DE1945304B2

DE1945304B2 - Einrichtung zur aufzeichnung eines leitungsmusterbildes auf eine photolackbeschichtete schaltkarte

Info

Publication number: DE1945304B2
Application number: DE19691945304
Authority: DE
Inventors: Karl; Riley Joseph Vincent; Vestal; Wrenner Warren Robert Endicott; N.Y. Hermann (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1968-09-09
Filing date: 1969-09-06
Publication date: 1977-08-11
Also published as: US3575588A; DE1945304C3; DE1945304A1; FR2017603A1; GB1247453A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Aufzeichnung eines Linienmusters, insbesondere eines Leitungsmusterbildes für elektrische Schaltungen, auf einem mit einer lichtempfindlichen Schicht bedeckten Trägermaterial, z. B. einer photolackbeschichteten Schaltkarte, unter Verwendung von Elektronenstrahlen, deren Ablenkwerte je nach dem geforderten Linienmuster von einem Rechner geliefert werden.

Zur Belichtung einer mit Photolack beschichteten Schaltkarte in einem gewünschten Leitungsmuster sind bereits zahlreiche rechnergesteuerte mit Elektronenstrahlablenkung arbeitende Einrichtungen bekanntgeworden. Alle bisher vorgeschlagenen und realisierten Einrichtungen dieser Art weisen jedoch den Nachteil auf, daß der zugehörige Rechner eine relativ große Speicherkapazität aufweisen muß. Das ist darin begründet, daß zur Erstellung des Schaltungsmusters auf der Schaltkarte lediglich der Elektronenstrahl abgelenkt wird, während sich die Schaltkarte unter der Belichtungseinrichtung in Ruhe befindet. Dieses Problem tritt jedoch nicht nur bei der Aufzeichnung von Leitungsmustern auf Schaltkarten auf, sondern durch eine rechnergesteuerte Belichtung des Photolacks in einem bestimmten Muster kann ebenso weitgehend die Herstellung komplizierter Maskensätze eingespart werden, indem man das geforderte Belichtungsmuster in seinen Koordinaten in den Speicher eines Rechners einschreibt und entsprechend den Elektronenstrahl ablenkt. Besonders bei Schaltungen, die sich aus vielen identischen Einzelteilen zusammensetzen, weist die geschilderte Art der Herstellung des Schaltungsmusters ohne Belichtungsmaiken unbestrittene Vorzüge auf. Die aufgezeigte Problematik liegt auch bei der aus der GB-PS 10 65 060 bekannten Einrichtung zur Bearbeitung z. B. von gedruckten Schaltungen mittels Elektronenstrahlen vor, bei der das zu bearbeitende Werkstück jeweils entsprechend den gewählten Bearbeitungspunkten mechanisch bewegt wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den oben geschilderten schwerwiegenden Nachteil der sehr großen erforderlichen Speicherkapazität zu verhindern, nämlich eine Einrichtung zur Aufzeichnung eines Linienmusters, insbesondere eines Leitungsmusters für elektrische Schaltungen auf einem mit einer lichtempfindlichen Schicht bedeckten Trägermaterial, z. B. einer photolackbeschichteten Schaltkarte, unter Verwendung von Elektronenstrahlen, deren Ablenkwerte je nach dem gewünschten Linienmuster von einem Rechner geliefert werden, anzugeben, die nur einen Rechner relativ geringer Speicherkapazität benötigt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Linienmuster durch die Überlagerung einer ebenen mechanischen Bewegung der die Schaltkarte tragenden Auflage und der elektrischen Ablenkung des Elektronenstrahls erzeugt wird. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung führt die Auflage in einer Richtung Schwingbewegungen aus, von der die für die Ablenkung des Elektronenstrahls erforderlichen Synchronisations- bzw. Taktsignale direkt abgeleitet werden. Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Synchronisations- bzw. Taktsignale über ein mit der Auflage fest verbundenes Schlitzraster in Verbindung mit einem zusätzlichen Strahlsystem erzeugt. Auf diese Weise braucht im Rechner nur noch die für die Auslenkung des Elektronenstrahls kennzeichnende Information gespeichert zu sein.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß die Auflage bezüglich des Elektronenstrahlsystems in der zur Richtung der Schwingbewegung orthogonalen Richtung mechanisch auf mehrere Spurbereiche einstellbar ist. Diese Spureinstellung der Auflage wird vorteilhafterweise über ein Klinkengetriebe in Verbindung mit einem Lochband bewerkstelligt. Schließlich ist nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, daß die die Elektronenstrahlablenkung bestimmenden Steuersignale in einem elektrischen Netzwerk gebildet werden, dem von dem Rechner die Daten des gewünschten Linienmusters sowie die die momentante Position der Auflage bestimmenden Signale als

