CN110333648A - 在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统及方法，可实现在三维多面体上制作高精度的线路图形，所生产的3D盖板图形边缘锯齿≤2um，尺寸为5吋的单片生产效率达20秒/片，生产成本低，良率高，产品品质稳定，是一种高精度、高良率、可量产化的新型曝光系统，可扩展应用到3D车载液晶变色玻璃、柔性弯曲显示屏幕、柔性电容式触摸屏的线路制作、半导体高端三维立体封装等图形制作领域，还可以根据客户产品需求，适当修改曝光系统设计，实现边缘锯齿2um甚至更高精度的三维多面体图形制作。

Description

在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统及方法

技术领域

本发明实施例涉及光刻技术领域，具体涉及在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统及方法。

背景技术

下一代音响或其它智能电子产品，将使用3D多面体盖板玻璃或是陶瓷或是金属等材料，而3D多面体盖板玻璃的技术难点则是如何在多面体各个方向上不同倾斜角度的侧面上同时曝光图形，以实现3D多面体盖板上在制备高精度线路图形。

传统的三维图形制作主要存在以下问题：

1、丝印印刷工艺：

靠丝网刮胶漏墨印刷图形，只能印刷平面图形，且丝网网纱线径≥20um，印刷后图形的锯齿≥15um。

2、移印印刷工艺：

靠硅胶上附着油墨转移、压印到三维多面体上，硅胶上附着的油墨的量和转印的压力来控制图形的边缘位置，油墨附着量不可靠，多次移印后硅胶存在变形，印刷后图形边缘公差≥30um，锯齿不可控。

3、激光蚀刻工艺：

3D盖板整面或部分区域喷油墨后，用激光烧蚀图形，单束或≤8束的激光点烧蚀油墨，生产效率低下，5吋单片耗时≥1分钟。

4、贴膜工艺：

先将油墨图形做在一张膜上，然后压贴到3D盖板上，经真空脱泡、高温固化后形成图形，制作工艺流程长，操作复杂，压贴容易产生异物、气泡，对位偏差容易产生边缘多胶或边缘残缺，只能制作整块图形，无法制作复杂的图形，且生产成本高，产品良率低。

5、OGS曝光油墨工艺

3D盖板上喷油墨，采用掩模版，平行光曝光模式，曝光显影后成型，3D盖板图形在不同的曝光焦点掩模曝光后表面上图形存在严重的锯齿，图形焦面每相差1mm，锯齿增加约7um，如图形焦面相差3mm，则锯齿可达21um，严重影响产品品质。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统及方法，以解决现有的三维图形制作工艺无法实现在三维多面体上制备高精度线路图形的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提出了一种在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统，所述系统包括：

承载板，用于承载若干已喷曝光油墨或感光胶的三维多面体；

反射镜，与所述三维多面体的曝光面对应设置，用于将所述三维多面体的不同曝光面的图形反射至视觉识别系统；

视觉识别系统：用于获取所述反射镜反射的图形并进行图形识别和处理以获取所述曝光面的图形信息，所述图形信息包括图形边缘位置、图形位置坐标以及图形的大小；

曝光图形分割和曝光焦点仿真系统：用于根据每个三维多面体的曝光面曝光尺寸大小自动生成电子图形，并通过计算将每个三维多面体的曝光面分割成若干分割区域并确定每个分割区域的曝光焦点，并根据每个分割区域的大小及位置将所述电子图形进行分割形成新的区域电子图形；

曝光电子图形生成系统：将所述区域电子图形填充至相应的三维多面体曝光面上对应的分割区域，并形成曝光电子图形；

数字掩模板生成系统：根据所述曝光面的图形信息对所述曝光电子图形的填充位置及倾斜角度进行修正，使各曝光电子图形的位置与对应的三维多面体曝光面上的实际位置一致，生成数字化掩模板图形；

