CN111158221A - Led光源曝光系统及曝光机 - Google Patents

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Abstract

本发明LED光源曝光系统及曝光机包括发出紫外光的UV‑LED光源组件、接收并透射UV‑LED光源组件发出的所述紫外光的复眼组件、接收并反射经过所述复眼组件匀化的紫外光的平面反光装置及接收并反射经过所述平面反光装置匀化准直的紫外光的曲面镜，所述曲面镜将接收的紫外光反射至底片表面以进行图形转移；本发明通过在平面反光镜上设置挡片对照射在底片上的光斑进行改变，满足光斑的均匀度，保证底片曝光的一致性。本发明同时可以满足不同尺寸的曲面镜，不同的曝光面积，只需要更平面反光装置与复眼组件、曲面镜之间的距离即可实现，也可以通过调整平面反光镜的角度实现，具有高度的灵活性。

Description

LED光源曝光系统及曝光机
技术领域
本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种LED光源曝光系统及具有该LED光源曝光系统的曝光机。
背景技术
印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)，又称印刷电路板或印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。
印刷电路板在生产过程中需要经过多道工序才能得到最后的产品，其中，一个重要工序就是利用光学曝光的方法进行底片与印刷电路板间的图像转移，而曝光机是实现图像转移的关键设备，印刷电路板的质量、精度等关键指标很大程度上取决于曝光质量。在曝光机的有效曝光面积内，紫外线的平行度、能量均匀度等决定了系统的曝光质量。当然，除了在印刷电路板需要光学曝光之外，半导体领域中的其他大量产品也需要用到曝光系统。
请参阅图1，传统的平行光曝光机一般采用高压汞灯作为光源，光能量从汞灯11射出，进入反光杯12，汞灯11发出的紫外光经反光杯12准直后，因汞灯本身的光谱范围广，除了发射紫外光外，还伴生大量的红外线，热量很高，所以需要先经过平面玻璃13进行滤光。因汞灯装置本身尺寸比较大，经过平面玻璃13过滤后的紫外光，需由平面玻璃14改变光的出射方向进入复眼15。复眼15的主要作用是匀化，将单个集中的光源点分散成N多个光源点。匀化后的紫外光投射到曲镜系统16，通过曲镜16反射的紫外线以近乎垂直的角度投射到掩膜板17，紫外光透过掩膜板17即可作用在PCB工件上，最终完成曝光。传统的平行光曝光机因为高压汞灯本身的特性，存在的缺陷较多，比如，汞灯的光转化效率低、能耗高，光谱范围广，发热大导致高温对PCB工件的影响明显，灯具自身寿命短，环境污染严重等等。使用节能环保的新型LED光源是大势所趋。随着技术的发展，UV-LED的光谱更窄，发热量更小，寿命更高，并且环保、对环境友好。
近年来，UV-LED的曝光系统也发展成多种多样，有UV-LED扫描式平行光系统，有UV-LED直下式曝光系统。如中华人民共和国专利公告第208247714U号申请，对UV-LED光源组件发出的紫外光通过复眼组件对其进行匀化，从而控制曲面镜反射之后的平行光垂直度。又如中华人民共和国专利公告第106353972A号申请，通过设置第一曲面反射镜对通过复眼组件匀光之后的紫外光光束进行反射至第二曲面反射镜然后对底片进行曝光，从而达到一定的光束准直效果。
但现有这些设计比较难控制通过曲面镜反射之后的平行光垂直度，也无法保证紫外光对底片曝光的均匀度，均匀度只在85％到90％之间。因此，在实际生产中，需要一种可以灵活组合，具有高度适应性、紫外光光束垂直度和保证曝光光斑均匀度的光学系统及曝光机。
发明内容
本发明的主要目的之一在于克服现有技术的以上缺点和不足，提供一种LED光源曝光系统。
