CN105278260B - 一种pcb曝光图形正确性验证方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PCB曝光图形正确性验证方法，其实现方式是：将标定板放在带有真空吸盘的精密平台上，标定板图形为X、Y方向间距均为a的实心圆阵列，CCD相机通过图像匹配法测得实心圆坐标，PCB基板通过曝光显影得到与标定板相同的实心圆图形，同样方法测得PCB基板实心圆坐标，将标定板和PCB基板测量的坐标值进行平移和旋转处理后，对比判断曝光图形正确性。本发明适用于PCB直写曝光领域或半导体直写曝光技术领域，比传统通过对准及测量判断图形正确性更加精确。

Description

一种PCB曝光图形正确性验证方法

技术领域

本发明涉及直写曝光技术领域，具体涉及一种用于PCB曝光图形正确性验证的方法，适用于PCB直写曝光或半导体直写曝光。

背景技术

PCB板制备一般需要曝光多层图形，PCB曝光图形正确性是PCB直写曝光的一个重要指标，直接影响单层曝光图形的畸变量及不同曝光图形之间的对准精度。

传统PCB曝光图形正确性验证方法是在图形曝光完成后通过后续的对准及测量来判断，此种方法得到的结果不仅包括曝光图形误差还包括对准误差，只能做为曝光图形正确性的参考，不能反映出实际曝光图形的正确性。

发明内容

本发明提供一种全新的PCB曝光图形正确性验证方法，通过在PCB基板上曝光标定板图形得到曝光图形，与标定板图形之间进行对比，判断曝光图形的正确性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种PCB曝光图形正确性验证方法，包括如下步骤：

1)将标定板放入直写曝光设备的精密平台上，并进行真空吸附定位，所述标定板在X方向和Y方向都有一系列等间距的实心圆MARK；

2)通过直写曝光设备的CCD图像采集系统测量标定板上不同实心圆的中心坐标，标定板实心圆MARK中心坐标测量结果为q，坐标矩阵如下：

其中n为实心圆MARK的行数，m为实心圆MARK的列数；

3)将PCB基板置于精密平台上，曝光面聚焦在PCB基板表面，对PCB基板曝光标定板图形后显影；

4)再将PCB基板置于精密平台上，通过CCD图像采集系统测量PCB基板上不同实心圆的中心坐标，PCB基板实心圆MARK中心坐标测量结果为Q，坐标矩阵如下：

5)指定统一的坐标系，将坐标矩阵q和Q平移至该坐标系的坐标原点，并旋转坐标矩阵q和Q至与该坐标系的夹角为0°，得到平移和旋转后的坐标矩阵L和K，再将坐标矩阵L和K相减得到差值坐标矩阵H；

6)根据差值坐标矩阵H定量分析曝光图形不同坐标位置处畸变量的大小。

进一步地，所述步骤5)的具体方法如下：

51)将标定板测得坐标矩阵q的左下角数据设为坐标原点，即将所有坐标值都减去(x_n1,y_n1)，得坐标矩阵q¹，如下：

52)q¹与指定的坐标系存在夹角θ，夹角θ＝arctan[(x₁₁-x_n1)/(y₁₁-y_n1)]，利用坐标系转换矩阵E将标定板测得的坐标数据旋转角度θ，所述坐标系转换矩阵E如下：

其中(x,y)为初始坐标，(A_i,B_i)为旋转后的坐标，角度θ逆时针方向旋转时为正值，角度θ顺时针方向旋转时为负值；

坐标矩阵q¹经旋转角度θ后得到新的坐标矩阵L，如下：

53)采用步骤51)和52)相同的方法，将PCB基板测得的坐标矩阵Q平移(x_n1,y_n1)，然后旋转角度θ₁，得到新的坐标矩阵K，如下：

54)计算差值坐标矩阵H＝K-L，如下：

进一步地，步骤6)中，所述差值坐标矩阵H定量分析的方法为：选取需要分析图像部分区域的四个顶点，四边形ABCD四条边长分别为a、b、c、d，对角线长分别为e、f，四边形A₁B₁C₁D₁四条边长分别为a₁、b₁、c₁、d₁，对角线长分别为e₁、f₁，根据四条边长差值a-a₁、b-b₁、c-c₁、d-d₁及对角线差值e-e₁、f-f₁判断图形变化趋势及变化量。

