Brevet FR2800968A1 — publié le 20010511

La présente invention a pour objet une machine d'exposition d'un panneau, notamment d'un panneau de circuit imprimé, à un rayonnement laser. On sait qu'il existe maintenant un certain nombre de techniques utilisant des faisceaux laser pour la réalisation de circuits imprimés et plus précisément pour mettre en oeuvre une des étapes de ce procédé consistant dans la définition des pistes conductrices du circuit imprimé à partir de la couche de métallisation réalisée sur son support isolant. Ces techniques peuvent consister soit à transformer l'état d'une couche de réserve à l'aide du faisceau laser soit à réaliser directement l'ablation de la couche de réserve pour mettre à nu la couche de métallisation soit enfin à ne pas utiliser une couche de réserve et à procéder à l'ablation directe de la couche de métallisation à l'aide du faisceau laser. La présente invention concerne ces trois procédés utilisant un faisceau laser. Il va de soi que dans une telle technique, chaque point ou pixel de la surface de la zone utile du panneau de circuit imprimé est balayé par le faisceau laser qui est soit à l'état actif, soit à l'état interrompu selon qu'il y a eu lieu d'impressionner ou non le point correspondant. La commande du balayage est associée à des moyens informatiques qui contiennent en mémoire des informations qui permettent de donner, pour chaque pixel, avec ses coordonnées, l'état impressionné ou non à réaliser. Dans les techniques connues, le balayage est réalisé à l'aide d'un seul faisceau laser qui doit donc balayer l'intégralité de la surface du panneau. Plus précisément, le faisceau laser réalise des balayages successifs selon une des directions du panneau, celui-ci étant déplacé selon l'autre direction. On comprend que lorsque les circuits imprimés sont de grande dimension, I'opération de balayage à l'aide d'un unique faisceau laser conformément aux techniques connues peut nécessiter un temps important. Il serait donc intéressant de fournir une machine d'exposition dans laquelle le balayage est réalisé simultanément par plusieurs faisceaux laser, chaque faisceau laser balayant une zone du circuit imprimé. Cependant, on comprend aisément que l'utilisation simultanée de plusieurs faisceaux laser de balayage ne peut résulter d'une simple juxtaposition de dispositifs utilisant chacun un seul faisceau laser de balayage. On comprend, en effet, que pour obtenir la continuité de la réalisation du circuit imprimé d'une zone de balayage à une autre zone de balayage, cela soulève des problèmes spécifiques. II faut également souligner que pour obtenir une définition très précise de la géométrie des pistes conductrices, on utilise des faisceaux laser dont le diamètre de l'impact sur les panneaux présente un diamètre de 20 pm. Cependant, en raison d'une part, de la répartition inégale d'énergie dans ce cercle et d'autre part, de l'imbrication des impacts lors du balayage, tout se passe comme si la surface imprimée du panneau par un impact était un carré de 12,7 par 12,7 pm. La longueur de 12,7 pm constitue donc l'unité de définition des différents motifs à réaliser sur le panneau selon les deux directions orthogonales du panneau. Pour conserver la précision des définitions, il est nécessaire que le faisceau laser frappant le panneau de circuit imprimé soit perpendiculaire à celuici. En outre, il est nécessaire de disposer pour chaque zone d'une latitude de réglage selon la direction de balayage du faisceau laser pour pouvoir corriger les imperfections de positionnement des différents composants servant à l'élaboration et au pilotage du faisceau laser. Un objet de la présente invention, est de fournir une machine d'exposition de panneaux à un rayonnement laser utilisant plusieurs faisceaux laser fonctionnant simultanément tout en obtenant la même qualité de définition du circuit imprimé que dans le cas de l'utilisation d'un unique faisceau laser. Pour atteindre ce but selon l'invention la machine d'exposition d'un panneau à un rayonnement laser, ledit panneau présentant une longueur utile L selon une première direction Y, ladite longueur L étant divisée en N segments successifs de longueur L/N, se caractérise en ce qu'elle comprend: - un bâti fixe; - un support horizontal de panneau pour