DE3327689C1 - Gerät zur Belichtung von Leiterplatten - Google Patents

Description

• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ciii Gerät zur Belichtung von Leiterplatten oder dergleichen mit UV-Licht vorzuschlagen, bei dem das auf die zu belichtende Ktinslstoffschicht ;luftrcfifndc Licht cinen möglichst gerillgen oder keinen Anteil an Wärmestrahlung aufweist.
• Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindting darin, daß die Lichtquelle oder die Lichtquellen außerhalb der Flächennormale des in Belichwngsposition befindlichen Kopierrahmens angeordnet ist oder sind und daß sich im Strahlengang der Lichtquelle(n) Mittel zur Absorption der Wärmestrahlung undh#der Reflexion der UV-Strahlung befinden. Ein solcher gcometrisches Aufbau des Gerätes ermöglicht eine günstigc Zuordnung der l.ichtqucilen und der Mittel zur Absorption und Reflexion der Wärmestrahlung aus dem Strahlengang der Lichtquelle oder der Lichtquellen.
• I licrzu ist es nach der Erfindung vorteilhaft, wenn die l.ichtquelle(n)~in Arbeitsstellung betrachtet - hinter dem Kopierrahmen unterhalb und/oder oberhalb desselben angeordnet ist oder sind.
• Gemäß der Erfindung ist zur Absorption der Wärmestrahlung der Lichtquelle im Strahlengang derselben ein flüssigkeitsdurehspülter, für UV-Strahlung transparenter Strahlenschutz-Kühlkörper angeordnet. Dieser Strahlenschutzkörper liegt in einem mit destilliertem Wasser durchströmten Kühlkreislauf, in dem sich ein mit Luft gekühlter Wärmetauscher befindet.
• Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Strahlenschutz-Kühlkörper in Form einer mit planparallelen Wänden versehenen Küvette ausgebildet, welche senkrecht im Strahlengang angeordnet ist.
• Mit dieser Lösung nach der Erfindung wird erreicht, daß eine Sicherung des Brenners gegen ein Platzen vorbanden ist, daß Licht einer Wellenlänge kleiner als 330 mai,. welches für die Augen nicht sichtbar jedoch sehr schädlich ist, und Licht mit langer Wellenlänge, welches die Wärmestrahlung enthält, absorbiert wird.
• In Weiterbildung der Erfindung ist der Strahlenschutz- Kühlkörper als lichtbrechender, flüssigkeitsdurchströmter Körper ausgebildet. Durch diese Maßnahme läßt sich der Strahlenschutz-Kühlkörper gleichzeitig zur Korrektur des Strahlenganges und damit der Verbesserung der Lichtverteilung auf der zu belichtenden Fläche verwenden. Hierzu ist es besonders vorteilhaft, wenn der Strahlenschutz-Kühlkörper als plankonvexe Linse ausgebildet ist. Die Randstrahlen werden somit gleichzeitig gesammelt und tragen zur Verbesserung der Lichtverteilung auf der zu belichtenden Fläche bei.
• :!zur nahezu vollständigen Beseitigung der Wärmestrahlung ist nach der Erfindung im Strahlengang einer Lichtquelle ein die UV-Strahlung reflektierender, halbdurchlässiger Spiegel angeordnet, der für die Wärmestrahlung durchlässig ist In Fortsetzung des Wärmestrahlenganges ist hinter dem Spiegel ein die Wärmestrahlung absorbierendes, gekühltes Wärmeauffanggehäuse angeordnet. Dieses Wärmeauffanggehäuse weist luftdurchström te Kühlrippenplatten auf. Der verwendete Spiegel ist mit einer entsprechenden Beschichtung versehen, welche die UV-Strahlung reflektiert und die Wärmestrahlung durchläßt. Damit ist eine Trennung dieser schädlichen Strahlung erreicht und die Wärmestrahlung kann in Wärme umgewandelt und die Wärme in einfacher Weise abgeführt werden.
• In Weiterbildung der Erfindung kann nunmehr die Lichtquelle mit ihrer Längsachse in Richtung der Strahlenachse und parallel zur Ebene der zu belichtenden Fläche angeordnet werden, wodurch sich erhebliche Vorteile bei der Fokussierung ergeben.
• Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung des Gerätes zur Belichtung von Leiterplatten. betrachtet im Querschnitt; F i g. 2 eine schematische Darstellung des Gerätes zur Belichtung von von Leiterplatten einer weiteren Ausführungsform; F i g. 3a einen Querschnitt durch einen Metall-Habgenid-ßrenner für eine direkte Lichtverteilung: F i g. 3b einen Querschnitt durch einen Metall-Habgenid-Brenncr für einen außenliegenden Brennpunkt; F i g. 4a eine Strahlenschutzscheibe im Querschnitt; F i g. 4b ein flüssigkeitsdurchspülter. UV- Licht transparenter Strahlenschutz-Kühlkörper, und F i g. 4c ein flüssigkeitsdurchspülter UV-Licht transparenter Strahlensehutz-Kühlkörper.
• Wie aus der F i g. 1 ersichtlich ist, befinden sich die Lichtquellen, z. B. Metall-Halogenid-Brenner 1, in den Reflektoren 2. Davor ist jeweils eine Strahlenschutzscheibe 3 angeordnet, der sich eine Umlaufblende 6 anschließt. Das Lampengehäuse 4 ist mit einem Auslaßfenster 5 versehen, welches gleichzeitig als Lufteinlaß ausgebildet ist. Die Umlaufblende 6, welche als Verschluß wirkt, ist motorisch angetrieben, so daß die Lichtquelle kontinuierlich betrieben werden kann. Die Raumluft wird bei R angesaugt, über den Wärmeluftkanal 12 geführt und durch die Abluftleitung 12 zum Exhaustor E geleitet.
