CN1048095C - 生产丝网印花模板的设备 - Google Patents

Abstract

生产丝网印花模板的设备，具有光源，用于发射其焦点位于存在模板丝网上的光敏层的区域中的光束。还有一个装置，用于生成光束与模板丝网之间的相对运动，光束是根据所要求的模板图案入射在光敏层上的且至少在一个截面中是线性偏振的，在这一截面中配置了用于转动光束的振荡平面的电光调制器且在其光径下游有一块检偏镜，电光调制器根据所接收的模板图案数据转动光束的振荡平面。该设备能够非常快地接通与切断光束，使图案结构的边缘极为清晰。

Description

生产丝网印花模板的设备

本发明涉及生产丝网印花模板的设备。

这种设备是众所周知的，并具有一个光源，该光源发出焦点位于出现在模板丝网的一个光敏层的区域中的一个光束。此外，有一个在光束与模板丝网之间产生相对运动的装置，光束根据所要求的模板图案入射在光敏层上。

这种丝网印花模板用于诸如织物基底的印花。

在最近十年中，以诸如用对应地驱动的激光等适当方式取代过去常用的大薄膜技术将图案传送到印花印板上已日益普遍。例如，可用合成树脂涂一个金属的多孔套筒，然后用激光辐射清除掉模板上要求印花染料透过的位置上的合成树脂。为达到这一目的，通常采用波长为大约10.6μm的是长波激光辐射，并且与图案的要求同步地电激发发出这种辐射的一个CO₂激光器。

也提出过相反的情况，其中用激光辐射的作用交联只是预干燥但尚未聚合(即交联)的胶膜层。为了交联，通常必须采用短波辐射，最好是在接近UV(紫外)的范围内。现今，有可能在高达大约555nm的波长上在合成树脂中得到聚合作用，然而，必须在树脂中加入光敏剂。

然而，在接通与切断用于图案图象生成的激光器时，存在着在图案的边缘区中出现清晰度不足的危险，这是由所述瞬间的激光器的不稳定状态导致的。如果接通与切断边缘不够陡峭或者受到畸变，则得到的图案图象是失真的。

因此，已经提出了用一个声光调制器将一个信号附加在一个激光束上并从而将这一激光束接通或切断。这里，用高频声波在调制器的辐射透明窗中生成一个机械振荡场。这一场所特有的紧密邻接的应力区在折射率上略有不同，结果激光束被弯曲而偏离其原来的光束方向。然后，它在这一偏移的方向上入射在丝网印花模板上。然而，由于调制器窗口的声波前沿必须首先以与窗口相关的声速完全通过所述窗口，所述开关过程是接受相对平坦的开关边缘而进行的。在这一通过时间中，应力区的数目增加，并当整个光束的截面被应力区充满时，光束达到了全偏转。因此，在这一时间内，光信号从其初始值升或降至其最终值。

在这一技术中光信号保持在两倍超声波的频率上受到调幅也是不利的。因此，一方面大约70％的光辐射能量受到弯曲，同时30％的辐射能量在零级的不弯曲光束的方向上继续发射。

本发明是基于以允许产生更清晰的模板图案的方式进一步发展最初提到的那种设备的目的的。

在专利权利要术1的特征部分中指明了所述目的的达到。从属权利要求中提出了本发明的有利改进。

按照本发明的设备的卓越之处在于光束至少在一个断面上是线性偏振的，在这一断面上配置了用于转动光束的振荡平面的一个电光调制器，在该电光调制器的光径下游有一个检偏镜，并且电光调制器根据所接收的模板图案数据转动光束的振荡平面。

换言之，用模板图案数据来驱动电光调制器。如果存在着涉及以后要使印花油墨透过的一个区域的模板图案数据，则在单一树脂层的情况中，用电光调制器将光束的振荡平面转动到使光束能通过后面的检偏镜。从而这一区域中的聚焦的光束清除了树脂层。在要聚合胶膜层的情况中，对于相同的区域或相同的图案数据，用电光调制器将光束的振荡平面转动到使后面的检偏镜阻断光束。因此不交联这一区域，而稍后可通过适当地显影该层而清除它。反之，对于以后不允许印花油墨透过的丝网印花模板区，则应用相反的关系。

已经示出，通过应用上述措施的组合，即使将转动的金属丝网的表面速度选定在≥2m/秒至最大值12至13m/秒的范围内，也能产生具有清晰的边缘结构或非常精确地蚀刻的边缘的模板图案。从而，另一方面，作为在一个图案区中连续地接通的光束的结果，能够达到满意的能量稳定化，使得在图案结构的边缘上切断光束时，能量总是从其最大值下降，这导致突然的能量变化，从而导致清晰的边缘结构。此外，另一方面，作为电光调制器的结果的位于ns范围内的切断时间保证了光束的能量的极快的下降，结果即使在高转速上，也不会产生具有负效应的结构模糊。