recevoir ledit panneau: -des moyens pour déplacer ledit support par rapport au bâti selon une direction X orthogonale à la direction Y du panneau; - des moyens pour élaborer N faisceaux laser principaux; -des moyens pour moduler dans le temps chaque faisceau principal; et - N blocs optiques fixes par rapport audit bâti, et présentant chacun un axe optique selon une direction sensiblement orthogonale à la direction Y, chaque bloc optique comprenant: * des moyens par déviation pour élaborer périodiquement à partir d'un faisceau principal un faisceau continûment dévié et modulé dans le temps, dirigé selon l'axe optique dudit bloc optique. * un miroir déflecteur pour diriger ledit faisceau laser dévié selon une direction verticale vers ledit support de panneau, la longueur Il dudit miroir déflecteur selon la direction orthogonale à l'axe optique dudit bloc, susceptible d'être frappée par ledit faisceau, à chaque période, étant supérieure à L/N; - lesdits blocs optiques étant répartis en deux ensembles de blocs optiques chaque ensemble comprenant N/2 blocs si N est pair et N+l N-i et 2- blocs si N est impair, les blocs d'un même ensemble étant 2 2 juxtaposés selon la direction Y de telle manière que leurs miroirs déflecteurs soient sensiblement alignés selon la direction Y, la distance selon la direction X entre les miroirs réflecteurs des deux ensembles étant égale à D, la distance selon la direction Y entre les axes optiques de deux blocs optiques juxtaposés d'un même ensemble étant égale à 2L/N et la distance selon la direction Y entre l'axe optique d'un bloc d'un ensemble et l'axe optique d'un bloc optique de l'autre ensemble lui étant le plus proche étant égale à L/N, par quoi le faisceau laser dévié émis par un bloc optique peut balayer une longueur Il supérieure à la longueur du segment à balayer effectivement, le faisceau laser dévié pouvant ainsi être commandé pour balayer le segment du panneau de sa première extrémité à sa deuxième extrémité. Grâce en particulier à la disposition particulière des blocs optiques qui sont disposés selon deux lignes parallèles, les blocs optiques d'un ensemble étant décalés d'un "demi-pas" par rapport à ceux de l'autre ensemble, si l'on appelle "pas" la distance entre les axes otiques de deux blocs juxtaposés d'un même ensemble, il existe une possibilité de recouvrement des zones de balayage des différents blocs optiques. Cette possibilité de recouvrement des zones de balayage permet d'effectuer les corrections inhérentes aux imprécisions de positionnement des différents composants constituant les blocs optiques afin d'atteindre effectivement la précision souhaitée en ce qui concerne les points d'impact successifs des faisceaux laser balayant effectivement chaque zone du panneau. De préférence, les moyens par déviation de chaque bloc optique comprennent: - un miroir polygonal rotatif à n facettes pour dévier de façon continue dans un même plan ledit faisceau pendant des périodes fixes successives correspondant auxdites facettes et - des moyens formant objectif pour focaliser et diriger le faisceau dévié successivement par chaque facette du miroir polygonal selon la direction dudit axe optique et dans un même plan contenant la direction Y. Selon un mode préféré de réalisation, les moyens de modulation comprennent un modulateur acoustooptique qui reçoit le faisceau principal et délivre à sa sortie lesdits faisceaux successifs dans le temps, pendant lesdites périodes fixes. On comprend que la commande de l'état passant ou non-passant du modulateur acousto-optique permet, outre la modulation du faisceau laser, de synchroniser l'état du modulateur avec la rotation du miroir polygonal et donc avec la position de chacune de ses faces réfléchissantes. Cela permet en particulier d'introduire des corrections, comme on l'expliquera ultérieurement, pour assurer le positionnement précis des extrémités de chaque segment de balayage. Dans un mode préféré de réalisation, la machine se caractérise en ce que: - les moyens de déplacement du support de panneau selon la direction X déplacent ledit support de façon continue avec une vitesse constante et en ce que ladite direction de l'axe optique de chaque bloc optique fait un angle a avec une direction orthogonale à la direction Y pour compenser l'effet du déplacement continu du support selon la direction X. Dans le cas du déplacement à vitesse constante du support de panneau, ce qui correspond actuellement à la solution optimale, l'introduction de l'angle a permet d'obtenir la continuité des segments balayés simultanément par les faisceaux laser. