Brevet FR2919397A1 — publié le 20090130

La présente invention a pour objet une source linéaire de lumière collimatée homogène et mobile et une machine d'exposition de panneaux de circuit imprimé mettant en oeuvre une telle source lumineuse. Les machines d'exposition pour panneaux de circuit imprimé qui permettent d'insoler à travers un ou plusieurs clichés la ou les faces du panneau de circuit imprimé pour définir la géométrie des pistes conductrices de ce panneau sont en soi bien connues. Une telle machine qui permet la réalisation simultanée de l'insolation des deux faces du panneau est décrite notamment dans le brevet européen EP 0 618 505 au nom de la demanderesse. Dans la machine décrite par ce brevet, la lumière qui traverse les clichés pour insoler les faces du panneau de circuit imprimé est produite par une source de lumière fixe unique qui est renvoyée de façon perpendiculaire et homogène sur les clichés par des jeux de systèmes optiques. Cette conception de source lumineuse est très efficace et elle permet d'obtenir une très bonne définition de l'image du cliché ou des clichés sur la ou les faces du panneau de circuit imprimé. Cependant, de tels systèmes de fourniture d'énergie lumineuse présentent l'inconvénient de produire des échauffements importants et donc il est nécessaire d'équiper la machine d'exposition de moyens puissants de refroidissement qui peuvent, dans certains cas, en augmenter sensiblement le volume et bien sûr le coût. La demande de brevet européen EP 1 245 998 au nom de la demanderesse décrit également divers modes de réalisation de sources lumineuses pour machines d'exposition. Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé dans la demande de brevet PCT WO 2006/064363 de réaliser la source lumineuse 30 de la manière suivante : la source lumineuse est constituée par une barre de sources lumineuses unitaires qui est montée sur un support mécanique déplacé selon une des longueurs du panneau de circuit imprimé. Pour obtenir le taux de collimation nécessaire, les sources lumineuses unitaires 35 constituées par des diodes électroluminescentes (LED) émettant dans l'ultraviolet sont équipées d'un système de collimation constitué par un ensemble de lentilles interposées entre chaque LED et la surface du panneau. Les LED sont montées au fond d'un logement qui est obturé par le système de lentilles. Cette disposition, d'une part ne permet pas d'obtenir réellement le taux de collimation souhaité, et d'autre part, ce montage entraîne un échauffement important et rapide des diodes électroluminescentes confinées dans cet espace clos, ce qui est très défavorable au bon rendement et à la durée de vie de celles-ci. Un premier objet de l'invention est de fournir une source linéaire de lumière collimatée homogène mobile qui remédie aux inconvénients rappelés ci-dessus. Pour atteindre ce but selon l'invention, la source linéaire de lumière collimatée homogène et mobile est caractérisée en ce qu'elle comprend : - un support mobile présentant une surface support s'étendant 15 selon des directions orthogonales X et Z, ladite surface support étant allongée selon la direction X ; - des moyens pour déplacer ledit support selon la direction Y ; - N diodes électroluminescentes (LED) sensiblement identiques montées sur ledit support et disposées régulièrement selon au moins une 20 ligne s'étendant selon la direction X, le faisceau lumineux émis par chaque diode ayant un axe de direction Y orthogonal aux directions X et Z ; et - N réflecteurs optiques, chaque réflecteur optique ayant une face réfléchissante en forme de portion de demi-paraboloïde de révolution dont l'axe de révolution s'étend selon la direction Z, chaque diode 25 électroluminescente étant disposée au foyer d'un réflecteur parabolique avec sa face active tournée vers ledit réflecteur, par quoi le faisceau lumineux émis par une diode électroluminescente (LED) est réfléchi selon la direction Z. On comprend que dans ce système, chaque source lumineuse 30 unitaire est constituée par une diode électroluminescente associée à un réflecteur optique en forme de portion de demi-parabole de révolution dont l'axe de révolution s'étend selon une direction qui est orthogonale au faisceau lumineux émis par chaque diode électroluminescente. On obtient ainsi une excellente qualité de collimation du faisceau lumineux émis par 35 chaque diode électroluminescente grâce au réflecteur. En outre, on évite l'utilisation de