本發明屬于印刷電路板行業無掩模光刻技術領域，具體涉及一種用于無掩模掃描光刻的大面積曝光方法。

背景技術：

數字微鏡器件（如TI公司的DMD）是一個由許多微鏡鏡面構成的長方形陣列，無掩模光刻系統采用特定頻率的激光照射DMD，通過控制小微鏡的旋轉角度，可以將特定的圖像投影在光刻膠上。

無掩膜光刻采用上述微鏡直接將圖像反射在光刻膠上，省去了掩膜板，不僅降低了成本，而且提高了曝光的靈活性和工業生產效率。

掃描光刻是DMD在運動的過程中，保持DMD中圖像的反向移動，從而在平臺上形成穩定的投影。由于光刻膠需要一定的曝光強度和時間，所以圖像一般是按照1個像素步進分割形成曝光幀數據。在實際的光刻工業生產中，一般需要進行大面積的、批量的電路版印刷。將其位圖分割會生成的大量的曝光幀數據，其中存在大量的數據冗余，不僅耗費上位機空間，而且嚴重浪費上位機計算資源。

目前的方法只是采用一個固定的DMD或者DMD組進行掃描曝光，不能提高圖像預處理速度。因此，需要一種大面積曝光方法，減少圖像預處理耗費的時間空間資源，進而提高光刻系統的整體效率。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種用于無掩模掃描光刻的大面積曝光方法，提高圖像預處理速度，減少生成的曝光幀數據的冗余，從而提高光刻系統的整體效率。

為了實現所述目的，本發明的技術方案是：

一種用于無掩膜掃描光刻的大面積曝光方法，包括以下步驟：

1）首先利用上位機將待曝光的BMP位圖，進行無效信息的切割，所述的無效信息為沒有目標圖像信息的空白邊角；

2）進行BMP位圖中的相似區域的圖形分割，或者提取原始矢量圖中的批量生產等信息，根據BMP位圖的具體大小和相似區域的分布情況，確定使用N組DMD，如果使用N組DMD，則在BMP位圖的相應位置生成標識孔；

3）根據步驟2）確定的N組DMD所對應的N塊區域的圖像完全相似，按照掃描光刻的要求，對其中一個圖像區域按像素步進切割，生成一份曝光幀數據，生成耗時僅為已有方法的1/N，曝光幀數據也是已有方法的1/N；

4）由上述步驟中對BMP位圖的分割情況，使用電機調整N組DMD到對應N個區域的左上角，以標識孔為準進行對位調整；

5）將步驟3）中生成的曝光幀數據同時傳入N組DMD中，然后N組DMD保持相對位置不變，同時進行掃描曝光，完成整幅BMP位圖的曝光。

所述的BMP位圖，是指由PCB制版中的描述電路信息的Gerber文件轉換成的BMP格式的位圖。

所述的圖形分割是指利用圖像處理技術獲取相似區域的分布情況。

所述的N組DMD，N一般選取為2或者4等較小的偶數；每組DMD包括一個DMD，如果包括多個排列好的DMD，那么曝光幀數據也要進行相應的分割。

所述的標識孔是由計算機在BMP位圖上相應位置生成的200*200大小像素的黑色十字標識。

所述的步驟3）開始切割位圖之前，可以通過CCD對位圖進行孔位的校準，進行漲縮處理。

所述的步驟4）中，將多組DMD調整到對應位置后，在接下來的曝光中它們的相對位置不能改變。

本發明的有益效果是：

1）對BMP位圖進行切邊處理，去除位圖邊緣的空白，能減少曝光幀數據中的無效數據；

2）使用N組數字微鏡進行分區曝光，使得對于批量生產光刻中的BMP位圖，只需要對其1/N大小的區域進行處理，提高圖像預處理的時間和空間效率；

3）使用多組DMD進行掃描，提高了整幅BMP位圖的曝光效率。

為了便于說明本發明的有效性，下面舉例說明：

如圖7所示，對于14204x15084像素大小的用于批量生產PCB的BMP位圖，其最小的單元電路圖大小約1265x1305像素，使用傳統掃描方法尤其是視頻流曝光方法：由于每個圖像大小均為1920x1080像素，每個圖像大小約253KB，其曝光幀數據有129312幀圖像，占用約31.949GB的上位機存儲，假定上位機每秒可處理生成1000幀圖像，其數據生成時間為129.31s，由于是單DMD，假定掃描速度為每秒120幀，則其掃描曝光時間為1078s；而本發明的方法：步驟（1）去除位圖邊緣后，BMP位圖大小為10265x10897像素，減少了48%的像素信息，步驟2）3）假定使用4組每組2個總計8個DMD，其曝光幀數據有4492幀圖像，占用約1.08GB上位機存儲，數據生成時間為4.49s，假定掃描速度不變，則其曝光時間為150s。