一种LED光源曝光系统，用于图形转移，包括发出紫外光的UV-LED光源组件、接收并透射UV-LED光源组件发出的所述紫外光的复眼组件及接收并反射经过所述复眼组件匀化的紫外光的曲面镜，所述曲面镜将接收的紫外光反射至底片表面以进行图形转移；所述复眼组件与曲面镜之间设有平面反光装置，所述平面反光装置对复眼组件匀化的紫外光进行反射至曲面镜，所述平面反光装置包括角度可调的平面反光镜和多个可移动设在平面反光镜上表面的挡片。
在其中一个实施例中，所述平面反光装置还包括控制挡片移动的机械手和控制机械手的控制器。
在其中一个实施例中，所述底片上方设置有光学图像传感器，所述光学图像传感器连接有中央处理器，所述光学图像传感器对经过曲面镜反射之后照射到底片上的光斑图像转换成信号传送至中央处理器，所述中央处理器对比分析之后输出控制所述控制器，所述控制器控制所述机械手移动挡片。
在其中一个实施例中，所述平面反光镜的四个方向上分别设置一个挡片，所述挡片可移动地贴设在所述平面反光镜上表面，所述机械手的数量至少一个。
在其中一个实施例中，所述机械手的数量为四个，所述每个机械手控制一个挡片的移动，所述四个挡片以平面反光镜的中心点为原点进行移动。
在其中一个实施例中，还包括显示模块，所述显示模块用于显示中央处理器输出的光斑图像。
在其中一个实施例中，所述挡片的材质为石英。
在其中一个实施例中，所述复眼组件包括至少两个复眼镜片，所述两个复眼镜片之间的距离可调。
在其中一个实施例中，所述复眼组件包括入射镜片、出射镜片和若干距离调节结构，所述入射镜片和出射镜片平行设置，所述若干距离调节结构使得入射镜片和出射镜片平行移动，所述距离调节结构由连接杆和调节杆组成，所述连接杆内设置有滑槽，所述调节杆在所述滑槽内可移动，所述距离调节结构的两端分别设置在所述入射镜片和出射镜片的侧面。
在其中一个实施例中，所述复眼镜片包括基体和若干透镜，所述若干透镜通过粘胶的方式连接之后固定在所述基体上。
在其中一个实施例中，所述UV-LED光源组件包括UV-LED光源、光学透镜、铝基板、导热板及散热器，所述光学透镜罩设在所述UV-LED光源上，所述UV-LED光源设在所述铝基板上，所述铝基板下方设有所述导热板，所述导热板与所述散热器连接。
本发明的主要目的之二在于克服现有技术的以上缺点和不足，提供一种包含LED光源曝光系统的曝光机。
一种曝光机，包括LED光源曝光系统，所述LED光源曝光系统包括发出紫外光的UV-LED光源组件、接收并透射UV-LED光源组件发出的所述紫外光的复眼组件及接收并反射经过所述复眼组件匀化的紫外光的曲面镜，所述曲面镜将接收的紫外光反射至底片表面以进行图形转移；所述复眼组件与曲面镜之间设有平面反光装置，所述平面反光装置对复眼组件匀化的紫外光进行反射至曲面镜，所述平面反光装置包括角度可调的平面反光镜和多个可移动设在平面反光镜上表面的挡片。
本发明LED光源曝光系统包括发出紫外光的UV-LED光源组件、接收并透射UV-LED光源组件发出的所述紫外光的复眼组件及接收并反射经过所述复眼组件匀化的紫外光的曲面镜，所述曲面镜将接收的紫外光反射至底片表面以进行图形转移；所述复眼组件与曲面镜之间设有平面反光装置，所述平面反光装置对复眼组件匀化的紫外光进行反射至曲面镜，所述平面反光装置包括角度可调的平面反光镜和多个可移动设在平面反光镜上表面的挡片；本发明中UV-LED光源发出的紫外光经过光学透镜准直之后，由复眼组件进行匀化之后经过平面反光装置反射至曲面镜后，会以接近垂直的角度照射在底片上，从而完成图形转移，通过在平面反光镜上设置挡片对照射在底片上的光斑进行改变，满足光斑的均匀度，保证底片曝光的一致性。本发明同时可以满足不同尺寸的曲面镜，不同的曝光面积，只需要更平面反光装置与复眼组件、曲面镜之间的距离即可实现，也可以通过调整平面反光镜的角度实现，具有高度的灵活性。
