紫外线曝光机灯源系统设计
复眼式UV-LED面光源的曝光机平行光系统
复眼式UV-LED面光源的曝光机平行光系统闵秀红【摘要】印制电路板生产设备紫外线曝光机的光源系统，其能耗大、使用维护成本高、含汞等缺陷，在倡导节能环保的当今，业界一直致力于改进。
UV-LED面光源作为新一代绿色环保紫外线光源，为印制电路板曝光领域带来革命性的变化。
文章通过分析传统平行光紫外曝光机光学系统特点，设计了一种平行光紫外线曝光机适用的UV-LED面光源系统，UV-LED灯珠光功率利用率大幅提高，光照均匀性优良，并且不改变曝光机结构的情况下，可直接安装使用。
实验表明，采用了复眼式阵列光学透镜结构设计的UV-LED面光源系统，完全可替代传统平行光紫外曝光机光源。
%The light source system of ultraviolet exposure machine which is the PCB production equipment, has high energy consumption, high using and maintenance costs, mercury and other defects. To promote energy-saving environmental protection industry today, the industry has been working to improve. UV-LED surface light source as a new generation of green ultraviolet light source, brings the revolutionary change for the PCB exposure ifeld. In this paper, through the analysis of features of the traditional collimated light ultraviolet exposure machine, it designed a kind of UV-LED surface light source system for the collimated light ultraviolet exposure machine, a substantial increase in UV-LED light pearl power efifciency, illumination uniformity is good, and does not change the exposure machine structure, can be directly installed. Experiments show that, the UV-LED surface light source system using the optical lensstructure of lfy's eye array can completely replace the traditional collimated l light ultraviolet exposure machine light source.【期刊名称】《印制电路信息》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】5页(P33-37)【关键词】紫外发光二极管;紫外曝光机;复眼透镜;平行光【作者】闵秀红【作者单位】深南电路有限公司，广东深圳 518117【正文语种】中文【中图分类】TN411 引言印制电路板紫外线平行光曝光机的光源一般采用高压球形汞灯（短弧氙气汞灯），单支灯管功率达5 kW，寿命只为800 h至1 000 h，加上每次使用前需先预热，因此实际有效使用时间远低于800 h。
