CN85107672A - 均匀分布密度的加工方法 - Google Patents

Abstract

按预定方式对具有将以1∶1比例制作在印刷电路板上的电路图精确图像的原版底片进行修改。这具有使印刷线路板或片两面均匀分布金属导线数量的效果。这样做得的板或片在经过制作过程的电沉积周期时，可使两边电镀均匀。

Description

这个发明涉及到印刷电路板，并特别涉及到制作印刷电路板的系统和方法。

众所周知，通过利用计算机辅助设计（CAD）系统来开发印刷电路板的设计。系统具有在开发多层印刷电路板的物理设计和布置阶段期间由设计者所采用的人机对话式的图象和数字化的设备。

这样的计算机辅助设计系统用来在磁介质上提供数字化输出。该输出又作为光电绘图仪的输入，依次加在产生印刷电路板底图用的该绘图仪止。底图然后用来通过采用熟知的照相和制造方法制作印刷电路板的原板或制品的付板。

已发现，制作两面及多层印刷电路板时，制作步骤或加工过程中的差异，将会引起通过电镀周期制作的印刷电路板的两面上电镀量的问题。例如，在印板的操作/加工过程中，印板首先钻孔，然后将铜那样的金属粘附在印板两面上，并要求给粗的板面抛光。再将底板图象用照相或模板印刷的办法制作到印板上。腐蚀掉多余的金属，留下所需的图形。

相比之下，在有选择性的电镀操作或模板上，采用相似的影印办法。然而，模板仅复盖那些不要求金属盖住的面积。由于在有选择性的电镀中图象应用之前不作全部电镀，电路图形密度影响不大，并且可以比较自由。

采用为了在印刷电镀时容易采用模板电镀工艺而设计的电路板底图时，会出现电镀不均匀的结果。设计时为了减少这种不均匀所采用的对策之一是考虑电路模板的密度。除所限制设计者的之外，要求尽一切努力来保证电路模板均匀地分布，这增加了设计的复杂程度和人工设计阶段的时间。

另一种办法是采用不规则粘贴的方法，即把带子粘到印板面上来便于电镀加工。除长时间使用之外，在许多情况下，必须除去带子使印板不至于作废。

通过制板的数量以及层次的数量进一步构成上面的问题。每种板的类型在许多情况下要求单独地检查和试验，并进行特殊处理。结果表明减少了产品的生产量。

因此，本发明的主要目的是提供一种制作印刷电路板的方法。

本发明进一步的目的是提供一个增加产品生产量的方法，并且减少设计和制作周期的时间。

本发明更进一步的目的是提供一个系统和方法，即对于所有类型的板都可在大大降低成本的基础上允许大量生产。

上述及其它目的可在一较佳实施方案中得以实现，该方案包括一个计算机辅助设计系统，用它来产生两种电路设计图形，一种是现有模板底图，另一种是均匀密度分布的模板图形。根据发明，均匀密度分布的原版具有预定的均匀分布的重合图形。在较佳实施方案中，它是由位于预定尺寸（千分之一百）的网孔上的预定尺寸（千分之五十）的小方块阵列或矩阵组成的。

计算机辅助设计系统的输出依次加到光电绘图仪上，产生出用线条表示的原设计印刷电路图和均匀密度分布的照相用模板图。设计出的模板底图由给定的数量放大或展宽。

这两个原版底图在两次曝光操作中用照相的方法由预定的方式与原始的未放大的原版底图合在一起。结果原始的原版底图被修改，在不用的面积中包括均匀密度分布的模板，这样，在制作加工期间使用这种底图时，它就具有使印刷电路板或印板的两面的电镀金属数量相等的效果。当它通过电镀周期进行制作加工时，在印板的两边产生均匀分布的电镀层。

由于能保电镀层的厚度均匀，而这又基本上与具体的印刷线路类型无关，因此各种印刷线路板基本上都可按一种方式来制作。因为所有类型的板基本上都按统一的电镀操作来制作（用相同的参数，例如电压调整），所以可使产量最佳化。另外，本发明的方法提供制作期间的显著改进，如对在分层时的流量控制和电镀控制两个主要方面有显著改进。通过改进流量控制，使微孔明显减少，板的密度均匀，板的弯曲和扭转为最小，并且脱层的可能性大大地减少。电镀控制的改进，使镀上的金属从这一象限到那一象限，这一面到那一面以及从这一块板到那一块板产生均匀密度。