按照本发明的一种有利的改进，在光束的线性偏振断面中电光调制器的上游，有一个偏振器，在其后方有一个将光束的振荡平面相对于偏振器转动45°的单元。在光束的传播方向的反方向上传播的辐射，例如在模板的金属丝网上由反射生成的辐射，从而不再到达光源而不会对后者产生负面影响，因为这时这一向后反射的辐射被耦合出光径并传递到诸如一个光阑上。所述单元可以是诸如一个法拉第旋转器，其构造是众所周知的，它利用一个磁场来旋转光束的振荡平面。

另一方面，电光调制器可以是一个泡克耳斯盒(Pockels cell)或一个克尔盒(Kerrcell)，并能用一个适当的高电压驱动，该电压是作为上述图案数据的一个函数作用以转动光束的振荡平面的。

已得到证明，当光束的光被阻断时，光束的振荡平面的转动将检偏镜耦合到一个功率测量单元是非常有利的，这一转动是光线通过所必要的并且是由电光调制器作为功率测量单元的输出信号的一个函数进行调节的。在光束的阻断期间，测定光源的强度，从而在强度改变时，能用电光调制器以下述方式改变光束下一个接通周期中的光束振荡平面，即使得接通的光束在整个蚀刻过程中永远具有恒定的强度。为了相对于较高与较低的强度具有充分的余地，以下述方式预置作用在电光调制器上的高电压，即使得通过情况中的光束的振荡平面不完全与检偏镜的通过方向重合。

偏振器与检偏器可用诸如双棱镜构成。按照本发明的一种进一步改进，利用发射线性偏振的光束的激光器作为光源。如果在模板丝网上要聚合的是诸如胶膜层时，这一激光器最好能是一个二极管激发的Nd-Yag(钕-钇铝柘榴石)激光器。

下面参照附图更详细地描述本发明，附图中：

图1示出激光蚀刻设备的总体示意图；以及

图2更详细地示出图1中所用的激光器的构造。

按照本发明的设备的构造示意性地示出在图1中。它包括一个激光器1，它通过一个出口窗口2发出一线性偏振激光束3。该激光束3的波长可位于从500至540nm的范围内。作为一个实例，可利用具有波长为514nm的一个氩离子激光器作为激光器1。然而，也可利用具有辐射波长在10.6μm的初始范围内，然后可降至532nm的一种钇铝柘榴石钕激光器。

包含两块尼科耳棱镜的一个第一偏振器4使激光束3几乎无损失地通过，这是因为偏振器4的通过方向与激光束3的偏振方向重合。然后，布置在光束方向偏振器4的下游的一个法拉第旋转器4将激光束3的偏振方向绕其纵轴旋转45°。在激光束3的传播方向的反方向上诸如通过反射生成的辐射再一次传递进法拉第旋转器5，使其偏振平面在那里又一次旋转45°，这导致这时的反射辐射的偏振平面相对于偏振器4的通过方向旋转了90°的情况，并为了在一个光阑6中被吸收而由偏振器4将其耦合出光径。以这一方法，由于反射的辐射再也不能耦合进光径中，而激光器1的操作方式得以稳定。

可在法拉第旋转器6的下游激光束3的光径中设置一个在紧急或特殊情况中阻断激光束3的光闸7。

此后，在激光束3的光径中配置一个电光调制器(EOM)8。该电光调制器8可以是诸如一个克尔盒或泡克耳斯盒。取决于作用电压，激光束3的偏振平面的位置或者被所述调制器又转动了90°或者并不转动。在激光束3的光径中电光调制器8的后面，有一个类似地以两块尼克耳棱镜构成的检偏镜9。检偏镜9的任务为当不想将激光束入射在丝网印花模板上并因此而已由电光调制器8旋转了90°时，将激光束3从光径中耦合。反之，如果想将激光束3入射在丝网印花模板上，因此其偏振平面未被电光调制器8转动时，这时使激光束3能通过检偏镜9。

对于检偏镜9将激光束3耦合的情况，激光束3入射在一个功率测量单元10上，它测定此时的有效光束功率。为此目的，在功率测量单元10的内部有一个测量二极管11。这一测量二极管11连接在一个PID(比例积分微分)控制器12上，其作用是将作为测出的束功率的函数的输出信号提供给一个高压发电机13，发电机13将必要的高电压提供给电光调制器8，用于转动激光束3的偏振平面的目的。利用PID控制器12，为检偏镜9的以后通过条件，对高电压进行精调，提供给电光调制器8用于设定辐射功率，电光调制器8的任务是通过激光束3的偏振平面的对应反向转动而将辐射功率的最大值设定为一个常量。

如果激光束3在电光调制器8中的偏振方向不转动或只转动了少许，激光束3便能以少量损失通过检偏镜9。这时，激光束3经由致偏镜14、15与16被引导到一个光学单元17，该单元能在一个滑架20上沿丝网印花模板19的中心轴18的方向移动。该滑架20是通过导杆21移位的，导杆21是用一台直流电机(步进电机)22旋转的。导杆21通过安装件23、24安装在床身25上。光学单元17主要包括一个束扩张器26及一块聚焦透镜27。束扩张器是为了经过聚焦透镜13将激光束3聚焦在丝网印花模板19的上盖上之后，得到尽可能小的一个焦点直径而设置的。

