无掩膜实时微纳打码系统的制作方法

本发明涉及一种无掩膜直写数字光刻技术，特别是一种无掩膜实时微纳打码系统。

背景技术：

在柔性电路板（FPC）的制造领域 ，传统的曝光方式是需要先将工程文件制作在一块掩膜板上，然后将涂有感光胶的FPC基材附在掩膜板上，使用紫外光进行一定时间的照射进行曝光，将工程文件的图形显示在FPC上，这种曝光方式耗时、工序复杂，而且在现有FPC制造的过程中，有些需要对整卷FPC基材上每个陈列排布的工程图形进行打码编号，每个编号均不能重复，但是每块掩膜板图形是固定，因此按照传统的曝光方式就很难实现。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种连续对FPC基材进行激光微纳打码的激光直写曝光装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种无掩膜实时微纳打码系统，其特征在于：包括:

打码数据生成服务器，按照固定的编码规则，对FPC基材上不同位置的工程图形来实时进行编码，并生成若干具体的不相重复的编码图形；

光学引擎机构，用于将实时生成的编码图形实时光刻在FPC基材上；

对位机构，用于识别FPC基材上用于确定编码图形位置的标记点，从而使光学引擎机构能够将编码图形光刻在FPC基材上的标记点处，且所述对位机构识别一组标记点，打码数据生成服务器即生成一组相应的编码图形，光学引擎机构即刻将该编码图形光刻在FPC基材上；

卷到卷上下料机构，用于实现FPC基材的输送及收集，其包括用于将FPC基材送入光学引擎机构进行打码的卷进上料机构及将打码完成的FPC基材回收的卷出卸料机构，

自监测反馈机构，用于检测FPC基材上的编码图形是否准确，

精密运动平台，用于控制光学引擎机构和对位机构的精准移动，

所述光学引擎机构通过基板安装于精密运动平台上，且光学引擎机构的光学镜头下方设有分光镜，分光镜下方设有照明环形灯。

所述自监测系统装置包括第一视觉装置、第二视觉装置及分光镜，所述第一视觉装置及第二视觉装置分别设置于分光镜两侧，所述分光镜位于光学引擎机构的光学镜头的光轴上,且通过第一视觉装置识别从数据服务器生成的编码图形；通过第二视觉装置识别光刻在FPC基材上的编码图形。

所述卷到卷上下料机构带有保证整卷的FPC基材在上下料过程中不发生侧向的偏移纠偏装置。

所述卷进上料机构包括卷有FPC基材的上料辊轮、及用于张紧FPC基材的上料张紧力调节辊轮和压紧FPC基材的上料压紧辊轮；卷出卸料机构包括有用于收卷打好码的FPC基材的卸料辊轮、及用于张紧FPC基材的卸料张紧力调节辊轮和压紧FPC基材的卸料压紧辊轮。

所述对位机构包括两套安装于精密运动平台的Y轴移动机构上的对位CCD组件及运动控制装置，且对位CCD组件分别位于光学引擎机构的两侧，所述对位CCD组件均通过对应的运动控制装置控制其在垂直于FPC基材运动方向的移动。

所述第一视觉装置及第二视觉装置均包括工业CCD、光学放大镜头和照明光源，其中第一视觉装置的焦面位于分光镜的镜面，第二视觉装置的焦面与光学镜头的焦面一致。

本发明的有益效果是：本系统包括一连续对FPC基材进行激光微纳打码的激光直写曝光装置，卷对卷上下料装置和实时打码监测反馈系统 ，通过上述结构不需要掩膜板即可以在整卷的FPC基材上任意指定位置进行微纳打码，并且可以对每个打码图形进行实时监测，提高系统的可靠性，本系统不需要掩膜板，也不需要与FPC基材有接触，就可以很快的完成对FPC基材上每个阵列图形的编码，基材不会有刮伤等二次破坏的可能，提高产品的质量，大大提高了产品生产的效率，降低了生产的成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本系统的正面示意图；

