DE3525482C1 - Belichtungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Belichtungsvorrichtung, ins­ besondere für die Kontaktkopie von Schaltkreisvorlagen auf Leiterplatten gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches. Weitere Anwendungsbeispiele betreffen auch die Multilayer-, die sogenannte Hybrid­ technik (Gate Arrays) und die Kontaktkopie von sonstigen Druckvorlagen.

Belichtungsvorrichtungen der genannten Art sind nach der DE-OS-33 40 653 bekannt und zwar in Verbindung mit einem Gerät zur Leiterplattenbelichtung, bei dem ein sogenann­ tes Leiterplattenpaket durch das Gerät mit der stationär angeordneten Lichtquelle hindurchgeschoben wird.

Ferner sind als sogenanntes Lauflicht bezeichnete Be­ lichtungsvorrichtungen nach der DE-OS 29 25 153 bekannt. Dabei handelt es sich um ein quer über das Belichtungs­ feld verfahrbares Gehäuse, in dem ebenfalls eine röhren­ formige Lichtquelle über einem bodenseitig im Gehäuse an­ geordneten Lichtdurchlaßschlitz angeordnet ist. Der wei­ tere einschlägige Stand der Technik wird durch folgende Druckschriften repräsentiert: DE-OS 25 27 299, DE-GM 75 32 211, DD-PS 1 41 580, US-PS 38 19 929 und DE-OS 29 38 638.

Nach der nicht vorveröffentlichten DE-PS 34 47 849 ist ein Gerät bekannt geworden, mit dem die Leiterplatten­ belichtung wesentlich verbessert durchgeführt werden kann. Einen Schwachpunkt bei dieser Vorrichtungsausbil­ dung und Arbeitsweise stellt jedoch der eigentliche Be­ lichtungsvorgang dar, für den mit geeigneten Mitteln eine Flächenbelichtung vorgesehen ist, die entsprechend lange Belichtungszeiten verlangt. Bei der Anordnung meh­ rerer, das ganze Belichtungsfeld abdeckender Lichtröhren ist für eine gleichmäßige Streuung und Verteilung der In­ tensität zu sorgen, was zu erheblichen Verlusten und un­ gleichmäßiger Bestrahlung der Leiterplatten führen kann. Bei der Anordnung einer entsprechend hoch beaufschlagten Lichtquelle, deren Licht bspw. über Spiegel dem Belich­ tungsfeld zugeleitet wird, sind aber die Belichtungszei­ ten sehr lang, was zu einer langsamen Polymerisation des Fotoresists führt. Die Verwendung sogenannter Lauflichter bspw. gemäß DE-OS 29 25 153 stellt zwar einen geeigneten Ansatz zur Lösung des Belichtungsproblemes dar, da man hier die erforderlich hohe Belichtungsenergie in nur eine, eine gleichmäßige Belichtung aller Belichtungsfeldberei­ che gewährleistenden Lichtröhre einbringen kann, aller­ dings steht einer einfachen Übernahme derartiger bekann­ ter Lauflichtbelichtungsvorrichtungen entgegen, daß einer­ seits die hohe, zu einer extremen Wärmeentwicklung führen­ de Energiezufuhr Vorlage, Resist und Leiterplatte treffen würde und damit zu einer unzulässigen Wärmeausdehnung der Materialien führte und daß andererseits der praktisch nicht parallelgerichtete Lichtausfall für eine Kontakt­ kopie der in der Regel sehr eng angelegten Strompfade we­ gen der damit verbundenen Überstrahlung bei der endlichen Dicke des Fotoresists nicht möglich ist, d.h., es würden im Endergebnis unvermeidbar Querverbindungen der Strom­ pfade entstehen, die natürlich nicht zugelassen werden können. Der Fotoresist braucht nämlich für eine optimal steile "Flanke" hohe Energiezufuhr in kurzer Zeiteinheit. Dies ist unter besonderen Bedingungen mit einem Lauflicht realisierbar, denn durch diese Art der Belichtung kann auf den allgemein üblichen Vakuumkontakt zwischen Vorlage und Leiterplatte zugunsten eines "Softkontaktes" verzichtet werden.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Belichtungsvorrichtung der eingangs genannten Art dahin­ gehend zu verbessern, daß sich bei in die über das Be­ lichtungsfeld verfahrbaren Belichtungsvorrichtung ein­ bringbarer hoher Energie die damit verbundenen großen Wärmemengen nicht negativ auswirken und aus dem Belich­ tungsfeldbereich ständig weggeführt werden können.

