DE4205944A1 - Verfahren zur einstellung der gegenseitigen lage eines films und einer leiterplatte sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es sind Belichtungsmaschinen für Leiterplatten be­ kannt, die mit einem Transportsystem für die automa­ tische Beschickung der Maschine mit Filmen und Lei­ terplatten, einem Meß- und Registriersystem zum ge­ genseitigen Ausrichten von Film und Leiterplatte, einem Spiegel System zur Erzeugung von kollimiertem UV- Licht und einer Vorrichtung zur Kühlung des Filmträgers ausgerüstet sind.

Die gegenseitige Ausrichtung von Film und Leiterplat­ te erfolgt bei diesen Maschinen in der Weise, daß durch eine oder mehrere Kameras der relative Versatz zwischen Markierungen auf dem Film und Bohrungen auf der Leiterplatte aufgenommen und vermessen wird und mittels entsprechend gesteuerter Verstellmotoren eine zentrische Ausrichtung zwischen den Markierungen und den Bohrungen hergestellt wird. Dieses bekannte Ver­ fahren hat jedoch mehrere Nachteile. So kann bei­ spielsweise nicht entschieden werden, ob die Markie­ rungen auf dem Film oder die Bohrungen in der Leiter­ platte in ihrer Lage absolut korrekt sind. Weiterhin muß die Leiterplatte mit Bohrungen versehen sein, obwohl es wünschenswert sein kann, ungebohrte Leiter­ platten zu verwenden. Darüber hinaus haben die Filme sehr häufig in bezug auf ihre Lage und ihre Form un­ geeignete Marken, die eine genaue zentrische Ausrich­ tung nicht ermöglichen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Einstellung der gegenseitigen Lage eines Films und einer durch den Film hindurch zu be­ lichtenden, mit einer lichtempfindlichen Schicht be­ deckten Leiterplatte, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, bei denen diese Einstellung mit Markierungen vorgenommen werden kann, die eine beliebige Form aufweisen und die an beliebigen Stellen auf dem Film bzw. der Leiterplatte angeordnet sein können. Auch ist nicht erforderlich, daß diese Markierungen bei den Leiterplatten als Boh­ rungen ausgebildet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens sowie eine bevorzugte Vor­ richtung zur Durchführung dieses Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Dadurch, daß sowohl die Lage des Films als auch die der Leiterplatte jeweils anhand eines absoluten Koor­ dinatensystems eingestellt werden, können sowohl der Film als auch die Leiterplatte unabhängig voneinander in der gleichen Ebene vermessen bzw. ihre genaue Lage festgestellt werden und es können hieraus die Steuer­ werte für die Verstellmotoren gewonnen werden, die den Film bzw. die Leiterplatte in dieser Ebene in X- und Y-Richtung verschieben und auch drehen. Mit die­ ser unabhängigen, absoluten Vermessung von Film und Leiterplatte können Markierungen beliebiger Form und an beliebigen Stellen für die Lagebestimmung und zur Berechnung der Steuerwerte verwendet werden. Das Ver­ fahren bietet auch die Möglichkeit, für Film und Lei­ terplatte getrennt jeweils mehrere Markierungen für die Lagebestimmung bzw. die Ermittlung des Versatzes gegenüber der Sollage einzubeziehen.

Der Film und die Leiterplatte werden in geeigneter Weise nach ihrer jeweiliger Einstellung unter Beibe­ haltung ihrer eingestellten Lage zueinander in die Belichtungsstellung gebracht, wobei zweckmäßig ein X-Y-Koordinatensystem verwendet wird, so daß zunächst die Lage des Films im X-Y-Koordinatensystem einge­ stellt und dann in Z-Richtung verändert wird und an­ schließend die Lage der Leiterplatte in der gleichen Z-Ebene im X-Y-Koordinatensystem eingestellt und dann der Film und die Leiterplatte in Z-Richtung zusammen­ geführt werden.