• Die aus dem Metall-Halogenidbrenner 1 austretende Strahlung trifft auf den halbdurchlässigen Spiegel 9, welcher die UV-Strahlung reflektiert und den Wärmestrahlenanteil als Wärmestrahlung 8 hindurchläßt. Hier trifft die Wärmestrahlung 8 auf die luftdurchströmten Kühlrippetiplatten 10, die sich an dem Wärmeauffanggehäuse 11 befinden, und wandelt sich in Wärme um, welche durch die Raumluft über den Wärmeluftkanal 12 abgeführt wird. Die nunmehr von der Wärmestrahlung befreite UV-Strahlung 7 trifft auf den Kopierrahmen C und bewirkt dort einen einwandfreien Kopiervorgang, ohne daß Wärmeeinflüsse aus der Strahlung einen unkontrollierten Störeffekt auslösen können.
• Der Kopierrahmen B, der sich außerhalb der UV-Lichtstrahlung 7 befindet, kann während der Belichtung des Kopierrahmens C entladen und neu beschickt werden, so daß der Belichtungsprozeß kontinuierlich durchgeführt werden kann.
• Der Raum D dient für die Aufnahme der Kraftstrom-Netzteile und Vakuumpumpen.
• Wie aus den F i g 1 und 2 ersichtlich ist, ist es zur Lösung der gestellten Aufgabe nach der Erfindung errorderlich, die Lichtquellen außerhalb der Flächennormale Nund N'des in Belichtungsposition befindlichen Kopierrahmens Canzuordnen und im Strahlengang der Lichtquellen die entsprechenden Mittel zur Absorption der Wärmestrahlung und/oder Reflexion der UV-Strahlung vorzusehen. Somit befinden sich die Lichtquellen ' in Arbeitsstellung betrachtet - hinter dem Kopierrahmen Cunterhalb und oberhalb desselben.
• Die F i g. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
• Zur Absorption der Wärmestrahlung der Lichtquelle list im Strahlengang derselben ein flüssigkeitsdurchspülter, für UV-Strahlung transparenter Strahlenschutz-Kühlkörper angeordnet, der aus den Strahlenschutzscheiben .3 besteht, welche als Küvette ausgebildet sind.
• In der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform ist die Strahlenschut'.scheibe 3 planparallel ausgebildet. Die so gebildete Küvette ist mit dem Kühlmittelkreislauf 13 verbunden, in dem sich der Wärmetauscher 14 befindet, welcher luftgekühlt ist. Der flüssigkeitsdtirchspülte, UV-Licht transparente Strahlenschutz-Kühlkörper 3 ist in der F i g. 4b wiedergegeben. Das Kühlmittel in der aus den Strahlenschutzscheiben 3 zusammengesetzten Küvette übernimmt nicht nur die in der Strahlung enthaltene Wärmestrahlung, sondern auch die aus der Lichtquelle entweichende Konvektionswärme. Gleichzeitig dient die Küvette auch als mechanischer Schutz gegen ein Platzen des Metall-Halogenidbrenners 1.
• Anstelle der planparallelen Küvette nach der in Fig. 4b dargestellten Ausführungsform kann auch eine in Fig. 4c wiedergegebene plankonvexc Linse 3c vcrwendet werden. Hiermit lassen sich die Randstrahlen des Metall-Halogenidbrenners 1 entsprechend korrigieren und damit die Lichtverteilung auf der zu belichtenden Kunststoffschicht verbessern.
• Die F i g. 3a (oberer Teil der F i g. 3) zeigt einen rotationssymmetrischen Reflektor 2a für eine direkte Lichtverteilung. Der Metall-Halogenidbrenner 1 liegt im Brennpunkt des Reflektors 2a, welcher mit einer Luftkühlung versorgt wird. Hierfür befindet sich am äußeren Rand des Reflektors 2a eine Eingangsöffnung R für die Kühlluft und in der Strahlenachse eine Ausgangsöffnung E, welche mit einem Exhaustor verbunden ist. Der Reflektor 2a ist durch die Strahlenschutzscheibe 3 begrenzt, welche von der Kühlluft beaufschlagt wird. Der Reflektor 2 und die Strahlenschutzscheibe 3 sind in dem Lampenhaus 4a angeordnet.
• Die F i g. 3b (unterer Teil der F i g. 3) zeigt einen rotationssymmetrischen Reflektor 2b für einen außerhalb des Brenners liegenden Brennpunkt. Die Strahlenschutzscheibe 3 liegt hierbei außerhalb des eigentlichen Reflektors 2, jedoch innerhalb des Lampenhauses 4b mit axialliegendem Brenner 1.
• Die Erfindung gibt nunmehr die Möglichkeit, die Lichtquelle 1, welche als Metall-Halogenidbrenner ausgebildet ist, mit ihrer Längsachse in Richtung der Strahlenachse und damit parallel zur zu belichtenden Fläche anzuordnen, wodurch sich lichtoptische Vorteile ergeben. Durch die horizontale Lage des Brenners ist eine Lichtcharakteristik gegeben, welche eine gleich mäßigere Ausleuchtung der zu belichtenden Fläche ermöglicht.
• Außerdem kann unter Aufrechterhaltung dieser Vorteile eine für die Bedienungsperson paßgerechte Arbeitshöhe des Kopierrahmens Beingehalten werden.