紫外线消毒系统的设计及优化
紫外线消毒系统的设计及优化随着科技的不断进步和人们卫生意识的不断提高，紫外线消毒系统已成为许多场所必备的消毒设备。
在医院、实验室、酒店、餐饮等领域，紫外线消毒系统被广泛应用，有效地消灭了细菌、病毒、真菌等各种病原体，保障人们的健康和安全。
本文将介绍紫外线消毒系统的设计及优化方法，帮助读者更好地了解这一先进技术，为实际应用提供参考。
一、紫外线消毒系统的原理和结构紫外线消毒系统是利用紫外线对细菌等微生物的破坏作用，直接或间接破坏细胞内蛋白质和核酸，导致微生物的死亡。
其主要由功率控制器、灯管和反射器组成，其中灯管是紫外线消毒系统的核心部件。
紫外线消毒系统一般分为开放式和密闭式两种，开放式系统适用于空气和水的消毒，密闭式系统适用于定向光源的紫外线消毒，这里不再详细介绍。
二、紫外线消毒系统的设计要点（一）确定细菌数量和灭菌效果在设计紫外线消毒系统之前，需要先确定被消毒物的种类和数量，并分析其中存在的各种细菌种类和数量。
在此基础上，可以选择适当的灯管型号和功率，以及安装数量和位置，达到预期的灭菌效果。
（二）选择合适的灯管和反射器灯管是紫外线消毒系统的核心部件，其性能直接关系到系统的消毒效果。
在选择灯管时，需要考虑其波长、辐射强度、使用寿命和价格等因素。
同时，反射器的材料和形状也要针对不同场合进行优化。
（三）控制功率和保护安全紫外线消毒系统的功率控制是关键之一，过大的功率可能会对设备和人员造成不良影响，过小则无法达到预期的消毒效果。
因此，需要合理设置功率控制器和监控系统，确保系统安全稳定地运行。
（四）优化使用方式和周期紫外线消毒系统的使用方式和周期也是影响消毒效果的关键因素之一，有关部门需要针对不同行业和场所进行规范和指导。
同时，需要考虑到紫外线灯管的寿命和频繁使用对系统的影响，避免过度消毒或不足消毒的现象。
三、紫外线消毒系统的优化方法（一）提高反射率和反射平均性在紫外线消毒系统中，反射器的材质和制作工艺对于反射率和反射平均性有非常大的影响。
紫外线LED照明装置的设计与优化
紫外线LED照明装置的设计与优化一、引言随着科技的发展，LED照明逐渐成为人们家庭、商业以及公共场所的主流照明方式。
而随着技术的发展和对环境保护意识的日益增强，LED照明的研究和开发也逐渐向更加节能、环保、高效的方向发展。
其中，紫外线LED照明装置成为近年来照明技术的重要研究方向。
该文章将重点介绍紫外线LED照明装置的设计与优化。
二、紫外线LED照明装置的概述紫外线LED照明装置是指采用紫外线LED作为光源的照明设备。
紫外线（UV）是指波长在100nm~400nm之间的电磁辐射，可分为UVC（100nm~280nm）、UVB（280nm~320nm）和UVA （320nm~400nm）三种。
目前使用较多的是UVA波段的紫外线LED。
紫外线LED照明装置具有多种优点，如高效、节能、环保、寿命长等。
同时，它也具有一些特殊的应用领域。
三、紫外线LED照明装置的设计方法针对不同的应用领域和设计需求，紫外线LED照明装置的设计方法也各不相同。
以下是两种常见的设计方法：1.光纤收束法利用光纤和高聚物等材料，将紫外线LED照射出的光束聚焦到特定的区域。