Zur Darstellung des absoluten Koordinatensystems wird vorteilhaft ein optisches Muster verwendet, das je­ weils zur Einstellung der Lage des Films und der Lei­ terplatte abgetastet wird. Dieses ist zweckmäßig durch ein feststehendes geometerisches Raster vorge­ geben. Dadurch kann die Abtastung in der Weise erfol­ gen, daß eine Relativbewegung zwischen der Abtastvor­ richtung und dem Raster stattfindet, die jedoch nur als Grobeinstellung dient. Hierdurch kann der An­ triebsmechanismus für die Abtastvorrichtung relativ einfach ausgebildet sein. Die erforderliche Genauig­ keit erhält die Abtastung durch das Raster selbst, indem eine abgetastete Markierung und das abgetastete Raster einander überlagert werden. Die Rasterteilung ist daher durch die Ungenauigkeit des mechanischen Antriebs bestimmt. Liegt diese Ungenauigkeit bei­ spielsweise im Bereich von ± 1 mm, so ist eine Rasterteilung von ca. 2,5 mm zweckmäßig.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 die perspektivische Ansicht eines Teils einer Vorrichtung zur Einstel­ lung der gegenseitigen Lage eines Films und einer Leiterplatte,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Rand einer an einem Rahmen befestigten Filmträger­ platte, und

Fig. 3 die Draufsicht auf eine Filmträger­ platte mit aufgelegtem Film.

Als Basis für die Einstellvorrichtung dient eine prä­ zise Meßtischplatte 1 aus Granit, die ein Ebenheits­ normal bildet. Auf der Meßtischplatte 1 befinden sich zwei Glasplatten 2 und 3, zwischen denen ein ein qua­ dratisches Raster tragender Film 4 eingespannt ist.

Die Glasplatten 2 und 3 werden mit dem Film 4 durch Unterdruck gegen die Meßtischplatte 1 gezogen, so daß das präzise Ebenheitsnormal der Meßtischplatte 1 auch auf der Oberseite der oberen Glasplatte 3 erhalten wird. Eine Dichtungsschnur 5 dient zur Aufrechterhal­ tung des Unterdrucks.

In einem vorgegebenen Abstand oberhalb der Meßtisch­ platte 1 und parallel zu dieser ist eine Glasplatte 6 auf vier Luftlagern justiert, die als Gegenfläche den freien Rand der Meßtischplatte 1 nutzen. Diese Glas­ platte 6 dient als Ebene zur Auflage eines Films 7 oder einer Leiterplatte, wobei der Film 7 zusätzlich auf einer Filmträgerplatte 8 angeordnet ist, die ih­ rerseits von einem Rahmen 9 gehalten wird (Fig. 2). Drei hoch auflösende Stellglieder 10 sind an geeigne­ ten Stellen seitlich der Glasplatte 6 angeordnet und können diese in ihrer Ebene in zwei zueinander senk­ rechten Richtungen verschieben sowie auch in dieser Ebene drehen.

Ein zwischen den Glasplatten 3 und 6 angeordnetes Optikschlittensystem stützt sich mit mindestens drei Teflonfüßen 11 auf der Glasplatte 3 ab und ist glei­ tend auf dieser bewegbar, wobei zwischen diesen vor­ zugsweise ein Luftpolster gebildet ist. Der Optik­ schlitten 12 ist entlang einer Führung 13 bewegbar, die ihrerseits senkrecht zu ihrer Längsrichtung ver­ schoben werden kann. Die Verschiebung des Optik­ schlittens 12 kann auf einfache Weise durch Schritt­ motoren und Zahnriemen erfolgen, wobei eine grobe Einstellung mit einer Genauigkeit von mindestens +/- 1 mm ausreichend ist.

Der Optikschlitten 12 trägt zwei CCD-Kameras 14 und 15, die bei geeigneter Beleuchtung jeweils über einen Umlenkspiegel 16 und ein gemeinsames Prisma 17 exakt zueinander fluchtende Bilder in der Ebene des das Raster tragenden Films 4 und in der Auflageebene der Glasplatte 6 aufnehmen. Zur Aufnahme des Rasters ist eine entsprechende Öffnung im Optikschlitten 12 vor­ gesehen. Es wird somit das Raster des Films 4 in die Bildebene des Films 7 bzw. der Leiterplatte einko­ piert. Über eine an die beiden CCD-Kameras 14 und 15 angeschlossene Auswertungsschaltung kann die genaue Lage einer Markierung auf dem Film 7 bzw. der Leiter­ platte in bezug auf das Raster bzw. Meßnormal des Films 4 sehr präzise vermessen werden. Wird dabei eine Abweichung gegenüber der Sollage der Markierung festgestellt, dann wird durch entsprechende Steuerung der Stellglieder 10 eine Verschiebung der Glasplatte 6 durchgeführt, bis die Markierung die Sollage er­ reicht hat.

