本發(fā)明屬于印刷電路板行業(yè)無掩模光刻技術(shù)領(lǐng)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(shù)：

數(shù)字微鏡器件（如TI公司的DMD）是一個由許多微鏡鏡面構(gòu)成的長方形陣列，無掩模光刻系統(tǒng)采用特定頻率的激光照射DMD，通過控制小微鏡的旋轉(zhuǎn)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(yè)生產(chǎn)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(wěn)定的投影。由于光刻膠需要一定的曝光強(qiáng)度和時間，所以圖像一般是按照1個像素步進(jìn)分割形成曝光幀數(shù)據(jù)。在實際的光刻工業(yè)生產(chǎn)中，一般需要進(jìn)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(shù)據(jù)，其中存在大量的數(shù)據(jù)冗余，不僅耗費上位機(jī)空間，而且嚴(yán)重浪費上位機(jī)計算資源。

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

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)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(yù)處理速度，減少生成的曝光幀數(shù)據(jù)的冗余，從而提高光刻系統(tǒng)的整體效率。

為了實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明的技術(shù)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(jī)將待曝光的BMP位圖，進(jìn)行無效信息的切割，所述的無效信息為沒有目標(biāo)圖像信息的空白邊角；

2）進(jìn)行BMP位圖中的相似區(qū)域的圖形分割，或者提取原始矢量圖中的批量生產(chǎn)等信息，根據(jù)BMP位圖的具體大小和相似區(qū)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(yīng)位置生成標(biāo)識孔；

3）根據(jù)步驟2）確定的N組DMD所對應(yīng)的N塊區(qū)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(qū)域按像素步進(jìn)切割，生成一份曝光幀數(shù)據(jù)，生成耗時僅為已有方法的1/N，曝光幀數(shù)據(jù)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(jī)調(diào)整N組DMD到對應(yīng)N個區(qū)域的左上角，以標(biāo)識孔為準(zhǔn)進(jìn)行對位調(diào)整；

5）將步驟3）中生成的曝光幀數(shù)據(jù)同時傳入N組DMD中，然后N組DMD保持相對位置不變，同時進(jìn)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(zhuǎn)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(shù)獲取相似區(qū)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(shù)；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(shù)據(jù)也要進(jìn)行相應(yīng)的分割。

所述的標(biāo)識孔是由計算機(jī)在BMP位圖上相應(yīng)位置生成的200*200大小像素的黑色十字標(biāo)識。

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

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

本發(fā)明的有益效果是：

1）對BMP位圖進(jìn)行切邊處理，去除位圖邊緣的空白，能減少曝光幀數(shù)據(jù)中的無效數(shù)據(jù)；

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

3）使用多組DMD進(jìn)行掃描，提高了整幅BMP位圖的曝光效率。

為了便于說明本發(fā)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(chǎn)PCB的BMP位圖，其最小的單元電路圖大小約1265x1305像素，使用傳統(tǒng)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(shù)據(jù)有129312幀圖像，占用約31.949GB的上位機(jī)存儲，假定上位機(jī)每秒可處理生成1000幀圖像，其數(shù)據(jù)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(fā)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(shù)據(jù)有4492幀圖像，占用約1.08GB上位機(jī)存儲，數(shù)據(jù)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(fā)明的方法相較傳統(tǒng)方法，在曝光數(shù)據(jù)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(fā)明的BMP位圖無效區(qū)域的切割示意圖。

圖2 是本發(fā)明的用于批量曝光的BMP位圖相似區(qū)域分割說明。

圖3 是本發(fā)明的對一個圖像區(qū)域生成一份曝光幀數(shù)據(jù)的示意圖。

圖4是本發(fā)明的多組DMD的曝光起始位置示意圖。

圖5是本發(fā)明的多組DMD的曝光軌跡示意圖。

圖6是本發(fā)明的針對一組多個DMD的位圖分割區(qū)域示意圖。

圖7是本發(fā)明的有效性說明圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步敘述。

如圖1所示，本發(fā)明首先將待曝光的BMP位圖1進(jìn)行處理，把有效信息區(qū)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(qū)域的左邊和上邊有iw寬度的對位區(qū)域，用來進(jìn)行鏡頭對位標(biāo)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(jìn)行批量曝光生產(chǎn)。根據(jù)這個特點，使用數(shù)字圖像處理中的相似區(qū)域檢測技術(shù)，將BMP位圖中的有效區(qū)域進(jìn)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(qū)域，每個區(qū)域包含整數(shù)個電路布線圖，即位圖區(qū)域5和其他N-1塊區(qū)域完全相同。在每個區(qū)域的左上角左邊pw寬度處生成一個標(biāo)識孔，標(biāo)識孔直徑一般200px左右，中間有5px寬的十字標(biāo)識，用于曝光開始前的鏡頭對位校準(zhǔn)。

如圖2、圖3所示，本發(fā)明中曝光幀數(shù)據(jù)的生成，只需要將N個區(qū)域中的一個區(qū)域5進(jìn)行像素步進(jìn)切割。設(shè)定位圖區(qū)域5的左上角為坐標(biāo)原點，數(shù)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(zhuǎn)，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(qū)域5的像素步進(jìn)切割是沿著圖3中的軌跡10所示進(jìn)行的。

如圖4所示，根據(jù)標(biāo)識孔的位置提前調(diào)整校準(zhǔn)鏡頭和數(shù)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(zhǔn)鏡頭去校準(zhǔn)DMD的起始位置。利用標(biāo)識孔，將N組DMD調(diào)整到圖4中對應(yīng)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(jī)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(shù)據(jù)發(fā)送到N組數(shù)字微鏡DMD里面，每組DMD接收的數(shù)據(jù)完全相同；N組DMD保持圖4中調(diào)整好的相對位置不變，同時按照軌跡12所示進(jìn)行掃描曝光。掃描過程中DMD移動的速度必須和曝光幀數(shù)據(jù)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(fā)明的方法的曝光幀數(shù)據(jù)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(qū)域5的像素步進(jìn)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(yīng)著曝光軌跡16，DMD 14 對應(yīng)著曝光軌跡17，DMD15對應(yīng)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(jìn)行BMP位圖的切割、傳輸和曝光。

按照本發(fā)明的方法，若采用N組每組m個DMD進(jìn)行曝光，BMP位圖生成曝光幀數(shù)據(jù)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)。