專利名稱：將干燥光刻膠膜層熱層壓到印刷電路板上的方法
技術領域：
本發明涉及印刷電路板的制造工藝，特別是涉及用于將一個干燥的光刻膠膜層壓到印刷電路板上的技術和機器。
光刻膠膜層可以以液態形式施加，或者通常是以一個干燥光刻膠膜來進行放置，該光刻膠膜被承載在一個覆蓋層上，這個覆蓋層可以很容易剝離下來，用于對光刻膠膜進行曝光。
為了將光刻膠膜設置到電路板的一側或者兩側的表面上，使用特殊的熱層壓機，該機器通常包括一對層壓輥，而該層壓輥具有一個金屬(鋼)心和一個硅橡膠外表面。層壓輥被加熱到一定的、足以使得光刻材料產生塑性軟熔的溫度，通常為100度到130度，由兩個氣動激勵器在一個可調的壓力下一起擠壓。層壓輥的切向速度、溫度和壓力參數由操作者進行調節，從而以最佳方式將光刻膠膜粘結到電路板的銅表面上。由于生產率的原因，使用自動層壓機，電路板和被承載光刻膠膜必須能夠以連續方式進行供應。盡管電路板可以順次地進行供應，但是所述被承載干燥光刻膠膜通常從一個所述干燥光刻膠膜的連續帶卷上拉出來。
為了避免經濟上過分浪費所述的被承載干燥光刻膠膜，自動層壓機設置有用于借助于熱擠壓床而將干燥光刻膠膜帶的前緣粘附在輸入電路板的表面上的一個精確位置上的裝置，所述的位置靠近所述的板的前緣，熱擠壓床按照一定時間間隔將所述帶的前緣擠壓到銅表面上，所述的時間間隔應該足以保證干燥光刻膠膜軟化并將該光刻膠膜牢固地粘附在銅表面上。
在這樣的一個粘附步驟后，通常是3到5秒鐘，電路板恢復其前進動作，朝著層壓工位的入口前進，拉動著被粘附的所述被承載光刻膠膜帶。在第一代的自動層壓機中，一旦電路板的前緣被層壓輥握持，其移動再次停止，以允許按照尺寸切割所述帶的尾部。在切割所需長度的干燥光刻膠膜帶后，電路板和切割下的干燥光刻膠膜恢復它們的前進動作，穿過一對冷層壓輥后再穿過一對熱層壓輥，這使得塑性軟熔的光刻膠膜最終層壓到電路板的表面上。
為了防止所切割下的被承載干燥光刻膠膜由于偶然皺折而過早地落入到電路板上，切割下的被承載光刻膠膜被真空握持器拉動離開電路板的表面。因此，在電路板恢復穿過冷層壓輥的動作時，干燥光刻膠膜被層壓輥逐漸地鋪設到電路板表面上。
這種包括這樣的一個冷層壓步驟的公知技術的缺點在于，這樣鋪設相對固體的干燥光刻膠膜可能會圈閉一些微小氣泡形式的空氣，這些空氣很難再最終的熱層壓步驟中釋放。這可能導致在最終重新固化的光刻膠膜和銅表面之間形成弱粘接區或者無粘結區。
這種公知技術的另外一個缺點是在于，被承載干燥光刻膠膜的前緣的粘附必須相對結實，以保證所述帶被拖動時不會斷開即使是部分斷開。而且，該方法包含有兩個前進的電路板中止前進的時間間隔段，第一次是為了進行所述帶的前緣的粘附，第二次是為了按照尺寸切割所述帶，這都限制了層壓機的生產率。
最近，已經有一些人致力于消除電路板中止前進的問題，它是通過分別供應電路板和所述被承載干燥光刻膠膜到一對熱層壓輥之間，和通過借助于與前進的所述帶一起平移的從動件挾帶的一個切割器切割干燥光刻膠膜帶來實現。
文獻EP-A-0356221公開了一個層壓機，在該層壓機中，粘附床圍繞層壓輥偏心轉動。通過這種方式，在完成所述帶的前緣的粘附步驟后，他們移動出層壓區，因此允許層壓輥靠近電路板，電路板在此步驟保持靜止。通過這個系統，粘附操作不再是一個關鍵步驟，因為所述帶不再必須被前進的電路板拉動，然而整個運行過程緩慢下來。實際上，在電路板恢復其前進動作進入到兩個熱層壓輥之間之前，完成粘附所需的時間、旋轉粘附床離開層壓區所需的時間和閉合層壓輥所需的時間必須增加。即使在這個層壓機內，被承載干燥光刻膠膜的切割仍然是在“飛行”情況下進行的。