该方法可实现精确的定位和控制，适用于需要精细处理的场合。
2.面发光法直接将紫外线LED固定在均匀的面板上，让光线在面板上均匀散发。
该方法成本低、易于制造，适用于大面积的照明场所。
四、紫外线LED照明装置的优化紫外线LED照明装置的优化主要是针对其效率和稳定性进行的。
以下是两种常用的优化方法：1.外延材料的优化外延材料是制造LED芯片的核心，它的质量直接影响LED灯的效率和寿命。
目前，研究者通过优化外延材料中的杂质元素等技术手段，提高了紫外线LED灯的效率和稳定性。
2.光学系统的优化光学系统是紫外线LED照明的关键组成部分，它的设计和优化直接影响LED灯的照射强度和均匀性。
针对不同的应用场景，设计者可以通过改变反射镜、透镜等光学元件的形状、数量和位置，实现紫外线LED照明的优化。
紫外曝光机均匀照明系统的设计与研究
紫外曝光机均匀照明系统的设计与研究＊刘鹏飞，杨波，陆侃【摘要】摘要：紫外曝光机是印刷线路板（PCB）制作工艺中的重要设备，PCB高密度、微细化的发展趋势，对曝光机光照均匀性，平行性的要求越来越高。
为了找出可以更好满足市场需求的曝光机光学系统，运用非成像光学方法，对两种不同光学结构曝光机的光斑均匀性进行了对比分析。
通过实验可以看出，在通光孔径较大的光学系统中，复眼透镜阵列和方棒对改善系统光照均匀性以及能量利用率的作用，在实验基础上对如何选择光学系统的匀光器件做了对比性阐述。
【期刊名称】光学仪器【年(卷),期】2012(034)002【总页数】6【关键词】印刷线路板（PCB）；紫外曝光机；复眼；方棒引言近些年来，智能手机、平板电脑、微型投影仪等等一些高科技电子产品越来越多地出现在人们的视野，影响着人们的日常生活、工作和学习。
人们对这些产品的性能要求也越来越高，所以作为其中核心部件的PCB电路板的性能也在不断提高，高密度、微细化成为PCB目前的主要发展趋势。
PCB的线路制作工艺中，一个重要的环节就是利用光学曝光的方法进行光刻胶片与印制板间的图像转移，而曝光机是实现图像转移的关键设备，印刷电路板的质量、精度等问题很大程度上取决于曝光质量。
在晒版的有效曝光面积内，紫外线的平行度、能量均匀度又决定了系统的曝光质量［1］。
文中重点研究了PCB紫外曝光机光学系统的光照均匀性问题。
在现有光学系统的基础上，对两种匀光系统进行实验性分析比较，通过光学软件仿真模拟，对比得出好的设计方案。
1 曝光机光学系统组成及其工作原理传统曝光机光学系统主要由光源（高压球形汞灯）、椭球面反光杯、冷光镜、透射式复眼透镜阵列、二向色镜和球面平行光反射镜组成，如图1所示。
光源发出的光被椭球面反光杯聚焦后，经冷光镜反射到复眼透镜阵列场镜，从投影镜出射的光到达二向色镜，光谱中的紫外部分被50%透射，50%反射后，到达两块对称分布的大面积球面平行反光镜，被准直反射到晒板上对PCB板进行曝光。
紫外线曝光机灯源系统设计
因此 ，为保证 灯 的正 常工 作 ，必须在 灯箱 中设 计冷 却 系 统来控 制灯 管 周 围的温度 。本 文 主要讲 述曝 光机 光
源 系统 的调光 电路 ，以及灯 管 的冷ห้องสมุดไป่ตู้却控 制 。
制 系统 四大 部分 口 ］ 要机 构 有 ：双 晒架 由电机 正 反 。主
