CN1460069A - 将干燥光刻胶膜层热层压到印刷电路板上的方法 - Google Patents

Abstract

一种自动层压机，用于将支撑在一个可剥离覆盖层上的一个干燥光刻胶膜(3，4)热层压到一个印刷电路板(1)上，包括：至少一对热层压辊；用于将预热的电路板供应到所述的层压辊(11，12)的入口的输送装置；至少一个用于所述被承载干燥光刻胶膜的连续缠绕带的供应卷；握持所述被承载干燥光刻胶膜的自由端的真空装置(5，6)；用于在电路板表面的一个位置上，挤压和粘附所述带被真空握持的自由端前缘的装置，所述的电路板朝着所述的层压辊的入口移动；与所述的带端部握持和粘附装置有关的切割装置，用于按照所供应的电路板的长度，通过移动电路板而按照尺寸切割所挟带的干燥光刻胶膜，在该移动的电路板上，带的前缘已经被所述的粘附装置粘附；和用于在光刻胶膜穿过所述的层压辊进行层压之前加热所述的支撑的干燥光刻胶膜到某个温度的装置(13，14)。所述的握持装置、粘附装置和切割装置与电路板(1)一起移动，所述的握持装置、粘附装置和切割装置与电路板(1)一起移动然后回到其起始位置。

Description

将干燥光刻胶膜层热层压到印刷电路板上的方法

技术领域

本发明涉及印刷电路板的制造工艺，特别是涉及用于将一个干燥的光刻胶膜层压到印刷电路板上的技术和机器。

背景技术

印刷电路的制造的早期步骤中的一个步骤就是将一个光刻胶膜放置到一个用于印刷电路的铜质层压电路板的一面或者两面上，从而利用一个UV源穿过要实现电路的相应照相掩膜，使光刻胶膜曝光和聚合。

光刻胶膜层可以以液态形式施加，或者通常是以一个干燥光刻胶膜来进行放置，该光刻胶膜被承载在一个覆盖层上，这个覆盖层可以很容易剥离下来，用于对光刻胶膜进行曝光。

为了将光刻胶膜设置到电路板的一侧或者两侧的表面上，使用特殊的热层压机，该机器通常包括一对层压辊，而该层压辊具有一个金属(钢)心和一个硅橡胶外表面。层压辊被加热到一定的、足以使得光刻材料产生塑性软熔的温度，通常为100度到130度，由两个气动激励器在一个可调的压力下一起挤压。层压辊的切向速度、温度和压力参数由操作者进行调节，从而以最佳方式将光刻胶膜粘结到电路板的铜表面上。由于生产率的原因，使用自动层压机，电路板和被承载光刻胶膜必须能够以连续方式进行供应。尽管电路板可以顺次地进行供应，但是所述被承载干燥光刻胶膜通常从一个所述干燥光刻胶膜的连续带卷上拉出来。

为了避免经济上过分浪费所述的被承载干燥光刻胶膜，自动层压机设置有用于借助于热挤压床而将干燥光刻胶膜带的前缘粘附在输入电路板的表面上的一个精确位置上的装置，所述的位置靠近所述的板的前缘，热挤压床按照一定时间间隔将所述带的前缘挤压到铜表面上，所述的时间间隔应该足以保证干燥光刻胶膜软化并将该光刻胶膜牢固地粘附在铜表面上。

在这样的一个粘附步骤后，通常是3到5秒钟，电路板恢复其前进动作，朝着层压工位的入口前进，拉动着被粘附的所述被承载光刻胶膜带。在第一代的自动层压机中，一旦电路板的前缘被层压辊握持，其移动再次停止，以允许按照尺寸切割所述带的尾部。在切割所需长度的干燥光刻胶膜带后，电路板和切割下的干燥光刻胶膜恢复它们的前进动作，穿过一对冷层压辊后再穿过一对热层压辊，这使得塑性软熔的光刻胶膜最终层压到电路板的表面上。

为了防止所切割下的被承载干燥光刻胶膜由于偶然皱折而过早地落入到电路板上，切割下的被承载光刻胶膜被真空握持器拉动离开电路板的表面。因此，在电路板恢复穿过冷层压辊的动作时，干燥光刻胶膜被层压辊逐渐地铺设到电路板表面上。

这种包括这样的一个冷层压步骤的公知技术的缺点在于，这样铺设相对固体的干燥光刻胶膜可能会圈闭一些微小气泡形式的空气，这些空气很难再最终的热层压步骤中释放。这可能导致在最终重新固化的光刻胶膜和铜表面之间形成弱粘接区或者无粘结区。