附图说明
图1为现有技术光学系统的结构示意图；
图2为本发明LED光源曝光系统的示意图；
图3为图2本发明LED光源曝光系统的部分示意图；
图4为图2本发明LED光源曝光系统中UV-LED光源组件的示意图；
图5为图2本发明LED光源曝光系统中复眼组件的示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图2和图3，本发明提供的一种LED光源曝光系统，用于图形转移，包括发出紫外光的UV-LED光源组件1、接收并透射UV-LED光源组件1发出的所述紫外光的复眼组件2及接收并反射经过所述复眼组件2匀化的紫外光的曲面镜3，所述曲面镜3将接收的紫外光反射至底片4表面以进行图形转移；所述复眼组件2与曲面镜3之间设有平面反光装置5，所述平面反光装置5对复眼组件2匀化的紫外光进行反射至曲面镜3，所述平面反光装置5包括角度可调的平面反光镜51和多个可移动设在平面反光镜51上表面的挡片52。所述平面反光装置5与复眼组件2、曲面镜3之间的距离可以调整，从而调整照射到底片4上的光束垂直度，保证底片4曝光的均匀度。也可以通过调整平面反光镜51的角度实现调整照射到底片4上的光束垂直度。
更进一步地，所述平面反光镜51与水平方向的夹角为115°-155°，根据平面反光镜51与复眼组件2、曲面镜3之间的距离不同进行调整。
更进一步地，所述平面反光镜51与水平方向的夹角为130°-140°，其中，所述平面反光镜51与水平方向的最佳夹角为130°，可以最大限度地保证复眼组件2所匀化的紫外光反射至曲面镜3上的垂直度。
更进一步地，为了实现挡片52可以在平面反光镜51移动的自动操作，所述平面反光装置5还包括控制挡片52移动的机械手53和控制机械手53的控制器54。可以理解的是，所述挡片52可以通过粘贴、磁力吸附等方式固定在平面反光镜51上。当然，在不同的调节下，挡片52在平面反光镜51移动也可以通过人工添加和调节。固定方式属于现有技术中的常规技术应用，此处不再赘述。
更进一步地，为了实现挡片52能够精准地实现自动化调整，所述底片4上方设置有光学图像传感器6，所述光学图像传感器6连接有中央处理器7，所述光学图像传感器6对经过曲面镜3反射之后照射到底片4上的光斑图像转换成电信号传送至中央处理器7，所述中央处理器7根据光斑图像的差异性对比分析之后输出控制所述控制器54，所述控制器控54制所述机械手53移动挡片52，所述挡片52移动贴设到平面反光镜51具有反射差异性的位置进行遮挡或增强其反反射性能，使得底片4上的光斑图像消除差异。可以理解的是，所述中央处理器7按照某个特定的点为基点，然后以该基点为中心，机械手53在此基点的范围内对所述挡片52进行移动。
更进一步地，所述平面反光镜51的四个方向上分别设置一个挡片52，所述挡片52可移动地贴设在所述平面反光镜51上表面，所述机械手53的数量至少一个。可以理解的是，机械手53的数量根据不同的需要设置，也可以一个机械手53对多个挡片52进行移动，也可以每个机械手53对应一个挡片52，所述挡片52的数量也可以少于四个或多于四个。所述挡片52的形状不限于方形、菱形、圆形、椭圆形等图形，也可以是不规则的形状。可以理解的是，所述挡片52与平面反光镜51是平行设置，也可以理解为贴设在平面反光镜51上，当平面反光镜51转动时，挡片52也随之转动。
其中，所述挡片52的材质为石英。
更进一步地，本发明LED光源曝光系统还包括显示模块8，所述显示模块8用于显示中央处理器7输出的光斑图像。
请参阅图4，UV-LED光源组件1包括UV-LED光源11、光学透镜12、铝基板13、导热板14及散热器15，所述光学透镜12罩设在所述UV-LED光源11上，所述UV-LED光源11设在所述铝基板13上，所述铝基板13下方设有所述导热板14，所述导热板14与所述散热器15连接。散热方式不限于水冷，也可以是风冷，在散热器15底部设置散热片进行散热，在此不再赘述。
