一种新型双面双载板机构数字化直写曝光机及曝光方法
技术领域
本发明实施例涉及数字化直写曝光技术领域，具体涉及一种新型双面双载板机构数字化直写曝光机及曝光方法。
背景技术
传统的双面曝光机，通常采用菲林转印的手段进行双面感光板的曝光。在曝光前需要先制作待转印图案的菲林，然后将带有两面图案的菲林分别固定在上下两面玻璃上，接着将待转印图案的感光板夹在上下两块玻璃之间，使用蓝紫色高亮度光源进行曝光，将线路图案转印到线路板上，完成双面曝光。该双面曝光方法，不仅工序繁琐，而且对线路板正反两面图形的涨缩和偏位不能智能化管控，对曝光的线路质量有不好的影响。
直写是图形光刻的主要技术之一，它利用强度可变的光源对基片表面的抗蚀材料实施变剂量曝光，显影后便在抗蚀层表面形成要求的浮雕轮廓。直写是把计算机控制与微细加工技术相结合，为图形光刻方法提供了极大的灵活性，制作精度可以达到亚微米量级。
对于双面图案的曝光，直写曝光机通常采用单面曝光。先对感光板的其中一面进行曝光，待曝光完成后翻转感光板，然后再对感光板的另一面进行曝光，最后完成对感光板的双面曝光。因此在直写曝光机进行双面曝光工作时，需进行翻转操作，而翻转操作必然会产生翻转后需要对感光板进行对位的问题，不仅增加了曝光流程，同时也会因对位精度问题影响图形曝光精度，进而影响到最终的产品质量，并且直写双面曝光机采用单载板机构以及玻璃盒载板会导致曝光效率低和良率低。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种新型双面双载板机构数字化直写曝光机及曝光方法，以解决现有技术中由于一般直写曝光机只能一次对感光板进行单面曝光而导致的翻转后需要重新对位及双面接触曝光进而影响到曝光上下图形对位精度和曝光效率的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，一种新型双面双载板机构数字化直写曝光机，包括曝光机基座，还包括设置在曝光机基座上用于对感光板的一面进行曝光的上端曝光引擎系统、设置在曝光机基座上用于对感光板另一面进行曝光的下端引擎曝光系统、用于夹持感光板的夹板机构、设置在曝光机基座上用于供夹板机构夹持感光板运动至上端曝光引擎系统位置以及下端引擎曝光系统位置的载板机构，还包括用于标定上下端引擎曝光系统位置的载板机构及视觉系统的标定机构。
进一步地，所述载板机构设置为两个，两个所述载板机构分别设置在曝光面的两侧。
进一步地，还包括有用于对感光板进行标记图形对位的对位机构。
进一步地，所述上端曝光引擎系统包括用于对感光板进行曝光操作的上端曝光组件以及沿曝光机基座的宽度方向上设置的上端曝光引擎组件运动X轴，所述上端曝光引擎组件运动X轴用于供上端曝光组件沿曝光机基座的宽度方向进行运动。
进一步地，每个所述夹板机构沿曝光机基座的高度方向上设置有用于夹板机构调节高度的Z轴。
进一步地，还包括实时调焦系统，所述实时调焦系统包括设置在对位机构和上端曝光引擎系统上的测距传感器。
进一步地，所述标定机构设置在上端曝光引擎系统和下端曝光引擎系统之间，所述标定系统包括在X方向运动的运动机构和视觉系统。
根据本发明实施例的第二方面，一种新型双面双载板机构数字化直写曝光机的内层PCB曝光方法，将曝光机按功能分为用于进行上板和对位工序的一号工位、用于等待上板的二号工位、用于对感光板进行曝光工序的三号工位和用于执行卸板工序的四号工位，包括以下步骤
第一步：上端载板机构在一号工位上板位置进行上板工序，下端载板机构在一号工位下方等待；
第二步：上端载板机构上板后，上端载板机构在曝光焦面开始执行曝光工序，当上端载板机构移开一号工位到达二号工位后，下端载板机构上升到一号工位上板位置执行上板工序，等待上端载板机构完成曝光工序；
第三步：上端载板机构完成曝光工序后，在四号工位执行卸板工序，然后上升到四号工位上方，同时下端载板机构执行曝光工序；