这种公知技术的另外一个缺点是在于，被承载干燥光刻胶膜的前缘的粘附必须相对结实，以保证所述带被拖动时不会断开即使是部分断开。而且，该方法包含有两个前进的电路板中止前进的时间间隔段，第一次是为了进行所述带的前缘的粘附，第二次是为了按照尺寸切割所述带，这都限制了层压机的生产率。

最近，已经有一些人致力于消除电路板中止前进的问题，它是通过分别供应电路板和所述被承载干燥光刻胶膜到一对热层压辊之间，和通过借助于与前进的所述带一起平移的从动件挟带的一个切割器切割干燥光刻胶膜带来实现。

文献EP-A-0356221公开了一个层压机，在该层压机中，粘附床围绕层压辊偏心转动。通过这种方式，在完成所述带的前缘的粘附步骤后，他们移动出层压区，因此允许层压辊靠近电路板，电路板在此步骤保持静止。通过这个系统，粘附操作不再是一个关键步骤，因为所述带不再必须被前进的电路板拉动，然而整个运行过程缓慢下来。实际上，在电路板恢复其前进动作进入到两个热层压辊之间之前，完成粘附所需的时间、旋转粘附床离开层压区所需的时间和闭合层压辊所需的时间必须增加。即使在这个层压机内，被承载干燥光刻胶膜的切割仍然是在“飞行”情况下进行的。

在所有这些公知的层压机内，执行热层压操作所必须的干燥光刻胶膜的塑性软熔(熔化)发生在通过两个热层压辊之间时。这通过使用IR灯或者所述的“蜡烛”型内电热部件来预热输入电路板到某个温度并通过维持层压辊的外弹性体表面在一个可控的温度下来实现。

因此，通常需要调节不同参数，从而保证在层压辊施加最大压力之前光刻材料到达一个塑性软熔温度(熔化温度)。这通常通过使用一个弹性体表面来实现；该弹性体表面相对较软，以保证在工作压力下其弹性变形足以维持与所需层压到电路板上光刻胶膜层的覆盖层接触足够的时间间隔，进而保证穿过压力最大点的光刻材料到达正确的层压温度，所述的最大压力由层压辊弹性变形的外表面来施加。

这些要求与避免空气圈闭的要求不同，为了取得最佳效果，这些参数之间必须达成一种妥协。

发明内容

显然，需要一种自动层压机，该自动层压机能够减小层压过程的空载时间以优化生产率，而同时由能够通过将层压辊的弹性表面的弹性变形限制到一个最小值而避免不利于空气排出的条件的发生。

这些目的和相关的优点由本发明的自动层压机来实现。在该层压机中，在将所述带被握持的自由端的前缘一粘附到电路板上时，被承载光刻胶膜带的自由端的握持装置、粘附装置和切割装置就都随着电路板一起移动，直到到达靠近一对层压辊入口的一个位置为止。对所述被承载干燥光刻胶膜的测量切割部分在被层压辊啮合之前保持不与电路板的表面接触，和被预热到所述温度。

通过将所述光刻胶膜预热到层压温度而同时使得该光刻胶膜不与电路板表面接触该电路板被热的层压辊啮合，这样就允许使用层压辊的一个相对较硬的弹性表面，从而限制其弹性变形的范围。

这些将热塑性流动的光刻胶膜通过一对具有圆柱形外表面最小弹性变形的层压辊产生的层压运动而粘附到电路板上的条件有利于非常有效地排出空气，只留下可以忽略的圈闭残余空气。

已经发现，微小空气的气泡的圈闭的粘附性和自由性可以通过沿着纵向相对于一个层压辊按照一定频率往复移动另外一个层压辊而得到加强。所述运动的频率为10和100Hz，而移动幅度为几十个毫米。在热层压过程中一个层压辊相对于另外一个层压辊的互相纵向震动提高了塑性软熔的光刻材料的“伸展性”，因而保证改善粘结和对圈闭空气的释放。