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles: la figure 1 est une vue schématique en élévation de l'ensemble de la machine d'exposition; la figure 2 est une vue simplifiée de la partie optique de la machine d'exposition; la figure 3 est une vue schématique montrant le balayage d'un panneau par les faisceaux laser; la figure 4 est une vue de dessus de l'ensemble des blocs optiques de la machine d'exposition; la figure 5 est une vue de dessus d'un bloc optique la figure 6 est une vue de côté du même bloc optique; et la figure 7 illustre les possibilités de réglage des zones balayées par les différents faisceaux laser. En se référant tout d'abord à la figure 1, on va décrire l'ensemble de la machine d'exposition. Celle-ci comprend un bâti comportant une partie inférieure 12 et une partie supérieure 14, ce bâti étant bien sûr fixe. La partie inférieure 12 du bâti supporte un plateau mobile 16 pour recevoir un panneau 20. Le plateau 16 peut se déplacer selon une direction X, c'est-à-dire selon une direction orthogonale au plan de la figure. Pour cela, on a représenté schématiquement des systèmes de vis à billes 18, 19 entraînés par des moteurs. Le plateau support 16 est destiné à recevoir le panneau de circuit imprimé 20 qui doit être soumis au faisceau laser pour définir les pistes conductrices à réaliser sur le panneau de circuit imprimé. La partie supérieure 14 du bâti supporte des blocs optiques que l'on a représenté schématiquement par des rectangles 221 à 226. Chaque bloc optique 22 délivre un faisceau laser à sa sortie, ce faisceau laser ayant une direction orthogonale au plan du panneau 20, c'est-à-dire une direction verticale. On a représenté de façon symbolique par les pointillés 24 les zones de balayage de chaque faisceau laser, le balayage étant réalisé selon la direction Y orthogonale à la direction X. Dans la machine décrite à titre d'exemple, le balayage de la zone utile 26 du panneau 20 est réalisé simultanément par six faisceaux laser qui balayent chacun selon la direction Y des zones Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 de la partie utile du panneau. Par balayage, il faut entendre le déplacement du faisceau laser de façon continue selon la direction Y. L'unité de déplacement est le pixel, c'est-à-dire le plus petit motif réalisable par le faisceau laser. Dans l'exemple particulier, le pixel est un carré de côté égal à 12,7 pm, comme on l'a déjà indiqué. En réalité, durant le balayage du segment S, on a des sous-segments correspondant à un impact effectif du faisceau laser et des sous-segments o le faisceau laser est interrompu. L"'unité" de largeur de ces sous-segments est bien sûr le pixel. Le balayage dans la direction X orthogonale à la direction Y est obtenu comme on l'a déjà expliqué par le déplacement de ce panneau selon la direction X. Si l'on appelle L la longueur selon la direction Y de la zone utile 26 du panneau, chaque faisceau laser doit donc balayer un segment S1, S2, etc..., de longueur 12, 12 étant égale à L/N. Le nombre N de faisceaux pourrait bien sûr être différent de six. On voit que, pour assurer la continuité du motif à réaliser d'une zone à la zone adjacente, il est nécessaire que le dernier impact du balayage, par exemple du segment S1, soit distant d'un pixel du premier point d'impact du balayage du segment S2. En se référant maintenant à la figure 2, on va décrire les éléments essentiels de la partie optique de la machine d'exposition permettant de réaliser le balayage simultané du panneau par les six faisceaux laser dans le cas particulier considéré. L'ensemble optique comprend un laser 40 qui est de préférence du type à argon délivrant une puissance de 7 W dans le cas o la machine a pour fonction de modifier l'état de la couche de réserve. Le faisceau F délivré par le laser 40 est appliqué à l'entrée d'un diviseur de faisceau 42 qui divise ce faisceau en 6 faisceaux divisés FD1, FD2, FD3, FD4, FD5, FD6. De préférence, tous les faisceaux divisés FD