发明内容
有鉴于此,本说明书实施例提供一种MEMS探针的摆放料盘、自动拾取系统及方法,以提高自动化设备的工作效率,达到节省时间和重复性高技术效果。
本说明书实施例提供以下技术方案:
本说明书实施例提供一种MEMS探针的摆放料盘,包括:硅胶涂覆膜、玻璃掩膜版、背光源和底座;
背光源镶嵌在底座上,玻璃掩膜版支撑在底座的顶部,背光源在底座与玻璃掩膜版之间,硅胶涂覆膜涂覆在玻璃掩膜版上。
在一种可选的实施方式中,玻璃掩膜版上有规则镀铬方格图案,形成多个方格。
在一种可选的实施方式中,硅胶涂覆膜涂覆在方格图案的图案线上,对于任意一个方格形成上涂覆层和下涂覆层。
在一种可选的实施方式中,MEMS探针放置在同一个方格的上涂覆层和下涂覆层之间,通过上涂覆层和下涂覆层将MEMS探针抬高,使MEMS探针与玻璃掩膜版不直接接触。
本说明书实施例还提供一种MEMS探针的自动拾取系统,包括:上述的摆放料盘、两轴正交运动平台、3D工业相机、旋转电机、真空吸嘴、单轴运动平台和测控模块;
MEMS探针摆放在摆放料盘上,摆放料盘设置在单轴运动平台上,真空吸嘴安装在旋转电机上,旋转电机和3D工业相机安装在两轴正交运动平台上,测控模块用于测量和控制摆放料盘、两轴正交运动平台、3D工业相机、旋转电机、真空吸嘴和单轴运动平台,以实现对MEMS探针的自动拾取。
在一种可选的实施方式中,真空吸嘴包括吸嘴头,吸嘴头用于拾取MEMS探针。
在一种可选的实施方式中,吸嘴头,包括以下至少一种:平面吸嘴头、梯形截面吸嘴头、圆形截面吸嘴头和长方形截面吸嘴头。
在一种可选的实施方式中,摆放在摆放料盘上的MEMS探针的朝上的针面的形状与吸嘴头的形状形同。
本说明书实施例还提供一种MEMS探针的自动拾取方法,适用于上述的MEMS探针的自动拾取系统,包括:
步骤1:根据玻璃掩膜版上的图案将MEMS探针批量放置在方格中;
步骤2:将玻璃掩膜版放置在镶嵌背光源的底座上;
步骤3:通过两轴运动平台的第一水平轴和单轴运动平台的第二水平轴,将玻璃掩膜版上的方格送至3D工业相机的拍摄位置;
步骤4:通过3D工业相机检测方格中MEMS探针的姿态;
步骤5:通过第一水平轴、第二水平轴和旋转电机,将MEMS探针的中心点调整至真空吸嘴的下方;
步骤6:通过两轴运动平台的垂直轴,使真空吸嘴的吸嘴头靠近MEMS探针;
步骤7:开启真空吸取MEMS探针,通过垂直轴上提完成MEMS探针的自动拾取。
在一种可选的实施方式中,姿态包括中心位置、偏转角度和高度。
与现有技术相比,本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括:将玻璃掩膜版应用在MEMS探针的拾取,对MEMS探针在摆放料盘中的初始摆放要求降低,减少了MEMS探针拾取的时间,提高了工作效率;可以通过3D工业相机识别MEMS探针的姿态,并通过真空吸嘴实现高精度的拾取,为诸如MEMS探针质量控制(QualityControl,QC)系统和自动植针系统等提供可靠的前置自动化拾取操作。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