上面在板的阻抗特性方面提供均匀性，并且改进板的可靠性，即不大可能会由于板的弯曲和扭转引起连接物的断裂，因为板是均匀密度的（平直的而不是锥形的）。这种产品性能的稳定性使得可毋须用从属的板来连续检查和试验。

被认为是本发明的新特性的是它的组成和操作方法，当参照附图时，进一步的目的和优点将一起由下面的说明书更好地说明。说明书清楚地说明，然而，为了插图和说明书的目的只给出每一个图，但是不作为本发明所限定的定义。

图1是本发明系统的较佳实施方案的流程图。

图2是说明图1系统较佳方法的方框图。

图3a至图3f说明由图2所示的各种步骤产生不同的照相用模版底图。

图4所示的图用来更详细地说明，在图2中所完成的规定照相操作。

图5详细地显出图2中产生均匀密度分布的模板。

图6所示一个叙述本发明中所用的现有设计的模版底图。

图1是利用本发明的方法的系统较佳实施方案的方框图。

对于图1，要注意系统包括一个人机对话式的计算机辅助设计（CAD）系统10。系统10在设计中是常用的，并且可以举例。如用来合并所制造的交互性图象的外形。

如所示，系统10包括一个图象显示终端装置12，该装置12包括键盘14和带有电笔18的小平板16。设计者可以提出现有的原始资料，例如，现有的原始模版底图。设计者也可以用电子笔18和功能键，来产生复盖底片面积的点的排列。

通过功能键的使用，设计者能给定参数，例如显示本发明均匀密度分布的模板的点的尺寸（宽和长）。系统10操作来使EDDP和输出所具有的全部新信息数字化，现有设计资料和EDDP分开记录在磁带上。在图1中，两个磁带20和22表明它们是分开的。

从图1看到，在带20和22上产生数字化设计和EDDP信息是用来作为光电绘图仪24的输入。光电绘图仪24通过启动光电传感头26操作在合适的照相用塑料媒质（聚酯薄膜）上绘制出现有的设计和EDDP。光电绘图仪24在设计中是常用的，并且可以举例，如Gerber科学仪器公司制造的32B型光电绘图仪。

模版底图34输送给照相装置42。这一装置放大或扩印模版底图的图象，放大量如所述为预定的数值。这种装置在设计中可以认为是很普通的，并且可以利用Byers公司制造的微调系统。

产生的两个模板30和32用于薄膜穿孔机40以及扩印模版底图34。操作装置40准确地在底板胶片上穿四个配套的孔，并对应于底片上光电绘制的三个十字线。

装置40包括一个面板或桌子，它上面安装有工作台，它的气胎和电气部件以及用手准确地操作X-Y方向移动的系统（没表示出来）。在底座上面板的上方支轴面上安装一个显微镜和摄影机系统（没表示出来）。系统显微镜用来检查固定在工作台上的玻璃板上的两条相互垂直的校准线。

通过用工作台上的测量轴或旋轴卡盘中的十字准线来调整印刷电路板底片上给制的十字准线，从而完成工作台上的底片调整。旋转测量轴或卡盘，直到印刷电路板底片上绘制的两个调整用的十字准线与校准线相重合为止。

当完成调整时，使四个孔确定到相互垂直的位置，即操作在底片上预定的位置冲压四个具有0.187±0.002吋大小的孔，如图1中用图示说明的。对于本发明的目的，采用普通型号的这种装置即可;例如可用东北仪器公司制造的装置。

在一个销钉连接成的框形板50上，通过一系列步骤，用照相法使已冲压孔的底片30、32和34复合在一起。

连接成的框形板50在设计中是常用的，并且可以举例，如由R·W·Borrowdale公司制造的A型打印机。以光学装置52为光源，提供制作复合底图所需的两次曝光底片;如在这里解释过的，这种底片是产生密度均匀分布的修正模板底图36所必需的。光电装置52包括的胶片显影装在设计中也是常用的，即用来处理曝光胶片的装置。

现在图1的系统已一般地解释了，下面将根据图2到图6详细地说明这个系统操作所具有的本发明的照相制板过程。

假定原始的模板底图必须加以修改，因为如用于制作周期，它将使得双面板或印板的电镀量不均匀。在这里所用的专用名词“底图”指的是聚酯薄膜或玻璃或其它塑料制品上的印刷电路板的导体电路图或印刷线刷图的图象或拓朴图。在检查相似于图4a的图6原始模版底图时，可以看到板的指定有效面积上的密度显著地改变了。这个面积一般划分成四个象限。在左下方象限的电路线密度小于（三分之二）相邻的左上方象限以及剩余的两个象限的密度。