第四步：上端载板机构执行回程工序，到达一号工位上方后，下降到一号工位上板位置执行上板工序，等待下端载板机构完成曝光工序；
第五步：下端载板机构完成曝光工序后，在四号工位执行卸板工序，然后下降到四号工位下方，执行回程工序，同时上端载板机构执行曝光工序；
第六步：返回第三步开始执行。
根据本发明实施例的第三方面，一种新型双面数字化直写曝光机的外层PCB曝光方法，将曝光机按功能分为用于进行上板和对位工序的一号工位、用于等待上板的二号工位、用于对感光板进行曝光工序的三号工位和用于执行卸板工序的四号工位，包括以下步骤
第一步：上端载板机构在一号工位的上板位置进行上板工序，下端载板机构在一号工位下方等待；
第二步：上端载板机构上板后，执行对位工序，控制对位组件对感光板进行对位，当上端载板机构移开一号工位到达二号工位后，下端载板机构上升至一号工位上板位置执行上板工序；
第三步：上端载板机构离开二号工位后，到达三号工位曝光工序，执行曝光工序，上端曝光引擎系统和下方曝光引擎系统同时工作对上端载板机构上的感光板进行曝光工序，此时下端载板机构执行对位工序，并在二号工位等待上端载板机构完成曝光工序；
第四步：上端载板机构曝光完成后，载板机构执行卸载感光板工序，并上升到四号工位曝光面上方，同时下端载板机构移动到三号工位曝光面上，执行曝光工序；
第五步：上端载板机构在曝光面上方后开始执行回程工序，上端载板机构到达一号工位上板位置上方后下降到一号工位上板位置，执行上板和对位工序，完成对位后等待下端载板机构完成曝光工序；
第六步：下端载板机构在完成曝光工序后，在四号工位执行卸载感光板工序，并且下降到四号工位的曝光面下方，上端载板机构开始执行曝光工序，同时下端载板机构执行回程工序，下端载板机构在到达一号工位上板位置的下方后，上升到一号工位上板位置，执行上板和对位工序，等待上端载板机构完成曝光工序；
第七步：返回第三步开始执行。
本发明实施例具有如下优点：该曝光机的曝光流程，可以实现对位和曝光同时在不同的两张感光板上进行，优化了数字化直写曝光的节拍，节约了时间，提高生产效率；内层感光板曝光流程，可以省略打标和翻板对位流程，同时进行正反两面同时曝光，可以大大提高内层感光板的生产效率和产品的精度，根据具体设计上板位置可以调节与曝光焦面在同一高度，也可以不同。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例提供的一种新型双面双载板机构数字化直写曝光机的整体结构立体图；
图2为本发明实施例提供的一种新型双面双载板机构数字化直写曝光机的两组载板机构运动轨迹示意图；
图3为本发明实施例提供的一种新型双面双载板机构数字化直写曝光机体现上端载板机构和下端载板机构位置的系统结构布局图；
图4为本发明实施例提供的一种新型双面双载板机构数字化直写曝光机体现上端曝光引擎系统和下端曝光引擎系统位置的系统结构布局图；
图5为本发明实施例提供的一种新型双面双载板机构数字化直写曝光机的系统结构俯视布局图；
图6为本发明实施例提供的一种新型双面双载板机构数字化直写曝光机的标定系统结构图；
图7为本发明实施例提供的一种新型双面双载板机构数字化直写曝光机的标定各个引擎关系的原理图；
图8为本发明实施例提供的一种新型双面双载板机构数字化直写曝光机的外层PCB曝光方法的流程框图；
图9为本发明实施例提供的一种新型双面双载板机构数字化直写曝光机的内层PCB曝光方法的流程框图。
