阵列式发光单元15、聚光透镜组17，其中，UVLED阵列式发光单元15包括多颗阵列式排列的UVLED，每颗UVLED均在其正前方安装一组聚光透镜组17，使其发射出的紫外光束经过聚光透镜组17后，发射角度减小；所述复眼透镜组4由两片形状相似的复眼透镜平行放置组成，每片复眼透镜包括多组阵列式的矩形玻璃透镜；所述平面光镜5安装在移动装置上，通过该移动装置调整平面光镜5的位置，改变紫外光束的方向；所述两组曲面反光镜6、7对称设置于玻璃载物台8上下两侧，分别对平面光镜5的反射紫外光束及穿透紫外光束进行角度调整，将扇形分布的光束转变为平行光束，反射到玻璃载物台8上。其还包括光源固定架2，所述UVLED光源发射装置3固定在光源固定架2上，所述光源固定架2安装在曝光机机架1上；或，所述光源固定架2安装在微调装置上，调节UVLED光源发射装置3相对于复眼透镜组4的空间位置，确保投射到玻璃载物台8上的紫外光束的光强均匀度达到设定的范围。

具体地，所述UVLED光源发射装置3包括冷却系统、散热基座14、UVLED阵列式发光单元15、光源控制电路16、聚光透镜组17、透镜固定座18，所述UVLED阵列式发光单元15安装在散热基座14上，所述聚光透镜组17由两片以上的光学玻璃透镜组合而成；所述光源控制电路16对每颗UVLED的电流进行控制；所述聚光透镜组17安装在透镜固定座18上；所述冷却装置对UVLED进行冷却散热。更具体地，所述冷却系统、散热基座14组成散热装置，其中，所述冷却系统为液态冷却系统或气态冷却系统；所述冷却系统包括制冷机、冷却介质及管道，所述散热基座14内部有封闭式冷却槽，通过冷却介质对UVLED进行冷却散热；其中，所述制冷机为冰水机或空调机，所述冷却介质为液体或气体冷却介质，如水，空气，等。

具体地，所述的UVLED阵列式发光单元15为矩形或者菱形排列，所发射的紫外光束，经过聚光透镜组17聚光成为平行或趋近于平行的光束(如：0-10°)，然后垂直或趋近于垂直(如：80-100°)地照射在正前方的复眼透镜组4上。

实施例2

参见图1至2，本实施例提供的传统半自动曝光机进行节能UVLED光源升级改造的方法，其包括如下步骤：

1)设置一组UVLED光源发射装置3，该装置由冰水机12、水管13、散热基14、UVLED阵列式发光单元15、光源控制电路16、聚光透镜组17、透镜固定座18组成，UVLED阵列式发光单元15安装在散热基座14上，UVLED阵列式发光单元15由多颗大功率的UVLED阵列式排列，每颗大功率UVLED均在其正前方安装一组聚光透镜组17，聚光透镜组17由两片以上的光学玻璃透镜组合而成，使每颗大功率UVLED发射出的紫外光束经过聚光透镜组17后，光束的发射角度减小，近似于平行光束；每颗大功率UVLED均通过光源控制电路16对其电流进行精确控制；聚光透镜组17安装在透镜固定座18上；散热基座14内部有封闭式冷却槽，通过冰水机和水管对大功率UVLED散热；

设置一个光源固定架2，UVLED光源发射装置3固定在光源固定架2上，光源固定架2安装在机架1上；

2)设置一组复眼透镜组4，复眼透镜组4由两片形状相似的复眼透镜平行放置组成，每片复眼透镜有多组阵列式的矩形玻璃透镜组成，常用的排列包括但不局限于5行5列或6行5列；