无掩模光刻系统：利用激光技术按照反射投影至与反射镜对应的曝光面上的数字化掩模板图形进行光刻。

进一步地，所述视觉识别系统包括CCD成像系统和图形处理软件系统。

进一步地，所述承载板上设有定位基准。

进一步地，所述定位基准为圆孔或方孔。

进一步地，所述曝光图形分割和曝光焦点仿真系统的工作原理为：将所述三维多面体的曝光图形分割为区域Map1、Map2至Mapn连续的图形，将每个单独的曝光区域Map1、Map2至Mapn均置于其分别对应的曝光焦点f1、f2至fn及有效景深△1、△2至△n内，在所述有效景深内曝光的图形的变形量≤1μm，实现分区域不同焦点曝光。

进一步地，所述曝光面的倾斜角度范围为0-180°。

进一步地，所述曝光面的倾斜角度为90°时，所述反射镜的倾斜角度为45°。

根据本发明实施例的第二方面，提出了一种在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统的曝光方法，所述方法包括：

步骤a、承载板定位；

步骤b、排板，将若干已喷曝光油墨或感光胶的三维多面体以整列方式排列在所述承载板上；

步骤c、获取所述三维多面体的不同曝光面的图形信息，所述曝光面的图形信息是利用不同的反射镜将不同曝光面的图形反射至视觉识别系统进行图形识别和处理获取的，所述图形信息包括图形边缘位置、图形位置坐标以及图形的大小；

步骤d、生成数字化掩模板图形，根据所述三维多面体的不同曝光面的曝光图形参数要求，所述曝光图形参数包括曝光位置、曝光形状以及曝光图形的分辨率，结合曝光机设备引擎的分辨率、景深的曝光解析能力参数指标和曝光光斑的大小尺寸指标，将电子图形做区域分割，以确保每个曝光区域的图形均在对应的单次曝光光斑焦点的有效景深范围内，然后将此分割后的区域电子图形填充至相应的三维多面体曝光面上对应的分割区域，并形成曝光电子图形，根据所述曝光面的图形信息对所述曝光电子图形的填充位置及倾斜角度进行修正，生成数字化掩模板图形；

步骤e、将所述数字化掩模板图形经所述反射镜反射投影至与反射镜对应的曝光面上，完成曝光；

步骤f、光刻图形，利用激光技术按照反射投影至与反射镜对应的曝光面上的数字化掩模板图形进行光刻；

步骤g、重复步骤d-f，重复制作后续的多层图形，完成多层图形的叠加制作。

本发明实施例具有如下优点：

本实施例提出的在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统及方法，可实现在三维多面体上制作高精度的线路图形，该方法所生产的3D盖板图形边缘锯齿≤2um，尺寸为5吋的单片生产效率达20秒/片，生产成本低，良率高，产品品质稳定，是一种高精度、高良率、可量产化的新型曝光系统，该系统可扩展应用到3D车载液晶变色玻璃、柔性弯曲显示屏幕、柔性电容式触摸屏的线路制作、半导体高端三维立体封装等三维多面体的图形制作领域，该发明的曝光系统还可以根据客户产品的需求，适当修改曝光系统设计，可实现边缘锯齿2um甚至更高精度的三维多面体图形的制作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例1提供的在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统针对90°垂直侧面的曝光光路示意图；

图2为本发明实施例1提供的在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统中反射镜的设置示例示意图；

图3为本发明实施例1提供的在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统中对曝光面不同角度(坡度)的曝光焦点深度的分割示意图。

图中：底面1、侧面2、反射镜3、CCD成像系统4。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提出了一种在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统，该系统包括承载板、反射镜、视觉识别系统、曝光图形分割和曝光焦点仿真系统、曝光电子图形生成系统、数字掩模板生成系统以及无掩模光刻系统。

