一种XYZ单扫描驱动轴可移动多棱镜光路直写设备的制作方法

本实用新型涉及一种XYZ单扫描驱动轴可移动多棱镜光路直写设备，属于直写曝光技术领域。

背景技术：

PCB(印刷电路板)是电子元器件的支撑体，同时也是电子元器件电气连接的载体。常见的PCB生产设备有传统的曝光机、多棱镜结构激光直写曝光机、DMD结构激光直写曝光机等。激光直写曝光机可以直接将图像在PCB板上成像，相对于传统的曝光机，不需要用到菲林，形成的图像更清晰。

随着市场对PCB板的功能要求越来越高，PCB板也变得越来越复杂，系统兼容性越高，有时候需要尺寸很大的基板，但是，对于尺寸大于48英寸的超大板，现有技术中还没有可以高质量加工的技术和设备。传统的曝光机可以生产超大板，但是其加工精度差，达不到高密度、细间距的要求。

目前激光直写设备所能曝光的电路板最大尺寸(610×530)，随着电路板的尺寸的加大，将会导致设备外形尺寸变大，影响拼接精度以及对位精度，导致良品率下降。

如果通过增大吸盘可曝光的尺寸的方法来制备激光直写曝光机，由于所需的真空吸盘尺寸是比较大的，有时会超过55英寸，会存在如下问题：(1)当所曝光的PCB板实际尺寸较小时，而吸盘结构支持较大的真空范围，对于没有覆盖板子的区域，会产生漏气，影响吸盘对基板的吸附；(2)由于基板运输过程中可能会有边角翘起，若真空吸力不够，吸盘无法将板子吸平，会影响到曝光PCB板的质量，可造成基板报废。为解决这一问题，目前的方法有三种：

方法一：直接无视该问题，但会对客户工厂PCB板要求很高，板子不平时，会来来回回对板子进行手动弯折，严重影响生产效率。

方法二：针对不同尺寸的板子，设计不同的吸盘垫板。垫板上吸真空的孔覆盖范围，与板子大小一致。这种方法简单，操作稍微麻烦，但是当生产55英寸的板子时，需要更换55英寸的垫板，难度成倍增加，换垫板的时间，会增加150％～200％，严重影响生产效率。

方法三：对于板子未覆盖抽真空区域，用物品堵上，常用的是裁剪使用过的菲林。这种方法很经济实惠，但是很麻烦，不同大小的PCB板，需要将菲林裁剪成不同的大小，长期下来，会造成机台生产区域裁剪后的菲林堆积，寻找需要的尺寸也麻烦。

由此可见，现有技术中通常采用更换尺寸合适的吸盘或者寻找形状大小合适的废弃菲林来封堵漏气点的方式，都会大大降低生产效率。

综上，目前的多棱镜光路直写设备存在不能生产超大板、真空吸盘漏气等问题亟待解决。

技术实现要素：

针对以上问题，本实用新型提供了真空吸盘及含有该真空吸盘的一种XYZ单扫描驱动轴可移动多棱镜光路直写设备，以解决现有技术不能生产超大板、真空吸盘漏气、曝光过程中对焦和定位不准确等问题。

本实用新型的第一个目的是提供一种真空吸盘，所述真空吸盘，包括吸盘主体和真空发生装置；吸盘主体上以行和列的形式分布一定数量的气孔，每一行气孔各对应一个继电器，每一列气孔也各对应一个继电器；每个气孔与真空发生装置之间连接有气孔开关；气孔开关同时与该气孔所在行的继电器和该气孔所在列的继电器连接。

在本实用新型的一种实施方式中，所述气孔开关位于气孔与真空发生装置连接的真空管路上。

在本实用新型的一种实施方式中，所述气孔开关为电磁开关。

在本实用新型的一种实施方式中，所述继电器与总控制装置连接。

在本实用新型的一种实施方式中，所述气孔在吸盘主体上呈中间疏、四周密的分布形式。

在本实用新型的一种实施方式中，所述气孔的行间距和列间距由吸盘主体中间到两边呈均匀递减的形式。

在本实用新型的一种实施方式中，位于吸盘主体中部区域的气孔的行间距或列间距最大为1-3英寸，位于吸盘主体边缘区域的气孔的行间距或列间距最小为5-8mm。

在本实用新型的一种实施方式中，位于吸盘主体中部区域的气孔的行间距或列间距最大为3.3英寸，位于吸盘主体边缘区域的气孔的行间距或列间距最小为5.6mm。

在本实用新型的一种实施方式中，所述气孔在吸盘主体上的开口形状可以是圆形、椭圆形、正方形、长方形等任意形状，比如圆形。采用圆形的开口形状，便于吸盘主体的加工，美观，无死角，易于清洗。