更进一步地，所述铝基板12作为支撑UV-LED光源11的载体，上面布满电子线路，具体电路状况不展开叙述。UV-LED光源11是通过锡膏焊接的方式固定在铝基板12表面。UV-LED光源11和光学透镜12之间的距离是可调的，可以根据实际需要调节远近。
UV-LED光源11的选择，有很多种方式，UV-LED光源11光源的芯片可以是正装的，也可以是倒装的，也可以是共晶焊的。UV-LED光源11可以是单颗或多颗集成，在封装过程中可带有一次配光的光学透镜(图未示)，也可以光源的上部仅仅设一块平面玻璃作为防护。
更进一步地，所述光学透镜12也有多种形式，可以是单颗、2颗或者以上数量的透镜组合。光学透镜12为凸透镜或者凹透镜。请参阅图4，本实施例以自由曲面的单颗光学透镜来进行示例。
更进一步地，所述复眼组件2包括至少两个复眼镜片。请参阅图5，本实施例以两个复眼镜片进行说明，所述两个复眼镜片为入射镜片21和出射镜片22，所述入射镜片21和出射镜片22平行设置，所述入射镜片21和出射镜片22之间设有距离调节结构23，入射镜片21和出射镜片22分别由若干透镜(212，222)组成，所述入射镜片21和出射镜片22可以相同也可以不同，所述入射镜片21和出射镜片22之间的距离通过距离调节结构23调节。所述入射镜片21的表面积大于出射镜片22的表面积。
其中，所述入射镜片21和出射镜片22分别包括基体(211，221)，所述若干透镜(212，222)通过粘胶的方式连接之后固定在所述基体(211，221)上。所述基体(211，221)为金属框架，所述透镜(212，222)之间粘结的胶体需要满足耐高温，耐高强度紫外线照射的要求。
其中，所述距离调节结构23由连接杆231和调节杆232组成，所述连接杆231内设置有滑槽233，所述调节杆232在所述滑槽233内可移动，所述连接杆231一端固定在所述入射镜片21的侧面，所述调节杆232一端固定在所述出射镜片22的侧面。
其中，距离调节结构23具备精确控制，可以满足0.1mm的距离变化要求。假设实际使用的是两片完全相同的入射镜片21和出射镜片22，工件要求的尺寸面积较大，可以将出射镜片22往入射镜片21方向调整。为满足不同的均匀度要求，对入射镜片21和出射镜片22的透镜(212，222)的数量以及排列也有要求。在本实施例中，出射镜片22和入射镜片21并不相同，出射镜片22的透镜222排列数量、排列方式、具体形状都和入射镜片21不同。这会衍生出更丰富的效果，如果需要提高均匀度，可以调整出射镜片的数量；如果需要满足更小尺寸的曝光面积，可以改变单颗透镜(212，222)的形状；如果要满足不同的能量要求，可以变更入射镜片21和出射镜片22的距离。
进一步地，所述曲面镜3一般用玻璃研磨成型，在曲面镜3表面镀高反射膜，此反射膜并不吸收紫外光，反射效率一般在95％以上。
本发明UV-LED光源11发出的紫外光经过光学透镜12准直之后，由入射镜片21进入复眼组件2，经过出射镜片22调节之后出射，准直后的紫外光经过入射镜片21后，紫外光线会变得均匀，通过出射镜片22后，会更进一步匀化。经过复眼组件2匀化后的紫外光经过平面反光装置5反射至曲面镜3后，会以接近垂直的角度照射在底片4上，从而完成图形转移；通过在平面反光镜5上设置挡片52对照射在底片4上的光斑进行改变，满足光斑的均匀度，保证底片曝光的一致性，使得曝光光斑的均匀度达到95％以上，使得良品率提高。
