DE3910251A1

DE3910251A1 - Device for directly structuring circuit carriers

Info

Publication number: DE3910251A1
Application number: DE3910251A
Authority: DE
Inventors: Matjaz Dr Florjancic; Horst Dr Richter; Herbert Dr Haupt; Gerhard Wessel
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1989-03-30
Filing date: 1989-03-30
Publication date: 1990-10-04

Abstract

By directly structuring circuit carriers, e.g. printed circuit boards, by means of laser light, the photomasks which are conventionally used for producing printed circuit boards, become redundant. In known devices for directly structuring, mechanically displaceable mirrors are used for deflecting the light beam for picture element scanning, which mirrors are difficult to produce and which are complex to drive. The technical problem to be solved consists in avoiding mechanically moved parts when directly structuring circuit carriers. The solution consists in arranging in the beam path between the light source 2 and the light-sensitive layer 20 a row 17 of light gates, whose light transmission is controlled by the control device 3. It is advantageous for the row 17 of light gates to be produced from a PLZT-ceramic material and to construct the control device 3 as CAD system. This results in a good flexibility and short turnaround times during the production of printed circuit boards. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur direkten Strukturierung von Schaltungsträgern, insbesondere von Leiterplatten, die eine Lichtquelle und eine Steuereinrichtung aufweist, mit der das auf eine lichtempfindliche Schicht auf dem Schaltungsträger auftreffende Licht gesteuert wird.The invention relates to a device for direct Structuring of circuit carriers, in particular of Printed circuit boards that are a light source and a Has control device with which on a photosensitive layer on the circuit carrier incident light is controlled.

Höherwertige Schaltungsträger werden üblicherweise im Fotodruck hergestellt, dieser besteht aus den Schritten:
1. Beschichten des Schaltungsträgers mit fotosensitivem Material (z.B. Folienresist);
2. Belichten mit UV-Licht unter Verwendung von Fotomasken, und
3. Entwickeln der belichteten oder der nicht belichteten Stellen (je nachdem, ob ein Positiv oder ein Negativ-Resist verwendet wird).Higher quality circuit carriers are usually produced in photo printing, which consists of the following steps:
1. coating the circuit carrier with photosensitive material (eg film resist);
2. Expose to UV light using photomasks, and
3. Develop the exposed or unexposed areas (depending on whether a positive or negative resist is used).

Für diese Form der Bildübertragung werden Fotomasken benötigt, deren Herstellung relativ zeitaufwendig und daher für eine schnelle Prototypenherstellung und eine flexible Kleinserienfertigung nicht besonders geeignet ist.Photo masks are used for this form of image transfer needed, the production of which is relatively time-consuming and therefore for rapid prototyping and one flexible small series production not particularly suitable is.

Schnelle Methoden der Bildübertragung bedienen sich deshalb der maskenlosen Technik oder direkten Strukturierung (auch unter der Bezeichnung "Direct Imaging" bekannt). Ein Laserstrahl mit geringer Leistung tastet das wiederzugebende Original ab und aus den reflektierten Lichtsignalen wird eine Steuerinformation für einen leistungsfähigen Laser erzeugt, der das lichtempfindliche Material auf dem Schaltungsträger belichtet (A. Gemmler u.a., Lasereinsatz in der Leiterplattentechnik, Leuze-Verlag, 1987, Seiten 66 bis 67). Zur zeilenförmigen Ablenkung des Lichtstrahls dienen schnell bewegte Pyramidal- oder Schwingspiegel, deren Herstellung und Antrieb aufwendig ist.Fast methods of image transmission make use of hence the maskless technique or direct Structuring (also under the name "Direct Imaging "). A low power laser beam scans the original to be played back and forth reflected light signals becomes control information for a powerful laser that produces photosensitive material on the circuit board exposed (A. Gemmler et al., laser use in the Printed circuit board technology, Leuze-Verlag, 1987, pages 66 to 67). For line-shaped deflection of the light beam serve rapidly moving pyramidal or oscillating mirrors, whose manufacture and drive is complex.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur direkten Strukturierung von Schaltungsträgern zu schaffen, die zur Lichtstrahlablenkung keine bewegten Spiegel benötigt.The invention has for its object a Device for direct structuring of To create circuit carriers that are used for Beam deflection requires no moving mirrors.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Strahlengang zwischen Lichtquelle und lichtempfindliche Schicht eine Lichttorzeile angeordnet ist, deren Lichtdurchlässigkeit von der Steuereinrichtung gesteuert wird. This task is the beginning of a device mentioned type according to the invention solved in that in the Beam path between light source and light sensitive Layer a Lichttorzeile is arranged, the Translucency controlled by the control device becomes.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.Appropriate developments of the invention are from the Subclaims can be seen.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere in der hohen Flexibilität und in kurzen Durchlaufzeiten bei der Strukturierung von Schaltungsträgern. Dadurch, daß keine Fotomasken mehr benötigt werden und mechanisch bewegte Spiegel entfallen, werden die Herstellungskosten von Schaltungsträgern verringert.The advantages of the invention are in particular high flexibility and in short lead times at Structuring of circuit boards. Because none Photo masks are needed more and mechanically moved Mirrors are eliminated, the manufacturing costs of Circuit carriers reduced.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is as follows explained using the drawing. Show it:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur direkten Strukturierung von Schaltungsträgern, in schematischer Darstellung, und Fig. 1 shows an inventive device for direct structuring of circuit carriers, in a schematic representation, and