在本实用新型的一种实施方式中，所述气孔在吸盘主体上的开口面积为10mm²～500mm²。

在本实用新型的一种实施方式中，所述气孔在吸盘主体上的开口面积为50mm²～350mm²。

在本实用新型的一种实施方式中，所述气孔在吸盘主体上的开口面积为100mm²～250mm²。

在本实用新型的一种实施方式中，所述气孔在吸盘主体上的开口面积为200mm²。

在本实用新型的一种实施方式中，所述吸盘主体的最大宽度为55英寸。

在本实用新型的一种实施方式中，所述吸盘主体的盘面为一整体盘面或由多块盘面组合而成。

在本实用新型的一种实施方式中，所述吸盘主体的盘面由两块等大的盘面组合而成。

在本实用新型的一种实施方式中，所述吸盘主体可以分为吸盘支撑结构和垫板，也可以是垫板与吸盘支撑结构合为一体的一体式结构。当吸盘主体为吸盘支撑结构和垫板分开的结构时，垫板安装在吸盘支撑结构表面，垫板表面设计有均匀分布的气孔，垫板下方是与气孔连接的真空气路。

本实用新型的第二个目的是提供含有本实用新型的真空吸盘的装置。

在本实用新型的一种实施方式中，所述装置可以是各种类型的曝光机。

本实用新型的第三个目的是提供含有本实用新型的真空吸盘的XYZ单扫描驱动轴可移动多棱镜光路直写设备。

所述XYZ单扫描驱动轴可移动多棱镜光路直写设备包括底座、多棱镜光路、步进驱动轴、连接板、真空吸盘、一个运动组件、相机；所述运动组件包括一个扫描驱动X轴、一个扫描驱动Y轴和一个升降驱动Z轴；真空吸盘位于运动组件上方。

在本实用新型的一种实施方式中，所述真空吸盘是上述提及的本实用新型的任意一种真空吸盘。

在本实用新型的一种实施方式中，所述多棱镜光路通过连接板与步进驱动轴连接。多棱镜光路可随着步进驱动轴的滑块沿着导轨运动。

本实用新型中，XYZ单扫描驱动轴是指含有一个运动组件，且运动组件包括一个扫描驱动X轴、一个扫描驱动Y轴和一个升降驱动Z轴；可移动是指多棱镜光路可随着步进驱动轴的滑块沿着导轨运动。

在本实用新型的一种实施方式中，所述真空吸盘即为载物台，与运动组件的升降驱动Z轴连接。

在本实用新型的一种实施方式中，所述相机位于真空吸盘上方。

在本实用新型的一种实施方式中，所述扫描驱动X轴位于升降驱动Z轴下方，与升降驱动Z轴连接。

在本实用新型的一种实施方式中，所述扫描驱动Y轴位于扫描驱动X轴下方，与扫描驱动X轴连接。

本实用新型的优点和效果：

(1)本实用新型的XYZ单扫描驱动轴可移动多棱镜光路直写设备，主要对真空吸盘结构进行了改进。本实用新型的真空吸盘为自动化的真空吸盘，吸盘表面分布有一系列的气孔，当气孔上面有PCB板覆盖时，气孔通路工作，当气孔上面没有PCB板覆盖时，气孔闭合，有效解决了生产小板时，由于漏气而造成的吸力不足的问题。进一步地，吸盘上的气孔分布为中间疏、四周密，既使得不同大小的PCB板在放置时，边缘部分始终有气孔，有效杜绝板子边缘翘起的问题，又可以在中间不需要太多气孔的地方节省气孔数量，减少了成本、提高了效率。