systèmes de lentilles qui altèrent le rendement lumineux des diodes et qui, de par leur configuration, sont susceptibles d'entraîner un échauffement important. De préférence, la source comprend n lignes de diodes électroluminescentes sensiblement parallèles. De préférence également, la source est caractérisée en ce que, dans chaque ligne de diodes électroluminescentes, le pas entre deux diodes électroluminescentes adjacentes selon la direction X est égal à p et en ce qu'une diode de rang donné est décalée, selon la direction X, par rapport à la diode électroluminescente de même rang appartenant à une ligne adjacente d'une distance p/(n+1). De préférence encore, la source lumineuse est caractérisée en ce qu'un espace libre est ménagé sur la surface support entre deux lignes adjacentes de réflecteurs et en ce que des éléments de refroidissement sont montés sur ledit support dans lesdits espaces. Selon un mode préféré de mise en oeuvre, la source lumineuse est caractérisée en ce qu'au moins 50 % du flux lumineux réfléchi par chaque réflecteur présente un angle de collimation par rapport à la direction Z inférieur à 2 degrés. De préférence, la source lumineuse est caractérisée en ce que lesdites diodes émettent dans l'ultraviolet. De préférence encore, la source est caractérisée en ce que les moyens de déplacement dudit support comprennent des moyens moteurs et des moyens de commande des moyens moteurs. Selon des modes de réalisation, les moyens de commande provoquent un déplacement du support à une vitesse constante déterminée en fonction de la sensibilité du matériau à insoler et du flux lumineux moyen émis par les diodes qui diminue lors de leur vieillissement naturel ou bien les moyens de commande comprennent en outre un capteur de température des diodes électroluminescentes et la vitesse de déplacement du support est fonction de la température des diodes. Le dernier de ces modes de réalisation permet de compenser l'altération du rendement des diodes électroluminescentes au fur et à mesure de leur échauffement dû à leur fonctionnement. Un deuxième objet de l'invention est de fournir une machine d'exposition de panneaux de circuit imprimé ou analogues utilisant la source lumineuse définie ci-dessus. Pour atteindre ce but, la machine d'exposition de panneaux de circuit imprimé ou analogues comprend au moins un support de cliché disposé en regard du panneau muni d'un cliché et au moins une source lumineuse du type mentionné ci-dessus, le support de cliché étant disposé entre ladite source lumineuse et ledit panneau, ladite source lumineuse étant déplacée dans un plan parallèle au panneau selon la direction d'un des côtés de celui-ci. 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 : - les figures 1A à 1C montrent la source lumineuse unitaire avec sa diode électroluminescente et son réflecteur respectivement en vue de face, en vue de côté et en vue de haut ; - la figure 2 est une vue en perspective de la source lumineuse unitaire ; - la figure 3 est une vue montrant le tracé des rayons lumineux réfléchis par le réflecteur de la source lumineuse unitaire ; - la figure 4 montre un mode d'association en ligne de plusieurs 20 sources lumineuses unitaires ; - la figure 5A montre un arrangement de sources lumineuse unitaires monté sur un support mécanique mobile ; - la figure 5B est une coupe selon le plan BB de la figure 5A ; - la figure 6 est une vue de dessus simplifiée d'une machine 25 d'exposition utilisant une source lumineuse linéaire du type montré par les figures 1 à 5 ; - la figure 7 est une vue en coupe selon la ligne VII-VII de la figure 6 ; et - la figure 8 est un diagramme montrant les fluctuations de 30 l'énergie lumineuse appliquée au panneau après son exposition en fonction de la position sur le panneau selon la direction X. En se référant d'abord aux figures 1A à 1C et 2, on va décrire la source lumineuse unitaire selon l'invention. Cette source est essentiellement constituée par une diode 35 électroluminescente 12 émettant de préférence dans le domaine des ultraviolets et par un réflecteur 14, l'ensemble étant fixé sur un support 16. Le réflecteur 14 a la forme d'une portion de semi-surface parabolique de révolution. D'après les repères des figures 1A à 1C, le support 16 est disposé dans un plan XZ, l'axe de révolution du réflecteur parabolique s'étend selon la direction Z et le centre de la face émettrice 12a de la diode électroluminescente est disposé au