Jj

Eingangssignale zugeleitet werden und das aus einer Spurauswahlschaltung sowie einem positiven und negativen Treppenspannungsgenerator besteht, wobei die Ausgangssignale dieser drei Schaltungsteile in einer ISÜschstufe zur Erzeugung des eigentlichen Ablenksteuersignals zusammengefaßt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Aufzeichnung eines Leitungsmusterbildes auf Schaitkarten, die mit einer bezüglich Elektronenstrahlen empfindlichen Beschichtung versehen sind,

Fig.2a und 2b die zugehörigen elektrischen Schaltkreise und

Fig.3 verschiedene von der erfindungsgemäßen Einrichtung hergestellte Linienzüge.

Die in F i g. 1 schematisch dargestellte Einrichtung besteht aus einem Gestell bzw. einer Auflage 1, auf der die zu belichtende Schaltkarte 2 in geeigneter Weise durch Befestigungsvorrichtungen 3 gehalten wird. Die Auflage 1 kann über nicht näher dargestellte Einrichtungen in einer Richtung entlang einer x-x-Achse hin und her bewegt werden. Zu diesem Zweck ist die Auflage 1 über die Welle 4 mit einer linear wirkenden, nicht dargestellten Antriebsvorrichtung verbunden, über die die Schwingbewegung der Auflage in der durch den Pfeil 5 angedeuteten Richtung bewirkt wird. Weiterhin ist die Auflage 1 entlang einer y-y-Achse entsprechend der durch den Pfeil 6 angedeuteten Richtung, über ein paar flexibler Metallbänder 7 geführt. Die Bänder 7 weisen Transportlöcher 8 auf, in die auf dem Umfang der gezahnten Antriebsräder 9 befindliche Zähne 10 eingreifen. Die Transporträder 9 sind auf die geriffelten Wellen 11 und 12 aufgezogen. Angetrieben wird diese Transporteinrichtung durch das Getrieberad 13 und eine Schaltklinke 14, die ihrerseits von der Antriebs- und Verriegelungseinrichtung 15 betätigt wird. Elektrisch gesteuert wird diese Antriebs- und Verriegelungseinrichtung 15 durch entsprechende vom Rechner 17 über die Steuerleitung 16 gelieferte Signale. Durch Betätigung der Schaltklinke 14 wird die Auflage 1 in der y-y-Richtung auf eine bestimmte von mehreren Spuren eingestellt. Nachdem auf diese Weise eine bestimmte Spur ausgewählt worden ist, wird die Hin- und Herbewegung der Auflage eingeleitet, so daß zu einem bestimmten Zeitpunkt der Elektronenstrahl 18 zur Aufzeichnung des gewünschten Linien- bzw. Leitungszugs auf die Schaltkarte trifft. Die genauen Daten des Linien- bzw. Leiterzuges werden dabei vom Rechner 17 geliefert. Die Einzelheiten dieser Steuerung werden später noch näher beschrieben werden.

Sind auf diese Weise alle Leiterzugbereiche belichtet worden, wird die Schaltkarte entfernt und die Auflage 1 in ihre Ausgangsposition zurückgestellt. Die Rückstellung wird über ein Klinkengetriebe, ähnlich dem vorher im Zusammenhang mit der Spurauswahl beschriebenen, in die Wege geleitet, das elektrisch über die Steuerleitung 16a angetrieben wird. Aus Gründen der einfacheren Darstellung ist von der Rückstelleinrichtung nur die Schaltklinke 14a angedeutet, die in das Zahnrad 13a eingreift. Ebenfalls nicht in der Zeichnung dargestellt ist, daß die ganze Einrichtung zweckmäßig in einer Vakuumkammer untergebracht ist. Zur Ableitung von Synchronisierimpulsen für die beschriebene Einstellvorrichtung ist an der Auflage 1 ein Schlitzraster 20 aneebracht. Oberhalb dieses Schlitzrasters befindet sich ein Strahler 21, dessen Strahlen 21a durch die Schlitze auf einen entsprechenden Strahlempfänger 22 unterhalb des Schlitzrasters fallen, so daß der Strahlempfängcr genau zu diesem Zeitpunkt ein elektrisches Signal abgibt. Dieses elektrische Signal wird über die Leitung 23 auf einen Taktgenerator 24 an sich bekannter Bauart gegeben. Der Taktgenerator 23 stellt über die Leitungen 25 und 26 der beschriebenen Einrichtung die Grundtakte zur Verfügung.