Fig. 2 einen in der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendeten Optodruckkopf, in einer perspektivischen Ansicht. Fig. 2 shows an optical print head used in the device according to Fig. 1, in a perspective view.

Eine Vorrichtung 1 zur direkten Strukturierung von Schaltungsträgern (Fig. 1) weist eine Lichtquelle 2 und eine Steuereinrichtung 3 auf, durch die das in der Lichtquelle erzeugte energiereiche Licht gesteuert wird. Ein Schaltungsträger 4, z.B. eine starre oder eine flexible Leiterplatte, wird an ihrer Oberfläche strukturiert, wonach Leiterbahnen und gegebenenfalls andere elektrische Schaltungselemente erzeugt werden.A device 1 for the direct structuring of circuit carriers ( FIG. 1) has a light source 2 and a control device 3 , by means of which the high-energy light generated in the light source is controlled. A circuit carrier 4 , for example a rigid or a flexible circuit board, is structured on its surface, after which conductor tracks and possibly other electrical circuit elements are produced.

Der Schaltungsträger 4 durchläuft auf einem Förderband 5 das auf Transportrollen geführt ist, ein Maschinengehäuse 7. Dieses bildet drei Arbeitsstationen:The circuit carrier 4 passes through a machine housing 7 on a conveyor belt 5 which is guided on transport rollers. This forms three workstations:

- a first work station 8, in which the circuit substrate with a photosensitive material - is coated - such as a photoresist.
- A second work station 9 , in which the light-sensitive layer on the circuit carrier is exposed in the desired manner by the laser light originating from the light source 2 and controlled by the control device 3 .
- A third work station 10 , in which the exposed layer develops and thus the structure for the circuit pattern is produced on the circuit carrier. The layout of the circuit diagram is then carried out according to the methods customary in circuit board technology.

Als Lichtquelle 2 dient ein Argonionenlaser, der Licht im sichtbaren Spektralbereich von 450-520 nm emittiert. Als lichtempfindliche Schicht müssen besondere Fotoresiste verwendet werden, die an die spektrale Energieverteilung eines solchen Lasers angepaßt sind. Die Energie pro Flächeneinheit beträgt für geeignete Laserfotoresiste 10 bis 20 mJ/cm².An argon ion laser serves as the light source 2 and emits light in the visible spectral range of 450-520 nm. Special photoresists that are adapted to the spectral energy distribution of such a laser must be used as the light-sensitive layer. The energy per unit area for suitable laser photo resists is 10 to 20 mJ / cm ² .

In den Strahlengang zwischen die Lichtquelle 2 und die lichtempfindliche Schicht auf dem Schaltungsträger 4 ist ein optisches Belichtungssystem eingefügt, dessen wesentlicher Bestandteil eine gesteuerte Lichttorzeile 17 ist, die anhand von Fig. 2 noch zu erläutern sein wird.An optical exposure system is inserted into the beam path between the light source 2 and the light-sensitive layer on the circuit carrier 4 , the essential component of which is a controlled light gate line 17 , which will be explained with reference to FIG. 2.

Die Lichttorzeile 17 wird von der Steuereinrichtung so gesteuert, daß die gewünschte Struktur auf der Oberfläche des Schaltungsträgers 4 zeilen- oder streifenweise aufgebaut wird. Die Steuereinrichtung 3 ist hier als CAD-Anlage ausgebildet, da der Leiterplattenentwurf heutzutage ohnehin überwiegend mit solchen CAD-Anlagen erstellt wird. Die Steuerdaten gelangen von dort über eine Steuerleitung 13 zu der Lichttorzeile 17.The light gate line 17 is controlled by the control device in such a way that the desired structure is built up in rows or strips on the surface of the circuit carrier 4 . The control device 3 is designed here as a CAD system, since the printed circuit board design is nowadays predominantly created with such CAD systems anyway. From there, the control data reach the light gate row 17 via a control line 13 .