附图说明

通过对最佳实施例的描述并参照附图，本发明的机器的这些和其他方面的优点将会更加清楚。这些附图包括：

图1、2、3、4、5、6和7用示意图的方式说明在本发明的机器的整个工作冲程过程中，本发明的层压机的作用原理、各个必要部件的相对设置和协调移动关系；

图8a，8b和8c是用于在飞行方式下切割丝带的装置的放大视图；

图9表示用于预热输入电路板到一定温度的装置；

图10表示图9中的预热装置的一个优选实施例；

图11表示可以选择的一个装置，用于交互地沿着纵向摆动层压辊；

图12是本发明的机器的简化说明图。

具体实施方式

本发明的自动层压机的整个冲程(或者循环)的各个不同阶段示意地表示在附图1到7中。

在所述的实施例中，假定一个干燥光刻胶膜被放置到印刷电路板的两个表面上，因为这种情况是最常见的情况。本发明的机器当然也适合将干燥光刻胶膜只放置到电路板的一个表面上，通过简单地停止有关的机构相对于电路板另外一侧上的干燥光刻胶膜的层压即可。

图1代表本发明的一个处于空闲状态或者等待新的电路板1到来时的自动层压机的各个主要部件，其中的电路板通常被预热到一定温度。

电路板1最终借助于一个输送器2而向着层压机的层压部移动。

在等待新的电路板1的阶段中，承载在一个可剥离覆盖层上的两个干燥光刻胶膜带3、4的自由端被两个握持床5、6所握持。每一个握持床通常是空心的，内部与外部通过均匀分布在所述带握持表面上的孔眼5b、6b联通。在握持床内维持一个真空，从而使得所述胶膜带被吸附和握持到握持床的外表面上，几乎封堵了吸入孔眼5b、6b。

所述带3、4从两个供应辊7、8上拉出，并根据常规实践而由两个导向绞盘或者滑轮9、10适当拉紧。

热层压辊11和12维持在一个精确控制的温度下。

靠近层压辊的入口有第二真空握持床13和14；握持床具有与主握持床5和6类似的空心结构，一旦光刻胶膜被按照尺寸切割后，用于吸附和握持所述被承载光刻胶膜，这在后面还要进行详细描述。

两个固定的第二握持床13、14或者更准确的说是它们的用于形成热层压区的入口间隙的尖端部分13a和14a也被精确地预热到控制温度。

两个相应的空心对刃握持床15和16与第二固定握持床13和14的干燥光刻胶膜处于同一表面上，根据本领域的常规实践，这两个空心握持床以可控方式连接到一个真空泵，以最终利用开口于干燥光刻胶膜握持表面上的多个孔眼而吸附和握持干燥光刻胶膜带。

在图1中所示的操作阶段，两个切割器单元，整体分别如17和18所示，与电路板输送队列的一对最终驱动辊19、20处于同一平面上并离开一定距离。

图2表示输入的电路板1正进入到两个主握持床5和6之间的间隙内，此时电路板已经被输送队列的驱动辊19、20啮合。

当电路板的前缘1a到达深入到各个主握持床5和6的加热的粘附垫片或者嵌入物5a、6a下方时，这两个主握持床沿着互相相对的方向移动，如图中箭头A所示，以将干燥光刻胶膜的切割的端部的前缘挤压在电路板的相应表面上，这可以将所述带的切割边粘附在电路板上。

根据本发明，该操作不是在停止电路板运行的情况下进行的。相反，输送器2的终端部分2a、主握持床5和6和切割器17和18都与电路板1一起向前移动。

如图2所示，辊式输送器的终端部分2a离开输送器的固定部分2，并挟带着电路板1。在该电路板1的两个表面上粘附着两个干燥光刻胶膜带的前缘。

在层压机的这些部件前进过程中，导向滑轮9和10维持两个带3和4具有适当的拉紧度。

图3描述了电路板1与输送器的支撑部分2a一起向着热层压辊移动的阶段。

将两个干燥光刻胶膜带的前缘粘附在电路板1的前缘上步骤完成，在层压机的这个作业阶段，在所有部件朝着层压辊11和12移动时，向两个主握持床5和6施加真空的操作却中止，这两个主握持床5、6开始移动离开层压区，如图中的箭头B所示，沿着各个干燥光刻胶膜带的承载覆盖层移动。

图4示出当电路板1的前缘与所粘附的干燥光刻胶膜带一起到达层压机的热层压区的入口时，自动层压机的各个功能部件之间的呈现的相对位置关系。

如图所示，这一对主握持床5、6完全移动出层压区，他们的握持表面基本上与对刃床15和16的表面以及第二握持床13和14的真空吸附表面处于同一表面上。

在此点，这一对驱动辊19和20开始旋转因此继续朝着层压辊11和12推动电路板，同时将真空施加到主握持床5和6以及对刃床15和16上，主握持床5和6连同对刃床15和16一起开始朝着层压区往回移动，如图中的箭头C所示，因此供应所述带并且同时避免在各个粘附点产生应力。