ｏｆＰＣＢ， ｈ ａ ｐ ｓ ｕ ｃ ｓｔ ｅｐ ｉ ａ ａ ｔ ｒａ ｆｃ ｓｔ ｘ ｓ ｒ ｕ ｌｔ．Ｔｈ ｓａｔｃｅ ｐ ｏ ｉ ｅ ｎ ｐ ｗｅ ｙ ｔｍ ｔ ｅ ｌｍ ｏ ｒ ｅ ｉ ｈ ｒｍ ｒ ｆｃｏ ｆｅ ｔ ｈｅｅ ｐｏ ｕ ｅ ｑ ａｉ ｙ ｙ ｉ ｒｉｌ ｒ ｖ ｄ ｓａ ｏ ｒｓ ｓｅ ｄｅ ｉｎ ｏ ｘ ｏ ｕ ｅｍ ａ ｈ ｎ ，ｎ ｌ ｄｎ ｉｈ ｉ ｍ ｉ ｉｃ ｉ ｅ ｅ ｔｏ ，ｈｅｕｓ ｆｍ ｉｓ ｂ ｓ ｉ ｓｇ ｆｅ ｐ ｓ ｒ ｃ ｉ ｅ ｉ ｃ ｕ ｉ ｇ ｌ ｔｄｍ ｇ ｎｇｃｒ ｕ ｔ ｌｃｉ ｎ ｔ ｅｏ ｔｕ ｉｈ ｓ ＰＬＣ ｘｔｎｓｏ ｏ ｕｅ ｅ ｅ ｉｎ ｍ ｄ ｌ，
转 控 制 其 进 出曝 光 室 ；上 下 灯 箱 实 现 Ｐ Ｂ板 双 面 曝 Ｃ
２ 调 光 电路
金 属 卤化 物 灯 的调 光技 术 主 要 有 ：利 用 电子 镇
光 ，灯 源 的 曝 光 时 间 由快 门 打 开 、 闭合 控 制 ； 由 空
调提供曝光室冷却，灯箱 的冷却采用 间接型循环风 冷。由三菱Ｐ Ｃ Ｌ 控制晒架进出曝光室、光源快门的开
印 制 电 路 信 息 ２ １ ｏ５ ０ １Ｎ ．
图 形 转 移 Ｉ ａ ｉｇ ｍ ｇｎ
紫外线曝光机灯 源 系统设计
紫外曝光机原理
紫外曝光机原理一、概述紫外曝光机是一种用于制作PCB板的设备，其原理是利用紫外线照射光敏胶片，使其形成图案，然后通过化学腐蚀将不需要的部分去除，从而形成电路。
二、构成紫外曝光机主要由以下部分组成：1.灯管：发出紫外线；2.反射镜：将紫外线反射到PCB板上；3.控制器：控制灯管的亮度和时间；4.台面：放置PCB板和光敏胶片的平台。
三、原理1. 光敏胶片光敏胶片是一种特殊材料，在受到紫外线照射时会发生化学反应。
在制作PCB板时，将光敏胶片覆盖在铜箔上，然后将需要的图案覆盖在光敏胶片上。
当紫外线照射到光敏胶片上时，只有被图案遮挡住的部分不会发生化学反应，其他部分则会变得更加固化。
2. 紫外线紫外线是电磁波的一种，在波长上位于可见光之外。
它可以被物体吸收和反射，因此需要使用反射镜将紫外线聚焦到PCB板上。
在紫外线照射下，光敏胶片中的化学物质会发生分解，从而形成图案。
3. 控制器控制器是紫外曝光机的核心部件，它可以控制灯管的亮度和时间。
在制作PCB板时，需要根据图案的复杂程度来确定曝光时间。
如果曝光时间太短，则会导致图案不完整；如果曝光时间太长，则会导致图案失真。
四、操作步骤1. 准备工作：将PCB板放在台面上，并将需要的图案覆盖在光敏胶片上。
2. 曝光：将灯管打开，并设置适当的亮度和时间。
在曝光过程中，要确保灯管与PCB板之间没有任何障碍物。
3. 显影：将经过曝光的光敏胶片浸泡在显影液中，使未固化的部分被溶解掉。
4. 腐蚀：将经过显影的光敏胶片覆盖在铜箔上，并将其浸泡在腐蚀液中。
腐蚀液只会腐蚀掉未被光敏胶片覆盖的部分，从而形成电路。
5. 清洗：将PCB板浸泡在清洗液中，清除残留的光敏胶片和腐蚀剂。
6. 镀金：将PCB板浸泡在镀金液中，使其表面镀上一层金属保护层。
五、注意事项1. 在操作紫外曝光机时，要戴上护目镜和手套，以防止紫外线对眼睛和皮肤造成伤害。
2. 在曝光时要确保灯管与PCB板之间没有任何障碍物，否则会导致图案不完整。
紫外线曝光机的总体设计
紫外线曝光机的总体设计
徐小辉;李磊民
【期刊名称】《印制电路信息》
【年(卷),期】2006(000)001
【摘要】随着电子行业的飞速发展,对作为电子元器件基础的印制板的需求量及其加工精度的要求越来越高.紫外线曝光机是印制板制造工艺中的重要设备.在实验基础上设计了双玻璃晒架曝光机,改进了其主要组成部分,实验结果表明,散射光双玻璃晒架曝光机达到了总体设计要求.