当象限之间具有不同密度时，板的左下方的象限电镀时将过量。也就是说，在制作加工电镀的周期内，加在整个板的所有面积上的电流密度是相同的，这就需要使电镀左下方时的电流是电镀左上方时所用电流的三分之一左右。然而，将两倍或者是三倍的电流用于这个面积，结果使蚀刻的线烧毁或铜孔被填满。相比之下，板的更多的面积却电镀不足。

上面叙述了对于板的制作加工过程中采用这样的底图模版的问题。本发明的目的不仅克服了这些问题，而且通过改进分层期间的流量控制来改进板的密度以及改进电镀控制。通过改进流量控制，微孔大大减少（近似百分之九十三），板的密度制作均匀，并允许减少分层的数量，印板弯曲度最小使板更牢固，而且结果增加金属电镀的数量，使板减少了脱层的可能。改进电镀控制从象限到象限，边到边，面到面产生均匀的密度。

在常用的方法中，设计者采用计算机辅助设计系统10调用现有的或原始的模版底图。设计者还采用计算机辅助设计系统10产生密度均匀分布的模板底图。图5的分图是放大后的这种模板图，它由位于千分之一百的格子上的千分之五十的正方形矩阵组成。也就是，设计者将图形所有的X、Y座标输入给系统。设计者还指定所用线的尺寸或宽度来形成点。设计者制作两个单独的资料，一个内容为现有设计资料，另一个内容为均匀密度分布的模板图形资料。

操作计算机辅助设计系统10来把用手动产生的数字信息输出到图1的两个磁带20和22上。这些带输送给图1的光电绘图仪24，用它来完成将图绘制在未曝光的照相聚酯薄膜第一层上的照相制板过程，由图2的方框200表示现有设计的线。结果产生图4R的正片模板底图，如方框202表示的。同时，作为方框202内容的部分，光电绘图仪24还在未曝光的照相聚酯薄膜的第二层上绘制另一种图，这就是按本发明得到的图5所示的密度均匀分布的模板图（EDDP）。结果产生图3b的EDDP正电模版层19，这一步在图2中用方框204表示。

图2的方框202和208所示的，是制作图3a的正片模版底图的复制图。说得更具体些就是将正片模版底图放到未曝光的聚酯薄膜层上面的接触板50上。用一般的光电装置使胶片曝光，并且由光电装置在聚酯薄膜上显示模版底图的图象。图3c的负片模版底图和图3a模版底图之间的不同的是，负片模版底图的底色是不透明的，而电路图形处则是透明的（清楚）。这就产生出了图3c的负片模版底图（图2中层2）。用图3b（图2中层3）的EDDP正片模版完成同样的操作。这由图2中的方框204和207表示，并且产生图3d（图2中层6）的EDDP负片模版。

再将图3负片模版底片上的图象用图1照相装置42放大为一吋的千分之五十。也就是用该装置放大或扩印模版底图的线条（蚀刻部分），产生图3f（图2中层4）的放大了的正片模版底片。这一操作由方框210和212表示。

如图2所表示，图3f（层4）的放大了的正片模版底片，图4d（层5）的EDDP负片模版和未曝光的聚酯薄膜（图2中层6）的一层，由装置40冲孔，如方框214所示。具体地说，就是在每种情况下，对未曝光的聚酯层和底片原版冲孔时，应使包括有四个定位孔。在图2方框222至230表示的步骤中，这些孔能够在产生所需的合成图形时使底片和未曝光的胶片精确对准。对底片来说，定位孔是利用底片上显示的十字校准点，由胶片冲孔装置40产生的。十字校准点是由光电绘图仪24产生的。未曝光的聚酯薄膜层上类似的定位孔是由等效定位冲孔装置（所需要的未曝光成象不足的胶片不用校准）产生的。

如图2所示，首先合成的底片是用照相的方法把图3f放大的正片膜版底片和图301的EDDP负片模版合在一起制成的。这个操作由图4的方框300图解说明。如方框222表示的，放大的正片模版底片（层4），负片EDDP模版（层5），和已冲孔的聚酯薄膜的未曝光层（层6）放到接触板50上。曝光胶片，如方框224表示。拿掉放大的正片模版底片（层4）和负片EDDP模版（层5），已曝光的胶片就留下来了，如图4中方框302表示的。