Diese Aufgabe ist mit einer Belichtungsvorrichtung der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten Merkmale ge­ löst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.

Wie sich gezeigt hat, ist es durch diese Ausbildung, die eine ständige Durchspülung und damit Wärmeabführung aus dem Belichtungsfeldbereich gewährleistet, möglich, die röhrenförmige Hochleistungslichtquelle des Lauflichtes mit einer Energiezufuhr in der Größenordnung von 10 kW zu beaufschlagen, ohne daß sich dabei die damit verbunde­ ne Wärmeentwicklung negativ auswirken kann. Durch das Lichtrichtgitter ist dabei in bekannter Weise dafür ge­ sorgt, daß ein paralleler bzw. weitgehend paralleler Licht­ austritt senkrecht gegen das Belichtungsfeld gewährleistet ist. Wesentlich ist dabei, daß es sich beim Reflektor um vorzugsweise einen Parabolreflektor mit parallelem Strah­ lenabgang handelt und daß man diesem einen Wärmestrahlungs­ schirm vorschaltet, um mit diesem eine massive Wärmebeauf­ schlagung des Belichtungsfeldes zu verhindern.

Die für die Betriebs- und Funktionsfähigkeit der ganzen Belichtungsvorrichtung wesentlichen und notwendigen Ein­ richtungen zur Kühlung des Ganzen, werden noch nachfol­ gend näher erläutert. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Belichtungsvorrichtung besteht darin, daß der Luft­ absaugschlitz und die mindestens eine Luftzuströmöffnung des die Hochleistungslichtquelle aufnehmenden Gehäuses mit Luftführungsleitungen versehen sind. Berücksichtigt sind damit relativ kleine Aufstellräume für die gesamte Kopiereinrichtung, die sich in Rücksicht auf die relativ hohe Energiezufuhr insgesamt relativ schnell aufheizen und damit das ganze Wärmeniveau solcher Räume schnell an­ heben würden. Ferner kann damit der eventuellen Forderung ebenfalls entsprochen werden, diese Räume staubfrei zu halten, da die Luft von außerhalb dieser Räume angesaugt und nach Passage der Belichtungsvorrichtung wieder außer­ halb dieser Räume abgeblasen werden kann. Dabei kann außer­ dem in Rücksicht auf die in die Vorrichtung eingebrachte, nicht unbeträchtliche Energie die abgeführte und erwärmte Luft zur Beheizung anderer Räume ausgenutzt werden.

Die erfindungsgemäße Belichtungsvorrichtung wird nachfol­ gend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungs­ beispielen näher erläutert.

Es zeigt schematisch

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform der Belichtungsvorrichtung;

Fig. 2 die Anordnung der Belichtungsvorrichtung inner­ halb der ganzen Kopiereinrichtung;

Fig. 3, 4 im Schnitt andere und besondere Ausführungs­ formen der Belichtungsvorrichtung;

Fig. 5 perspektivisch eine Ausführungseinzelheit, den Reflektor betreffend;

Fig. 6 die Belichtungsvorrichtung in Verstellrich­ tung gesehen und

Fig. 7, 8, 9 Ausführungsformen des Lichtrichtgitters.