Auf diese Weise können verschiedene Markierungen auf dem Film 7 bzw. der Leiterplatte vermessen und eine etwaige Lagekorrektur vorgenommen werden, wobei der Optikschlitten 12 entsprechend verschoben wird und eine Grobeinstellung an der jeweiligen Markierung erfolgt. Die genaue Vermessung der Markierung erfolgt somit durch die Erfassung der Grobeinstellung des Optikschlittens 12 und zusätzlich durch die Auswer­ tung der Ausgangssignale der beiden CCD-Kameras 14 und 15, durch die die Markierung und das Raster mit­ einander verknüpft werden. Hierbei kann beispielswei­ se eine Auflösung von ± 1 µm erzielt werden.

Ist der Film 7 in dieser Weise exakt gegenüber dem Raster eingestellt, dann wird er mit der Filmträger­ platte 8 und dem Rahmen 9 senkrecht von der Glasplat­ te 6 abgehoben und über dieser gehalten. Anschließend wird durch eine geeignete Beschickungseinrichtung eine Leiterplatte auf die Glasplatte 6 aufgelegt, wobei ein etwaiger Versatz gegenüber der Sollage im Rahmen einer Rasterteilung auf dem Film 4 liegt. Die Vermessung von auf der Leiterplatte befindlichen Mar­ kierungen und eine etwaige Korrektur der Lage der Leiterplatte erfolgen dann ebenso wie vorher beim Film 7. Durch eine senkrechte Verschiebung von Lei­ terplatte und/oder Film 7 werden diese dann exakt zueinander ausgerichtet in der Belichtungsstellung zusammengeführt, in der durch ein geeignetes Beleuch­ tungssystem die Belichtung einer lichtempfindlichen Schicht auf der Leiterplatte durch den Film 7 hin­ durch erfolgt.

Die gegenseitige Ausrichtung von Film und Leiterplat­ te findet beim beanspruchten Verfahren somit nicht in der Weise statt, daß Markierungen auf diesen direkt miteinander verglichen werden, sondern ihre Lage wird unabhängig voneinander jeweils eigenständig in bezug auf ein Meßnormal beispielsweise in Form eines Rasters festgestellt und gegebenenfalls korrigiert. Film und Leiterplatte erhalten somit ihre gegenseiti­ ge Ausrichtung durch ihre jeweilige Ausrichtung ge­ genüber dem festen Bezugskoordinatensystem.

Das vorliegende Verfahren ermöglicht auch eine Tempe­ raturregelung des Films bzw. der Filmträgerplatte, so daß Temperaturschwankungen bewirkte Änderungen der Abmessungen des Films vermieden werden können. Hierzu werden mindestens zwei Markierungen auf dem Film ver­ messen und ihr errechneter Abstand mit einem Sollab­ stand verglichen. Der Vergleich kann zur Folge haben, daß der Film und die Filmträgerplatte gekühlt oder erwärmt werden müssen, damit der Abstand dem Sollab­ stand entspricht. Eine etwaige Erwärmung kann in der Weise erfolgen, daß der Film 7 zunächst ohne die Lei­ terplatte belichtet wird. Eine Abkühlung kann dadurch erzielt werden, daß Luft auf den Film geblasen wird. Hierzu sind vorzugsweise an der Belichtungsvorrich­ tung befestigte Luftdüsen vorgesehen, die jeweils einzeln durch Magnetventile geöffnet oder geschlossen werden können. Insbesondere kann eine sich über die Breite des Films erstreckende Leiste mit mehreren Luftdüsen vorgesehen sein, die an dem Schlitten für die Belichtungsoptik befestigt ist und daher mit die­ ser längs des Films gefahren werden kann. Es ist da­ durch möglich, durch Öffnen und Schließen der einzel­ nen Luftdüsen den Film sowohl in Längs- als auch in Querrichtung örtlich gezielt abzukühlen. Hierdurch kann beispielsweise auch ein Kissenverzug im Film lokal ausgeglichen werden.