在所有這些公知的層壓機內，執行熱層壓操作所必須的干燥光刻膠膜的塑性軟熔(熔化)發生在通過兩個熱層壓輥之間時。這通過使用IR燈或者所述的“蠟燭”型內電熱部件來預熱輸入電路板到某個溫度并通過維持層壓輥的外彈性體表面在一個可控的溫度下來實現。
因此，通常需要調節不同參數，從而保證在層壓輥施加最大壓力之前光刻材料到達一個塑性軟熔溫度(熔化溫度)。這通常通過使用一個彈性體表面來實現；該彈性體表面相對較軟，以保證在工作壓力下其彈性變形足以維持與所需層壓到電路板上光刻膠膜層的覆蓋層接觸足夠的時間間隔，進而保證穿過壓力最大點的光刻材料到達正確的層壓溫度，所述的最大壓力由層壓輥彈性變形的外表面來施加。
這些要求與避免空氣圈閉的要求不同，為了取得最佳效果，這些參數之間必須達成一種妥協。
這些目的和相關的優點由本發明的自動層壓機來實現。在該層壓機中，在將所述帶被握持的自由端的前緣一粘附到電路板上時，被承載光刻膠膜帶的自由端的握持裝置、粘附裝置和切割裝置就都隨著電路板一起移動，直到到達靠近一對層壓輥入口的一個位置為止。對所述被承載干燥光刻膠膜的測量切割部分在被層壓輥嚙合之前保持不與電路板的表面接觸，和被預熱到所述溫度。
通過將所述光刻膠膜預熱到層壓溫度而同時使得該光刻膠膜不與電路板表面接觸該電路板被熱的層壓輥嚙合，這樣就允許使用層壓輥的一個相對較硬的彈性表面，從而限制其彈性變形的范圍。
這些將熱塑性流動的光刻膠膜通過一對具有圓柱形外表面最小彈性變形的層壓輥產生的層壓運動而粘附到電路板上的條件有利于非常有效地排出空氣，只留下可以忽略的圈閉殘余空氣。
已經發現，微小空氣的氣泡的圈閉的粘附性和自由性可以通過沿著縱向相對于一個層壓輥按照一定頻率往復移動另外一個層壓輥而得到加強。所述運動的頻率為10和100Hz，而移動幅度為幾十個毫米。在熱層壓過程中一個層壓輥相對于另外一個層壓輥的互相縱向震動提高了塑性軟熔的光刻材料的“伸展性”，因而保證改善粘結和對圈閉空氣的釋放。
具體實施例方式
本發明的自動層壓機的整個沖程(或者循環)的各個不同階段示意地表示在附

圖1到7中。
在所述的實施例中，假定一個干燥光刻膠膜被放置到印刷電路板的兩個表面上，因為這種情況是最常見的情況。本發明的機器當然也適合將干燥光刻膠膜只放置到電路板的一個表面上，通過簡單地停止有關的機構相對于電路板另外一側上的干燥光刻膠膜的層壓即可。
圖1代表本發明的一個處于空閑狀態或者等待新的電路板1到來時的自動層壓機的各個主要部件，其中的電路板通常被預熱到一定溫度。
電路板1最終借助于一個輸送器2而向著層壓機的層壓部移動。
在等待新的電路板1的階段中，承載在一個可剝離覆蓋層上的兩個干燥光刻膠膜帶3、4的自由端被兩個握持床5、6所握持。每一個握持床通常是空心的，內部與外部通過均勻分布在所述帶握持表面上的孔眼5b、6b聯通。在握持床內維持一個真空，從而使得所述膠膜帶被吸附和握持到握持床的外表面上，幾乎封堵了吸入孔眼5b、6b。
所述帶3、4從兩個供應輥7、8上拉出，并根據常規實踐而由兩個導向絞盤或者滑輪9、10適當拉緊。
熱層壓輥11和12維持在一個精確控制的溫度下。
靠近層壓輥的入口有第二真空握持床13和14；握持床具有與主握持床5和6類似的空心結構，一旦光刻膠膜被按照尺寸切割后，用于吸附和握持所述被承載光刻膠膜，這在后面還要進行詳細描述。
兩個固定的第二握持床13、14或者更準確的說是它們的用于形成熱層壓區的入口間隙的尖端部分13a和14a也被精確地預熱到控制溫度。
兩個相應的空心對刃握持床15和16與第二固定握持床13和14的干燥光刻膠膜處于同一表面上，根據本領域的常規實踐，這兩個空心握持床以可控方式連接到一個真空泵，以最終利用開口于干燥光刻膠膜握持表面上的多個孔眼而吸附和握持干燥光刻膠膜帶。