ίο Der in F i g. 1 schematisch angedeutete schaltungsmäßige Teil umfaßt die folgenden Bausteine: einen negativen Treppenspannungsgenerator 40, einen positiven Treppenspannungsgenerator 50, eine Spurauswahlschaltung 60, an die sich ein Spurverstärker 70 anschließt, einen Mischer 80, einen Ablenkverstärker 90 und die Ablenksteuerung 120 für das Elektronenstrahlerzeugungssystcm EBG. Über die Kabel 28, 29 und 30 werden die Steuer- und Datensignale vom Rechner 17 zu den beiden Treppenspannungsgeneratoren 40 und 50 und zur Spurauswahlschaltung 60 geleitet. Die Kabel 28 bzw. 29 bzw. 30 bestehen im einzelnen aus den Eingangsleitungen 28a—d bzw. 29a-cbzw. 30a—c. Die Ausgänge beider Treppenspannungsgeneratoren 40 und 50 sind über die Leitungen 49 bzw. 59 mit der Mischschaltung 80 verbunden, der zusätzlich das verstärkte Spurauswahlsignal über die Leitung 79 zugeführt wird. Das Spurauswahlsignal wird in der Spurauswahlschalturig 60 gewonnen und über die Leitung 69 auf den Spursignalverstärker gekoppelt. Der Ausgang der Mischschaltung 80 ist über die Leitung 89 mit dem Ablenkverstärker 90 und weiter über die Leitung 99 mit der Ablenksteuerung 120 verbunden. Über die soeben beschriebenen elektrischen Schaltungsteile wird die Ablenkung des auf die mechanisch hin- und herbewegte Schaltkarte treffenden Elektronenstrahls gesteuert.

Im folgenden soll die Wirkungsweise der obengenannten Schaltungsteile anhand der F i g. 2a und 2b näher erläutert werden. Da die beiden Treppenspannungsgeneratoren 40 und 50 im Aufbau sehr ähnlich sind, soll hier nur der positive Treppenspannungsgenerator 50 beschrieben werden. Er besteht im wesentlichen aus einem Eingangsschalttransistor 51 sowie einem Pumpkreis 52, der seinerseits im wesentlichen aus den Pumpkapazitäten 52a und 526, den Dioden 52c und 52d ferner den Kapazitäten 52e und 52/ und den Transistoren 53 bis 56 in der gezeigten Zusammenschaltung aufgebaut ist. Als Eingangssignale werden dem Treppenspannungsgenerator 50 über die Leitung 29c der Taktimpuls, über die Leitung 296 ein Schrittweitensteuersignal und über die Leitung 29a ein Rückschaltesignal zugeführt. Jedes Taktsignal wird differenziert unc erscheint so an der Basis des Transistors 51. Transistoi 51 wird dadurch leitend und bedingt folglich eint Spannungsänderung des Pumpnetzwerkes 52, insbesondere über den Kapazitäten 52a und 52ώ. Erscheint au der Leitung 296 ein Signal der Spannung größer 6 Volt wird Transistor 54 leitend. Aus der im Pumpkreii gespeicherten Ladung für den Fall des nichtleitendei Transistors 54 resultiert eine Spannung V, deren Wer durch die folgende Beziehung gegeben ist:

V = -5

Q2e

--52 a

-52 h

Entsprechend ergibt sich bei nichtleitendem Transistor 54 die Spannung V des Pumpkreises aus folgender Beziehung:

V =

Q₂e

-52 e

-52 α

--52 i>

2 α +

In beiden Formeln stellen die indizierten Bezeichnungen C die Kapazitätswerte der in den Indizes angegebenen Kondensatoren dar.

Auf den ursprünglichen Ladungszustand entladen wird der Pumpkreis durch Wiedereinschalten von Transistor 53, nachdem eine bestimmte Anzahl von Taktimpulsen vom Taktgenerator 24 gesteuert durch einen Zähler 27, erzeugt worden sind. Zur Verhinderung eines Ladungsabschlusses durch Leckströme dient eine Impedanzwandlerstufe, bestehend aus den Transistoren 55 und 56. Durch den Widerstand 576 wird ein hoher Eingangswiderstand von Transistor 55 erreicht und durch den Widerstand 57a eine konstante Ladung des Kapazitätsnetzwerkes.