Durch diese Temperaturregelung können auch Maßunge­ nauigkeiten im Film oder dergleichen kompensiert wer­ den, da hierdurch stets der genaue Sollabstand zwi­ schen mindestens zwei Markierungen auf dem Film ein­ gestellt wird.

Für eine exakte Belichtung der Leiterplatte durch den Film hindurch ist erforderlich, daß der Film fest an der Filmträgerplatte anliegt und sich weiterhin keine Staubteilchen und dergleichen zwischen diesem befin­ den. Üblicherweise wird der Film mit Hilfe eines Haftvermittlers auf der Filmträgerplatte festgeklebt, da sonst die Gefahr besteht, daß insbesondere bei Belichtung von Lötstoplack der Film an der Leiter­ platte festklebt. Dieses Verfahren ist jedoch spe­ ziell bei Belichtung mit Parallellicht ungeeignet, da sich Staub auf der Haftvermittlerschicht sammeln kann, der die Belichtung beeinträchtigt. Weiterhin ist die Filmträgerplatte schwer zu reinigen. Um die Haftvermittlerschicht zu vermeiden, wird die Filmträ­ gerplatte 8 wie in Fig. 2 und 3 dargestellt ausge­ bildet.

Die Filmträgerplatte 8 besteht zweckmäßig aus Acryl­ glas. Sie ist in beiden Richtungen vorzugsweise etwa 50 mm größer als der größte aufzuspannende Film 7. Auf den so erhaltenen umlaufenden freien Rand von mindestens 25 mm wird der Rahmen 9 aufgesetzt, der zwischen einer inneren Dichtschnur 18 und einer äuße­ ren Dichtschnur 19 über eine Anschlußbohrung 20 einen Unterdruck erzeugt, der die Filmträgerplatte 8 am Rahmen 9 fixiert, so daß diese gemeinsam transpor­ tiert werden können.

Der Film 7 wird zunächst mittels eines umlaufenden Klebestreifens 21 am Rand auf der Filmträgerplatte 8 befestigt. Dabei wird er so aufgelegt, daß er in der einen Richtung gegenüber der Mitte der Filmträger­ platte 8 ausgerichtet ist und in der anderen Richtung immer an einer Seite (unter Berücksichtigung des freien umlaufenden Randes von ca. 25 mm) der Filmträ­ gerplatte 8 anliegt. Fig. 3 zeigt dies für den klei­ neren, strichliert angedeuteten Film 7′. Diese Rand­ seite ist in Fig. 2 im Schnitt dargestellt.

Auf dieser Randseite wird innerhalb des durch die Dichtschnüre 18 und 19 begrenzten Unterdruckbereichs ein hiervon unabhängiger Unterdruckbereich gebildet, der von einem O-Ring 22 umgeben ist. Dieser Unter­ druckbereich ist über eine Anschlußbohrung 23 im Rah­ men 9 mit einer eigenen Unterdruckquelle verbunden. Vom Rand her erstreckt sich eine parallel zu den Oberflächen verlaufende, nach außen durch einen Stop­ fen 24 verschlossene Bohrung 25 von etwa 30 mm Länge in die Filmträgerplatte 8 hinein, von der eine Boh­ rung zur Anschlußbohrung 23 hin und eine Bohrung zur den Film 7 tragenden Oberfläche der Filmträgerplatte 8 hin senkrecht abzweigen. Es besteht somit eine Ver­ bindung zwischen der Anschlußbohrung 23 und dem Zwi­ schenraum zwischen der Filmträgerplatte 8 und dem Film 7. Mit Hilfe eines nicht gezeigten Magnetventils kann somit ein Unterdruck zwischen Filmträgerplatte 8 und Film 7 hergestellt oder aufgehoben werden, so daß der Film 7 entweder fest angezogen ist oder nur durch den Klebestreifen 21 gehalten lose aufliegt.