承载板，用于承载若干已喷曝光油墨或感光胶的三维多面体。

承载板上设有定位基准。进一步地，定位基准为圆孔或方孔。根据定位基准以及三维多面体的边缘位置图像能够获取三维多面体的定位坐标数据。

反射镜，与三维多面体的曝光面对应设置，用于将三维多面体的不同曝光面的图形反射至视觉识别系统。

以图1所示的曝光光路示意图为例，需要曝光该多面体的底面1以及侧面2，侧面为90°垂直面，在需要曝光的面上喷上油墨，底面1与曝光设备正对设置，可由曝光系统直接发CAD图形进行曝光，而90°垂直侧面2一侧对应设置一个反射镜3，反射镜3的倾斜角度设置为45°，以获取90°垂直侧面2的图形信息，反射镜可通过卡盘固定。

三维多面体的形状可以为三角锥、四面体或者其他规则或不规则多面体等，需要曝光的曝光面的倾斜角度范围可以为0-180°。根据多面体的四面或其他多面，每个面均对应设置一个反射镜，如图2所示，反射镜的角度可以是45°或是其他角度，多面反射镜的反射图形投影到CCD成像系统中，多面图形组合形成完整的需要曝光的平面图形。

视觉识别系统：用于获取反射镜反射的图形并进行图形识别和处理以获取曝光面的图形信息，图形信息包括图形边缘位置、图形位置坐标以及图形的大小。

进一步地，视觉识别系统包括CCD成像系统和图形处理软件系统。

侧面的图形经45°反射镜3反射后投影在CCD成像系统4里，由CCD相机抓取产品侧面图形在成像系统中的成像，抓取图形特征包括图形边缘位置、图形位置坐标，通过抓取图形的四角计算出需要曝光的图形的大小等类似这些图形信息，以便曝光系统可以根据这些图形信息与其他需要曝光的图形一起形成数字化掩模板，并最终投影曝光到需要曝光的产品上。

曝光图形分割和曝光焦点仿真系统：用于根据每个三维多面体的曝光面曝光尺寸大小自动生成电子图形，并通过计算将每个三维多面体的曝光面分割成若干分割区域并确定每个分割区域的曝光焦点，并根据每个分割区域的大小及位置将电子图形进行分割形成新的区域电子图形。

曝光电子图形生成系统：将区域电子图形填充至相应的三维多面体曝光面上对应的分割区域，并形成曝光电子图形。

数字掩模板生成系统：根据曝光面的图形信息对曝光电子图形的填充位置及倾斜角度进行修正，使各曝光电子图形的位置与对应的三维多面体曝光面上的实际位置一致，生成数字化掩模板图形。

无掩模光刻系统：利用激光技术按照反射投影至与反射镜对应的曝光面上的数字化掩模板图形进行光刻。

进一步地，曝光图形分割和曝光焦点仿真系统的工作原理为：将三维多面体的曝光图形分割为区域Map1、Map2至Mapn连续的图形，将每个单独的曝光区域Map1、Map2至Mapn均置于其分别对应的曝光焦点f1、f2至fn及有效景深△1、△2至△n内，在有效景深内曝光的图形变形量≤1μm，实现分区域不同焦点曝光。

图3是本实施例中对曝光面不同角度(坡度)的曝光焦点深度的分割示意图。其中，Map1与Map2代表单次曝光的面积，f1和f2为不同的曝光焦点，Map1与Map2实现图形无缝对接；△1为f1焦点所对应的曝光景深，△11和△12为△1的上下有效景深高度；△2为f2焦点所对应的曝光景深，△21和△22为△2的上下有效景深高度，3D立体图形曝光需要在不同的焦面上曝光精细图形，本发明将需要曝光的3D立体图形分割成Map1、Map2……等连续的图形，将每个单独曝光区域Map1、Map2……均置于其分别对应的曝光焦点f1、f2……的有效景深△1、△2……内，在该有效景深内曝光的图形可保证其图形变形量≤1um，从而达到多面体3D坡面分割图形，分区域不同焦点曝光。

在软件计算曝光图形形成数字化掩模板的过程中，其各项参数的相关性如下：

根据产品图形的立体多面体情况和产品所需要曝光的图形的分辨率和最小线宽线缝的要求，设计光学引擎的曝光光点的分辨率尺寸和该分辨率下的光学引擎的有效焦深f；

根据产品线路曝光所采用的感光材料的特性(感光度、曝光能量、分辨率等参数)，设计光学引擎的光学系统，以上感光材料和光学引擎匹配焦深f参数后，决定了单次光斑曝光的景深△n和单次曝光光斑的Map尺寸；

