专利名称：一种大面积激光投影扫描式曝光工作台的制作方法
技术领域：
一种大面积激光投影扫描式曝光工作台技术领域[0001]本实用新型是一种应用在激光微细加工领域中的激光投影扫描式曝光工作台，特别涉及一种用于印制电路板的大面积激光投影扫描式曝光工作台，属于大面积激光投影扫描式曝光工作台的改造技术。
背景技术：
[0002]PCB激光曝光机工作台的运动精度直接影响光刻的分辨力，其运动速度则直接影响曝光效率。自70年代后期美国GCA公司生产出10 1分步重复投影光刻机以来，分步重复投影光刻机的关键部件之一的精密快速定位工作台，无论在定位精度和运动速度方面都有很大的提高。国内一些高校和研究所也在进行相关的研究，但是传统的工作台容易在运动过程中产生弹性形变，导致工作台台面垂直方向的跳动，特别是对于大面积工作台，其稳定性很难满足工艺性要求。发明内容[0003]本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种避免工作台在运动过程中产生弹性形变，确保工作台台面在垂直方向不会产生跳动的大面积激光投影扫描式曝光工作台。本实用新型的稳定性能满足工艺性要求，且本实用新型在保证运动过程稳定性的前提下，其运动状态通过光电信号与现有激光器的功率和出光频率相结合，在光学照明系统和投影系统的作用下，达到无接缝扫描的操作要求。[0004]本实用新型的技术方案是本实用新型的大面积激光投影扫描式曝光工作台，包括有置于机架上的Y轴平台、置于Y轴平台上方的X轴平台、用于控制X轴平台在Y轴平台上沿X方向作往返运动的X直线电控台、用于控制Y轴平台在机架上沿y方向运动的Y直线电控台、用于固定掩膜板的掩膜板框架、用于固定基板的基板框架，掩膜板框架及基板框架是两个表面平行的框架，掩膜板框架及基板框架均装设在X轴平台上。[0005]上述X轴平台在Y轴平台上沿X方向作勻速往返运动，Y轴平台在机架上沿y方向作步进运动。[0006]上述掩膜板框架及基板框架上分别装设有用于固定掩膜板和基板的定位块和调整架。[0007]上述掩膜板框架及基板框架各采用铝型材制作，面积为460mmX610mm。[0008]上述控制X轴平台勻速直线运动的X直线电控台为100W的步进电机，上述控制Y 轴平台按设定距离步进运动的Y直线电控台为100W的步进电机。[0009]上述掩膜板和基板在掩膜板框架及基板框架上的安装采用四点Z轴方向的微调方式，每一点采用关节式螺纹调节结构，其包括有通过旋动即能在四个角上调节托架的高低、从而校准焦平面的调整螺钉，调整螺钉末端的榫头为半球头，相应的有一个半球头形状窝槽的卯座固定在移动平台上，通过工艺保证卯榫以小间隙配合。[0010]上述掩膜板和基板在Z轴方向的微调范围控制在士5mm。[0011]上述承载Y轴平台的运动导轨采用内外双导轨方式，外部两侧为圆柱精密滚珠导轨，内侧为方形精密滚珠导轨与滚珠丝杆。[0012]上述X轴平台及Y轴平台采用铝板拼接于铝型材框架上组合成平台；上述X轴平台在Y轴平台上沿X方向作勻速往返运动的行程不低于460mm，Y轴平台在机架上沿Y方向的最终累计行程不低于610mm。[0013]上述Y轴平台在机架上沿Y方向的步进距离能调，为所需光斑边长的1.5倍长度。[0014]本实用新型由于采用大面积x-y可移动平台的结构，使直线和步进扫描的速度和精度能满足激光曝光的实际要求，且避免工作台在运动过程中产生弹性形变，确保工作台台面在垂直方向不会产生跳动。此外，本实用新型针对光刻掩膜和基板面积较大的特点， X轴平台及Y轴平台采用铝材加工材料和铝板拼接方式，从而减小平台运动惯量和增强刚性，保证了 X方向的勻速运动和Y方向的步进精度。另外，基板和掩膜板焦平面的校准采用四点垂直方向调节的方式，具有精细、可逆、稳定的特点。本实用新型的稳定性能满足工艺性要求，且本实用新型在保证运动过程稳定性的前提下，其运动状态通过光电信号与现有激光器的功率和出光频率相结合，在光学照明系统和投影系统的作用下，达到无接缝扫描的操作要求。本实用新型是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的大面积激光投影扫描式曝光工作台。