Claims (11)

1. Patentansprüche: 1. Gerät zur Belichtung von Leiterplatlen oder dergleichen mit UV-l,icht. mit mindestens einem in den von mindestens einer UV-Lichtquelle erzeugten Strahlengang ein- und ausfahrbaren Kopierrahmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) (oder die Lichtquellen) außerhalb der Flächennormale (N. N9 des in Belichtungsposition befindlichen Kopierrahmens (C) angeordnet ist (oder sind) und daß sich im Strahlengang (7) der I,ichtquelle(n) (1) Mittel zur Absorption der Wärmestrahlung und/oder Reflexion der UV-Strahlung befinden.
2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle(n) (1) - in Arbeitsstellung betrachtet - hinter dem Kopierrahmen <C) unterhalb und/oder oberhalb desselben angeordnet ist (sind).
3. 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Absorption der Wärmestrahlung der Lichtquelle (1) im Strahlengang (7) derselben ein flüssigkeitsdurchspülter. für UV-Strahlung transparenter Strahlenschutz-Kühlkörper (3a. 3b> angeordnet ist.
4. 4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenschutzkörper (3a, 3b) in einem mit destilliertem Wasser durchströmten Kühlkreislauf angeordnet ist, in dem sich ein mit Luft gekühlter Wärmetauscher (14) befindet.
5. 5. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenschutz-Kühlkörper (3a) in Form einer mit planparallelen Wänden versehenen Küvette ausgebildet ist, welche senkrecht zum Strahlengang angeordnet ist.
6. 6. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenschutz-Ktihlkörper (3b) als lichtbrechender, flüssigkeitsdurchströmter Körper ausgebildet ist.
7. 7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenschutz-Körper(3b)als plankonvexe Linse ausgebildet ist.
8. 8. Gerät nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden, dadurch gekennzeichnet. daß im Strahlengang (7) einer I.ichtquelle (1) ein die UV-Strahlung reflektierender halbdurchlässiger Spiegel (9) angeordnet ist, der für die Wärmestrahlung durchlässigist.
9. 9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Fortsetzung des Wärmestrahlenganges hinter dem Spiegel (9) ein die Wärmestrahlung absorbierendes, gekühltes Wärmeauffanggehäuse (11) angeordnet ist.
10. 10. Gerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeauffanggehäuse (11) luftdurchströmte Kühlrippenplatten (10) aufweist.
11. 11. Gerät nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die als Metall-Halogenidbrenner ausgebildete Lichtquelle (1) mit ihrer Längsachse in Richtung der Strahlenachse und parallel zur Ebene der zu belichtenden Fläche angeordnet ist.

    Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Belichtung von Leiterplatten mit UV-l#cht, mit mindestens einig in den von mindestens einer UV-Lichtquelle erzeugten Strahlengang ein- und ausfahrbaren Kopierrahmen.

    In der modernen Leiterplattentechnik werden lichtempfindliche Schichten. beispielsweise Polymere, Probymere, oder auch diazosensibilisierte Schichten vcrwendet, die sich auf einer Trägerschicht aus leitendem Material befinden, und welche mit einem negativen oder positiven Bildträger einem Belichtungsvorgang unterworfen werden. An den belichteten Stellen der Kunststoffschicht erfolgt durch die Bildung von Polymeren eine Aushärtung. während die unbelichteten Stellen nach dem Belichtungsvorgang herausgelöst werden.

    Der Polymerisationsvorgang wird nun nicht nur durch UV-Strahlung, sondern auch durch Wärmeenergie ausgelöst. Die für die Belichtung verwendeten Lichtquellen, nämlich Metall-Halogenid-Brenner, senden eine Strahlung aus, die einen erheblichen Anteil an Wärmestrahlung aufweist. Dieser längerwellige Strahlungsanteil setzt sich beim Auftreffen und Eindringen in Materie in Wärmeenergie um. Durch diesen Effekt werden beim Belichtungsvorgang in unkontrollierter Weise auch solehe Stellen polymerisiert. bei denen es nicht beabsichtigt ist.

    Der in der Belichtungsstrahlung enthaltene Wärmestrahlenanteil bewirkt jedoch noch weitere nachteilige Effekte.

    Die zunehmende Integration der Schaltungselemente hat zur Folge, daß zur Belichtung bereits eine Vielfachschicht (Multilayer) verwendet wird, bei der eine unkontrollierte Polymerisation, hervorgerufen durch eine unzulässige Erwärmung, eine Beschädigung der Schichtung bewirkt. Ferner ist die Anzahl der Schaltungselemente pro Flächen- oder Raumeinheit be#reits so groß, daß schon Wärmeausdehnungen durch die Wärmelichtstrahlung erhebliche Störungen hervorrufen, welche zur Unbnjuchbarkeit der Schicht führen.

    Es ist bereits bekannt, Wärmeschutzfilter zu verwenden, welche zwischen der Lichtquelle und dem Kopiergut eingesetzt werden. Die in diesen Wärmeschutzscheiben oder Filter absorbierte Wärme bzw. Wärmestuhlung ist jedoch zu klein, um die bei der Belichtung auftretenden und durch die Wärmewirkung hervorgerufenen Probleme zu beseitigen.

    Es sind ferner wassergekühlte Hochleistungslichtquellen bekannt, welche für die verschiedensten Zwecke eingesetzt werden.

    So ist beispielsweise bereits ein Kopiergerät auf dem Markt, welches mit einem wassergekühlten Brenner ausgerüstet ist. Der Brenner ist mit einer zweiten Glasummantelung versehen. durch die destilliertes Wasser als Kühlmittel gepumpt wird, wobei ein geschlossener Kühlkreislauf mit einem Wärmetauscher vorgesehen ist.

    Eine Frischwasserkühlung läßt sich wegen der im Wasser gelösten Salze nicht verwenden, da diese kurzfristig zum Erblinden der lichtoptischen Mittel führen würden.

    Der Wirkungsgrad eines Metall-Halogenid-Brenners liegt in bezug auf die UV-Strahlung unter 1%, so daß 99% der Brennerenergie in Form von Wärmestrahlung oder Wärme abgeführt werden muß. Ferner ist noch zu berücksichtigen, daß die Lichtquellen kontinuierlich betrieben werden, so daß demzufolge eine entsprechende Wärmemenge anfällt.