(2)本实用新型的XYZ单扫描驱动轴可移动多棱镜光路直写设备，曝光机吸盘宽度可以设置成55英寸，可生产55英寸的超大板，同时又能保证高精度、高密度、细线距等需求；且吸盘下方在左右两侧分别连接两组运动组件，两组运动组件的运动轴同步运动，提高了曝光精度和运行的稳定性，曝光线间距可达30微米以下，曝光不良率下降到0.1％以下。

(3)本实用新型的直写设备光路可移动，并且可覆盖台面的整个宽度，可以减少光路的使用，减少成本；含有扫描驱动X轴，减少光路移动距离。可以通过改变升降轴的高度，对应不同的板厚，使得光路最佳焦面保持不变。

(4)本实用新型可以支持1.2m×1m的背板，既可以是一块大板，也可以是小板拼在一起组成大板。该实用新型极大的补充了市场的空缺。

(5)本实用新型的直写设备采用上部多棱镜光路步进驱动轴和下部扫描驱动X轴结合，使得上部多棱镜光路和下部真空吸盘可沿横向方向自由移动，最大限度扩展了横向上的曝光范围，加大曝光的灵活机动性；设备下部1组运动组件的设计，解决了多运动组件在工作时，由于运动组件的运动无法实现绝对同步而带来的基板位置出现扭曲、倾斜等影响曝光质量甚至导致产品报废的问题。

附图说明

图1为本实用新型的真空吸盘结构示意图；其中，1吸盘主体、3气孔、4继电器、6总控制装置；

图2为本实用新型的真空吸盘的真空发生装置与气孔连接示意图；其中，2真空发生装置、5气孔开关；

图3为传统的真空吸盘放置基板后的结构示意图；其中，14基板；

图4为本实用新型的真空吸盘放置基板后的一种结构示意图；

图5为调整本实用新型的真空吸盘上的基板位置后的一种结构示意图；

图6为含有本实用新型的真空吸盘的XYZ单扫描驱动轴可移动多棱镜光路直写设备；其中，7底座、8多棱镜光路、9步进驱动轴、10真空吸盘、12扫描驱动Y轴、15连接板、16相机；

图7为XYZ单扫描驱动轴可移动多棱镜光路直写设备取掉真空吸盘后的示意图；其中，11扫描驱动X轴、13升降驱动Z轴。

具体实施方案

多棱镜光路：通过多棱镜翻转来改变曝光图形；

步进驱动轴：直线电机系统，光路安装在电机的运动部分，也叫X轴运动平台或者步进轴，用来做步进运动。

扫描驱动X轴：也叫扫描轴或者X轴，用来做恒定速度的连续扫描运动，驱动吸盘的运动。

扫描驱动Y轴：也叫扫描轴或者Y轴，用来做恒定速度的连续扫描运动，驱动吸盘的运动。

升降驱动Z轴：也叫升降轴或者Z轴，用来控制吸盘的升降。

吸盘：用来吸附、固定PCB板的载物台；可通过负压将PCB板吸附在上面，曝光中实现PCB板的固定以及PCB板表面的平面度；

底座：大理石支撑座；

下面是对本实用新型进行具体描述。

实施例1：真空吸盘

本实用新型的真空吸盘结构如图1-2所示。

本实用新型真空吸盘，包括吸盘主体1和真空发生装置2；吸盘主体1上以行和列的形式分布一定数量的气孔3，每一行气孔3各对应一个继电器4，每一列气孔也各对应一个继电器；每个气孔3与真空发生装置2之间连接有气孔开关5；气孔开关5同时与该气孔所在行的继电器和该气孔所在列的继电器连接。

各继电器与总控制装置6连接。气孔开关位于气孔与真空发生装置连接的真空管路上。所述气孔开关可以为电磁开关。所述气孔，可以是均匀分布于吸盘主体上。

采用这样的结构和连接方式，在真空吸盘工作时，一定大小的基板放置在真空吸盘上，对于有基板覆盖的气孔行或者气孔列，该行或列所对应的继电器通路；对于某气孔而言，只有当其所在行和所在列所对应的继电器都为通路使，该气孔的气孔开关才打开，进而真空发生装置与气孔联通，气孔工作。在这种的情况下，没有被基本覆盖的气孔的气孔开关为关闭状态，从而解决了较大利用真空吸盘生产PCB时所存在的漏气问题。

