CN205581516U - 一种平行出光紫外光曝光系统及曝光机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及曝光处理技术领域，具体公开了一种平行出光紫外曝光系统，包括光源组件、聚光器、快门、曲镜、曝光台等结构，该平行出光紫外曝光系统采用双光源组件或单一光源组件。本实用新型还提供采用上述平行出光紫外曝光系统构成的曝光机。本实用新型提供的平行出光紫外光曝光系统，采用多个UV‑LED光源，全部向聚光器照射，并聚焦于聚光器上，实现使UV‑LED能发出连续紫外光，散热性能显着提高，其平行光的平行性好、均匀度高，具有紫外线光传输稳定，不受外界因素影响，从而保证入射至印刷电路板上的紫外线光的均匀度，提升了曝光质量。

Description

一种平行出光紫外光曝光系统及曝光机

技术领域

本实用新型涉及紫外曝光技术领域，特别涉及一种平行出光紫外光曝光系统及曝光机。

背景技术

PCB及半导体及LCD触幕屏的线路制作工艺中，一个重要的环节就是利用光学曝光的方法进行菲林与印制板间的图像转移，而曝光机是实现图像转移的关键设备，印刷电路板的质量、精度等问题很大程度上取决于曝光质量。在受照台面的有效曝光面积内，紫外线的平行度、能量均匀度又决定了系统的曝光质量。

然而，现有的市面上的阵列式UV-LED曝光系统的紫外线光的平行度不佳、能量均匀度有限，曝光精度不高，影响图像转移的质量。另外传统紫外线曝光灯作为印刷线路板生产曝光机设备核心部件，其能耗大，使用维护成本高，含汞并产生臭氧等，在倡导节能环保的当今，日益成为业界所关注的焦点。

UV-LED即发紫外光的二极管，其波长范围为315nm-450nm，其具有高效节能、恒定的光照强度、优秀的温度控制、几乎为零的维护成本，而且，UV-LED是一种固体冷光源，它不是使用升温转化为光能，而是由电能直接转换成光能，是最新一代光源，促使UV-LED光源替代传统曝光灯成为发展趋势。但是，传统采用阵列式的LED灯进行给光，能源消耗大，而且尽管加设散热部件仍然无法取得很好的散热效果。

UV-LED具有如下的优点：(1)LED的PN结特性，有别于传统光源，是单向非线性导电特性，低电压起动，运作比较安全、调光简单容易等特性。(2)响应速度快，通电后无须预先加热，启动时间约60ns。在开始曝光时可瞬间点亮，无须损耗。(3)发光效率高，能量消耗低，较传统高压汞弧灯可节电80％。(4)配光特性强，可采用不同的透镜结构，达到平行光的发光效果。适合在平行光曝光设备中采用。(5)超长使用寿命，达数万小时。可等同多个曝光灯的使用寿命。(6)是目前环保性最好的光源。不含汞等有害物质，在运输、安装和使用中不会破碎，无污染。在制造和使用过程中的能耗小，是一种典型的绿色光源。

传统曝光机所使用的高压汞灯含有大量的有害水银，使环境遭到破坏。而由于其光谱范围很宽，会产生长波段的红外线，发出不利于制程的热量；也会产生波长小于240nm的电磁辐射，其能量小于5.2eV，已超过空气中氧分子的结合能。因而可产生具有强烈气味和污染的臭氧，对操作者身体有害。而UV‐LED的波长很窄，主要为365nm或395nm，其光谱半宽度约5nm左右，不会产生对人体有害的电磁辐射。UV‐LED不仅极为省电，也不含汞等有害物质，是环保性能好的光源。