根据产品图形的立体多面体情况和形貌情况，结合景深△n和单次曝光光斑的Map尺寸，将图像做分割，决定每次曝光光斑的f1、f2……、景深△1、△2……、Map1、Map2……，其中：

f1、f2……每个值均不相同，且每相邻的数值f的差值f1–f2、f2–f3……可设置为相等或不相等，视立体图形是否为连续的规则平面所决定；

△1、△2……每个值均不相同，但每相邻的数值△n的差值△1–△2、△2–△3……均为零，由光学设计所决定；

Map1、Map2……每个Map的长、宽值可设置为相同或不相同，由立体产品的图形形貌、软件的参数是否开放为可设值所决定。

本实施例提出的一种在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统的曝光方法包括以下步骤：

步骤a、承载板定位；

步骤b、排板，将若干已喷曝光油墨或感光胶的三维多面体以整列方式排列在承载板上；

步骤c、获取三维多面体的不同曝光面的图形信息，曝光面的图形信息是利用不同的反射镜将不同曝光面的图形反射至视觉识别系统进行图形识别和处理获取的，图形信息包括图形边缘位置、图形位置坐标以及图形的大小；

步骤d、生成数字化掩模板图形，根据三维多面体的不同曝光面的曝光图形参数要求，曝光图形参数包括曝光位置、曝光形状以及曝光图形的分辨率，结合曝光机设备引擎的分辨率、景深的曝光解析能力参数指标和曝光光斑的大小尺寸指标，将电子图形做区域分割，以确保每个曝光区域的图形均在对应的单次曝光光斑焦点的有效景深范围内，然后将此分割后的区域电子图形填充至相应的三维多面体曝光面上对应的分割区域，并形成曝光电子图形，根据曝光面的图形信息对曝光电子图形的填充位置及倾斜角度进行修正，生成数字化掩模板图形；

步骤e、将数字化掩模板图形经反射镜反射投影至与反射镜对应的曝光面上，完成曝光；

步骤f、光刻图形，利用激光技术按照反射投影至与反射镜对应的曝光面上的数字化掩模板图形进行光刻；

步骤g、重复步骤d-f，重复制作后续的多层图形，完成多层图形的叠加制作。

本实施例提出的在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统，可广泛应用于触摸屏、电子产品、光伏产品、PCB线路板、半导体封装中多面体3D多层复合图层制作或图层间定位套合制作，可有效解决三维多面体3D图形曝光精度难题，同时提高生产效率，其优点如下：

1、对多面体3D图形做智能化、数字化区域分割，不同坡面高度的图形采用不同的曝光焦点，使每个区域的图形在曝光中都处于最佳焦点的焦深范围以内，确保多面体3D坡面上曝光的所有图形都有最佳的分辨率，图形最佳分辨率可达0.5um。

2、系统采用承载板多片小片拼版曝光功能，只要读取承载板的小片3D玻璃位置信息，做到数据共享、统一管理，可有效提高了曝光生产效率。

3、由于玻璃之间的物理间距可能存在差异，不可避免会出现部分线路不在最佳焦深以内，本发明的软件仿真系统在曝光刻写前对各个玻璃的实际图形数据进行添加dummy块修正，数字掩模板生成系统生成数字掩模板，采用无掩模曝光技术光刻，以保证所有图形均在最佳曝光焦点的有效焦深以内。

4、由于小块玻璃与承载板在物理上是分离的，小块玻璃在承载板上的位置不可避免会出现轻微的误差(偏差)，本发明的系统在曝光刻写前对各个小片玻璃的实际位置数据进行修正，数字掩模板生成系统生成数字掩模板，采用无掩模曝光技术光刻，以保证光刻位置的准确性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统，其特征在于，所述系统包括：