ont des puissances du même ordre de grandeur et comportent un nombre limité de longueurs d'onde qui sont de plus très proches les unes des autres. Chaque faisceau divisé FD est appliqué à l'entrée d'un modulateur acousto-optique 46 associé à un circuit de commande 47. Comme cela est bien connu, le modulateur peut prendre un état passant ou un état non-passant interrompant la transmission du faisceau laser. Chaque faisceau sortant d'un modulateur est appliqué à l'entrée d'un bloc optique 22. Le bloc optique comprend une optique d'entrée 44 et un système optique 48 destiné à diriger le faisceau vers un miroir polygonal rotatif 50. Comme cela est bien connu, le miroir polygonal 50 est constitué par une pluralité de faces réfléchissantes 52. Dans le cas particulier, il y a dix faces réfléchissantes. Le miroir 50 est entraîné en rotation par un moteur 54 associé à un circuit de commande 56 et à des capteurs de position. Comme cela est bien connu, le faisceau laser sortant du système optique 48 frappe une facette 52 du miroir polygonal selon une incidence qui varie de façon continue en fonction de la rotation du miroir. On obtient ainsi une déviation continue du faisceau réfléchi par la face. On a représenté symboliquement par 58 I'angle dans lequel le faisceau réfléchi est dévié par la rotation de la facette du miroir polygonal. La déviation du faisceau par une facette du miroir rotatif correspond au balayage d'un segment S du panneau. La définition du début du balayage et de la fin du balayage par le faisceau laser est réalisé par la synchronisation de la commande de l'état passant ou non-passant du modulateur avec la rotation du miroir polygonal. Le modulateur est bien sûr non-passant durant les laps de temps o le faisceau laser incident aurait dû passer d'une facette du miroir à la suivante. Chaque facette définit ainsi une période de balayage correspondant à un segment. Le faisceau est appliqué à l'entrée d'un objectif 60. L'objectif 60 a pour double fonction de focaliser le faisceau laser pour que son diamètre soit, dans le cas particulier considéré, égal à 20 pm, c'est-à-dire supérieur au pixel et de diriger le faisceau laser selon la direction X'X' de l'axe optique du bloc optique. Le bloc optique 22 comprend enfin, pour ces éléments essentiels, un miroir déflecteur 62 qui est orthogonal à l'axe optique X'-X' du bloc optique. Le miroir 62 qui réfléchit le faisceau laser dévié selon une direction verticale, c'est-à-dire vers le support de panneau 16 et donc vers le panneau lui-même et orthogonalement à celui-ci. La déviation du faisceau est telle que le faisceau dévié frappe le miroir 62 en des points qui s'étendent sur une longueur Il centrée sur l'axe optique X'X'. Les composants optiques sont réalisés de telle manière que la distance Il soit supérieure à la distance 12 correspondant à la zone de balayage Z du panneau associé au faisceau laser considéré. En se référant maintenant à la figure 4, on va décrire la disposition relative des blocs optiques 22 fixés sur la partie supérieure 14 du bâti de la machine. Dans l'exemple particulier considéré, il y a six faisceaux laser et donc six blocs optiques 22. Ces blocs optiques sont répartis en deux ensembles de trois blocs juxtaposés selon la direction Y'-Y' orthogonale à la direction X'X' des axes optiques des blocs. Les blocs optiques d'un même ensemble sont distants les uns des autres d'une distance égale à L1, L1 étant égal à 2L/N. Les blocs optiques des deux ensembles respectivement 22, à 223 et 224 à 226 sont imbriqués, c'est-à-dire que la distance entre l'axe optique d'un bloc d'un premier ensemble à l'axe optique d'un bloc du deuxième ensemble le plus proche est égale à L1/2, c'est-à-dire L/N. Sur cette figure, on a fait également apparaître la longueur Il correspondant à la plage de balayage possible par le faisceau dévié par une même face du miroir rotatif. On comprend que lorsque l'on passe d'un bloc optique d'un ensemble au bloc optique suivant de l'autre ensemble, il existe un recouvrement entre les longueurs Il de balayage par les faisceaux laser correspondants. De même, compte tenu de la géométrie des blocs optiques, il existe une distance D entre les points d'impact des faisceaux sur les miroirs de sortie 62 des blocs optiques, ces miroirs appartenant