曝光机光源主要分为散射光和平行光，而完全的理想平行光曝光机是不存在的，通常会用曝光机光源的入射角qc(Declination Angle)和散射角qa/2(Collimation Angle)来决定曝光机的性能。一般平行光曝光机的定义是为了达到平行光目的，紫外线平行光曝光机的光学系统主要包括光源(高压球形汞灯)、椭球面集光器、冷光镜、光学聚光器、二向反射镜和曲面上下平行反射镜组成，如图5所示，光源发出的光被椭球面集光器 聚焦后，经冷光镜反射到光学积光器，从光学聚光器射出的光到达二向反射镜位置。二向反射镜挡住时，光线反射到上平行反射镜；二向反射镜移开时，光线由光学积光器直射到下平行反射镜，被上下平行反射镜准直反射到受照台面上对干膜进行曝光，其近似光路如图5中所示。

在影像转移的工艺中，重要的环节就是利用光学曝光的方法进行菲林与干膜之间的图像转移，而曝光机是实现图像转移的关键设备，印刷电路板的质量、精度等问题很大程度上取决于曝光质量。在受照台面的有效曝光面积内，紫外线的平行度、能量均匀度又决定了系统的曝光质量。

实用新型内容

针对现有技术的上述不足，本实用新型的目的在于，提供一种平行出光紫外光曝光系统，散热性能显着提高，成本降低了一倍以上，其平行光的平行性好、均匀度高，使UV-LED能发出连续紫外光，提高了PCB板图形转移制程的稳定性。

本实用新型为达到上述目的所采用的技术方案是：

一种平行出光紫外曝光系统，其包括：光源组件，用于提供UV-LED光源并发出紫外线光；聚光器，用于接收并会聚紫外线光；快门，用于控制曝光时间及曝光量；曲镜，用于将接收的紫外线光进行反射后平行入射至设于曝光台表面以进行曝光；所述的光源组件包括多个UV-LED光源，且该多个UV-LED光源逐一排列成凹面，并经过聚焦，将能量投射至聚光器上。

优选地，所述的快门包括一偏光板式快门单元、一开合式快门单元、一履带卷动式快门单元、一百叶窗式快门单元或一旋转式快门单元。

优选地，所述的聚光器设于光源组件与快门之间、并置于紫外线光的光 路径中，所述的曲镜设于曝光台的上方及/或下方，或设于所述快门与曲镜之间。

优选地，该平行出光紫外曝光系统采用单一光源组件或双光源组件，每一光源组件对应的设有包括聚光器、快门、曲镜的一组光学元器件，以将紫外线光最终平行入射至设于曝光台上底片及干膜的上表面或下表面或上下表面进行曝光。

优选地，该平行出光紫外曝光系统采用单一光源组件，还包括一翻转镜，所述的翻转镜设于所述的快门与所述的曝光工作台之间。

优选地，该平行出光紫外曝光系统采用单一光源组件，还包括一分束镜，所述的分束镜设于所述的快门与所述的曝光工作台之间。

优选地，该平行出光紫外曝光系统采用双光源组件，所述的双光源组件由镜面对称设置的所述光源组件构成，该双光源组件发出的紫外线光经置于光路径中的聚光器、快门、曲镜的作用实现对设于曝光台上的底片进行双面曝光。

一种曝光机，包括平行出光紫外曝光系统、曝光工作台及容纳所述曝光工作台和所述曝光系统的曝光室，其中所述的平行出光紫外曝光系统包括用于提供UV-LED光源并发出紫外线光的光源组件，用于接收并会聚紫外线光的聚光器，用于控制曝光时间及曝光量的快门，用于将接收的紫外线光进行反射后平行入射至设于曝光台上的底片及干膜的表面以进行曝光的曲镜，其中所述的光源组件包括多个UV-LED光源，且该多个UV-LED光源逐一排列成凹面，并经过聚焦，将能量投射至聚光器上；该平行出光紫外曝光系统采用单一光源组件或双光源组件。

优选地，所述的平行出光紫外曝光系统采用单一光源组件，还包括设于所述的快门与所述的曝光工作台之间的一分束镜。

优选地，所述的平行出光紫外曝光系统采用单一光源组件，还包括设于所述的快门与所述的曝光工作台之间的一翻转镜。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