Mischstufe

Die Mischstufe 80 (F i g. 2b) enthält ein Widerstandsnetzwerk, an das sich zwei temperaturkompensierte Emitterfolgerstufen mit den komplementären Transistoren 84 und 86 anschließen. Das Widerstandsnetzwerk besteht aus den Widerständen 81a—c mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt 81 d Weiterhin ist an diesem Verbindungspunkt 81 (/ein zweites Widerstandsnetzwerk aus den Potentiometerwiderständen 82a und 82t angeschlossen, die über die weiteren Widerstände 83a und 836 mit den Spannungsquellen +6 Volt und -6 Volt verbunden sind. Temperaturbedingte Spannungsänderungen des ersten Transistors 84 werden durch entgegengesetzte, ebenfalls temperaturbedingte Spannungsänderungen des Transistors 86 kompensiert. Eine besonders gute Temperaturkompensation läßt sich erzielen durch Verwendung von Planartransistoren und überdies durch Verwendung von komplementären Transistoren so daß eine hohe Schaltungsstabilität erzielt wird. Als Ausgangssignal der Mischstufc tritt ein zusammengesetztes Signal auf, das nach einer entsprechenden Verstärkung zur Ablenkung des auf die Schaltkartc treffenden Elektronenstrahls mittels der Ablenkspule 120 dient.

Spurnuswuhlschallung

Die Spurauswahlschaltung 60 ist in F i g. 2a gezeigt. In ihr werden entsprechend den fünf möglichen Spurbcreichcn fünf verschiedene Spannungssignalc erzeugt und im nachgeschütteten Verstärker 70 verstärkt. In der bereits beschriebenen Mischstufc 80 wird dieses Spurauswahlsignal mit den von den Treppenspannungsgeneratoren 40 und 50 gelieferten Signalen gemischt. Die Spurauswahlschaltung 60 stellt im wesentlichen ein hochgenaues Teilernetzwerk mit den Transistoren 63—66 dar. Die fünf verschiedenen, dem jeweiligen Spurbereich zugeordneten Spannungssignale werden erhalten, Indem man den jeweils entsprechenden Teil des Teilernetzwerks über den zugehörigen Schalttransistor mit Massepotential verbindet. Als besonders günstig haben sich wegen ihrer niedrigen Sättigungsspannung Legierungstranslstoren erwiesen. Die Ein- gangssignale für die Spurauswahlschaltung 60 kommen vom Rechner 17 über die Leitungen 28a-~tfim Kabel 28. Über die Leitung 69 wird der Ausgang der Spurauswahlschaltung 60 mit dem nachfolgenden Verstärker 70 verbunden.

Verstärker

Der Verstärker 70 (F i g. 2b) besteht im wesentlichen aus den parallelgeschalteten fünf Transistoren 72—76 sowie dem Eingangstransistor 71. Transistor 71 ist zu den Transistoren 72—76 komplementär. Die gesamte Schaltungsanordnung weist eine sehr starke Gegenkopplung auf. Durch die parallele Anordnung wird die Verlustleistung in jedem Transistor klein gehalten und durch die starke Gegenkopplung in Verbindung mit der komplementären Ausführung der Transistoren die erforderliche Temperaturstabilität bewirkt. Der Ausgang des Verstärkers 70 ist über die Leitung 79 mit der Mischstufe 80 gekoppelt.

Ablenkverstärker

Der Ablenkverstärker 90 (Fig.2b) besteht im wesentlichen aus einer Steuer-, einer Verstärker- und einer Ausgangsschaltung. Die Steuerschaltung ist in der dargestellten Weise unter anderem aus den Transistoren 91—94 und den Potentiometern 100—102 zur Einstellung der Verstärkung, der Strahlposition und zum Abgleich aufgebaut. Der eigentliche Verstärkungsteil besteht aus den Transistoren 95 und 96 und die Ausgangsstufe aus den Transistoren 97 und 98. Durch den Steuerteil des Ablenkverstärkers können die Verstärkungs- und die Strahlposition im wesentlichen unabhängig voneinander eingestellt werden. Der Verstärkungsfaktor ergibt sich aus der Spannungsdifferenz zwischen den Emittern der Transistoren 92 und 93 und wird nicht beeinflußt durch die Strahlpositionssteuerung. Wieder wird durch Verwendung von komplementären Transistoren eine weitgehende Temperaturkompensation erzielt. Die Transistoren 95 und 96 im eigentlichen Verstärkerteil sind vom komplementären Typ und können so ein und dasselbe Eingangssignal zugeführt bekommen. Insbesondere wird durch diese Schaltungskonfiguration die normalerweise bei kleinen Signalpegeln auftretende Bündelknotcnstörung verhindert.