这样做，通过与加热的第二握持床13和14滑动接触而被加热的两个干燥光刻胶膜带均匀放置在正在前进的电路板1的两个表面上，最终通过穿过热层压辊11和12而粘接在其上。

这个过程如图5所示，示出了电路板1的前缘最终被热层压辊11和12啮合。

在该点，主握持床5和6的向内移动(如图4中箭头C所示)停止，而运输输送器的部分2a的两个终端驱动辊19和20中止，而输送器的前进部分2a往回朝着输送器的固定部分2移动。

一个光学传感器21最终探测电路板1的尾部通过信号，并触发切割器单元17和18动作而切割处于飞行状态的各个干燥光刻胶膜带，如图6所示。

所述带的切割后的端部由各个主握持床5和6握持，并且马上被吸附和放置在各个握持床的圆形角部，切割后的带的最前端部分分别向前伸过粘附插入物5a和6a。

当电路板1向前穿过层压辊11和12后，将塑性软熔的光刻胶膜粘附到电路板的表面上，切割器单元17和18往回移动其最初位置，基本上与终端驱动辊19和20对齐，如图7所示。

对刃床15和16的真空吸附作用停止，释放干燥光刻胶膜的端部，往回移动到其空闲位置，如图中的箭头D所示。

对于每一个输入电路板重复上述循环。

图8a是固定的第二握持和光刻胶膜预热床13的层压辊11、对刃床15、切割器单元17和主粘附握持床5在处于图5中的工作冲程阶段所呈现出的相对位置的放大视图。

飞行的切割器轮子17a可以具有普通的结构，其功能在图8b中的零件图中进行描述，而该飞行切割器单元17和与其配合的对刃床15的一个局部三维视图在图8c中进行描述。

层压辊11和12通常由常规的钢制成，并具有硅橡胶表面，其硬度在50到100shore，最好在60到70shore之间。层压辊的未压缩的硅橡胶表面的厚度可以在3到10毫米，最好为5毫米。

根据光刻胶膜的特性，通过插入到层压辊的内部铁心内的电热部件和/或者通过外部的IR灯，层压辊的表面可以被维持在所需的层压温度下。在任何一种情况下，温度通过利用惯用的传感器和相关控制电路进行调节。

另外，主握持和粘附床5和6的粘附垫片或者嵌入物5a、6a可以是硅橡胶材料，同样由电热器加热到所需的粘附温度。

在光刻胶膜与它们的覆盖层一起滑动通过第二握持床13和14时或者最好在滑动穿过第二握持床13和14的尖端13a和13b时，干燥光刻胶膜被预热到一个合适的塑性软熔温度；尖端13a和13b可以包括覆盖电热器部件的硅橡胶。

通过这种方式，光刻胶膜刚好在放置好后达到塑性软熔温度，并借助于热层压辊被热层压到电路板1的表面上。

如上所述，作为一种优选方式，在输入电路板到达层压机的热层压区之前，输入电路板1被预热到某个温度，通常接近光刻胶膜的塑性软熔温度。

根据本发明的层压机的一个辅助方面，电路板由热传导进行加热。

这可以通过使得电路板穿过并接触热循环带来实现，该热循环带用IR灯辐照它们的表面，但并不与移动的电路板1接触。

图9和10说明电路板预热装置的一个优选的实施例。

热循环带30和31在一对滑轮32-33和34-35上运行。当然，其中的一对滑轮是驱动滑轮，由合适的马达驱动。

为了易于控制，在实践过程中每一个加热带由多个运行在多个滑轮上的具有较小宽度的带构成，如图10清楚所示。

不与移动的电路板1接触的循环带的表面由IR灯36和37加热到一个可控温度，并由一个合适的温度传感器38进行测量。

通过与热循环带30、31接触移动，热传递到电路板1的铜表面上。

通过这种方式，由直接辐照产生的铜的相对较高的反射率的问题得到有效克服；这种反射率使得电路板的加热效率不高。

根据本发明的热层压机的一个可选的但优选的实施例，两个热层压辊11和12可以沿着纵向按照往复方式和一定频率相对移动，所述的频率可以根据层压辊的切向速度的函数进行调节，通常在10到100Hz之间，移动的幅度最好在0.1到0.6毫米。