1)本实用新型提供的平行出光紫外光曝光系统，将多个小功率的LED光源排列设置成凹面结构，散热性能显着提高，成本降低一倍以上，其平行光的平行性好、均匀度高；具有紫外线光传输稳定，不受外界因素影响，从而保证入射至印刷电路板上的紫外线光的均匀度，以提升曝光质量。

2)本实用新型采用UV-LED面光源替代传统紫外线光源，能使UV-LED光源发出连续紫外光，节能环保，其采用的UV-LED为紫外光波段355nm-415nm之间的LED。

3)本实用新型采用UV-LED光源，UV-LED不含红外线，可避免底片因红外线引至温度升高而对底片产生的胀缩变形，提高了PCB图形转移制程的稳定，而且没有光能衰减，具有超长的使用寿用(相对汞弧灯1500h寿命)，曝光均匀度保持长久一致性；克服了因反光镜(或反光罩)的变形和换灯时对灯管光轴的调整等引起的均匀度变差等问题；同时通过调节电流、调节每组UV-LED的电流来控制发光强度，可实现曝光能量的高均匀度。

4)本实用新型降低了使用成本，其UV-LED的高效性能大幅度降低了曝光机的用电量，同时热效应也较传统曝光光源降低，本实用新型只需少量冷却水，减少了资源浪费，节省了高达80％的运行成本。

5)本实用新型独特结构和原理设计，经客户使用反馈，具有优异的综 合性能，市场前景广阔。

上述是实用新型技术方案的概述，以下结合附图与具体实施方式，对本实用新型做进一步说明。

附图说明

图1为本实施例1的曝光系统的结构示意图；

图2为本实施例2的曝光系统的结构示意图；

图3为本实施例3的曝光系统的结构示意图；

图4为本实施例1-3中聚光器的结构示意图；

图5为现有紫外线平行光曝光机的光学系统示意图；

具体实施方式：

为了使本实用新型的目的和技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例作详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1：请同时参照图1，本实施方式中提供的平行出光紫外曝光系统，其包括：光源组件1，用于提供UV-LED光源并发出紫外线光；聚光器2，用于接收并会聚紫外线光；快门3，用于控制曝光时间及曝光量；曲镜4，用于将接收的紫外线光进行反射后平行入射至设于曝光台5表面以进行曝光，光源组件1包括多个UV-LED光源，且该多个UV-LED光源逐一排列成凹面，并经过聚焦，将能量投射至聚光器上。光源组件1优选地为五个UV-LED光源逐一排列成凹面，另外UV-LED光源还可以是小于五个或大于五个，但可以排列形成一凹面镜形状。快门3包括一偏光板式快门单元、一开合式快门单元、一履带卷动式快门单元或一百叶窗式快门单元；聚光器2设于光源组件1与快门3之间、并置于紫外线光的光路径中，4曲镜设于曝光台5的上方。

该平行出光紫外曝光系统可以采用单一光源组件或双光源组件，每一光源组件1对应的设有包括聚光器2、快门3、曲镜4的一组光学元器件，以将紫外线光最终平行入射至设于曝光台5上底片及干膜的上表面或下表面或上下表面进行曝光。其中底片可为菲林或玻璃，将需要转移的影像绘于上面；干膜可为干膜或湿膜，用于影像转移；曝光为一般影像转移的统称，主要作用是将影像从底片上，转移至干膜上。

该平行出光紫外曝光系统采用双光源组件，该双光源组件由镜面对称设置的光源组件1构成，该双光源组件发出的紫外线光分别经置于光路径中的聚光器2、快门3、曲镜4的作用实现对设于曝光台5上的底片进行双面曝光。如图1所示。