[0015]图1为本实用新型的结构示意图；[0016]图2为本实用新型调整螺钉的主视图。
具体实施方式
[0017]实施例[0018]本实用新型的结构示意图如图1所示，本实用新型的大面积激光投影扫描式曝光工作台，包括有置于机架7上的Y轴平台6、置于Y轴平台6上方的X轴平台5、用于控制X 轴平台5在Y轴平台6上沿χ方向作往返运动的X直线电控台1、用于控制Y轴平台6在机架7上沿y方向运动的Y直线电控台2、用于固定掩膜板的掩膜板框架3、用于固定基板的基板框架4，掩膜板框架3及基板框架4是两个表面平行的框架，掩膜板框架3及基板框架 4均装设在X轴平台5上。[0019]上述X轴平台5在Y轴平台6上沿χ方向作勻速往返运动，Y轴平台6在机架7上沿y方向作步进运动。[0020]上述掩膜板框架3及基板框架4上分别装设有用于固定掩膜板和基板的定位块8 和调整架9。[0021]上述掩膜板框架3及基板框架4各采用铝型材制作，面积为460mmX610mm。[0022]上述控制X轴平台5勻速直线运动的X直线电控台1为100W的步进电机，上述控制Y轴平台6按设定距离步进运动的Y直线电控台2为100W的步进电机。[0023]上述掩膜板和基板在掩膜板框架3及基板框架4上的安装采用四点Z轴方向的微调方式，每一点采用关节式螺纹调节结构，其包括有通过旋动即能在四个角上调节托架的高低、从而校准焦平面的调整螺钉12，调整螺钉12末端的榫头13为半球头，相应的有一个半球头形状窝槽的卯座固定在移动平台上，通过工艺保证卯榫以小间隙配合。调整螺钉12 的主视图如图2所示。[0024]上述掩膜板和基板在Z轴方向的微调范围控制在士5mm。[0025]上述承载Y轴平台的运动导轨采用内外双导轨方式，外部两侧为圆柱精密滚珠导轨10，内侧为方形精密滚珠导轨与滚珠丝杆11。[0026]上述X轴平台5及Y轴平台6采用铝板拼接于铝型材框架上组合成平台；上述X 轴平台5在Y轴平台6上沿χ方向作勻速往返运动的行程不低于460mm，Y轴平台6在机架7上沿Y方向的最终累计行程不低于610mm。本实施例中，X轴平台5及Y轴平台6选用 LY12硬质铝材加工，减少平台运动惯量；移动平台采用铝板拼接于横截面为30 mmX30 mm 的铝型材框架上组合成平台，刚性与惯量都能达到设计要求，同时也降低了加工成本。[0027]上述Y轴平台6在机架7上沿Y方向的步进距离能调，为所需光斑边长的1. 5倍长度。[0028]本实施例中，上述X直线电控台1为100W的步进电机，控制X轴平台5勻速直线运动，上述Y直线电控台为100W的步进电机，控制Y轴平台6按设定距离步进运动。上述掩膜板框架3和基板框架4各采用铝型材制作，面积为460mmX 610mm，其上分别安有定位块和调整架，以固定掩膜板和基板。[0029]本实用新型由嵌入式系统和触控荧屏控制，实现平面X-Y方向运动，X方向勻速往返运动，y方向步进运动。运动过程中掩膜板和基板实现同步扫描且无相对位移。[0030]本实用新型的工作原理如下其中X向工作台安装于Y向工作台的工作台面上，由 Y向工作台带动其做Y向步进运动；X向工作台通过电机驱动在Y向工作台上做勻速往返运动。载荷支撑采用内外双导轨方式。外部两侧为圆柱精密滚珠导轨，内侧为方形精密滚珠导轨与滚珠丝杆。圆柱导轨安装面沿运动轴线可做一定角度的旋转倾斜，相对于方形导轨，其安装面要求的形位精度要素要少一点；而作为承重主力，圆柱导轨以其良好的调节能力承受了大幅面平台大部分运动惯量的冲击，这样内侧方形精密滚珠导轨与滚珠丝杆受到的冲击将大幅减小。因此内侧方轨与滚珠丝杆可集成为直线工作台成品，相对于传统的直线运动系统单一的“双方轨”模式，本方案有利于提高大面积运动系统的整体精度和使用寿命，降低其硬件部分的制造与装配成本。基板和掩膜板采用四点垂直方向的调节方式，每一点采用关节式螺纹调节结构，螺钉的旋动即可在四个角上调节托架的高低，从而校准焦平面；调整螺钉末端的榫头(细牙P=O. 75)为半球头，相应的有一个半球头形状窝槽的卯座固定在移动平台上，通过工艺保证卯榫以小间隙配合。因此当球头螺钉旋动时球头(榫头)在卯座上如关节般在旋转顶起或放下托架一角的同时，螺钉轴心可以自然发生适当的角度摆动，此时球头与卯座内球面接力点亦随之变化而保证其应力变化均勻，减少材料磨损，亦减少因此造成的水平方向的微小位移量。此调整方式具有精细，可逆，稳定的特点。[0031]本实用新型采用触控荧屏与嵌入式系统控制，中文菜单显示，系统自动记录运行程序，使整个平台在运动过程中操作简单方便且系统更加稳定。