Die in Fig. 1 im Schnitt dargestellte Belichtungsvorrich­ tung findet ihre verschiebliche Anordnung in einer Kon­ taktkopiereinrichtung I (Fig. 2) besonderer Art, die hier im einzelnen keiner besonderen Erläuterung bedarf. We­ sentlich ist nur, daß an dieser Einrichtung Führungen 14 vorhanden sind, längs derer die Belichtungsvorrichtung über das Belichtungsfeld 2 verfahren werden kann. Die Hoch­ leistungslichtquelle 1 mit einer Leistungsaufnahme von ca. 10 kW ist, wie aus Fig. 1 erkennbar ist, innerhalb eines gegen das Belichtungsfeld 2 offenen Reflektors 3 angeord­ net, wobei unter der Lichtquelle 1 und unter dem Reflektor 3 das sogenannte Lichtrichtgitter 4 sitzt. Wie ferner aus Fig. 1 erkennbar, ist zwischen der Lichtquelle 1 und dem Lichtrichtgitter 4 die bspw. mit Kühlmittel durchströmba­ re Abblendleiste 5 angeordnet, die, wie gestrichelt ange­ deutet, im Querschnitt auch zwecks günstiger Wärmestrah­ lungsreflektion prismatisch ausgebildet sein kann. Der Re­ flektor 3 ist mit einem sich über seine ganze Länge er­ streckenden Luftabsaugschlitz 6 versehen, an den gemäß Fig. 6 eine Luftabsaughaube 15 mit inneren Leitblechen 16 und der Absaugleitung 10 angeschlossen ist. Das mit min­ destens einer Luftzuströmöffnung 7 versehene Gehäuse 8 ist mit einer lichtdurchlässigen Wärmedämmscheibe 9 verschlos­ sen, wobei zweckmäßig die Luftzuströmöffnung 7, wie in Fig. 1 dargestellt, oben angeordnet und mit der Luft­ führungsleitung 10′ zur Luftzuführung ausgestattet ist. Die Luftdurchspülung des ganzen Gehäuses wird mittels eines hier nicht dargestellten Gebläses bewirkt, das ent­ weder saugseitig an die Luftführungsleitung 10 oder druck­ seitig an die Luftführungsleitung 10′ angeschlossen ist.

Wie mit Pfeilen in Fig. 1 angedeutet, bespült die durch die Luftzuströmöffnung 7 eintretende Luft den Reflektor 3 von außen, strömt nach unten und gelangt durch das Licht­ richtgitter 4 in das Innere des Reflektors und strömt durch diesen und dessen Luftabsaugschlitz 6 und die Luftabsaug­ haube 15 in die Luftführungsleitung 10 ab und verläßt damit entsprechend stark erwärmt das Gehäuse 8. Um eine möglichst gleichmäßige Luftverteilung über die gesamte Gehäuselänge zu erreichen, ist zweckmäßig die Luftzuströmöffnung 7 eben­ falls als Schlitz ausgebildet, oder es sind mehrere Luft­ zuströmöffnungen 7 vorgesehen. Sofern die Luftzufuhr nicht unmittelbar aus dem Aufstellraum der Vorrichtung erfolgt, wird auch der ganze Luftzuströmbereich mit einer Luftan­ saughaube im Sinne der Fig. 6 ausgestattet, an der dann die Luftführungsleitungen 10′ angeschlossen sind. Durch diese Art der Luftführung innerhalb des Gehäuses 8 ist auch für eine intensive Kühlung der lichtdurchlässigen Wär­ medämmscheibe 9 gesorgt, die auch zweckmäßig ist, um eine möglichst geringe Wärmeentwicklung im Bereich zwischen der Wärmedämmscheibe 9 und dem Belichtungsfeld 2 zu ge­ währleisten. Die Luftbespülung der Hochleistungslichtquel­ le 1 möglichst gleichmäßig über deren ganze Länge ist da­ bei ebenfalls wichtig.