丝网印花模板19可转动地支承在一台蚀刻机的床身25上，并在左端用夹盘28定位而在右端则由一个支承园锥29承载。支承园锥29同样可转动地支承在一个尾架30上。在这一配置中，为了使其位置能与不同长度的丝网印花模板19配合，尾架30能在床身25上沿中心轴18的纵向移位。通过夹盘28，在丝网印花模板19上作用一个匀速旋转运动，夹盘28是支承在一个头架31中的。夹盘28的轴上的一个编码器32将丝网印花模板19的各转动位置通过线34报告给中央控制计算机33。直流电机22内部的另一个编码器通过另一条线35将其上带有光学单元17的滑架20的纵向位置同样报告给中央控制计算机33。利用这一输入信息及根据存储在电子存储器36中的图案信息，中央控制计算机33便能通过控制信号线27将必要的光束控制信息(＝脉冲串)输出给一个单脉冲逻辑单元38。然后，这一单脉冲逻辑单元38通过信号线39输出或长或短的单个脉冲到上面已提到过的高压发电机30。这些单个脉冲携带参照符号40并构成一个蚀刻信号。只有在经由信号线39接收到对应的蚀刻信号40时，本配置中的高压发电机13才将其高压输出到电光调制器8，如已提及的，这一高压受到来自PID控制器12的、经由信号线41到达高压发电机13的设定信号的影响。这些上面提到的设定信号只将高压发电机13输出到电光调制器8的高压改变少许，更具体地，只达到保持激光束13的恒定光功率所必要的范围。应当指出，只在激光束3通过检偏镜9的时间中才进行束功率的设定。在这些通过时间中，激光束3去往丝网印花模板，而并不进行束功率测量。在这些时间上，在功率测量单元10的区域中的束功率的值降至一个预定的电平以下，从而去掉了对PID控制器12的激活。

图2示出激光器1的更详细的构造，在本例中激光器1为一个二极管激发的Nd-Yag激光器。半导体激光二极管42在700至800nm的波长上发射辐射。它通过对这一波长的辐射透明的端面镜43进入谐振器的内部。后者中有Nd-Yag棒(玻璃或晶体)44，它被激发产生激光作用。激光辐射以典型的折射角从这一棒44的右侧端面发出，并通过一块布儒斯特板45。后者保证激光器中只生成线性偏振的辐射。棒44发出的1065nm激光辐射从对532nm辐射部分地透明的右侧端面镜46(图1中出口窗口2)上反射，并通过一个NLO晶体47(NLO＝非线性光学器件)，作为非线性光学效应的结果后者将一部分1065nm辐射转换成532nm辐射。然后，532nm与1065nm上的两种辐射都被谐振器的左侧端面镜33再一次反射，上述周期重新开始。在右端窗口46处，连续地耦合出532nm波长的辐射。利用谐振器内部的NLO晶体47的配置，晶体永远位于高束能量的区域中，并以高效率工作。

Claims (8)

1、生产丝网印花模板的设备，具有一个光源(1)，用于发出其焦点位于存在在模板丝网(19)上的一个光敏层的区域中的一个光束(3)；并具有一个装置，用于生成光束(3)与丝网模板(19)之间的相对运动，该光束(3)是按照所要求的模板图案入射在光敏层上的，其特征在于：

光束(3)至少在一个截面中是线性偏振的；

在这一截面中，配置了一个电光调制器(8)，用于转动光束(3)的振荡平面；

在电光调制器(8)的光径下游，有一块检偏镜(9)；以及

电光调制器(8)根据接收到的模板图案数据转动光束(3)的振荡平面，

其特征在于，当阻断光线时，检偏镜(9)将光束(3)耦合到一个功率测量单元(10)，并在于光线通过所必要的并且是由电光调制器(8)进行的光束(3)的振荡平面的转动是作为功率测量单元(10)的输出信号的一个函数调节的。

2、按照权利要求1的设备，其特征在于，在光束(3)的线性偏振截面中电光调制器(8)的上游，有一个偏振器(4)，后面跟着一个单元(5)，该单元将光束(3)的振荡平面相对于偏振器(4)转动45°。

3、按照权利要求2的设备，其特征在于，该单元(5)为一个法拉第旋转器。

4、按照权利要求1的设备，其特征在于，该电光调制器(8)为一个泡克尔斯室或一个克尔室。

5、按照权利要求2的设备，其特征在于，偏振器(4)将来自单元(5)的辐射耦合到一个虚设负载(6)。

6、按照权利要求1或2的设备，其特征在于，偏振器(4)与检偏镜(9)是由双棱镜构成的。

7、按照权利要求1的设备，其特征在于，光源(1)为发射线性偏振光束(3)的一个激光器。

8、按照权利要求7的设备，其特征在于，激光器(1)为一个二极管激发的Nd-Yag激光器。

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