然后，进一步合成底片办法，是用照相的方法把负片模版底片（层2）与包含有首次合成底片（层6）信息的未显影的曝光胶片合在一起。也就是，由图4方框304所示图解，负片模版底片放到未显影的曝光胶片（层6）上方的接触板50上。胶片于是光电装置52的控制下曝光并显影。结果产生图39那样的正片模版底片（图2中层7），它具有均匀密度分布的模版图形，如方框306所示。

由图5，可以看到所产生的已修改的模版底片含有线宽千分之八、与其它任何线的间距千分之二十一的蚀刻线、焊接区，无用的正方形点或焊接区。两次曝光的操作把均匀密度分布的模板上无用的方形点放到没有为电路线路图复盖的区域之中。当第一次曝光步骤完成，胶片（层5）包括一个由放大正片模版（层4）确定的间距与EDDP负片模版（层5）隔离，以便在负片模版底片（层2）上形成实际的模版底片的电路线路图。也就是，用正片图象和负片胶片图象的结合来删去线。放大的正片模版底片（层4）遮住或限制住光，使光不致于照到未曝光的胶片（层6）上。从而使这些区域仍然对光敏感（未曝光）。

当负片模版底片（层2）已曝光到胶片（层6）的强曝光部分时，结果产生正片模版底片，即包括电路线路图和均匀密度分布的模板图的底片。也就是，负片模版底片（层2）使那些区域暴露出来使得光可照到这些区域上，以便在这些区域曝光成电路线路图。显然，这个操作和处理未曝光胶片所涉及的其它操作应在适当的光照条件下（暗屋内）进行。

上述两次曝光的两步操作产生所需的修改过的模版底片（层7）。新的正片模版底片同EDDP一起可以用来由标准工艺制作新的印刷电路板。

虽然这个例子只说明如何修改印刷电路板的一层或一面，但改变多层的印刷电路板的剩余层可用同样的制作方法来实现。当板的层数增加时，可以看到本发明的系统和加工过程的优点，在增加产品输出以及减少成本，减少检查和试验的次数中显得更有价值。

上面说明的加工过程，大大地减少了通常要求的光电绘图和检查的次数。而且，本发明的加工过程还可使生产印刷电路板时即降低成本又增加可靠性。

显然，本发明所用系统和工艺过程的效佳实施方案中的这些技巧，还可作许多变化，例如，可以采用其它类型的设备，均匀密度分布的模板的形状和尺寸参数也可根据要求改变。只要模板图所用的点的形状不同于开孔焊接区的形状即可。还将理解到，本发明的加工过程可在用任何制作工艺制作任意类型的印刷电路板时采用。

Claims (23)