图中：101、曝光机基座；102、上端曝光引擎系统；103、下端曝光引擎系统；104、上端曝光引擎系统运动X轴；105、上端载板机构；106、下端曝光引擎系统运动X轴；107、对位机构运动K轴；108、对位机构；109、下端载板机构；110、上端左侧载板组件；111、上端右侧载板组件；112、下端左侧载板组件；113、下端右侧载板组件；114、感光板；115、Y轴滑台；116、一号夹板机构；117、二号夹板机构；118、三号夹板机构；119、四号夹板机构；120、标定系统；201、上端载板机构运动轨迹；202、下端载板机构运动轨迹；203、四号工位；204、三号工位；205、二号工位；206、一号工位；207、上板位置；601、运动机构；603、视觉系统；602、Y轴方向运动的气缸；604、标记板；701-708.曝光引擎，709、曝光引擎703和704在X轴方向都可以运动到的位置，710、曝光引擎702和703在X轴方向都可以运动到的位置；709、曝光引擎701和702在X轴方向都可以运动到的位置；
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：一种新型双面双载板机构数字化直写曝光机，如图1、图3、图4和图5所示，包括曝光机基座101、用于对感光板114的一面进行曝光的上端曝光引擎系统102、用于对感光板114另一面进行曝光的下端引擎曝光系统、用于对感光板114进行图形对位的对位组件、用于夹持感光板114使感光板114不接触曝光图形区域的夹板机构、用于供夹板机构夹持感光板114运动至上端曝光引擎系统102以及下端引擎曝光系统位置的载板机构、用于放置感光板114的承托座。
如图1和图3所示，载板机构分别包括上端载板机构105和下端载板机构109，在曝光机基座101的两侧沿曝光机基座101的长度方向分别设置有Y轴滑台115，每个Y轴滑台115的分别设置有上下两个传送机构，该传送机构由控制系统进行控制，且两个Y轴滑台115的传送机构均对称设置，其中上端载板机构105安装在Y轴滑台115位于上方的传送机构上，下端载板机构109安装在Y轴滑台115下方的传送机构上。上端载板机构105包括两个上端左侧载板组件110和两个上端右侧载板组件111，两个上端左侧载板组件110和两个上端右侧载板组件111对称设置，其中两个上端左侧载板组件110设置在Y轴滑台115一侧的上方的传送机构上，被传送机构带动，两个上端左侧载板组件110设置在Y轴滑台115一侧的上方的传送机构上，被传送机构带动。
下端载板机构109与上端载板机构105相同，在此不多加赘述。
如图1和图5所示，在每个载板组件上均设置有四个夹板机构，四个夹板机构分别对位固定在四个载板机构上，即每个载板机构上设置有一个夹板机构，在本实施例中，分别命名为一号夹板机构116、二号夹板机构117、三号夹板机构118，四号夹板机构119，该夹板机构用于夹持感光板114，且能够被载板组件带动，沿Y轴滑台115滑动。因此，通过控制系统，实现两侧的夹板机构可以同步在Y轴滑台115上进行运动。其中，在每个夹板机构沿曝光机基座101的高度方向上设置有用于夹板机构调节高度的Z轴，能够实时对各个夹板机构的高度进行调节。
参照图2所示，在本实施例中，将曝光机基座101在长度方向上按功能分为用于进行上板工序的一号工位206、用于对感光板114进行对位工序的二号工位205、用于对感光板114进行曝光工序的三号工位204和用于执行卸板工序的四号工位203。
参照图1和图3所示，上述的对位组件也设置在一号工位206的区域内，用于对感光板114进行对位，对位组件分别包括两个用于对感光板114进行标记图形对位的对位机构108、沿感光板114基座的宽度方向上设置的对位机构108运动K轴107，该对位机构108运动K轴107固定在Y轴滑台115的上方，对位机构108设置在对位机构108运动K轴107上，并能够沿对位K轴移动。对位机构108能够抓取感光板114上的标记点进行图形对位，然后通过图形的数据处理，进行双面图形对准。