3)设置一平面光镜5，平面光镜5安装移动装置上，通过移动平面光镜的位置，可以改变紫外光束的方向；

4)设置两组对称的大型曲面反光镜6、7，对紫外光束进行角度调整，将扇形分布的光束转变为平行光束，反射到玻璃载物台上8；

5)打开电源，UVLED光源发射装置3开始工作，发射出小角度的紫外光束，照射到正前方的复眼透镜组4上，紫外光束经过敷衍透镜组光学整形，光束的均匀度得到有效提高，发射出扇形状均匀的紫外光束，通过切换平面光镜5的位置，可以使紫外光速分别照射到两组对称的大型曲面反光镜6、7上，对紫外光束进行角度调整，将扇形分布的光束转变为平行光束，反射到玻璃载物台8上，实现对玻璃载物台8上的安装有菲林片的PCB板正反面曝光，实现精确的影像转移，特别适用于高精度的PCB线路板固化。

其中，所述的UVLED阵列式发光单元，通常为矩形或者菱形排列，所发射的紫外光束，经过聚光透镜组聚光成为小角度光束近似平行，垂直或者近似垂直照射在正前方的复眼透镜上。

其中，所述的冰水机12、水管13、散热基座14等组成的散热装置，也可以是其他的液态冷却系统或者冷空气冷却，达到同样的散热功能。

其中，所述的光源固定架2，除具有对UVLED光源发射装置3进行固定的功能以外，在一部分高精密的设备上，可增加微调功能，精密调节UVLED光源发射装置3相对于复眼透镜组4的空间位置，确保投射到玻璃载物台8上的紫外光束的光强均匀度达到规定的范围。

上述改造方法形成的曝光机UVLED光源机构。

参见图3，是传统曝光机的原理图(需要说明的是，图3只是为说明传统做法而绘制的示意图，并不代表具体的现有技术)，其发射装置包括短弧汞灯9、椭圆反光镜10、平面反光镜11组成，在本发明采用UVLED光源发射装置可直接将传统的反射装置替换掉，降低能耗80％有效降低了使用成本。

本发明并不限于上述实施方式，采用与本发明上述实施例相同或近似的技术特征，而得到的其他曝光机光源改造方法及UVLED光源机构，均在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种曝光机光源改造方法，其特征在于，其包括如下步骤：

1)设置UVLED光源发射装置，该UVLED光源发射装置包括UVLED阵列式发光单元、聚光透镜组，其中，UVLED阵列式发光单元包括多颗阵列式排列的UVLED，每颗UVLED均在其正前方安装一组聚光透镜组，使其发射出的紫外光束经过聚光透镜组后，发射角度减小；

2)设置复眼透镜组，该复眼透镜组由两片形状相似的复眼透镜平行放置组成，每片复眼透镜包括多组阵列式的矩形玻璃透镜；

3)设置平面光镜，该平面光镜安装在移动装置上，通过该移动装置调整平面光镜的位置，改变紫外光束的方向；

4)设置两组曲面反光镜，该两组曲面反光镜对称设置于玻璃载物台上下两侧，分别对步骤3)中平面光镜的反射紫外光束及穿透紫外光束进行角度调整，将扇形分布的光束转变为平行光束，反射到玻璃载物台上。

2.根据权利要求1所述的曝光机光源改造方法，其特征在于，其还包括如下步骤：

5)打开电源，UVLED光源发射装置开始工作，发射出小角度的紫外光束，照射到正前方的复眼透镜组上，紫外光束经过复眼透镜组光学整形，提高均匀度，进而发射出均匀的扇形状紫外光束，通过移动装置调整平面光镜的位置，使紫外光束照射到玻璃载物台上下两侧的曲面反光镜上，对紫外光束进行角度调整，将扇形分布的光束转变为平行光束，反射到玻璃载物台上，实现对玻璃载物台上的安装有菲林片的PCB板正反面曝光，实现影像转移，完成PCB线路板固化。

3.根据权利要求1所述的曝光机光源改造方法，其特征在于，所述步骤1)还包括如下步骤：设置光源固定架，所述UVLED光源发射装置固定在光源固定架上，所述光源固定架安装在曝光机机架上；或，所述光源固定架安装在微调装置上，调节UVLED光源发射装置相对于复眼透镜组的空间位置，确保投射到玻璃载物台上的紫外光束的光强均匀度达到设定的范围。