1、一种为消除多层印刷线路板上不均匀镀层的修改原始模版底片的方法，该模版底片至少具有一层所说多层印刷线路板的印刷线路模板的图象；该方法包括以下步骤：

制作具有所说原始模版底片线路布线图的精确图象的第一底片；

制作具有覆盖该板全部有用面积的预定等密度分布模板图形的第二底片；

由包含有所说原始模板精确图形的所说第一底片制作第三模板底片，它按预定的放大量大于所说的精确图形；以及

继续用照相方法合成不同的第一，第二和第三底片以产生含有所说印刷线路布线模板的蚀刻图象及所说等密度分布模板的所模版底片。

2、权利要求1中的照相合成步骤包括以下步骤：

将来曝光薄膜层，第二底片和第三底片覆盖在一起，用照相办法制作第一合成底片，第一合成底片具有隔离第二底片的均匀分布模板图形和所说精确图象用的空白未曝光区。

曝光后，从所说薄膜层除去所说第二和第三底片;以及

通过向所说预先曝光层上覆盖第一底片来照相制作新原版底片。

3、权利要求2的方法中第一照相制作步骤包括：

把未曝光的薄膜层曝光来产生一合成的底片图象，以及

所说第一照相制作步骤包括：

将预先未曝光的薄膜区域曝光，以及

在最后一次曝光之后，将两次曝光的薄片显影。

4、权利要求2的方法中，所说方法进一步包括下列步骤：

在第一、第二和第三模板底片和以及所说未曝光薄膜层中制作定位孔，以便各底片在每一照相制版步骤中精确地对准。

5、权利要求4的方法中，在每一照相制作步骤中，将所说底片和未曝光薄膜层盖在具有销钉连接框架的接触台上，并由定位孔精确地对准。

6、权利要求4的方法中，制作第一和第二底片的每一步骤包括在所说底片图象以外区域中的预定点上制作若干参考标记，在由参考标记确定的位置上打定位孔。

7、权利要求1的方法中，制作第一底片和第二底片的步骤分别包括：

在未曝光薄膜层上用光描绘出代表所说印刷线路图和等密度分布模板图的线条。

8、权利要求1的方法中，制造第三底片的步骤包括按预定量照相放大第一底片;以便在所说精确图象和等密度分布模板图之间提供一要求的间隙。

9、权利要求8的方法中，所说预定量大的为一英寸的五万分之一，所说间隙大约为一英寸的千分之二十一。

10、权利要求1的方法中，制作所说第二底片的步骤产生一个相互分开一定距离的点阵，这个距离与所说的等密度分布模板图形相应。

11、权利要求10的方法中，所说点大约是一平方英寸的五万分之一，相距大约为一英寸的十万分之一。

12、权利要求1的方法中，所说印刷线路板有若干层，该方法的每一步骤对每一层都要重做一遍。

13、一种修改具有将呈现在所制造的印刷线路板上的导体布线图板的精确图象的原始模版底片的方法，该方法包括以下步骤：

制作具有平均分布点状图样的第一负片底片，均匀的密度盖着板的全部有用区域;

通过把所说的精确图象放大一定的量，而从所说原始照相模板底片制作第二正片底片，以及

成功地照相合成不同的原始底片、第一和第二底片以产生一新的模版底片，它包括所说导体设计图形的精确图象和等密度分布模板图。

14、权利要求13的方法中，所说照相合成步骤包括：

把一张所说原始模版底片的负片和第二正片底片盖放在一未曝光的薄膜层上，照相制作出第一复合底片，在所说薄膜上的该复合底片包含有相应于所说原始设计的导体图形板的精确图象的未曝光的放大区，和具有所说等密度分布模板图的剩余区，以及

在所说预先曝光的薄膜覆盖所说原始模版底片的负片，照相制作第二复合底片，该第二复合底片具有所说原始导体布线图的精确图象，这些图象位于先前未曝光的放大区内，除所说等密度分布模板图之外。

15、权项13的方法中，所说第一照相制作的步骤包括：

对所说未曝光的薄膜进行曝光，使生成一复合底片图象，

所说第二照相制作步骤包括：

对事先未曝光的薄膜区进行曝光，并在后一次曝光后对两次曝光的薄膜层显影。

16、权项15的方法中，所说方法进一步步骤包括：

在所说第一、第二和原始模版底片和薄膜的每一层上制作定位孔，使所说底片在照相制作阶段能准确地对准。

17、权利要求16的方法中，在每一照相制作步骤中，将所说底片和未曝光的薄膜层盖在具有销钉连接框架的接触台上，并准确地由所说的定位孔对准。

18、权利要求17中方法中，制作所说第一底片的步骤包括，在所说底片外围图象区域的预定点处作若干个参考点，并在这些参考点确定的位置上制作定位孔。

19、权利要求17中方法中，所说制造第一负片底片的步骤：产生一相互分开一定距离的点阵列，该距离与等密度分布模板图相适应。

20、权利要求11的方法中，所说点大的为一平方英寸的五万分之一，并隔开大约一英寸的十万分之一距离。

21、一种修改具有相应于多层印刷线路板的不同层的印刷线路图的精确图象的原始模板底片的方法，该方法包括以下步骤：

（a）用计算机辅助设计系统在磁性介质上形成第一组编码信号，包括代表等密度分布图样的信号;

（b）用所说光学绘图方法作出与所说第一组编码信号相对应的具有所说等密度分布模板图的图象的第一底片;

（c）用照相方法放大原始模板底片的第一布线图样的精确线条，按预先确定的效大量产生放大了的原始模版底片，以及

（d）通过销钉接触框架台装置，用照相的方法把所说的原始模版底片与所说的放大了的原始模版和第一底片有效地组合在一起，从而产生一新的模版底片，它包括所说第一原始模版底片线路图的精确图象和所说等密度分布模版图。

22、权利要求21的方法中，重复步骤（b）到（d）来修改每次利用步骤（a）产生的第一组信号时余下的原始模版底片。

23、权利要求21的方法中，照相组合的步骤包括：

通过在未曝光的薄膜层上覆盖第一底片和第二底片，来照相制作第一复合底片，所说第一复合底片包括有分隔所说精确图象和所说第二底片的均匀分布图样用的未曝光区域;

在曝光之后，从所说薄膜层上去掉第二和第三底片，以及，

通过向所说先已曝光的薄膜层覆盖所说第一底片来照相制作所说的新模版底片。

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