实施例2：真空吸盘

本实施例的真空吸盘，在实施例1的如图1-2所示的真空吸盘的基础上做出了改进。

所述气孔3在吸盘主体1上呈中间疏、四周密的分布形式。

传统的真空吸盘，气孔一般是采用均匀分布的形式，当生产较小的PCB板时，可能在基板14放置在吸盘主体上后，基板所在某边缘恰好位离两侧气孔较远(如图3所示)，从而导致该边缘部分会因为没有真空吸力而翘起，对生产造成影响。采用本实用新型这种中间疏、四周密的分布形式后，如图4-5所示，当较小基板放置在真空吸盘上时，选择将基板靠近吸盘主体边缘放置，此时如果靠近吸盘主体上中间区域的基板边缘恰好离两侧气孔较远，那么可以选择将该基板边缘移动至最近的一行或者一列气孔上使之恰好覆盖；由于吸盘主体的四周气孔较密，这种移动不会导致基板另一侧边缘离气孔较远的现象。

可选地，所述气孔的行间距和列间距由吸盘主体中间到两边呈均匀递减的形式。

可选地，位于吸盘主体中部区域的气孔的行间距或列间距最大为1-3英寸，位于吸盘主体边缘区域的气孔的行间距或列间距最小为5-8mm。气孔在吸盘主体上的开口形状可以是圆形、椭圆形、正方形、长方形等任意形状，比如圆形。所述气孔在吸盘主体上的开口面积可以是任意的，比如10mm²～500mm²。

可选地，所述吸盘主体的盘面为一整体盘面或由多块盘面组合而成。

实施例3：XYZ单扫描驱动轴可移动多棱镜光路直写设备

如图6-7所示，为含有本实用新型的真空吸盘的XYZ单扫描驱动轴可移动多棱镜光路直写设备。

所述XYZ单扫描驱动轴可移动多棱镜光路直写设备包括底座7、多棱镜光路8、步进驱动轴9、一个运动组件、真空吸盘10、连接板15、相机16；所述运动组件包括一个扫描驱动X轴11、一个扫描驱动Y轴12和一个升降驱动Z轴13；真空吸盘10位于运动组件上方。

所述多棱镜光路8通过连接板15与步进驱动轴9连接，可随着步进驱动轴9的滑块沿着导轨运动。所述扫描驱动X轴11位于升降驱动Z轴13下方，与升降驱动Z轴连接；扫描驱动Y轴12位于扫描驱动X轴11下方，与扫描驱动X轴连接；所述真空吸盘10，即为载物台，与运动组件的升降驱动Z轴13连接。真空吸盘，随着扫描驱动X轴、扫描驱动Y轴、升降驱动Z轴13的移动而发生相应的位置变化。

底座具有隔震作用，水平放置，所有零部件均安装在其上方。

所述相机16位于真空吸盘10上方，用来抓取PCB大板的曝光区域。

将PCB板放在真空吸盘10(载物台)上，升降驱动Z轴13控制载物台10的高度寻找光路最佳焦面；通过相机16来寻找确定PCB板曝光起始位置，步进驱动轴9将多棱镜光路8移动至曝光起始位置，扫描驱动X轴和扫描驱动Y轴12将载物台移动至曝光起始位置；多棱镜光路8开始曝光，同时扫描驱动X轴和扫描驱动Y轴12控制载物台扫描直至曝光结束位置停止；曝光完一个区域后，多棱镜光路8随着步进驱动轴9步进一个固定距离，使多棱镜光路8处于PCB板未曝光的区域开始曝光；重复1～5N次后，整板曝光结束。本实用新型的设备，可以通过改变升降轴的高度，对应不同的板厚，使得光路最佳焦面保持不变；同时，采用双升降轴，可以加强载物台支撑，减少变形。

可选地，所述真空吸盘的吸盘主体的盘面为一整体盘面。

虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技术的人，在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本实用新型的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。