参照图1和图4所示，上述的上端曝光引擎系统102和下端曝光引擎系统103均设置在三号工位204所在区域内，其中上端曝光引擎系统102包括用于对感光板114进行曝光操作的上端曝光组件以及沿曝光机基座101的宽度方向上设置的上端曝光引擎组件运动X轴，上端曝光组件设置在上端曝光组件运动X轴上，用于供上端曝光组件沿曝光机基座101的宽度方向进行运动。
下端曝光引擎系统103包括用于对感光板114进行曝光操作的下端曝光组件以及沿曝光机基座101的宽度方向上设置的下端曝光引擎组件运动X轴，下端曝光组件设置在下端曝光组件运动X轴上，用于供下端曝光组件沿曝光机基座101的宽度方向进行运动。
其中承托座设置在第一工位内，在承托座上设置有吸盘，在上板时，将感光板114放置在吸盘上，吸盘将感光板114吸附平整，利用四个夹板机构，夹持感光板114，然后运行各个夹板机构的Z轴，使感光板114运动到上板位置207，然后执行各项曝光工序，简化上板的操作。
还包括有实时调焦系统系统，两个对位组件和上端曝光引擎系统102上，分别安装有测距传感器，用于测量感光板114到对位机构108焦面和曝光引擎焦面的相对位置关系，测距传感器将测量得到的距离数据传输给工业控制器，在工业控制器内预设有测距传感器的阈值，通过工业控制器对比实时测量得到的距离数据与阈值，控制夹板机构在Z轴方向进行运动，实现感光板114在Z轴方向实时的位置调节，使感光板114的位置始终在对位和曝光的焦面上，提高对位的精度和曝光线路的质量，提高产品的良率。
采用上下两个曝光引擎系统，同时对感光板114的双面曝光，可以提高图形正反两面的套合精度，并且提高了生产效率；载板机构使用两侧夹板的方案，感光板114中间是悬空状态，可以避免传统的玻璃压板方案清洁玻璃的问题，提高生产效率；该曝光机还设置有对位系统和曝光系统，可以实现外层感光板114和内层感光板114兼容使用，并且保证图形的对位精度；
参照图8所示，当需要对外层PCB曝光时，第一步：上端载板机构105在一号工位206的曝光面进行上板工序，即将感光板114放置在吸盘上，下端载板机构109在一号工位206下方等待；第二步：上端载板机构105上板后，执行对位工序，控制对位组件对感光板114进行对位，当上端载板机构105移开一号工位206到达二号工位205后，下端载板机构109上升至一号工位206曝光面执行上板工序；第三步：上端载板机构105离开二号工位205后，到达三号工位204曝光工序，执行曝光工序，上端曝光引擎系统102和下方曝光引擎系统同时工作对上端载板机构105上的感光板114进行曝光工序，此时下端载板机构109执行对位工序，并在二号工位205等待上端载板机构105完成曝光工序；第四步：上端载板机构105曝光完成后，载板机构执行卸载感光板工序，并上升到四号工位203曝光面上方，同时下端载板机构109移动到三号工位204上，执行曝光工序；第五步：上端载板机构105在曝光面上方，执行回程工序，到达一号工位206曝光面上方后，下降到一号工位206曝光面，执行上板和对位工序，完成对位后等待下端载板机构109完成曝光工序；第六步：下端载板机构109在完成曝光工序后，在四号工位203执行卸载感光板工序，并且下降到四号工位203的曝光面下方，上端载板机构105开始执行曝光工序，同时下端载板机构109执行回程工序，下端载板机构109在到达一号工位206曝光面的下方后，上升到一号工位206曝光面，执行上板和对位工序，等待上端载板机构105完成曝光工序，之后继续从第三步开始执行。