本实施方式中提供的曝光机，包括平行出光紫外曝光系统、曝光工作台及容纳曝光工作台和所述曝光系统的曝光室，其平行出光紫外曝光系统包括用于提供UV-LED光源并发出紫外线光的光源组件1，用于接收并会聚紫外线光的聚光器2，用于控制曝光时间及曝光量的快门3，用于将接收的紫外线光进行反射后平行入射至设于曝光台5上的底片及干膜的表面以进行曝光的曲镜4，其中光源组件1包括多个UV-LED光源，且该多个UV-LED光源逐一排列成凹面，并经过聚焦，将能量投射至聚光器上；该平行出光紫外曝光系统采用单一光源组件或双光源组件，还包括设于快门2与曝光台5之间的一分束镜7或一翻转镜6。

优选地该光源组件1包括五个UV-LED光源逐一排列成凹面镜形状；所述双光源组件包括镜面对称设置的两光源组件1，该两双光源组件发出的紫外线光分别经置于光路径中的聚光器2、快门3、曲镜4的作用实现对设于曝光 台5上的底片进行双面曝光。如图1所示。

图5为现有的紫外线平行光曝光机的光学系统，图中抽风口101，散热器102，曝光灯103，反光罩104，聚光器105，曲镜106，曝光台面107，反光镜108，曲镜109。

图4为光学聚光器，该光学聚光器其实质是复眼透镜(又叫蝇眼透镜)，是现在光学系统中实现均匀照明常用的一种光学组件。由一系列相同透镜柱拼合得到的，透镜柱的形状为长方形，而两边为弧面，处于中心位置的透镜柱被称为中心透镜柱，其它透镜柱以它为中心向四周呈辐射分布。通常使用时，需要组合成为立成体使用，透镜柱前面各个小弧面的焦点与后面各个小弧面的焦点中心重合。两面复眼透镜的光轴互相平行，即两面透镜的元素透镜分别一一对应。如图4所示，其图a中第一固定组件201，第二固定组件202，透镜柱203，第一锁紧螺丝204，第三固定组件205，第二锁紧螺丝206，第四固定组件207；其图b为透镜柱203的结构示意图。

图4中光学聚光器的匀光原理是：当光束照射到前面透镜后，光束被聚焦到后面复眼透镜的中心，此时的光束会聚并不是传统意义上的简单会聚，而是入射光束被前面复眼透镜中的小透镜分解成N个通道(N是小透镜的个数)，即光源被多个小透镜成像于后面透镜中的每个小透镜的中心位置，然后出射到达照明面。每个信道的光束独立地照明目标平面，所以到达照明面的光斑是每个通道照明光束的迭加。结果每个通道光束内的细小的不均匀性因为光束的对称迭加而优化，整个孔径内的出射光均匀性得到很大改善。以上分析可得知，要保证紫外线平行光曝光机光学系统优良的平行度和均匀性，复眼透镜是必不可少重要光学组件。

实施例2：请同时参照图2，本实施方式中提供的平行出光紫外曝光系统，其与实施例1基本相同，不同之处在于，该平行出光紫外曝光系统采用单一光源组件，还包括一翻转镜6，翻转镜6设于快门2与曝光台5之间；翻转镜6用于在单一光源的情况下使曝光台5的上下表面均进行曝光，该翻转镜6在不同状态分别与曝光台5相互平行或垂直：当翻转镜与曝光台5相互平行设置时(图b)，将光线反射后入射到设于上方的曲镜之后平行照射到曝光台的上表面进行曝光，当翻转镜与曝光台5相互垂直设置时(图a)，将光线入射到设于下方的曲镜之后平行照射到曝光台的下表面进行曝光。其他与实施例1相同。

本实施例提供的曝光机，其与实施例1基本相同，不同之处在于，该曝光机中的平行出光紫外曝光系统采用单一光源组件，且还包括设于快门2与曝光台5之间的一翻转镜6。如图2所示。其他与实施例1相同。