foyer F du paraboloïde que constitue le réflecteur 14. Sur la figure 3, on a représenté en perspective les rayons R qui sont réfléchis par le réflecteur 14 après émission par la diode électroluminescente 12. On voit que la quasi-totalité des rayons réfléchis R sont parallèles à la direction Z, ce qui montre bien que l'on a une très bonne collimation des faisceaux lumineux. En outre, on observe bien sûr que la direction du faisceau lumineux constitué par les rayons R est orthogonale à la direction Y, c'est-à-dire la direction perpendiculaire à la face active 12a de la diode électroluminescente. Les essais réalisés montrent que plus de 50% des rayons du faisceau réfléchi font un angle inférieur à 2 degrés avec la direction Z. Il est possible, avec les composants connus, d'avoir une distance focale de l'ordre de 5 mm, ce qui est bien supérieur à la distance focale obtenue avec les systèmes à lentilles et permet d'obtenir, comme on l'a déjà indiqué, une très bonne collimation du faisceau réfléchi. En outre, du fait de la position du réflecteur 14 par rapport à la surface émettrice 12a de la diode électroluminescente 12, même le flux émis dans l'axe Y de la LED 12 est réfléchi par le réflecteur 14 et est donc correctement collimaté. On comprend de plus que pour obtenir cette collimation, on utilise uniquement le réflecteur 14 sans interposition de quelque système de lentilles que ce soit. Sur la figure 4, on a représenté en perspective la réalisation d'une ligne de sources lumineuses unitaires référencées 10;. Sur le support 16' sont bien sûr montés les réflecteurs 14 et les diodes électroluminescentes 12i associées aux réflecteurs unitaires. Sur les figures 5A et 5B, on a représenté une source lumineuse linéaire réalisée à partir de sources lumineuses unitaires 10i. Dans ce mode de réalisation particulier, on retrouve quatre lignes de sources lumineuses unitaire L1, L2, L3 et L4, les lignes étant parallèles entre elles. Chaque ligne est de préférence constituée, comme cela était montré sur la figure 4, c'est-à-dire par un alignement de sources lumineuses unitaires 10; fixées sur le support 16'. Ce support 16', comme le montre mieux la figure 5B, est monté sur un support global 30 de telle manière que les supports de ligne 16' soient orthogonaux au support global 30. Ainsi, les faisceaux lumineux réfléchis sont orthogonaux au support global 30. Pour permettre le refroidissement de la source lumineuse ainsi constituée, des éléments radiateurs 32, 34, 36 et 38 sont interposés entre deux lignes consécutives de sources lumineuses unitaires. En outre, comme le montre la figure 5A, les lignes de source unitaire sont décalées de 1/5ème de pas dans le cas où on a quatre lignes de source lumineuse unitaire de façon à optimiser le recouvrement des spots lumineux et donc l'uniformisation selon la direction X. Plus généralement, si on a n lignes de sources unitaires et si p est le pas entre deux sources unitaires adjacentes, le décalage est égal à p/(n+1). Dans l'exemple considéré, un espace de 20 mm est réservé entre chaque ligne de réflecteur pour placer les radiateurs 32, 34, 36 et 38. La source lumineuse linéaire ainsi obtenue est effectivement homogène et les faisceaux lumineux émis sont collimatés avec une grande précision. Lorsque la source lumineuse portant la référence générale 40 représentée sur les figures 5A et 5B est déplacée selon la direction Y, le décalage entre les lignes L1 à L4 de source lumineuse unitaire assure une grande homogénéité de l'énergie lumineuse selon la direction X. Les essais réalisés montrent que la collimation de l'ensemble de la source est très semblable à celle d'une source unitaire. Comme on l'a indiqué, les zones intermédiaires constituées par les supports 16' et les systèmes de radiateurs créent une discontinuité du faisceau lumineux global émis par la source selon la direction Y. Cependant, on comprend que comme la source lumineuse 40 est déplacée selon la direction Y, globalement chaque point d'une surface recevant le faisceau lumineux global émis par la source 40 reçoit une énergie lumineuse sensiblement identique. En se référant maintenant aux figures 6 et 7, on va décrire de 35 façon simplifiée un mode préféré de réalisation d'une machine d'exposition pour panneaux de circuit imprimé utilisant la source lumineuse 40 représentée sur les figures 5A et 5B. La machine d'exposition 50 comprend, comme cela est bien connu, un support de cliché supérieur 