要说明的是,下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见,本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中,且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请,所属领域的技术人员应了解,本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施,且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说,可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外,可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想,图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外,在以下描述中,提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而,所属领域的技术人员将理解,可在没有这些特定细节的情况下实践。
本申请基于现有的MEMS探针的自动化设备完成一些特定操作的时间,与采用人工的方式相比,并未有效的提高工作效率和节省时间,反而降低了工作效率,使自动化设备失去了实际的应用意义。
有鉴于此,发明人通过对各类网站、网页结构及其页面信息,以及对各种提取方案进行深入研究及改进探索,发现可以对MEMS探针前期的拾取工作进行改进,根据生产要求,得到可以直接应用于后续应用的MEMS探针的自动拾取系统,可以与外部系统直接接入,完整特定应用,并且基于重复性的提高可以有效提高工作效率,使自动化设备能更好的应用于MEMS探针。
基于此,本说明书实施例提出了一种处理方案:如图1所示,两轴正交运平台中的垂直轴1、两轴正交运动平台的基板2、两轴正交运动平台的第一水平轴3、3D工业相机4、旋转电机5、真空吸嘴6、摆放料盘7和单轴运动平台的第二水平轴8,本申请将MEMS探针摆放在摆放料盘7中,并且在摆放料盘中只需要保证MEMS探针的朝上的针面的形状与真空吸嘴6的吸嘴头的形状相同即可,然后通过3D工业相机自动识别MEMS探针的姿态,通过吸嘴头实现高精度的拾取,诸如MEMS探针QC系统和自动植针系统等提供可靠的前置自动化拾取操。
以下结合附图,说明本申请各实施例提供的技术方案。
如图2所示,本说明书实施例提供一种MEMS探针的摆放料盘,包括:硅胶涂覆膜707、玻璃掩膜版701、背光源703和底座704;其中,背光源镶嵌在底座上,玻璃掩膜版支撑在底座的顶部,背光源在底座与玻璃掩膜版之间,背光源与玻璃掩膜版之间有空隙不直接接触,硅胶涂覆膜涂覆在玻璃掩膜版上。玻璃掩膜版上有规则镀铬方格图案,形成多个方格。硅胶涂覆膜涂覆在方格图案的图案线上,对于任意一个方格形成上涂覆层和下涂覆层。MEMS探针放置在同一个方格的上涂覆层和下涂覆层之间,通过上涂覆层和下涂覆层将MEMS探针抬高,使MEMS探针与玻璃掩膜版不直接接触。
具体地,701为玻璃掩膜版的俯视图、702为玻璃掩膜版的侧视图、709为玻璃掩膜版的部分细节俯视图,可以看出玻璃掩膜版上有规则镀铬方格图案,形成多个方格,玻璃掩膜版的平整度小于5μm,将硅胶涂覆膜707涂覆在方格图案的图案线上,硅胶涂覆宽度为1/3方格宽度,可由精度为1厚度的涂覆机进行涂覆,保证每条涂覆层相互平整度优于2μm,使MEMS探针摆放后不会出现过多倾斜,MEMS探针708只需摆放在同一个方格内的上涂覆层和下涂覆层之间,靠上涂覆层和下涂覆层将MEMS探针抬高,使MEMS探针与玻璃掩膜版不直接接触,如硅胶涂覆膜侧视图705和玻璃掩膜版的部分细节侧视图706所示,通过上涂覆层和下涂覆层使MEMS探针架空摆放在玻璃掩膜版上,同时,只需要注意MEMS探针摆放时,朝上的针面符合吸嘴头的形状适配即可,与现有技术相比,节省了MEMS探针的摆放时间,提高了工作效率,使用硅胶作为涂覆层材料,使得MEMS探针摆放后依托于硅胶的弱粘性在搬运的过程中不会发生散乱,保证了运输安全。