本发明还提供了包含LED光源曝光系统的曝光机。所述曝光机包括发出紫外光的UV-LED光源组件、接收并透射UV-LED光源组件发出的所述紫外光的复眼组件及接收并反射经过所述复眼组件匀化的紫外光的曲面镜，所述曲面镜将接收的紫外光反射至底片表面以进行图形转移；所述复眼组件与曲面镜之间设有平面反光装置，所述平面反光装置对复眼组件匀化的紫外光进行反射至曲面镜，所述平面反光装置包括角度可调的平面反光镜和多个可移动设在平面反光镜上表面的挡片。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种LED光源曝光系统，用于图形转移，包括发出紫外光的UV-LED光源组件、接收并透射UV-LED光源组件发出的所述紫外光的复眼组件及接收并反射经过所述复眼组件匀化的紫外光的曲面镜，所述曲面镜将接收的紫外光反射至底片表面以进行图形转移；其特征在于：所述复眼组件与曲面镜之间设有平面反光装置，所述平面反光装置对复眼组件匀化的紫外光进行反射至曲面镜，所述平面反光装置包括角度可调的平面反光镜和多个可移动设在平面反光镜上表面的挡片。
2.根据权利要求1所述的LED光源曝光系统，其特征在于：所述平面反光装置还包括控制挡片移动的机械手和控制机械手的控制器。
3.根据权利要求2所述的LED光源曝光系统，其特征在于：所述底片上方设置有光学图像传感器，所述光学图像传感器连接有中央处理器，所述光学图像传感器对经过曲面镜反射之后照射到底片上的光斑图像转换成信号传送至中央处理器，所述中央处理器对比分析之后输出控制所述控制器，所述控制器控制所述机械手移动挡片。
4.根据权利要求3所述的LED光源曝光系统，其特征在于：所述平面反光镜的四个方向上分别设置一个挡片，所述挡片可移动地贴设在所述平面反光镜上表面，所述机械手的数量至少一个。
5.根据权利要求5所述的LED光源曝光系统，其特征在于：所述机械手的数量为四个，所述每个机械手控制一个挡片的移动，所述四个挡片以平面反光镜的中心点为原点进行移动。
6.根据权利要求1任一项所述的激光调节系统，其特征在于：还包括显示模块，所述显示模块用于显示中央处理器输出的光斑图像。
7.根据权利要求1-6任一项所述的LED光源曝光系统，其特征在于：所述挡片的材质为石英。
8.根据权利要求1所述的LED光源曝光系统，其特征在于：所述复眼组件包括至少两个复眼镜片，所述两个复眼镜片之间的距离可调。
9.根据权利要求8所述的LED光源曝光系统，其特征在于：所述复眼组件包括入射镜片、出射镜片和若干距离调节结构，所述入射镜片和出射镜片平行设置，所述若干距离调节结构使得入射镜片和出射镜片平行移动，所述距离调节结构由连接杆和调节杆组成，所述连接杆内设置有滑槽，所述调节杆在所述滑槽内可移动，所述距离调节结构的两端分别设置在所述入射镜片和出射镜片的侧面。
10.一种曝光机，包括LED光源曝光系统，其特征在于：所述LED光源曝光系统包括发出紫外光的UV-LED光源组件、接收并透射UV-LED光源组件发出的所述紫外光的复眼组件及接收并反射经过所述复眼组件匀化的紫外光的曲面镜，所述曲面镜将接收的紫外光反射至底片表面以进行图形转移；所述复眼组件与曲面镜之间设有平面反光装置，所述平面反光装置对复眼组件匀化的紫外光进行反射至曲面镜，所述平面反光装置包括角度可调的平面反光镜和多个可移动设在平面反光镜上表面的挡片。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112506009A (zh) * 2020-12-22 2021-03-16 厦门实锐科技股份有限公司 一种紫外led平行光光学装置
CN114035406A (zh) * 2021-10-29 2022-02-11 南京伯克利新材料科技有限公司 一种新型紫外平行光源装置及实现方法
WO2022233089A1 (zh) * 2021-05-07 2022-11-10 广景视睿科技（深圳）有限公司 一种复眼镜片模组、照明装置及dlp光机模组

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