由以上技术方案可知，本发明具有如下有益效果：

通过上述方法可以准确评价曝光图形任意区域的畸变量，根据图形畸变程度对曝光平台及软件等模块进行调整，保证曝光图形正确性，及后续对准的精度，是直写曝光设备调试过程中不可或缺的一步。

附图说明

图1为本发明中精密平台示意图；

图2为本发明中标定板示意图；

图3为标定板测量坐标示意图；

图4为PCB基板测量坐标示意图；

图5为标定板经平移和旋转后的坐标示意图；

图6为PCB基板经平移和旋转后的坐标示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。

本发明提供一种直写曝光设备PCB曝光图形正确性的验证方法，需要使用到直写曝光设备的精密平台、一张压有干膜的PCB基板和高精度的标定板。

如图1所示，所示精密平台3的左下角设置有左定位条1和下定位条2，精密平台下方设置有吸附装置，用于将放置在该精密平台上的标定板4进行定位固定。所述精密平台可以在X与Y方向运动。

如图2所示，所述标定板4是通过在玻璃基板上加工得到的，所述标定板在X方向和Y方向都有一系列等间距的实心圆MARK，X与Y方向实心圆间距均为a。

本发明通过直写曝光设备的CCD图像采集系统测得标定板所有实心圆坐标，同样方法测得PCB基板曝光图形坐标，再通过坐标数据处理，对比两组坐标值，可以得到PCB基板曝光图形与标定板图形的精确差异，具体方法如下：

1)将准备好的标定板放在精密平台左下角，紧靠左定位条和下定位条，打开真空吸附，固定标定板位置，如图1所示。

2)直写曝光设备上有CCD图像采集系统，使用图像匹配法，可判断标定板实心圆MARK的中心位置并使得MARK可以移动到对准相机的中心，能够准确测量标定板上实心圆MARK的中心坐标。CCD图像采集系统固定在设备上不动，通过精密平台运动测量标定板上不同实心圆的中心坐标，MARK中心坐标测量结果为q，坐标矩阵如下：

其中n为实心圆MARK的行数，m为实心圆MARK的列数。

3)将压好干膜的PCB基板放在精密平台左下角，紧靠左定位条和下定位条，并打开真空吸附，固定PCB基板。调节聚焦模块，将曝光面聚焦在PCB基板表面，曝光标定板的图形，静置一定时间后，将PCB基板显影。

4)将显影后的PCB基板再次放在精密平台的左下角定位，并打开真空吸附，固定PCB基板。测量前需要保证PCB基板与标定板厚度一致，如果PCB基板厚度不够，可以通过垫板增加厚度。同步骤2)，通过CCD图像采集系统测量PCB基板上不同实心圆的中心坐标，PCB基板实心圆MARK中心坐标测量结果为Q，坐标矩阵如下：

5)由于测量标定板与PCB基板时放置的位置不一致，坐标矩阵q和Q相对指定的统一坐标系会有不同程度的平移和旋转。因此需要将测得的两组坐标q和Q分别用线连接成网格状图形，参照图3和4。

将坐标矩阵q和Q平移至指定的统一坐标系的坐标原点，并旋转坐标矩阵q和Q至与该坐标系的夹角为0°，得到平移和旋转后的坐标矩阵L和K，再将坐标矩阵L和K相减得到差值坐标矩阵H，具体方法如下：

51)将标定板测得坐标矩阵q的左下角数据设为坐标原点，即将所有坐标值都减去(x_n1,y_n1)，得坐标矩阵q¹，如下：

52)q¹与指定的坐标系存在夹角θ，夹角θ＝arctan[(x₁₁-x_n1)/(y₁₁-y_n1)]，利用坐标系转换矩阵E将标定板测得的坐标数据旋转角度θ，所述坐标系转换矩阵E如下：