需要注意的是,在本申请中依据不同MEMS探针的长度,可以使用不同大小的方格图案的玻璃掩膜版。
如图1所示,本说明书实施例提供一种MEMS探针的自动拾取系统,包括:上述的摆放料盘7、两轴正交运动平台、3D工业相机4、旋转电机5、真空吸嘴6、单轴运动平台7和测控模块;其中,两轴正交运动平台包括:两轴正交运平台中的垂直轴1、两轴正交运动平台的基板2和两轴正交运动平台的第一水平轴3。MEMS探针摆放在摆放料盘上,摆放料盘设置在单轴运动平台上,真空吸嘴安装在旋转电机上,旋转电机和3D工业相机安装在两轴正交运动平台上,测控模块用于测量和控制摆放料盘、两轴正交运动平台、3D工业相机、旋转电机、真空吸嘴和单轴运动平台,以实现对MEMS探针的自动拾取。
在本申请中两轴正交运动平台的垂直轴的重复定位精度为±2μm;两轴正交平台的第一水平轴的重复定位精度为±1μm;单轴运动平台的第二水平轴的重复定位精度为±1μm;3D工业相机的像素分辨率小于0.2μm;旋转电机的重复定位精度小于0.01°。
其中,真空吸嘴包括吸嘴头,吸嘴头用于拾取MEMS探针。
在一种可选的实施方式中,吸嘴头,包括以下至少一种:平面吸嘴头、梯形截面吸嘴头、圆形截面吸嘴头和长方形截面吸嘴头。
本申请中对于吸嘴头的具体形状不做限制,可以根据MEMS探针的形状制作相应的吸嘴头,已完成对MEMS探针的自动拾取。
具体地,摆放在摆放料盘上的MEMS探针的朝上的针面的形状与吸嘴头的形状形同。
如图3所示,真空吸嘴6安装在旋转电机5上,真空吸嘴包含吸嘴头,旋转电机5前端的真空吸嘴6可更换吸嘴头满足平面型、梯形、圆形、长方形等横截面的MEMS探针应用,对应于上述横截面,吸嘴头包括:平面吸嘴头601、梯形截面吸嘴头602、圆形截面吸嘴头603和长方形截面吸嘴头604。其中,吸嘴头以陶瓷材料为底,配合飞秒激光加工设备完成各种精度小于2μm的特定形状加工,并可同时完成直径50μm的真空气道打孔加工。吸嘴头加工完成后采用钎焊的方法将其焊接在真空吸嘴金属件上。真空吸嘴6和旋转电机5组成的整体固定在两轴正交运动平台的基板2上,两轴正交运动平台的基板2上同时固定有3D工业相机4,3D工业相机的镜头视距参数确定时,保证聚焦于MEMS探针拍摄时镜头前端必须高于吸嘴头,以免发生碰撞干涉。
在本申请中包括三个直线运动轴:两轴正交运动平台的垂直轴1、两轴正交运动平台的第一水平轴3和单轴运动平台的第二水平轴8,可以分别对应于Z轴、Y轴和X轴。三个直线运动轴都是用直线电机进行驱动,辅助光栅尺进行±1μm的位置定位,是各个直线运动轴具有极佳的位置重复性。旋转电机5使用直接驱动(Direct Driver,DD)马达进行驱动,配合极高分辨率的偏转编码器,是偏转角度补偿精确有效。
摆放料盘7的整体处于3D工业相机4的下方,安装于单轴运动平台8之上,由硅胶涂覆膜、玻璃掩膜版、背光源和底座构成。其中底座作为整体框架,可镶嵌背光源,并在顶部支撑玻璃掩膜版,靠玻璃掩膜版边缘定位。玻璃掩膜版进行高精度光刻镀铬图案处理,并在图案线上进行1/3格子宽度的硅胶涂覆。这个涂覆由可进行1μm厚度精度控制的涂覆机完成,保证每条涂覆层相互平整度优于2μm,使针摆放后不会出现过多倾斜。摆针时只需将针放在同一个格子内的上下涂覆层之间,靠上下涂覆层进行架空摆放,同时只需注意朝上的针面符合吸嘴头的形状适配即可。如此处理,首先涂覆层为软质硅胶,垂直轴下探吸MEMS探针时,吸嘴头对应MEMS探针中心位置正好为架空层,不会对MEMS探针产生强挤压,其次借用架空层在真空吸附时产生吸附气流避免因探针紧贴料盘产生负压造成吸取失败。