这个可选的实施例示意地表示在图11中，图11表示层压辊11和12的正视图，具有一个用于实现纵向相互振动的装置。这产生塑性软熔光刻胶膜材料在电路板的表面上的“伸张”运动。

利用驱动辊11、12的轴的枢轴连接(使用一个或者一对连接板40，围绕中央枢轴41可以进行自由旋转)，纵向震动可以形成在驱动辊11和12上。

借助于一个合适的曲柄组合42，以往复的方式使连接板40的一端产生移动。

纵向振动的较高频率可以由弹簧43、44弹性控制，这些弹簧抵抗轴的另外一端。

图12是整个机器的示意图，包括电路板预热单元。

Claims (11)

1.一种自动机器，用于将承载在一个可剥离覆盖层上的干燥光刻胶膜热层压到一个用于印刷电路的板上，包括：至少一对热层压辊；用于将预热的板供应到所述层压辊的入口的输送装置；至少一个用于所述被承载干燥光刻胶膜的连续缠绕带的供应卷；握持所述被承载干燥光刻胶膜带自由端的真空装置；用于在所述板表面的一个给定位置上，挤压和粘附所述带上、由真空握持的自由端前缘的装置，所述板正朝着所述层压辊的入口移动；与所述带端部握持和粘附装置关联的切割装置，用于按照所供应的所述板的长度，通过测量切割所述移动的板所挟带的干燥光刻胶膜，所述带的前缘已经由所述粘附装置粘附在所述移动的电路板上；和用于在光刻胶膜穿过所述的层压辊进行层压之前加热所述被承载的干燥光刻胶膜到某个温度的装置；其特征在于：

在将所述带被握持的自由端前缘一粘附在所述移动板的表面上时，所述的握持装置、粘附装置和切割装置就与电路板一起移动，一直到所述板到达刚好靠近所述一对层压辊的一个位置、并按照尺寸切割所述带被握持的端部；

所述的握持、粘附和切割装置可以上升离开所述的位置和回到其起始位置，也就是层压辊的入口的后方，并朝着一个输入的新的所述板下降，用于重复粘附以及和所供应的新板一起移动的步骤。

2.根据权利要求1所述的自动机器，其中，在与所述板一起移动过程中，所述用于挤压和粘附所述带的前缘的装置在带的被粘附的前缘保持一定的压力，一直到该装置上升离开所述的丝带为止。

3.根据权利要求1所述的机器，其中，所述的握持和粘附装置具有电热器，用于在光刻胶膜穿过所述对层压辊而粘结到所述板的表面上之前将光刻胶膜预热到热层压温度。

4.根据权利要求1所述的机器，其中，每个板通过与一些上加热带和一些下加热带移动接触而进行预热，每一个加热带在至少两个滑轮上循环移动，并通过IR灯照射再循环的加热带上、不与所述移动板的表面接触的部分而对每块板连续加热。

5.根据权利要求4所述的机器，其中，每一个所述的再循环加热带由多个具有较小宽度的加热带构成，这些带在多个滑轮轴上运行。

6.根据前述任何权利要求之一所述的机器，其特征在于：该机器包括用于沿着纵向将一个层压辊，按照一定频率，以往复的方式，相对于另外一个层压辊移动的装置；所述频率可以按照层压辊的切向速度的函数进行调节，大小在10到100Hz之间，运动的幅度为0.1到0.6mm。

7.根据前述任何权利要求之一所述的机器，其中，所述的热层压辊具有一个铁心和一个50到100shore硬度的弹性体外表面。

8.根据权利要求7所述的机器，其中，弹性体外表面的硬度为60到70shore。

9.根据权利要求1所述的机器，其中，所述的握持装置为一个横床的形式，横床具有曲线的外周截面，其前表面伸出与层压辊的圆柱形外表面配合，其后表面具有一个曲线剖面，在该剖面上，所述被承载干燥光刻胶膜带由施加到横床内部的真空握持，所述的真空与所述的后表面上的多个吸附孔眼联通。

10.根据权利要求9所述的机器，其中，所述的粘附装置为一个热弹性体表面的形式，沿着所述的横床的边缘形成在所述的前表面和所述的后表面的连接处。

11.根据前述任何权利要求之一所述的机器，其中，所述的用于供应预热电路板的输送装置的一个端部与支撑在该输送装置上的电路板一起移动，并与所述的握持、粘附和切割装置一起移动。

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