通過上述例子可以看出，本發明的方法相較傳統方法，在曝光數據的生成、存儲以及掃描效率方面有很大的提高。

附圖說明

圖1 是本發明的BMP位圖無效區域的切割示意圖。

圖2 是本發明的用于批量曝光的BMP位圖相似區域分割說明。

圖3 是本發明的對一個圖像區域生成一份曝光幀數據的示意圖。

圖4是本發明的多組DMD的曝光起始位置示意圖。

圖5是本發明的多組DMD的曝光軌跡示意圖。

圖6是本發明的針對一組多個DMD的位圖分割區域示意圖。

圖7是本發明的有效性說明圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明進一步敘述。

如圖1所示，本發明首先將待曝光的BMP位圖1進行處理，把有效信息區域2切割出來生成去除無效信息后的BMP位圖3；如圖1所示，保證有效信息區域的左邊和上邊有iw寬度的對位區域，用來進行鏡頭對位標識，iw一般不小于200px。

一般PCB制版的位圖都是由許多完全相同的電路布線圖按照行列組合而成，這樣可以進行批量曝光生產。根據這個特點，使用數字圖像處理中的相似區域檢測技術，將BMP位圖中的有效區域進行劃分，確定使用N組DMD。為了便于說明，選定N=4 。如圖2，將BMP位圖3分割成N塊相同的區域，每個區域包含整數個電路布線圖，即位圖區域5和其他N-1塊區域完全相同。在每個區域的左上角左邊pw寬度處生成一個標識孔，標識孔直徑一般200px左右，中間有5px寬的十字標識，用于曝光開始前的鏡頭對位校準。

如圖2、圖3所示，本發明中曝光幀數據的生成，只需要將N個區域中的一個區域5進行像素步進切割。設定位圖區域5的左上角為坐標原點，數字微鏡DMD從左上角開始沿Y軸、X軸正方向投影曝光，則7是第一幀圖像，其大小等于DMD的像素大小1920X 1080，位置為（0， -1080）。第二幀圖像大小不變，位置為（0， -1080 + 1），第三幀類似，直到處于位置8的時候，圖像切割方向反轉，沿著Y軸反方向切割，后面的圖像幀同理可生成。也就是說，對位圖區域5的像素步進切割是沿著圖3中的軌跡10所示進行的。

如圖4所示，根據標識孔的位置提前調整校準鏡頭和數字微鏡DMD的相對位置：鏡頭中心和DMD左邊相距pw寬度。然后才可以利用校準鏡頭去校準DMD的起始位置。利用標識孔，將N組DMD調整到圖4中對應的位置，以DMD 11 為例，12為DMD11在光刻膠上的投影圖形，它與圖2中第一幀圖像7的位置相同。

如圖5所示，利用上位機或者FPGA控制的PLC芯片，將按照圖3所示方法生成的曝光幀數據發送到N組數字微鏡DMD里面，每組DMD接收的數據完全相同；N組DMD保持圖4中調整好的相對位置不變，同時按照軌跡12所示進行掃描曝光。掃描過程中DMD移動的速度必須和曝光幀數據更新的速度匹配起來，這樣才能完成整幅BMP位圖的曝光。相比使用一組DMD曝光的方法，本發明的方法的曝光幀數據的生成效率提高到原來的N倍，曝光時長縮短為原來的1/N。

如圖6所示，每組DMD可以包含m個DMD，為了方便說明，選定m = 3。每組m個DMD，那么對位圖區域5的像素步進切割又有一些不同：m個DMD分成平行的兩行放置，每行DMD之間的寬度恰好等于1920px，如圖6中13、14、15相對位置所示；DMD 13對應著曝光軌跡16，DMD 14 對應著曝光軌跡17，DMD15對應著曝光軌跡18，同一組的m個DMD分別按照圖示的曝光軌跡進行BMP位圖的切割、傳輸和曝光。

按照本發明的方法，若采用N組每組m個DMD進行曝光，BMP位圖生成曝光幀數據的效率至少可以提高N-1倍，曝光時長縮短為單DMD曝光的1/(m*N)。