参照图9所示，当需要对内层PCB曝光时，第一步：上端载板机构105在一号工位206曝光面进行上板工序，下端载板机构109在一号工位206下方等待；第二步：上端载板机构105上板后，执行曝光工序，当上端载板机构105移开一号工位206到达二号工位205后，下端载板机构109上升到一号工位206上板位置207执行上板工序，等待上端载板机构105完成曝光工序；第三步：上端载板机构105完成曝光工序后，在四号工位203执行卸板工序，然后上升到四号工位203上方，同时下端载板机构109执行曝光工序；第四步：上端载板机构105执行回程工序，达到一号工位206上方后，下降到一号工位206上板位置207执行上板工序，等待下端载板机构109完成曝光工序；第五步：下端载板机构109完成曝光工序后，在四号工位203执行卸板工序，然后下降到四号工位203下方。执行回程工序，同时上端载板机构105执行曝光工序，之后继续从第三步开始执行。
该曝光机的曝光流程，可以实现对位和曝光同时在不同的两张感光板114上进行，优化了数字化直写曝光的节拍，节约了时间，提高生产效率；内层感光板曝光流程，可以省略打标和翻板对位流程，同时进行正反两面同时曝光，可以大大提高内层感光板的生产效率和产品的精度。
参照图6和图7所示，标定系统120是独立于系统曝光功能的系统，其目的是标定矫正系统，也是保证曝光图形精度的重要部分，该标定系统120包括可以沿X轴方向移动的运动机构601、视觉系统603、沿Y轴方向运动的气缸602以及标记板604。
标定系统位于上下曝光引擎的中间，在给曝光系统的位置进行标定时，气缸602运动，使标定系统的标记板604在Y轴方向位于上下曝光引擎的光轴上，然后移动上端曝光引擎系统运动X轴104和下端曝光引擎系统运动X轴106；分别让各个曝光引擎发出来的标记图案投影到标记板604上，通过视觉系统计算曝光引擎发出来的标记图案与标记板上的标记点位置，从而计算出曝光引擎的精确位置。当引擎的位置关系标定完成之后，气缸602带动标记板604缩回，避免曝光时标记板604挡住曝光引擎在感光板的投影图像。
其中，为方便描述701-710均表示曝光机的对应位置，具体是当标记板运动到709时，移动上端曝光引擎系统运动X轴104，曝光引擎701和702分别发出来的标记图案投影到709的位置，视觉系统603分别计算曝光引擎701和702发出来的标记图案与标记板上标记点的位置关系，从而计算出曝光引擎701和702的相对位置关系，当标记板运动到710时，移动上端曝光引擎系统运动X轴104，曝光引擎702和703分别发出来的标记图案投影到710的位置，视觉系统603分别计算曝光引擎702和703发出来的标记图案与标记板上标记点的位置关系，从而计算出曝光引擎702和703的相对位置关系，以此类推，标定出各个上端曝光引擎的位置关系。利用同样的方式，可以标定出下端曝光引擎的位置的关系。引擎的数量不局限于四个，可以是多个，都利用这个原理进行标定。
当上端引擎701和下端曝光引擎705分别发出来的标记图案投影到709的位置，视觉系统603就可以计算引擎701和引擎705就可以计算出上下曝光引擎的位置关系。
利用这样的标定方式，可以消除运动机构601的运动误差，使上下引擎的位置关系更加的精确，提高系统的精度。
同时上端载板机构上也设置有标记板，让上端载板机构在Y轴方向，移动至上下曝光引擎的光轴上，同时移动上端曝光引擎系统运动X轴104，使曝光引擎701发出来的标记图案投影到上端载板机构的标记板上，移动运动机构601，利用视觉系统603观察上端载板机构上标记板上标记点位置与曝光引擎701发出的标记图案的位置，从而计算出上端载板机构与引擎的位置关系。同样的方式，可以得到下端载板机构与曝光引擎的位置关系。
对位机构108与引擎的位置关系为依靠上端载板机构105上标记板，用对位机构108观察上端载板机构105上的标记板上标记点的位置，通过上端载板机构105与引擎的位置关系，从而可以推算出对位机构108与引擎的位置关系。按照上述的方式，就可以将不同的运动轴的坐标系统一到曝光的坐标系中，这样就可以提高曝光系统的精度。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