Das Ausgangssignal des VcrslUrkcrtcils wird von den Emitteranschlüssen der Transistoren 95 und % abgenommen und jeweils uuf die Basisanschlüssc der emittergckoppeltcn Transistoren 97 und 98 geführt, so daß am gemeinsamen Emittcrpunkt das endgültige Vcrstürkcrausgnngssignnl zur Verfügung steht, das seinerseits mit der Ablenkspule 120 des Elektronen-Strahlerzeugungssystems verbunden ist.

Von besonderer Bedeutung ist die Ablenksteuerung, mittels deren der Elektronenstrahl hochgenau zur Erzeugung verschiedener Linienmuster, von denen einige in Fig.3 dargestellt sind, abgelenkt wird. Diese Linienmuster werden durch Mischen eines der fünf sehr genau einstellbaren Glelchspannungspcgel mit der von dem positiven und negativen Treppenspannungsgenerator erzeugten Spannung erzielt. Diese Spannungswerte werden von dem Rechner geliefert, der seinerseits die gesamten Steuerdaten auf einem Band gespeichert hat.

Die in Fig.3 dargestellten horizontalverlaufenden Linienzüge resultieren aus der Spurauswahlschaltung unter dem Einfluß der Eingangssignale auf den Leitungen 2Bu-28d Das dicke horizontale Linienstück ergibt sich dabei daraus, daß dieser Bereich mehrfach belichtet wurde, well verschiedene Linienzüge in derselben Spur verlaufen. Die schragverlaufenden Linienzüge entstehen unter dem Einfluß der verschiede-

ien Steuersignalkombinationen, wie sie vom Computer in die beiden Treppenspannungsgeneratoren 40 und 50 iber die Steuerleitungen 29a—c und 30a — c geliefert verden. Die Neigung dieser schrägverlaufenden Linien- :üge ist abhängig von der Geschwindigkeit, mit der sich lie die zu belichtende Schaltkarte tragende Auflage hin-

und herbewegt, und demzufolge entsprechende Takt gnale liefert. Wie weit sich diese schräg verlaufend Linienzüge erstrecken, hängt von der Zählereinstellu 27 und dem im Rechner gespeicherten vorbestimmt Wert ab.

Hierzu 3 Wall Zc

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Aufzeichnung eines Linienmusters, insbesondere eines Leitungsmusterbildes für elektrische Schaltungen, auf einem mit einer lichtempfindlichen Schicht bedeckten Trägermaterial, z. B. einer photolackbeschichteten Schaltkarte, unter Verwendung von Elektronenstrahlen, deren Ablenkwerte je nach dem gewünschten Linienmuster von einem Rechner geliefert werden, d a durch gekennzeichnet, daß das Linienmuster durch die Überlagerung einer ebenen mechanischen Bewegung der die Schaltkarte (2) tragenden Auflage (1) und der elektrischen Ablenkung des Elektronenstrahls (18) erzeugt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage (1) in einer Richtung (5) Schwingbewegungen ausführt und daß von der Schwingbewegung die für die Ablenksteuerung des Elektronenstrahls (18) erforderlichen Synchronisations- bzw. Taktsignale abgeleitet werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisations- bzw. Taktsignale über ein mit der Auflage (1) fest verbundenes Schlitzraster (20) in Verbindung mit einem zusätzlichen Strahlsystem (21,22) erzeugt werden.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage (1) bezüglich des Elekronenstrahlsystems (EBG) in der zur Richtung (5) der Schwingbewegung orthogonalen Richtung (6) mechanisch auf mehrere Spurbereiche einstellbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spureinstellung der Auflage (1) über ein Klinkengetriebe (13, 14) sowie ein Lochband (7) bewerkstelligt wird.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Elektronenstrahlablenkung bestimmenden Steuersignale in einem elektrischen Netzwerk (40—90) gebildet werden, dem von einem Rechner (17) die Daten des gewünschten Linienmusters sowie die die momentane Position der Auflage (1) bestimmenden Signale als Eingangssignale zugeführt werden und das aus einer Spurauswahlschaltung (60) sowie einem positiven und negativen Treppenspannungsgenerator (40 bzw. 50) besteht, wobei die Ausgangssignale dieser drei Schaltungsteile in einer Mischstufe (80) zur Erzeugung des eigentlichen Ablenksteuersignals zusammengefaßt werden.