à des blocs faisant respectivement partie d'ensembles différents. En se référant maintenant à la figure 7, on va décrire les possibilités de réglage des six faisceaux laser obtenus grâce aux dispositions de l'invention. Sur cette figure, on a fait apparaître en pointillés les zones Z1 à Z6 qui doivent être effectivement balayées par chaque faisceau laser, ces zones se juxtaposant rigoureusement selon la direction Y du panneau. En traits pleins, on représenté les zones Z'i à Z'6 susceptibles d'être balayées respectivement par les faisceaux laser. On comprend que ces zones présentent la largeur Il qui est supérieure à 12 et on comprend également qu'entre la zone Z1 balayée par le bloc optique 224 du premier ensemble de blocs optiques et la zone Z'2 susceptible d'être balayée par le bloc optique 224, il existe un décalage D selon la direction X du panneau. Il est ainsi possible, par une commande convenable du modulateur acoustooptique 46 de chaque bloc optique, de définir pour chaque facette 52 du miroir polygonal l'instant de début de balayage d'une zone Z1 de telle manière qu'elle corresponde effectivement à cette zone malgré les imperfections de positionnement des différents systèmes optiques. On comprend également que pour obtenir effectivement le balayage des zones Z selon la direction X les modulateurs acousto- optiques 46 des blocs optiques du premier ensemble seront commandés après les modulateurs optiques des blocs optiques du deuxième ensemble pour tenir compte du décalage D selon la direction X. On comprend ainsi que grâce à l'invention, il est possible d'obtenir effectivement un balayage continu de l'ensemble de la zone utile du panneau bien que ce balayage soit réalisé simultanément par six faisceaux laser distincts. De préférence, le déplacement du panneau selon la direction X par les systèmes à vis 18 et 19 se fait de façon continue. Il en résulterait donc pour chaque balayage d'une zone par un faisceau laser que ce balayage ne serait pas réalisé selon la direction Y mais selon une direction Y' faisant un angle a avec cette direction du fait de la composition des déplacements selon les deux directions. L'angle a correspond à la longueur 12 de balayage d'une zone et à la distance selon la direction X référencée r d'un balayage au balayage suivant. Cette distance r correspond à la dimension de l'impact du faisceau laser sur le panneau qui est de l'ordre de 12,7 pm. La tangente de l'angle a correspond donc à r/12. Ces angle est donc faible. Pour éviter ce phénomène, les axes optiques X'X' de chaque bloc optique ne sont pas dirigés selon la direction X du bâti mais font l'angle a avec cette direction. Bien entendu, I'angle a est dans le sens opposé pour les blocs optiques du premier ensemble et les blocs optiques du deuxième ensemble. Sur les figures 5 et 6, on a représenté un mode de réalisation d'un bloc optique 22. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 4 à 6, le modulateur acousto-optique n'est pas monté sur le socle du bloc optique. Les six modulateurs sont montés sur une platine séparée sur laquelle est également fixé le diviseur du faisceau. Cette solution permet d'assurer un positionnement rigoureux des modulateurs acousto- optiques par rapport aux faisceaux laser divisés. Le bloc optique 22 comprend un socle 80 qui est fixé sur la partie supérieure 14 du bâti de la machine par des organes de réglage tels que 82 et 84. Ces organes permettent de rattraper des tolérances de montage et d'introduire l'angle a que doit faire l'axe optique X'X' du bloc optique avec la direction X du bâti. Ces moyens de réglage permettent également de corriger une erreur dans la direction de déplacement X du support par rapport à la direction Y du panneau. Dans ce cas, I'angle introduit entre la direction orthogonale à la direction Y du panneau et l'axe optique XX' est égale à b et tient compte des deux corrections. Le miroir déflecteur 62 est monté sur le socle 80 par l'intermédiaire d'une platine 86 qui permet de régler avec une grande précision la position du miroir 62 par rapport au socle. De même, le miroir polygonal rotatif 50 avec son moteur 54 est fixé sur une platine 88 réglable par rapport au socle 80. Sur ces figures, on a également fait apparaître l'objectif 60 et le miroir 48 déviant le faisceau