在圖1中所示的操作階段，兩個切割器單元，整體分別如17和18所示，與電路板輸送隊列的一對最終驅動輥19、20處于同一平面上并離開一定距離。
圖2表示輸入的電路板1正進入到兩個主握持床5和6之間的間隙內，此時電路板已經被輸送隊列的驅動輥19、20嚙合。
當電路板的前緣1a到達深入到各個主握持床5和6的加熱的粘附墊片或者嵌入物5a、6a下方時，這兩個主握持床沿著互相相對的方向移動，如圖中箭頭A所示，以將干燥光刻膠膜的切割的端部的前緣擠壓在電路板的相應表面上，這可以將所述帶的切割邊粘附在電路板上。
根據本發明，該操作不是在停止電路板運行的情況下進行的。相反，輸送器2的終端部分2a、主握持床5和6和切割器17和18都與電路板1一起向前移動。
如圖2所示，輥式輸送器的終端部分2a離開輸送器的固定部分2，并挾帶著電路板1。在該電路板1的兩個表面上粘附著兩個干燥光刻膠膜帶的前緣。
在層壓機的這些部件前進過程中，導向滑輪9和10維持兩個帶3和4具有適當的拉緊度。
圖3描述了電路板1與輸送器的支撐部分2a一起向著熱層壓輥移動的階段。
將兩個干燥光刻膠膜帶的前緣粘附在電路板1的前緣上步驟完成，在層壓機的這個作業階段，在所有部件朝著層壓輥11和12移動時，向兩個主握持床5和6施加真空的操作卻中止，這兩個主握持床5、6開始移動離開層壓區，如圖中的箭頭B所示，沿著各個干燥光刻膠膜帶的承載覆蓋層移動。
圖4示出當電路板1的前緣與所粘附的干燥光刻膠膜帶一起到達層壓機的熱層壓區的入口時，自動層壓機的各個功能部件之間的呈現的相對位置關系。
如圖所示，這一對主握持床5、6完全移動出層壓區，他們的握持表面基本上與對刃床15和16的表面以及第二握持床13和14的真空吸附表面處于同一表面上。
在此點，這一對驅動輥19和20開始旋轉因此繼續朝著層壓輥11和12推動電路板，同時將真空施加到主握持床5和6以及對刃床15和16上，主握持床5和6連同對刃床15和16一起開始朝著層壓區往回移動，如圖中的箭頭C所示，因此供應所述帶并且同時避免在各個粘附點產生應力。
這樣做，通過與加熱的第二握持床13和14滑動接觸而被加熱的兩個干燥光刻膠膜帶均勻放置在正在前進的電路板1的兩個表面上，最終通過穿過熱層壓輥11和12而粘接在其上。
這個過程如圖5所示，示出了電路板1的前緣最終被熱層壓輥11和12嚙合。
在該點，主握持床5和6的向內移動(如圖4中箭頭C所示)停止，而運輸輸送器的部分2a的兩個終端驅動輥19和20中止，而輸送器的前進部分2a往回朝著輸送器的固定部分2移動。
一個光學傳感器21最終探測電路板1的尾部通過信號，并觸發切割器單元17和18動作而切割處于飛行狀態的各個干燥光刻膠膜帶，如圖6所示。
所述帶的切割后的端部由各個主握持床5和6握持，并且馬上被吸附和放置在各個握持床的圓形角部，切割后的帶的最前端部分分別向前伸過粘附插入物5a和6a。
當電路板1向前穿過層壓輥11和12后，將塑性軟熔的光刻膠膜粘附到電路板的表面上，切割器單元17和18往回移動其最初位置，基本上與終端驅動輥19和20對齊，如圖7所示。
對刃床15和16的真空吸附作用停止，釋放干燥光刻膠膜的端部，往回移動到其空閑位置，如圖中的箭頭D所示。
對于每一個輸入電路板重復上述循環。
圖8a是固定的第二握持和光刻膠膜預熱床13的層壓輥11、對刃床15、切割器單元17和主粘附握持床5在處于圖5中的工作沖程階段所呈現出的相對位置的放大視圖。
飛行的切割器輪子17a可以具有普通的結構，其功能在圖8b中的零件圖中進行描述，而該飛行切割器單元17和與其配合的對刃床15的一個局部三維視圖在圖8c中進行描述。