承载板，用于承载若干已喷曝光油墨或感光胶的三维多面体；

反射镜，与所述三维多面体的曝光面对应设置，用于将所述三维多面体的不同曝光面的图形反射至视觉识别系统；

视觉识别系统：用于获取所述反射镜反射的图形并进行图形识别和处理以获取所述曝光面的图形信息，所述图形信息包括图形边缘位置、图形位置坐标以及图形的大小；

曝光图形分割和曝光焦点仿真系统：用于根据每个三维多面体的曝光面曝光尺寸大小自动生成电子图形，并通过计算将每个三维多面体的曝光面分割成若干分割区域并确定每个分割区域的曝光焦点，根据每个分割区域的大小及位置将所述电子图形进行分割形成新的区域电子图形；

曝光电子图形生成系统：将所述区域电子图形填充至相应的三维多面体曝光面上对应的分割区域，并形成曝光电子图形；

数字掩模板生成系统：根据所述曝光面的图形信息对所述曝光电子图形的填充位置及倾斜角度进行修正，使各曝光电子图形的位置与对应的三维多面体曝光面上的实际位置一致，生成数字化掩模板图形；

无掩模光刻系统：将所述数字化掩模板图形经所述反射镜反射投影至与反射镜对应的曝光面上，完成曝光，利用激光技术按照数字化掩模板图形进行光刻。

2.根据权利要求1所述的在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统，其特征在于，所述视觉识别系统包括CCD成像系统和图形处理软件系统。

3.根据权利要求1所述的在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统，其特征在于，所述承载板上设有定位基准。

4.根据权利要求3所述的在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统，其特征在于，所述定位基准为圆孔或方孔。

5.根据权利要求1所述的在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统，其特征在于，所述曝光图形分割和曝光焦点仿真系统的工作原理为：将所述三维多面体的曝光图形分割为区域Map1、Map2至Mapn连续的图形，将每个单独的曝光区域Map1、Map2至Mapn均置于其分别对应的曝光焦点f1、f2至fn及有效景深△1、△2至△n内，在所述有效景深内曝光的图形的变形量≤1μm，实现分区域不同焦点曝光。

6.根据权利要求1所述的在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统，其特征在于，所述曝光面的倾斜角度范围为0-180°。

7.根据权利要求6所述的在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统，其特征在于，所述曝光面的倾斜角度为90°时，所述反射镜的倾斜角度为45°。

8.根据权利要求1-7中任一所述的一种在三维多面体上制备高精度线路图形的曝光系统的曝光方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤a、承载板定位；

步骤b、排板，将若干已喷曝光油墨或感光胶的三维多面体以整列方式排列在所述承载板上；

步骤c、获取所述三维多面体的不同曝光面的图形信息，所述曝光面的图形信息是利用不同的反射镜将不同曝光面的图形反射至视觉识别系统进行图形识别和处理获取的，所述图形信息包括图形边缘位置、图形位置坐标以及图形的大小；

步骤d、根据所述三维多面体的不同曝光面的曝光图形参数要求，所述曝光图形参数包括曝光位置、曝光形状以及曝光图形的分辨率，结合曝光机设备引擎的分辨率、景深的曝光解析能力参数指标和曝光光斑的大小尺寸指标，将电子图形做区域分割，以确保每个曝光区域的图形均在对应的单次曝光光斑焦点的有效景深范围内，然后将此分割后的区域电子图形填充至相应的三维多面体曝光面上对应的分割区域，并形成曝光电子图形，根据所述曝光面的图形信息对所述曝光电子图形的填充位置及倾斜角度进行修正，生成数字化掩模板图形；

步骤e、将所述数字化掩模板图形经所述反射镜反射投影至与反射镜对应的曝光面上，完成曝光；

步骤f、光刻图形，利用激光技术按照反射投影至与反射镜对应的曝光面上的数字化掩模板图形进行光刻；

步骤g、重复步骤d-f，重复制作后续的多层图形，完成多层图形的叠加制作。