4.根据权利要求1所述的曝光机光源改造方法，其特征在于，步骤1)中，所述UVLED光源发射装置包括冷却系统、散热基座、UVLED阵列式发光单元、光源控制电路、聚光透镜组、透镜固定座，所述UVLED阵列式发光单元安装在散热基座上，所述聚光透镜组由两片以上的光学玻璃透镜组合而成；所述光源控制电路对每颗UVLED的电流进行控制；所述聚光透镜组安装在透镜固定座上；所述冷却装置对UVLED进行冷却散热。

5.根据权利要求4所述的曝光机光源改造方法，其特征在于，所述冷却系统、散热基座组成散热装置，其中，所述冷却系统为液态冷却系统或气态冷却系统；所述冷却系统包括制冷机、冷却介质及管道，所述散热基座内部有封闭式冷却槽，通过冷却介质对UVLED进行冷却散热；其中，所述制冷机为冰水机或空调机，所述冷却介质为液体或气体冷却介质。

6.根据权利要求1所述的曝光机光源改造方法，其特征在于，步骤1)中，所述的UVLED阵列式发光单元为矩形或者菱形排列，所发射的紫外光束，经过聚光透镜组聚光成为平行或趋近于平行的光束，然后垂直或趋近于垂直地照射在正前方的复眼透镜组上。

7.一种权利要求1至6之一所述方法形成的曝光机UVLED光源机构，包括UVLED光源发射装置、复眼透镜组、平面光镜、两组曲面反光镜，其特征在于，所述UVLED光源发射装置包括UVLED阵列式发光单元、聚光透镜组，其中，UVLED阵列式发光单元包括多颗阵列式排列的UVLED，每颗UVLED均在其正前方安装一组聚光透镜组，使其发射出的紫外光束经过聚光透镜组后，发射角度减小；所述复眼透镜组由两片形状相似的复眼透镜平行放置组成，每片复眼透镜包括多组阵列式的矩形玻璃透镜；所述平面光镜安装在移动装置上，通过该移动装置调整平面光镜的位置，改变紫外光束的方向；所述两组曲面反光镜对称设置于玻璃载物台上下两侧，分别对平面光镜的反射紫外光束及穿透紫外光束进行角度调整，将扇形分布的光束转变为平行光束，反射到玻璃载物台上。

8.根据权利要求7所述的曝光机UVLED光源机构，其特征在于，其还包括光源固定架，所述UVLED光源发射装置固定在光源固定架上，所述光源固定架安装在曝光机机架上；或，所述光源固定架安装在微调装置上，调节UVLED光源发射装置相对于复眼透镜组的空间位置，确保投射到玻璃载物台上的紫外光束的光强均匀度达到设定的范围。

9.根据权利要求7所述的曝光机UVLED光源机构，其特征在于，所述UVLED光源发射装置包括冷却系统、散热基座、UVLED阵列式发光单元、光源控制电路、聚光透镜组、透镜固定座，所述UVLED阵列式发光单元安装在散热基座上，所述聚光透镜组由两片以上的光学玻璃透镜组合而成；所述光源控制电路对每颗UVLED的电流进行控制；所述聚光透镜组安装在透镜固定座上；所述冷却装置对UVLED进行冷却散热。

10.根据权利要求7所述的曝光机UVLED光源机构，其特征在于，所述冷却系统、散热基座组成散热装置，其中，所述冷却系统为液态冷却系统或气态冷却系统；所述冷却系统包括制冷机、冷却介质及管道，所述散热基座内部有封闭式冷却槽，通过冷却介质对UVLED进行冷却散热；其中，所述制冷机为冰水机或空调机，所述冷却介质为液体或气体冷却介质。

11.根据权利要求7所述的曝光机UVLED光源机构，其特征在于，所述的UVLED阵列式发光单元为矩形或者菱形排列，所发射的紫外光束，经过聚光透镜组聚光成为平行或趋近于平行的光束，然后垂直或趋近于垂直地照射在正前方的复眼透镜组上。