Einzelheiten des optischen Belichtungssystems 12 sind aus Fig. 2 ersichtlich. Als Lichtquelle dient, wie erwähnt, ein Argonionenlaser 14 mit einem nachgeschalteten Lichtverteilkanal 15. Von dort gelangen die Lichtstrahlen durch einen Polarisator 16 zu einer Lichttorzeile 17 und über einen Analysator 18 zu dem zu belichtenden Objekt, d.h. zu dem Schaltungsträger 4 mit einer lichtempfindlichen Schicht 20.Details of the optical exposure system 12 can be seen in FIG. 2. As mentioned, an argon ion laser 14 with a downstream light distribution channel 15 serves as the light source. From there, the light beams pass through a polarizer 16 to a light gate row 17 and via an analyzer 18 to the object to be exposed, ie to the circuit carrier 4 with a light-sensitive layer 20 .

Die Lichttorzeile 17 besteht aus einer PLZT-Keramik, d.h. aus einer Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat-Keramik. Dies ist ein ferroelektrischer und transparenter keramischer Werkstoff, der den physikalischen Effekt der elektrisch steuerbaren Doppelbrechung aufweist. Das in dem Polarisator 16 linear polarisierte Licht geht durch die PLZT-Keramik der Lichttorzeile hindurch und wird von dem nachgeschalteten Analysator 18 gesperrt.The light gate line 17 consists of a PLZT ceramic, ie a lead-lanthanum-zirconate-titanate ceramic. This is a ferroelectric and transparent ceramic material that has the physical effect of electrically controllable birefringence. The light linearly polarized in the polarizer 16 passes through the PLZT ceramic of the light gate line and is blocked by the downstream analyzer 18 .

Die Lichttorzeile 17 besteht aus einer Vielzahl von einzel geschalteten Toren 22, die von den über die Datenleitung 13 ankommenden Steuerdaten über eine Schnittstellenschaltung 23 und einen Decoder- und Treiber-Baustein 24 gesteuert werden. Beim Anlagen einer elektrischen Spannung an die Elektroden der geschalteten Tore 22 dreht sich aufgrund der genannten Eigenschaft die Ebene des polarisierten Lichts um 90 Grad. Der Analysator 18 ist jetzt voll durchlässig, so daß die lichtempfindliche Schicht 20 belichtet wird. The light gate line 17 consists of a multiplicity of individually connected gates 22 which are controlled by the control data arriving via the data line 13 via an interface circuit 23 and a decoder and driver module 24 . When an electrical voltage is applied to the electrodes of the switched gates 22 , the plane of the polarized light rotates by 90 degrees due to the property mentioned. The analyzer 18 is now fully transparent, so that the photosensitive layer 20 is exposed.

Die in Dünnschichttechnik aufgebauten einzelnen Tore 22 werden mit den auf der Datenleitung 13 ankommenden Bitmustern direkt auf "Durchgang" oder "Sperren" des Laserlichts geschaltet.The individual gates 22 constructed in thin-film technology are switched directly to "passage" or "blocking" of the laser light with the bit patterns arriving on the data line 13 .

Diese Schaltvorgänge laufen im Mikrosekundenbereich ab und erfordern keinerlei mechanisch bewegte Teile. Die lichtempfindliche Schicht 20 kann direkt belichtet werden. Dabei können beliebig wählbare Strukturmuster erzeugt werden.These switching processes take place in the microsecond range and do not require any mechanically moving parts. The photosensitive layer 20 can be exposed directly. Any structure pattern can be created.

Die PLZT-Lichttorzeile 17 ist nur für Licht mit einer Wellenlänge größer als 400 nm, d.h. etwa für den sichtbaren Spektralbereich, durchlässig und hat bei etwa 460 nm ein Maximum der Durchlässigkeit. Bei der hier eingesetzten direkten Strukturierung müssen die Lichtquelle 14 und der für die lichtempfindliche Schicht 20 verwendete Fotoresist auf diesen Durchlaßbereich abgestimmt sein.The PLZT light gate line 17 is only transparent to light with a wavelength greater than 400 nm, that is to say approximately to the visible spectral range, and has a maximum transmission at approximately 460 nm. In the case of the direct structuring used here, the light source 14 and the photoresist used for the light-sensitive layer 20 must be matched to this passband.

Claims

1. Device for the direct structuring of circuit boards, in particular of printed circuit boards, which has a light source and a control device with which the light incident on a light-sensitive layer on the circuit board is controlled, characterized in that in the beam path between the light source ( 2 ) and light-sensitive Layer ( 20 ) a light gate row ( 17 ) is arranged, the light transmittance of which is controlled by the control device ( 3 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the light gate line ( 17 ) is made of a lead-lanthanum-zirconate-titanate ceramic material.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the light gate line ( 17 ) is part of an optical exposure system ( 12 ).

4. The device according to claim 1, characterized in that the control device ( 3 ) is designed as a CAD system.

5. The device according to claim 1, characterized in that a laser in the visible wavelength range (450-520 nm) is used as the light source ( 2 ).

6. The device according to claim 1, characterized in that a laser photoresist is used as the light-sensitive layer ( 20 ).