实施例3：请同时参照图3，本实施方式中提供的平行出光紫外曝光系统，其与实施例1基本相同，不同之处在于，该平行出光紫外曝光系统采用单一光源组件，还包括一分束镜7，分束镜7设于快门2与曝光台5之间；分束镜7用于在单一光源的情况下使曝光台5的上下表面均进行曝光，该分束镜7可实现将入射到分束镜上的50％光线反射至设于上方的曲镜之后平行照射到曝光台的上表面进行曝光，同时将入射到分束镜上的另外50％光线入射至设于下方的曲镜之后平行照射到曝光台的下表面进行曝光。如图3所示。其他与实施例1或2相同。

本实施例提供的曝光机，其与实施例1或2基本相同，不同之处在于，该曝光机的平行出光紫外曝光系统采用单一光源组件，且还包括设于快门2 与曝光台5之间的一分束镜7。如图3所示。其他与实施例1或2相同。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种平行出光紫外光曝光系统，其特征在于，包括：

光源组件，用于提供UV‐LED光源并发出紫外线光；

聚光器，用于接收并会聚紫外线光；

快门，用于控制曝光时间及曝光量；

曲镜，用于将接收的紫外线光进行反射后平行入射至设于曝光台表面以进行曝光；

所述的光源组件包括多个UV‐LED光源，且该多个UV‐LED光源逐一排列成凹面，并经过聚焦，将能量投射至聚光器上。

2.根据权利要求1所述的平行出光紫外光曝光系统，其特征在于，所述的快门包括一偏光板式快门单元、一开合式快门单元、一履带卷动式快门单元、一百叶窗式快门单元或一旋转式快门单元。

3.根据权利要求1-2任一所述的平行出光紫外光曝光系统，其特征在于，所述的聚光器设于光源组件与快门之间、并置于紫外线光的光路径中，所述的曲镜设于曝光台的上方及/或下方，或设于所述快门与曲镜之间。

4.根据权利要求3所述的平行出光紫外光曝光系统，其特征在于，该平行出光紫外曝光系统采用单一光源组件或双光源组件，每一光源组件对应的设有包括聚光器、快门、曲镜的一组光学元器件，以将紫外线光最终平行入射至设于曝光台上底片及干膜的上表面或下表面或上下表面进行曝光。

5.根据权利要求1所述的平行出光紫外光曝光系统，其特征在 于，该平行出光紫外曝光系统采用单一光源组件，还包括一翻转镜，所述的翻转镜设于所述的快门与所述的曝光工作台之间。

6.根据权利要求1所述的平行出光紫外光曝光系统，其特征在于，该平行出光紫外曝光系统采用单一光源组件，还包括一分束镜，所述的分束镜设于所述的快门与所述的曝光工作台之间。

7.根据权利要求1所述的平行出光紫外光曝光系统，其特征在于，该平行出光紫外曝光系统采用双光源组件，所述的双光源组件由镜面对称设置的所述光源组件构成，该双光源组件发出的紫外线光经置于光路径中的聚光器、快门、曲镜的作用实现对设于曝光台上的底片进行双面曝光。

8.一种曝光机，包括平行出光紫外光曝光系统、曝光工作台及容纳所述曝光工作台和所述曝光系统的曝光室，其特征在于，所述的平行出光紫外曝光系统包括用于提供UV‐LED光源并发出紫外线光的光源组件，用于接收并会聚紫外线光的聚光器，用于控制曝光时间及曝光量的快门，用于将接收的紫外线光进行反射后平行入射至设于曝光台上的底片及干膜的表面以进行曝光的曲镜，其中所述的光源组件包括多个UV‐LED光源，且该多个UV‐LED光源逐一排列成凹面，并经过聚焦，将能量投射至聚光器上；该平行出光紫外曝光系统采用单一光源组件或双光源组件。

9.根据权利要求8所述的曝光机，其特征在于，所述的平行出光紫外曝光系统采用单一光源组件，还包括设于所述的快门与所述的曝光工作台之间的一分束镜。

10.根据权利要求8所述的曝光机，其特征在于，所述的平行出光紫外曝光系统采用单一光源组件，还包括设于所述的快门与所述的曝光工作台之间的一翻转镜。