層壓輥11和12通常由常規的鋼制成，并具有硅橡膠表面，其硬度在50到100shore，最好在60到70shore之間。層壓輥的未壓縮的硅橡膠表面的厚度可以在3到10毫米，最好為5毫米。
根據光刻膠膜的特性，通過插入到層壓輥的內部鐵心內的電熱部件和/或者通過外部的IR燈，層壓輥的表面可以被維持在所需的層壓溫度下。在任何一種情況下，溫度通過利用慣用的傳感器和相關控制電路進行調節。
另外，主握持和粘附床5和6的粘附墊片或者嵌入物5a、6a可以是硅橡膠材料，同樣由電熱器加熱到所需的粘附溫度。
在光刻膠膜與它們的覆蓋層一起滑動通過第二握持床13和14時或者最好在滑動穿過第二握持床13和14的尖端13a和13b時，干燥光刻膠膜被預熱到一個合適的塑性軟熔溫度；尖端13a和13b可以包括覆蓋電熱器部件的硅橡膠。
通過這種方式，光刻膠膜剛好在放置好后達到塑性軟熔溫度，并借助于熱層壓輥被熱層壓到電路板1的表面上。
如上所述，作為一種優選方式，在輸入電路板到達層壓機的熱層壓區之前，輸入電路板1被預熱到某個溫度，通常接近光刻膠膜的塑性軟熔溫度。
根據本發明的層壓機的一個輔助方面，電路板由熱傳導進行加熱。
這可以通過使得電路板穿過并接觸熱循環帶來實現，該熱循環帶用IR燈輻照它們的表面，但并不與移動的電路板1接觸。
圖9和10說明電路板預熱裝置的一個優選的實施例。
熱循環帶30和31在一對滑輪32-33和34-35上運行。當然，其中的一對滑輪是驅動滑輪，由合適的馬達驅動。
為了易于控制，在實踐過程中每一個加熱帶由多個運行在多個滑輪上的具有較小寬度的帶構成，如圖10清楚所示。
不與移動的電路板1接觸的循環帶的表面由IR燈36和37加熱到一個可控溫度，并由一個合適的溫度傳感器38進行測量。
通過與熱循環帶30、31接觸移動，熱傳遞到電路板1的銅表面上。
通過這種方式，由直接輻照產生的銅的相對較高的反射率的問題得到有效克服；這種反射率使得電路板的加熱效率不高。
根據本發明的熱層壓機的一個可選的但優選的實施例，兩個熱層壓輥11和12可以沿著縱向按照往復方式和一定頻率相對移動，所述的頻率可以根據層壓輥的切向速度的函數進行調節，通常在10到100Hz之間，移動的幅度最好在0.1到0.6毫米。
這個可選的實施例示意地表示在圖11中，圖11表示層壓輥11和12的正視圖，具有一個用于實現縱向相互振動的裝置。這產生塑性軟熔光刻膠膜材料在電路板的表面上的“伸張”運動。
利用驅動輥11、12的軸的樞軸連接(使用一個或者一對連接板40，圍繞中央樞軸41可以進行自由旋轉)，縱向震動可以形成在驅動輥11和12上。
借助于一個合適的曲柄組合42，以往復的方式使連接板40的一端產生移動。
縱向振動的較高頻率可以由彈簧43、44彈性控制，這些彈簧抵抗軸的另外一端。
圖12是整個機器的示意圖，包括電路板預熱單元。
權利要求
1.一種自動機器，用于將承載在一個可剝離覆蓋層上的干燥光刻膠膜熱層壓到一個用于印刷電路的板上，包括至少一對熱層壓輥；用于將預熱的板供應到所述層壓輥的入口的輸送裝置；至少一個用于所述被承載干燥光刻膠膜的連續纏繞帶的供應卷；握持所述被承載干燥光刻膠膜帶自由端的真空裝置；用于在所述板表面的一個給定位置上，擠壓和粘附所述帶上、由真空握持的自由端前緣的裝置，所述板正朝著所述層壓輥的入口移動；與所述帶端部握持和粘附裝置關聯的切割裝置，用于按照所供應的所述板的長度，通過測量切割所述移動的板所挾帶的干燥光刻膠膜，所述帶的前緣已經由所述粘附裝置粘附在所述移動的電路板上；和用于在光刻膠膜穿過所述的層壓輥進行層壓之前加熱所述被承載的干燥光刻膠膜到某個溫度的裝置；其特征在于在將所述帶被握持的自由端前緣一粘附在所述移動板的表面上時，所述的握持裝置、粘附裝置和切割裝置就與電路板一起移動，一直到所述板到達剛好靠近所述一對層壓輥的一個位置、并按照尺寸切割所述帶被握持的端部；所述的握持、粘附和切割裝置可以上升離開所述的位置和回到其起始位置，也就是層壓輥的入口的后方，并朝著一個輸入的新的所述板下降，用于重復粘附以及和所供應的新板一起移動的步驟。