52 et un support de cliché inférieur 54 entre lesquels est disposé le panneau de circuit imprimé à insoler P. Sur les faces internes 52a et 54a des vitres des supports de cliché 52 et 54 sont fixés les clichés eux-mêmes 56 et 58. En outre, un joint d'étanchéité périphérique 60 est monté entre les cadres 62 et 64 des supports de cliché 52 et 54. Ainsi, comme cela est bien connu, en créant un vide entre les supports de cliché 52 et 54 et le joint 60, on peut ainsi plaquer les clichés 56 et 58 contre les faces du panneau de circuit imprimé P. Sur les figures 6 et 7, on a repris le même système de coordonnées orthogonales que sur les figures 5A et 5B. En conséquence, les supports de cliché 52 et 54 s'étendent dans des plans XY qui sont donc orthogonaux à la direction Z. En outre, dans l'exemple représenté sur les figures 6 et 7, la machine d'exposition permet l'insolation simultanée des deux faces du circuit imprimé P. Il va de soi qu'on pourrait également réaliser une machine d'insolation simple face c'est-à-dire permettant seulement d'insoler une des faces du circuit imprimé. On trouve deux sources lumineuses respectivement supérieure 40a et inférieure 40b, chacune de ces sources lumineuses étant du type représenté sur les figures 5A et 5B. Les extrémités du support mécanique 30 de chaque source lumineuse coopèrent avec des rails de guidage 64 et 66 qui s'étendent de chaque côté des supports de cliché selon la direction Y. Il en va bien sûr de même pour la source lumineuse inférieure 40b avec les rails de guidage 64' et 66'. Des moteurs d'un type convenable tels que 68, 70 pour la source supérieure et 72, 74 pour la source inférieure permettent de définir avec une grande précision le déplacement des sources lumineuses 40a et 40b selon la direction Y. De préférence, la distance cl entre les supports 30 des sources lumineuses 40a et 40b et les faces du panneau est de l'ordre de 200 mm. Les moteurs 68, 70 et 72, 74 sont commandés par un ensemble de commande 76. Bien entendu, les sources supérieure 40a et inférieure 40b pourraient être mécaniquement reliées entre elles. Dans ce cas, il suffirait de prévoir un seul moteur de déplacement. Grâce au système de commande 76, il est donc possible de commander la vitesse de déplacement des sources lumineuses 40a et 40b, ce qui permet d'adapter la densité de flux lumineux reçue par chaque surface élémentaire des faces du panneau du circuit imprimé P à travers les clichés 56 et 58. Il est connu que, au fur et à mesure de leur utilisation, la température des diodes électroluminescentes unitaires 12 tend à augmenter. Or, le rendement lumineux des diodes électroluminescentes est très sensible à la température de fonctionnement. Malgré la présence des radiateurs, la température des diodes varie lors du déplacement de la source selon la longueur du panneau à insoler. Il est donc intéressant de prévoir des capteurs de températures disposés convenablement dans les lignes L1 à L4 de la source lumineuse 40a ou 40b. La mesure effectuée par les capteurs de températures T est transmise au système de commande 76 des moteurs de déplacement des sources lumineuses. Il est ainsi possible de moduler la vitesse de déplacement des sources en fonction de la température relevée. En particulier, si cette température augmente, ce qui est bien sûr le cas, la vitesse de déplacement des sources lumineuses sera diminuée pour compenser la diminution de la puissance lumineuse des diodes électroluminescentes 12. Pour uniformiser le flux lumineux reçu par chaque surface élémentaire du panneau de circuit imprimé, il est également possible de prévoir que pour chaque opération d'insolation, la source lumineuse fasse plusieurs aller-retour, ce qui permet d'assurer une grande homogénéité de puissance lumineuse reçue par le panneau selon la direction Y. La figure 8 montre la puissance PU ponctuelle (en %) reçue par le panneau de circuit imprimé en fonction de la position selon la direction X du panneau lumineux. La figure 8 montre qu'on obtient une très bonne uniformité du flux lumineux. De préférence, chaque diode électroluminescente 12 comporte son propre circuit d'alimentation électrique réglable 80 (voir fig. 1B) à partir d'une alimentation générale. Ainsi, il est possible, dans une phase initiale de calibrage de la source lumineuse, de compenser par le niveau d'alimentation électrique les disparités possibles entre les diodes de la puissance lumineuse émise par celles-ci. Le