【总页数】3页(P40-42)
【作者】徐小辉;李磊民
【作者单位】西南科技大学信息工程学院,621001;西南科技大学信息工程学院,621001
【正文语种】中文
【中图分类】TN41
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紫外LED曝光机光学系统设计
紫外LED曝光机光学系统设计传统的紫外曝光机使用高压汞灯作为光源，高压汞灯使用寿命短、光效低，汞金届对环境也存在污染，而且汞灯尺寸大，相印地，曝光机体积也大。
得益于GaNft 长技术发展成熟和紫外LED芯片质量的提高,目前紫外LED芯片已取代高压汞灯作为紫外曝光机的光源。
使用紫外LED芯片作为光源，根据LED芯片的发光强度，设计光学系统，可以使出射光准直，照明均匀性好，提高曝光机光源的寿命，发热少，节能，环保。
随着精密加工、线路制作对曝光精度要求的日益提高，曝光机对其光学系统所出射的平行光的发散角的要求也越来越高。
本论文的研究目的是设计出一种紫外LED曝光机光学系统，其技术指标为：紫外光波长365 nm，出射光发散角小于1o,接收面板上的光照均匀性大于90%，接收面上辐照度高于1 mW/cm~2光斑直径10cm。
本文以非成像光学理论为基础，通过设计光学系统，使出射光达到设计要求。
设计工作主要包括以下四个步骤：1、设计光学系统模型，构建整体框架，根据设计思路确定系统中使用哪些光学元件，以及每个光学元件在系统中的实现的功能;2、根据第一步中每个光学元件的功能，来计算透镜的曲面参数，使其能满足设计要求;3、根据计算结果在LightTools光学软件中构建光学系统模型，进行软件仿真，得到光强和辐射照度的输出结果；4、查看LightTools软件仿真输出结果，根据仿真结果，对可以改进的地方重新进行计算，使模型优化。
将重新计算出的自由曲面参数导入LightTools光学软件中，构建新的光学系统模型，再次进行软件仿真，查看强度图和照度图的仿真结果，与之前的仿真结果对比，查看光学系统是否得到优化。
该设计的难点是如何使得出射光发散角小于1o。
根据设计技术指标，考虑到曝光区域直径10cm,先后设计了四种光学系统。
在设计过程中发现，光源的尺寸，即非理想点光源特征，对出射光发散角有重要影响，要调高出射光的准直性，需要尽可能减小光源尺寸。
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紫外线曝光机灯源系统设计
作者：郑新武
来源：《硅谷》2011年第05期
摘要：紫外线曝光机是印制板制造工艺中的重要设备，灯源是影响印制板曝光质量的主要因素。
提供一种曝光机灯源系统设计方案，包括灯源的调光电路选择、三菱PLC扩展模块模的使用、以及控制灯箱抽风风扇的PLC程序。
关键词：紫外线曝光机；印制板；调光电路；PLC
中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0310055－01
0 引言
曝光机在制作印制板的过程中的作用是进行图像转移，通过UV灯发出的紫外线对有机聚合物进行曝光，受电子束辐照后的光刻胶，其物理化学性质发生变化，在一定的溶剂中形成良溶或非良溶区域，从而在抗蚀剂上形成精细图形。
本设计基于对一台旧曝光机改造，曝光机系统主要包括：晒架系统、光源系统、冷却系统、曝光控制系统四大部分[1]。
主要机构有：双晒架由电机正反转控制其进出曝光室；上下灯箱实现PCB板双面曝光，灯源的曝光时间采用快门打开、闭合控制；空调提供曝光室冷却，灯箱的冷却采用间接型循环风冷；动作控制采用三菱的FX1S－30MT可编程控制器（PLC）。
紫外线曝光机使用的灯管为金属卤素灯，为保证灯的紫外线强度，满足油墨固化要求，灯管的工作功率较大，灯管工作时会不停的发热。
同时，必须在较高的温度下金属卤素灯功率才能维持在额定功率，但是灯管周围温度过高会影响灯管的使用寿命。
因此，为保证灯的正常工作，必须在灯箱中设计冷却系统来控制灯管周围的温度。