权利要求1.一种大面积激光投影扫描式曝光工作台，其特征在于包括有置于机架(7)上的Y轴平台(6)、置于Y轴平台(6)上方的X轴平台(5)、用于控制X轴平台(5)在Y轴平台(6)上沿χ方向作往返运动的X直线电控台(1)、用于控制Y轴平台(6)在机架(7)上沿y方向运动的Y直线电控台(2)、用于固定掩膜板的掩膜板框架(3)、用于固定基板的基板框架(4)， 掩膜板框架(3 )及基板框架(4 )是两个表面平行的框架，掩膜板框架(3 )及基板框架(4 )均装设在X轴平台(5)上。
2.根据权利要求1所述的大面积激光投影扫描式曝光工作台，其特征在于上述X轴平台(5)在Y轴平台(6)上沿χ方向作勻速往返运动，Y轴平台(6)在机架(7)上沿y方向作步进运动。
3.根据权利要求1所述的大面积激光投影扫描式曝光工作台，其特征在于上述掩膜板框架(3)及基板框架(4)上分别装设有用于固定掩膜板和基板的定位块(8)和调整架(9)。
4.根据权利要求1所述的大面积激光投影扫描式曝光工作台，其特征在于上述掩膜板框架(3)及基板框架(4)各采用铝型材制作，面积为460mmX610mm。
5.根据权利要求1至4任一项所述的大面积激光投影扫描式曝光工作台，其特征在于上述控制X轴平台(5)勻速直线运动的X直线电控台(1)为100W的步进电机，上述控制Y 轴平台(6)按设定距离步进运动的Y直线电控台(2)为100W的步进电机。
6.根据权利要求5所述的大面积激光投影扫描式曝光工作台，其特征在于上述掩膜板和基板在掩膜板框架(3)及基板框架(4)上的安装采用四点Z轴方向的微调方式，每一点采用关节式螺纹调节结构，其包括有通过旋动即能在四个角上调节托架的高低、从而校准焦平面的调整螺钉(12)，调整螺钉(12)末端的榫头(13)为半球头，相应的有一个半球头形状窝槽的卯座固定在移动平台上，通过工艺保证卯榫以小间隙配合。
7.根据权利要求6所述的大面积激光投影扫描式曝光工作台，其特征在于上述掩膜板和基板在Z轴方向的微调范围控制在士5mm。
8.根据权利要求7所述的大面积激光投影扫描式曝光工作台，其特征在于上述承载Y 轴平台的运动导轨采用内外双导轨方式，外部两侧为圆柱精密滚珠导轨(10)，内侧为方形精密滚珠导轨与滚珠丝杆(11)。
9.根据权利要求8所述的大面积激光投影扫描式曝光工作台，其特征在于上述X轴平台(5)及Y轴平台(6)采用铝板拼接于铝型材框架上组合成平台；上述X轴平台(5)在Y轴平台(6)上沿χ方向作勻速往返运动的行程不低于460mm，Y轴平台(6)在机架(7)上沿Y 方向的最终累计行程不低于610mm。
10.根据权利要求9所述的大面积激光投影扫描式曝光工作台，其特征在于上述Y轴平台(6)在机架(7)上沿Y方向的步进距离能调，为所需光斑边长的1. 5倍长度。
专利摘要本实用新型是一种大面积激光投影扫描式曝光工作台。包括置于机架上的Y轴平台、置于Y轴平台上方的X轴平台、用于控制X轴平台在Y轴平台上沿x方向作往返运动的X直线电控台、用于控制Y轴平台在机架上沿y方向运动的Y直线电控台、用于固定掩膜板的掩膜板框架、用于固定基板的基板框架，掩膜板框架及基板框架是两个表面平行的框架，掩膜板框架及基板框架均装设在X轴平台上。本实用新型避免工作台在运动过程中产生弹性形变，确保工作台台面在垂直方向不会产生跳动。本实用新型的稳定性能满足工艺性要求，且本实用新型在保证运动过程稳定性的前提下，其运动状态通过光电信号与现有激光器的功率和出光脉冲重复频率相结合，在光学照明系统和投影系统的作用下，达到无接缝扫描的操作要求。
文档编号G03F7/20GK202257029SQ20112035517
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者周金运, 徐卡里, 林清华, 欧阳琴 申请人:广东工业大学