Das eingebaute Lichtrichtgitter, das aus bspw. kreuzweise angeordneten Blechlamellen besteht, verringert, je nach aktiver Länge und dem Abstand der Lamellen zueinander, die Intensität schräg abgestrahlten Lichtes, wobei die "Lauf­ lichtausbildung" den Vorteil hat, daß durch kurzzeitige Belichtung am jeweiligen Ort des Belichtungsfeldes mit ho­ her Intensität die für die Fotopolymerisation optimalen Belichtungsbedingungen geschaffen sind. Das Lichtrichtgit­ ter 4 im Gehäuse 8 unterhalb des Reflektors 3 sorgt dafür, daß nur über den Reflektor 3 einachsig paralleles Licht abgestrahlt wird, wobei unter beliebigen Winkeln vom Re­ flektor abgestrahltes Licht durch das eingebaute Lichtricht­ gitter mit absorbierender Beschichtung ebenfalls weitgehend parallel das Lichtrichtgitter 4 verläßt. Die vorerwähnte Luftführung durch das Gehäuse 8 und dann durch das Licht­ richtgitter und den Reflektor um die UV-Lichtquelle herum entspricht einer optimalen Gegenstromkühlung und sorgt für eine gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des Ge­ häuses und für optimale Betriebsbedingungen für die Licht­ quelle 1. Die am Gehäuse 8 angebrachte Wärmedämmscheibe 9 schirmt das Innere des Gehäuses 8 gegen die Umgebung so ab, daß nicht aufbereitete Kühlluft innerhalb des Gehäuses verwendet werden kann, was insbesondere von Vorteil ist, wenn Reinraumbedingungen gefordert werden, was insbesonde­ re von Interesse ist, wenn mit der Vorrichtung hochgenaue Kopiervorgänge durchgeführt werden sollen. Die Abblend­ leiste 5, die direkt unter dem Reflektor 3 bzw. der Licht­ quelle 1 angeordnet ist, kann je nach erforderlicher Kühl­ leistung mit Wasser, Thermoöl, Luft oder anderen Kühlme­ dien durchspült werden, wofür seitlich am Gehäuse bzw. an der Leiste entsprechende Kühlmediumsanschlüsse vorgesehen sind (nicht dargestellt). Der Reflektor 3 ist zweckmäßig in einem reflektorseitig formangepaßten Träger 12 aus wär­ meleitendem Material angeordnet und dieser ist außen mit Wärmetauschflächenvergrößerungen 13, wie Kühlrippen od. dgl. im Sinne der Fig. 5 ausgestattet. Diese Ausbildung trägt ebenfalls der hohen Wärmebelastung Rechnung und ver­ mittelt dem eigentlichen Reflektor, der in Form eines Re­ flektorbleches aus dünnem, hochglanzpoliertem Material ge­ bildet ist, die erforderliche Wärmestabilität.

Wie in Fig. 2 dargestellt, kann das Gehäuse 8 selbst in bezug auf das Belichtungsfeld 2 verfahrbar angeordnet sein, wobei zwecks gleichzeitiger Belichtung der Leiterplatte von oben und unten unter dem Belichtungsfeld 2 ein ent­ sprechendes Gehäuse 8 ebenfalls verfahrbar angeordnet ist. Die Gehäuse 8 werden dabei mit einem Linearantrieb, wie Kette, Spindel, Pneumatik, Hydraulik, Zahnriemen, Linear­ motor od. dgl. angetrieben. Die Steuerung des Antriebes ist dabei für eine stufenlose oder sehr fein abgestufte Regelung der Fahrgeschwindigkeit und damit der Belichtungs­ zeit eingerichtet.

Gemäß Fig. 3 ist es aber auch möglich, die Vorrichtung der­ art auszubilden, daß die Lichtquelle 1 mit Reflektor 3 und Lichtrichtgitter 4 innerhalb eines das gesamte Belichtungs­ feld 2 abdeckenden, stationären Gehäuse 8′ verfahrbar an­ geordnet ist. Dieses Gehäuse 8′ ist natürlich hinsichtlich seiner Belüftbarkeit, wie vorbeschrieben, entsprechend aus­ gebildet. Da die Lichtquelle 1 nicht dauernd zwischen den einzelnen Belichtungsvorgängen ein- und ausgeschaltet wer­ den kann, sondern im Dauerbetrieb bzw. in "Stand-by-Schal­ tung" brennt, ist es zweckmäßig, und dies gilt sowohl für die Ausführungsform gemäß Fig. 3 wie auch die gemäß Fig. 4 daß die Lichtquelle 1 mit Reflektor 3 und Lichtrichtgitter 4 in eine Endstellung außerhalb der Wärmedämmscheibe 9 verfahrbar ausgebildet und angeordnet ist. Diese Endstellungen befinden sich an den Enden der Fahrstrecke für das Lauflicht, und damit wird erreicht, daß bei brennender Lichtquelle die Wärmedämmscheibe 9 nicht per­ manent in der Wartestellung mit Wärme beaufschlagt wird. Diese "Parkstellungen" sind in Fig. 4 mit 17 bezeichnet.