图2是精密运动平台及通过精密运动平台移动的机构的俯视示意图；

图3是光学引擎机构的立体示意图；

图4是FPC基材的俯视示意图；

图5为本发明无掩膜光刻实时打码控制系统示意图；

图6为本发明为无掩膜光刻实时打码操作流程图。

具体实施方式

参照图1至图6，本实施例的卷到卷上下料机构1包括卷入上料机构和卷出卸料机构3,而无掩膜曝光系统2安装在卷入和卷出机构之间,实时微纳打码和自监测反馈机构的装置安装在无掩膜曝光系统2的装置中，卷入上料机构包括卷有FPC基材4的上料辊轮101、及用于张紧FPC基材4的上料张紧力调节辊轮102和压紧FPC基材4的上料压紧辊轮103；卷出卸料机构3包括有用于收卷打好码的FPC基材4的卸料辊轮301、及用于张紧FPC基材4的卸料张紧力调节辊轮302和压紧FPC基材4的卸料压紧辊轮303，当然还有驱动辊轮转动的电机，通过上述的设置，不仅能够引导FPC基材4移动，而且使FPC基材4保持张紧力，由于FPC基材4从上料端到下料端，需要经过无掩膜曝光系统2及光学引擎机构，中间跨度较大，这就需要保证FPC基材4一直处于张紧状态，不会因为重力作用而产生较大下垂，保证FPC基材4覆有感光胶的面一直处于无掩膜光刻系统光学镜头503的焦面，提高打码光刻图形的质量。

所卷到卷上下料机构1中还包含有纠偏装置104，纠偏装置104包括上料纠偏功能和下料纠偏功能,保证卷到卷机构的辊轮对FPC基材4牵引进行上下料时不发生垂直于运动方向的偏差,这样可以保证FPC基材4上预先制作的参考标记点401-404始终在对位机构的对位CCD组件视场内,保证对位的有效性 ,不会因为对位CCD组件失去标记点401-404而造成整体系统的报错,影响工作效率,同时还会保证FPC基材4的边沿不会因为垂直于上下料方向的偏差,而与辊轮挤压而产生变形。

光学引擎机构5，位于FPC基材4的上方，用于将生成的编码图形光刻在FPC基材4上；

对位机构6，用于识别FPC基材4上用于确定编码图形位置的标记点401-404，从而使光学引擎机构5能够将编码图形光刻在FPC基材4上的打码位置405-410处；对位机构6包括两套安装于精密运动平台的Y轴移动机构上的对位CCD组件601-602及运动控制装置，且对位CCD组件601-602分别位于光学引擎机构5的两侧，所述对位CCD组件601-602均通过对应的运动控制装置控制其在垂直于FPC基材4运动方向的移动。

自监测反馈机构包括第一视觉装置501、第二视觉装置502、分光镜505及照明环形灯506，所述第一视觉装置501及第二视觉装置502分别设置于分光镜505两侧，所述分光镜505位于光学引擎机构5的光学镜头503的光轴上,且通过第一视觉装置501识别从数据服务器生成的编码图形；通过第二视觉装置502识别光刻在FPC基材4上的编码图形，第一视觉装置501、第二视觉装置502也均是采用CCD组件来采集图像,且通过光学引擎机构5中的分光镜505使第一视觉装置501识别数据服务器生产的编码图像, 而第二视觉装置502则直接识别FPC基材4上的图形,然后将识别的图形传回主控电脑，由主控电脑来判断编码图形是否正确,如果识别的图形均为正确的编码,主控电脑则执行下一布命令,如果识别出现错误,主控电脑将控制卷到卷上下料机构1和精密运动平台停止运动，光学引擎机构5停止曝光,避免后续的错误造成更多的产品报废.采用两组视觉系统去执行自监测反馈, 可以准确判断FPC基材4上产生错误编码的原因,如果第一视觉装置501和第二视觉装置502识别到的编码都是错误的,那么说明数据服务器产生的编码图形是错误的,如果第一视觉装置501识别的图像是正确的,而第二视觉装置502识别的图形是错误的,说明是光学引擎系统出现了问题。