laser vers le miroir rotatif 50. REVENDICATIONS 1. Machine d'exposition d'un panneau à un rayonnement laser, ledit panneau présentant une longueur utile L selon une première direction Y, ladite longueur L étant divisée en N segments successifs de longueur L/IN, ladite machine se caractérisant en ce qu'elle comprend - un bâti fixe; - un support horizontal de panneau pour recevoir ledit panneau; - des moyens pour déplacer ledit support par rapport au bâti selon une direction X orthogonale à la direction Y du panneau; - des moyens pour élaborer N faisceaux laser principaux; - des moyens pour moduler dans le temps chaque faisceau principal; et - N blocs optiques fixes par rapport audit bâti présentant un axe optique selon une direction sensiblement orthogonale à la direction Y, chaque bloc optique comprenant: : des moyens par déviation pour élaborer périodiquement à partir d'un faisceau principal un faisceau continûment dévié et modulé dans le temps, dirigé selon l'axe optique dudit bloc optique. * un miroir déflecteur pour diriger ledit faisceau laser dévié selon une direction verticale vers ledit support de panneau, la longueur Il dudit miroir déflecteur selon la direction orthogonale à l'axe optique dudit bloc, susceptible d'être frappée par ledit faisceau, à chaque période, étant supérieure à L/N; - lesdits blocs optiques étant répartis en deux ensembles de blocs optiques chaque ensemble comprenant N/2 blocs si N est pair et + et N2 blocs si N est impair, les blocs d'un même ensemble étant 2 2 juxtaposés selon la direction Y de telle manière que leurs miroirs déflecteurs soient sensiblement alignés selon la direction Y, la distance selon la direction X entre les miroirs réflecteurs des deux ensembles étant égale à D, la distance selon la direction Y entre les axes optiques de deux blocs optiques juxtaposés d'un même ensemble étant égale à 2L/N et la distance selon la direction Y entre l'axe optique d'un bloc d'un ensemble et l'axe optique d'un bloc optique de l'autre ensemble lui étant le plus proche étant égale à L/N, par quoi le faisceau laser dévié émis par un bloc optique peut balayer une longueur Il supérieure à la longueur du segment à balayer effectivement, le faisceau laser dévié pouvant ainsi être commandé pour balayer le segment du panneau de sa première extrémité à sa deuxième extrémité. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens par déviation de chaque bloc optique comprennent: - un miroir polygonal rotatif à n facettes pour dévier de façon continue dans un même plan ledit faisceau pendant des périodes fixes successives correspondant auxdites facettes et - des moyens formant objectif pour focaliser et diriger le faisceau dévié successivement par chaque facette du miroir polygonal selon la direction dudit axe optique et dans un même plan contenant la direction Y. 3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de modulation dans le temps comprennent un modulateur acousto-optique recevant ledit faisceau principal et délivrant à sa sortie ledit faisceau modulé dans le temps. 4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit modulateur acousto-optique comprend des moyens de commande pour que, pour chaque période de balayage, le premier point d'impact du faisceau laser vertical sur le panneau coïncide avec l'origine du segment correspondant au bloc optique considéré. 5. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que: - les moyens de déplacement du support de panneau selon la direction X déplacent ledit support de façon continue avec une vitesse constante; et - en ce que ladite direction de l'axe optique de chaque bloc optique fait un angle a avec une direction orthogonale à la direction Y pour compenser l'effet du déplacement continu du support selon la direction X. 6. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que: - les moyens de déplacement du support de panneau selon la direction X déplacent ledit support de façon continue avec une vitesse constante et - en ce que ladite direction de l'axe optique de chaque bloc optique fait un angle b avec une direction orthogonale à la direction Y pour compenser l'effet du déplacement continu dudit support selon la direction X et pour compenser l'erreur de perpendicularité de la direction de déplacement X avec la direction Y.