其中(x,y)为初始坐标，(A_i,B_i)为旋转后的坐标，角度θ逆时针方向旋转时为正值，角度θ顺时针方向旋转时为负值；

如图5所示，标定板测得的坐标矩阵q¹经旋转角度θ后得到新的坐标矩阵L，如下：

53)采用步骤51)和52)相同的方法，将PCB基板测得的坐标矩阵Q平移(x_n1,y_n1)，然后旋转角度θ₁，参照图6，得到新的坐标矩阵K，如下：

54)计算差值坐标矩阵H＝K-L，如下：

6)差值坐标矩阵H计算出来后，根据差值坐标矩阵H定量分析曝光图形不同坐标位置处畸变量的大小。

所述差值坐标矩阵H定量分析的方法为：选取需要分析图像部分区域的四个顶点，四边形ABCD四条边长分别为a、b、c、d，对角线长分别为e、f，四边形A₁B₁C₁D₁四条边长分别为a₁、b₁、c₁、d₁，对角线长分别为e₁、f₁，根据四条边长差值a-a₁、b-b₁、c-c₁、d-d₁及对角线差值e-e₁、f-f₁判断图形变化趋势及变化量。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种PCB曝光图形正确性验证方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将标定板放入直写曝光设备的精密平台上，并进行真空吸附定位，所述标定板在X方向和Y方向都有一系列等间距的实心圆MARK；

2)通过直写曝光设备的CCD图像采集系统测量标定板上不同实心圆的中心坐标，标定板实心圆MARK中心坐标测量结果为q，坐标矩阵如下：

其中n为实心圆MARK的行数，m为实心圆MARK的列数；

3)将PCB基板置于精密平台上，曝光面聚焦在PCB基板表面，对PCB基板曝光标定板图形后显影；

4)再将PCB基板置于精密平台上，通过CCD图像采集系统测量PCB基板上不同实心圆的中心坐标，PCB基板实心圆MARK中心坐标测量结果为Q，坐标矩阵如下：

5)指定统一的坐标系，将坐标矩阵q和Q平移至该坐标系的坐标原点，并旋转坐标矩阵q和Q至与该坐标系的夹角为0°，得到平移和旋转后的坐标矩阵L和K，再将坐标矩阵L和K相减得到差值坐标矩阵H；

6)根据差值坐标矩阵H定量分析曝光图形不同坐标位置处畸变量的大小；

步骤6)中，所述差值坐标矩阵H定量分析的方法为：选取两个需要分析图像部分区域的四个顶点，第一四边形ABCD四条边长分别为a、b、c、d，对角线长分别为e、f，第二四边形A₁B₁C₁D₁四条边长分别为a₁、b₁、c₁、d₁，对角线长分别为e₁、f₁，根据四条边长差值a-a₁、b-b₁、c-c₁、d-d₁及对角线差值e-e₁、f-f₁判断图形变化趋势及变化量。

2.根据权利要求1所述的PCB曝光图形正确性验证方法，其特征在于，所述步骤5)的具体方法如下：

51)将标定板测得坐标矩阵q的左下角数据设为坐标原点，即将所有坐标值都减去(x_n1,y_n1)，得坐标矩阵q¹，如下：

52)q¹与指定的坐标系存在夹角θ，夹角θ＝arctan[(x₁₁-x_n1)/(y₁₁-y_n1)]，利用坐标系转换矩阵E将标定板测得的坐标数据旋转角度θ，所述坐标系转换矩阵E如下：

其中(x,y)为初始坐标，(A_i,B_i)为旋转后的坐标，角度θ逆时针方向旋转时为正值，角度θ顺时针方向旋转时为负值；

坐标矩阵q¹经旋转角度θ后得到新的坐标矩阵L，如下：

53)采用步骤51)和52)相同的方法，将PCB基板测得的坐标矩阵Q平移(x_n1,y_n1)，然后旋转角度θ₁，得到新的坐标矩阵K，如下：

54)计算差值坐标矩阵H＝K-L，如下：