第一视觉装置501、第二视觉装置502均是由相机，光学放大镜组和照明系统组成，其光轴通过分光镜505与光学引擎机构5对齐，该分光镜对曝光激光几乎透明，而对视觉系统的照明光源是半反射半透明的，其焦平面位置与光学引擎机构5相同。

精密运动平台，用于控制光学引擎机构5和对位机构6的精准移动, 精密运动平台包括X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构，从而使光学引擎机构5和对位机构6能够进行三维空间的精确移动，X轴移动机构201、Y轴移动机构202、Z轴移动机构203均是采用伺服电机结合精密导轨丝杆实现精确运动，上述结构为现有的通用技术，因而具体结构不详述。

本系统的上下料,无掩膜光刻曝光和实时自监测反馈过程的控制（如图5所示），所有的控制都由一台主控电脑来进行执行,所述的上下料过程由主控电脑去控制卷到卷上下料机构1的PLC,再由PLC控制卷入上料机构和卷出卸料机构3牵引FPC基材4的速度 ,拉料的张紧力和启动停止等; 精密运动平台的移动也是由主控电脑控制，光学引擎机构5通过基板504与精密运动平台连接，从而实现光学引擎机构5的精密运动,打码图像通过光学引擎机构5一次性光刻完成,可以保证光刻的位置精度,并且提高打码光刻的效率。

本系统中，无掩膜曝光系统2、纠偏装置104、对位CCD组件、光学引擎机构5、第一视觉装置501、第二视觉装置502均是现有的技术制造，因而其具体的结构再此不详述，FPC基材为柔性线路板基材。

本系统的工作原理如下：将已经缠绕FPC基材4的滚轮安装在卷到卷机构上料端,然后拉动FPC基材4经过激光直写光学镜头503的下方,然后缠绕卷到卷到卷机构的卸料滚轮上, 然后将整个系统初始化,点动卷到卷机构,让对位机构6的CCD可以捕获FPC基材4上的第一个标记点401-404,然后开始对整卷FPC基材4进行光刻打码。

本实施例的具体工作步骤如图6所示,具体的流程描述如下：

1.精密运动平台和卷到卷上下料机构1初始化之后,对位机构6识别FPC基材4第一组图形的参考标记点401-404；

2. 打码数据生成服务器按照具体的编码规则生成编码,并转化为图形,然后将生成的图形通过光纤传到光学引擎机构5；

3.按照主控电脑计算的打码位置，控制精密运动平台的X轴移动机构201，将光学引擎机构5移动到FPC基材4需要光刻打码的位置，然后控制X轴移动机构201运动速度与FPC基材4运动速度一致，保持两者的相对静止；

4.精密运动平台的Z轴移动机构203带动光学引擎机构5升降并使光学引擎机构5中的光学引擎镜头自动对焦，对焦完成后，精密运动平台移动Y轴移动机构202对每组标记点401-404的参考位置进行打码；

5.打码的同时,自监测反馈机构的第一视觉装置501、第二视觉装置502开始分别识别从激光直写曝光镜头打下来的图形,并且将识别的图形输入到主控电脑,主控电脑按照具体的图形编码规则判断编码是否正确,如果编码错误则执行停止卷到卷机构和精密运动平台，查找出现错误原因，如果正确继续进行下一组图形的对位和打码操作；

6.精密运动平台X轴移动机构201将对位机构6的对位CCD组件移动到下一组图形的标记点401-404位置，对位CCD识别FPC基材4上的标记点401-404，循环开始1到5的步骤。

整个无掩膜光刻实时打码系统按照上诉的步骤循环进行光刻打码，直到整卷FPC基材4光刻打码完成;

本发明在不需要掩膜板，也不需要与FPC基材4有接触，就可以很快的完成对FPC基材4上每个阵列图形的编码，大大提高了产品生产的效率，降低了生产的成本。

以上对本发明实施例所提供的一种无掩膜实时微纳打码系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。