Die Lichtrichtgitter 4 können in Draufsicht im Sinne der Fig. 7, 8, 9 strukturiert sein. Das Lichtrichtgitter 4 gemäß Fig. 7 kann mit einem kleinen Schwingungsoszillator 11 ausgerüstet sein, um Belichtungsfehler für den Fall zu verhindern, daß bei Verfahrrichtung im Sinne der Pfeile eine der Gitterlamellen unmittelbar deckungsgleich über einem Strompfadverlauf verläuft, was eine konturenstarke Belichtung dieses Strompfadverlaufes beeinträchtigen wür­ de. Möglich wäre aber auch eine leicht verkantete Anord­ nung des gesamten Lichtrichtgitters 4 in bezug auf die Fahrtrichtung. Möglich wäre ferner aber auch eine Diago­ nalanordnung der Lamellen zueinander, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist.

Claims (9)

1. Belichtungsvorrichtung, insbesondere für die Kontakt­ kopie von Schaltkreisvorlagen auf Leiterplatten, beste­ hend aus einer röhrenförmigen, sich mit ihrer Länge über die gesamte Belichtungsfeldbreite erstreckenden, in ei­ nem gegen das Belichtungsfeld lichtdurchlässigen Gehäu­ se angeordneten Lichtquelle, wobei die Lichtquelle in­ nerhalb eines gegen das Belichtungsfeld offenen Reflek­ tors und unter der Lichtquelle ein von den Seitenflanken des Reflektors erfaßtes Lichtrichtgitter und darunter eine Wärmedämmscheibe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der in be­ kannter Weise quer über das Belichtungsfeld verfahrbaren Lichtquelle (1) und dem Lichtrichtgitter (4) eine Ab­ blendleiste (5) angeordnet und der Reflektor (3) mit einem sich über seine ganze Länge erstreckenden Luft­ absaugschlitz (6) versehen ist, wobei das mit minde­ stens einer Luftzuströmöffnung (7) versehene, den Re­ flektor umschließende Gehäuse (8) den äußeren Teil ei­ nes um den Reflektor (3) und durch den Reflektor ge­ führten Belüftungskanales bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abblendleiste (5) kühlbar ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abblendleiste (5) als spiegelndes Prisma ausgebildet und derart an­ geordnet ist, daß die einfallende Wärmestrahlung auf die Außenwand des Reflektors reflektiert wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Luftabsaugschlitz (6) und die mindestens eine Luftzu­ strömöffnung (7) des Gehäuses (8) mit Luftführungslei­ tungen (10) versehen und diese saug- oder druckseitig mit einem vom Reflektor (3) unabhängigen Raum verbun­ den sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Luftzuströmöffnung (7) des Gehäuses (8) oberhalb des Reflektors (3) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) mit Reflektor (3) und Lichtrichtgit­ ter (4) in mindestens eine Endstellung außerhalb der Wärmedämmscheibe (9) verfahrbar ausgebildet und an­ geordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) mit Reflektor (3) und Lichtrichtgit­ ter (4) gemeinsam mit dem diese Elemente umschließen­ den Gehäuse (8) in bezug auf das Belichtungsfeld (2) verfahrbar angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) mit Reflektor (3) und Lichtrichtgitter (4) innerhalb eines über das gesamte Belichtungsfeld (2) abdeckenden, stationären Gehäuse (8′) verfahrbar angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Reflektor (3) in einem reflektorartig formangepaßten Träger (12) aus wärmeleitendem Material angeordnet und dieser außen mit Wärmetauschflächenvergrößerun­ gen (13), wie Kühlrippen versehen ist.