réglage de chaque alimentation est maintenu lors de l'utilisation ultérieure de la machine jusqu'à la mise en oeuvre éventuelle 5 d'une nouvelle opération de calibrage. Il est également possible de monter sur chaque support de cliché un ou plusieurs capteurs lumineux 82 (voir fig. 6 et 7) pour réaliser une mesure moyenne de la puissance lumineuse produite par la source lumineuse et appliquée sur les faces du panneau. Cette mesure permet de 10 compenser la diminution du rendement des diodes due à leur vieillissement. Le signal délivré par les capteurs 82 est traité et appliqué au circuit de commande 76 du ou des moteurs des sources lumineuses 40a, 40b. On peut ainsi diminuer la vitesse de déplacement des sources pour compenser la diminution de puissance lumineuse. REVENDICATIONS 1. Source linéaire de lumière collimatée homogène et mobile, caractérisée en ce qu'elle comprend : - un support mobile présentant une surface support s'étendant selon des directions orthogonales X et Z, ladite surface support étant allongée selon la direction X ; - des moyens pour déplacer ledit support selon la direction Y ; - N diodes électroluminescentes (LED) sensiblement identiques montées sur ledit support et disposées régulièrement selon au moins une ligne s'étendant selon la direction X, le faisceau lumineux émis par chaque diode ayant un axe de direction Y orthogonal aux directions X et Z ; et - N réflecteurs optiques chaque réflecteur optique ayant une face réfléchissante en forme de portion de demi-paraboloïde de révolution dont l'axe de révolution s'étend selon la direction Z, chaque diode électroluminescente étant disposée au foyer d'un réflecteur parabolique avec sa face active tournée vers ledit réflecteur, par quoi le faisceau lumineux émis par une diode électroluminescente (LED) est réfléchi selon la direction Z. 2. Source selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend n (n >1) lignes de diodes électroluminescentes. 3. Source selon la revendication 2, caractérisée en ce que dans chaque ligne de diodes électroluminescentes, le pas entre deux diodes électroluminescentes adjacentes selon la direction X est égal à p et en ce qu'une diode de rang donné est décalée, selon la direction X, par rapport à la diode électroluminescente de même rang appartenant à une ligne adjacente d'une distance p/(n+1). 4. Source lumineuse selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce qu'un espace libre est ménagé sur la surface support entre deux lignes adjacentes de réflecteurs et en ce que des éléments de refroidissement sont montés sur ledit support dans lesdits espaces. 5. Source lumineuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'au moins 50% du flux lumineux réfléchi par chaque réflecteur présente un angle de collimation par rapport à la direction Z inférieur à 2 degrés. 6. Source lumineuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que lesdites diodes émettent dans l'ultraviolet. 7. Source selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les moyens de déplacement dudit support comprennent des moyens moteurs et des moyens de commande des moyens moteurs. 8. Source selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdits moyens de commande provoquent un déplacement du support à vitesse 10 constante. 9. Source selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdits moyens de commande comprennent un capteur de la température des diodes électroluminescentes et en ce que la vitesse de déplacement du support est fonction de la température des diodes. 15 10. Source selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que chaque diode possède sa propre alimentation électrique réglable. 11. Machine d'exposition de panneaux de circuit imprimé ou analogues comprenant : 20 - au moins un support de cliché disposé en regard dudit panneau muni d'un cliché ; et - au moins une source lumineuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, ledit support de cliché étant disposé entre ladite source et ledit panneau, ladite source étant déplacée dans un plan 25 parallèle au panneau selon la direction d'un des côtés du panneau. 12. Machine d'exposition selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre au moins un capteur lumineux pour mesurer la puissance moyenne lumineuse produite par la source ou les sources lumineuses et des moyens pour modifier la vitesse de 30 déplacement de ladite ou desdites sources en fonction de la mesure dudit capteur.