2.根據權利要求1所述的自動機器，其中，在與所述板一起移動過程中，所述用于擠壓和粘附所述帶的前緣的裝置在帶的被粘附的前緣保持一定的壓力，一直到該裝置上升離開所述的絲帶為止。
3.根據權利要求1所述的機器，其中，所述的握持和粘附裝置具有電熱器，用于在光刻膠膜穿過所述對層壓輥而粘結到所述板的表面上之前將光刻膠膜預熱到熱層壓溫度。
4.根據權利要求1所述的機器，其中，每個板通過與一些上加熱帶和一些下加熱帶移動接觸而進行預熱，每一個加熱帶在至少兩個滑輪上循環移動，并通過IR燈照射再循環的加熱帶上、不與所述移動板的表面接觸的部分而對每塊板連續加熱。
5.根據權利要求4所述的機器，其中，每一個所述的再循環加熱帶由多個具有較小寬度的加熱帶構成，這些帶在多個滑輪軸上運行。
6.根據前述任何權利要求之一所述的機器，其特征在于該機器包括用于沿著縱向將一個層壓輥，按照一定頻率，以往復的方式，相對于另外一個層壓輥移動的裝置；所述頻率可以按照層壓輥的切向速度的函數進行調節，大小在10到100Hz之間，運動的幅度為0.1到0.6mm。
7.根據前述任何權利要求之一所述的機器，其中，所述的熱層壓輥具有一個鐵心和一個50到100shore硬度的彈性體外表面。
8.根據權利要求7所述的機器，其中，彈性體外表面的硬度為60到70shore。
9.根據權利要求1所述的機器，其中，所述的握持裝置為一個橫床的形式，橫床具有曲線的外周截面，其前表面伸出與層壓輥的圓柱形外表面配合，其后表面具有一個曲線剖面，在該剖面上，所述被承載干燥光刻膠膜帶由施加到橫床內部的真空握持，所述的真空與所述的后表面上的多個吸附孔眼聯通。
10.根據權利要求9所述的機器，其中，所述的粘附裝置為一個熱彈性體表面的形式，沿著所述的橫床的邊緣形成在所述的前表面和所述的后表面的連接處。
11.根據前述任何權利要求之一所述的機器，其中，所述的用于供應預熱電路板的輸送裝置的一個端部與支撐在該輸送裝置上的電路板一起移動，并與所述的握持、粘附和切割裝置一起移動。
全文摘要
一種自動層壓機，用于將支撐在一個可剝離覆蓋層上的一個干燥光刻膠膜(3，4)熱層壓到一個印刷電路板(1)上，包括至少一對熱層壓輥；用于將預熱的電路板供應到所述的層壓輥(11，12)的入口的輸送裝置；至少一個用于所述被承載干燥光刻膠膜的連續纏繞帶的供應卷；握持所述被承載干燥光刻膠膜的自由端的真空裝置(5，6)；用于在電路板表面的一個位置上，擠壓和粘附所述帶被真空握持的自由端前緣的裝置，所述的電路板朝著所述的層壓輥的入口移動；與所述的帶端部握持和粘附裝置有關的切割裝置，用于按照所供應的電路板的長度，通過移動電路板而按照尺寸切割所挾帶的干燥光刻膠膜，在該移動的電路板上，帶的前緣已經被所述的粘附裝置粘附；和用于在光刻膠膜穿過所述的層壓輥進行層壓之前加熱所述的支撐的干燥光刻膠膜到某個溫度的裝置(13，14)。所述的握持裝置、粘附裝置和切割裝置與電路板(1)一起移動，所述的握持裝置、粘附裝置和切割裝置與電路板(1)一起移動然后回到其起始位置。
文檔編號B32B37/22GK1460069SQ00819962
公開日2003年12月3日 申請日期2000年10月12日 優先權日2000年10月12日
發明者阿梅代奧·坎多雷 申請人:阿梅代奧·坎多雷