本文主要讲述曝光机光源系统的调光电路，以及灯管的冷却控制。
1 调光电路
金属卤化物灯的调光技术主要有：利用电子镇流器调光；采用变感抗式调光；采用变容抗式调光。
本曝光机金卤灯为8KW国产Sc-Na型，考虑灯的特性、设备价格以及电路调光性能等因素，选择变容抗式恒功率自耦升压式镇流器CWA型镇流器，调光电路如图1。
通过改变镇流器工作电容的容抗，实现调光，该镇流器可获得较高的开路电压，线路功率因数可达90％，在电源电压起伏较大情况下，对稳定灯的功率，维护好灯的性能起到较好的调节作用。
曝光机在曝光时，根据PCB曝光工艺要求设计5kw、8kw两档曝光。
为了减少耗能，延长灯管的使用寿命，在非曝光状态灯管需要维持在3kw，以便在曝光时灯管功率能在短时间内达到曝光需求功率。
即调光电路设计为3级可调。
如图1，power接通，灯正常启动点亮，在5min内金卤灯的功率上升到待机状态的3KW；继电器medium吸合，金卤灯电流迅速上升，功率达到5KW；继电器high， medium同时吸合，灯功率迅速上升到8KW。
继电器的通断用PLC程序控制。
2 灯箱抽风风扇控制
金卤灯在供电条件满足要求时，灯箱内温度是影响功率的另一因素。
金卤灯点亮过程中，灯的功率随灯箱内温度升高而缓慢增大，在待机状态灯箱内需要保持恒定温度使得灯功率维持在3KW。
曝光系统中采用间接型循环风冷方式控制灯箱温度，通过安装在灯箱内的一对抽分风扇将灯箱内的热量抽出，同时送入冷空气。
金卤灯点亮过程中，如果抽风量过大，灯箱内温度过低灯功率上升缓慢无法达到正常工作的额定功率，如果风量过小或不及时冷却，灯箱内温度过高，电路中过热保护开关会将电源断开，影响灯的工作寿命。
综合考虑各因素，设计中以灯管两端的电压为参考量，编写PLC程序控制灯箱内抽风风扇。
三菱FX1S－30MT可编程控制器电压模拟量输入I/O接口，需要模数扩展模块，设计中采用三菱FX1N-2AD-BD模数转换模块，提供两路模数转换，其分辨率为2.5mV[2]。
模块只能接受电压范围为0-10V直流电压输入，因此需要将灯管两端的0-500V交流电压经过变压和整流后得到符合要求的直流范围内，通过单向桥式整流电容滤波电路实现，如图2所示：
因为金卤灯工作的最高电压500V，PLC的I/O口输入的最大直流电压为10V，在电路中设计U灯：U2=100:1，即将输入到整流的交流电压范围降到0-5V。
参考灯的使用说明书，通过多次实验，获得灯管电压高于450V时开启灯箱抽风风扇，灯管电压低于450V时关闭风扇。
3 PLC程序编写
根据系统运动控制所需要的输入输出信号的数量，系统选用了三菱的FX1S－30MT可编程控制器，软件设计采用三菱公司的GE Develop软件。
首先设置模数转换模块为电压信号输入，并储存数据，同时设置灯箱抽风风扇开启闭合灯管两端的电压值，语句表如下：
M8000为特殊功能寄存器，PLC运行时常闭。
PLC开启D8112获得曝光灯的电压模拟输入信号，同时将灯管的电压数值存到D215里面，设置D11=2030（即灯管电压为450V）为灯箱抽风风扇的开启点。
通过一段比较程序，设计灯管电压大于450V时，M53接通；灯管电压低于450V时，M55接通。
由于灯管工作时电压会波动，因此设计风扇延时2s开启可避免抽分风扇频繁启动，即电管电压大于450V维持2s后，灯箱抽风风扇开启，灯管电压低于450V维持2s后，灯箱抽分风扇关闭。
4 结束语
针对以上给出的以变容抗式CWA型镇流器调光电路，以灯管两端的电压为控制量控制灯箱抽风风扇的冷却系统，应用于旧曝光机的实际改造，实现了使用国产金卤灯达到高质的曝光效果，节约了曝光机的改造成本，降低机械维护难度。
但是，本电源系统设计方案仅从电压方面控制金属卤素灯的工作状态，可在方案中增加温度控制和电流控制，确保设备的工作性能和安全。
参考文献：
[1]徐小辉、李磊民，紫外线曝光机的总体设计[J].印制电路信息，2006.01.
[2]三菱FX1N-2AD-BD功能模块使用说明书.。