Claims (27)

1. Verfahren zur Einstellung der gegenseitigen Lage eines Films und einer durch den Film hindurch zu belichtenden, mit einer lichtempfindlichen Schicht bedeckten Leiterplatte, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Lage des Films als auch die der Leiterplatte jeweils anhand eines absoluten Ko­ ordinatensystems eingestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Film und die Leiterplatte nach ih­ rer jeweiligen Einstellung unter Beibehaltung ihrer eingestellten Lage zueinander in die Be­ lichtungsstellung gebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein X-Y-Koordinatensystem ver­ wendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß zunächst die Lage des Films im X-Y-Ko­ ordinatensystem in einer Z-Ebene eingestellt und dann in Z-Richtung verändert wird und daß an­ schließend die Lage der Leiterplatte in der gleichen Z-Ebene im X-Y-Koordinatensystem einge­ stellt und dann der Film und die Leiterplatte in Z-Richtung zusammengeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Darstellung des absoluten Koordinatensystems ein optisches Mu­ ster verwendet wird, das jeweils zur Einstellung der Lage des Films und der Leiterplatte abgeta­ stet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das optische Muster durch ein festste­ hendes geometrisches Raster vorgegeben wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß bei der Abtastung eine Grobeinstellung durch eine Relativbewegung zwischen der Abtast­ vorrichtung und den Raster erfolgt und daß durch das Raster die erforderliche Abtastgenauigkeit erhalten wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß über die Feststellung des Abstands zwischen mindestens zwei Markierun­ gen auf dem Film mit Hilfe des absoluten Koor­ dinatensystems die Temperatur des Films geregelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Temperaturregelung des Films eine Erwärmung durch gezielte Belichtung oder eine Abkühlung durch gezielte Luftstrahleneinwirkung durchgeführt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Abkühlung des Films Luftdüsen ge­ zielt geöffnet oder geschlossen werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lage der Luftdüsen gegenüber dem Film veränderbar ist.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine bewegbare optische Abtastein­ richtung (12 bis 17) vorgesehen ist, die gleich­ zeitig ein das absolute Koordinatensystem vorge­ bendes Muster und den einzustellenden Film (7) bzw. die einzustellende Leiterplatte abtastet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die optische Abtasteinrichtung zwei einander fest zugeordnete elektronische Kameras (14, 15) trägt, von denen die eine das Muster und die andere den Film (7) bzw. die Lei­ terplatte abtastet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Abtasteinrich­ tung zwischen dem Muster und dem Film (7) bzw. der Leiterplatte angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die optische Abtasteinrichtung parallel zum Muster und zum Film (7) bzw. zur Leiterplatte bewegbar ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtaststrahlen für das Muster und den Film (7) bzw. die Leiter­ platte in einer Achse liegen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abtaststrahlen für das Muster einerseits und den Film bzw. die Leiterplatte andererseits mittels eines Prismas (17) getrennt und der jeweils zugeordneten Kamera zugeführt werden.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster ein Rechteckraster ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster auf einem Film (4) dargestellt ist, der fest zwischen zwei Glasplatten (2, 3) eingespannt ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Glasplatten (2, 3) mittels Un­ terdruck gegen eine ebene Meßtischplatte (1) gezogen sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die optische Abtasteinrichtung auf der der Meßtischplatte (1) abgewandten Glasplat­ te (3) gleitet.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß der einzustellende Film (7) bzw. die einzustellende Leiterplatte auf einer durchsichtigen Trägerplatte (6) angeordnet sind, die auf Luftlagern parallel zur Meßtischplatte (1) gehalten ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lage des Films (7) sowie der Leiterplatte über drei seitlich an der Träger­ platte (6) angreifende Stellglieder (10) ein­ stellbar ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (7) auf einer durchsichtigen Filmträgerplatte (8) ange­ ordnet ist, an die er mittels Unterdruck anpreß­ bar ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Filmträgerplatte (8) auf einem Rahmen (9) angeordnet ist, an den sie mittels Unterdruck anpreßbar ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Unterdruckbereich zum Halten der Filmträgerplatte (8) und der Unterdruckbe­ reich zum Halten des Films (7) gegeneinander abgedichtet sind.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruckbe­ reich zum Halten des Films (7) über Durchgänge (25) in der Filmträgerplatte (8) mit einer an den Rahmen (9) angeschlossenen Unterdruckquelle verbunden ist.