其中,配套的测控系统设计时使用通用的电动伺服驱动器进行控制,考虑精度问题配备不同精度等级的光栅进行全闭环反馈。
本申请中的自动拾取系统还可以通过另有一种实现方式,可以将第三水平轴和第四水平轴,分别对应于X轴和Y轴,都放置在摆放料盘的底部,如图4所示,包括:单轴正交运动平台的垂直轴9、单轴正交运动平台的基板10、3D工业相机4、旋转电机5、真空吸嘴6、摆放料盘7和双轴运动平台的第三水平轴11和双轴运动平台的第四水平轴12其应用过程与上一种实现方式没有区别。
其中,垂直轴的重复定位精度为±1μm;第三水平轴的重复定位精度为±1μm;第四水平轴的重复定位精度为±1μm。
如图5所示,本说明书实施例提供一种MEMS探针的自动拾取方法,适用于上述的MEMS探针的自动拾取系统,包括如下步骤:
步骤1:根据玻璃掩膜版上的图案将MEMS探针批量放置在方格中。
其中,只需区分将MEMS探针朝上的针面的形状与吸嘴头的形状相同,与现有技术相比,可以大大减少工作量,节省时间,提高工作效率。
步骤2:将玻璃掩膜版放置在镶嵌背光源的底座上。
步骤3:测控模块通过两轴运动平台的第一水平轴和单轴运动平台的第二水平轴,将玻璃掩膜版上的方格送至3D工业相机的拍摄位置。
具体地,水平方向的两个运动轴,第一水平轴和第二水平轴按照预定坐标序列将方格送至3D工业相机拍摄位置。
其中,预定坐标序列根据玻璃掩膜版上的方向图案得到,通过预定坐标序列可以实现对玻璃掩膜版上的各个方格图案的定位,以使3D工业相机对方格进行拍摄。
步骤4:测控模块通过3D工业相机检测方格中MEMS探针的姿态。
其中,姿态包括中心位置、偏转角度和高度,即3D工业相机检测方格中MEMS探针的中心位置、偏转角度和高度。
步骤5:测控模块通过第一水平轴、第二水平轴和旋转电机,将MEMS探针的中心点调整至真空吸嘴的下方。
具体地,通过第一水平轴和第二水平轴进行水平方向位置补偿,旋转电机进行偏转角度补偿,将MEMS探针的中心点送至真空吸嘴下方。
在本申请中,真空吸嘴的吸嘴头有一个初始角度,当3D工业相机检测到MEMS探针相对于初始角度的偏转角度后,旋转相机驱动吸嘴头进行旋转,转到与MEMS探针角度。
步骤6:测控模块通过两轴运动平台的垂直轴,使真空吸嘴的吸嘴头靠近MEMS探针。
具体地,通过垂直轴进行高度补偿,使吸嘴头贴近MEMS探针。
可知的是,此时吸嘴头的角度与MEMS探针的角度相同。
步骤7:测控模块开启真空吸取MEMS探针,通过垂直轴上提完成MEMS探针的自动拾取。
具体地,控制吸嘴头贴近MEMS探针后开启真空吸取MEMS探针,吸取到后,旋转电机驱动吸嘴头旋转到初始角度,通过垂直轴上提完成MEMS探针的自动拾取。
在一种可选的实施方式中,控制吸嘴头贴近MEMS探针后开启真空吸取MEMS探针,通过垂直轴上提完成MEMS探针的自动拾取,之后旋转电机驱动吸嘴头旋转到初始角度。
本申请中自动拾取到的MEMS探针的角度相同,可以更方便的应用于后续工作中,与外部系统接入后完成特定应用。
本申请提供的MEMS探针的自动拾取系统和方法只需预置方格孔坐标序列,预留和外部系统沟通所需的取针完成(输出)和外部应用完毕(输入)两个开关量信号接口即可整合至更大的流水线控制系统中作为独立的子系统运行,具有可兼容性和通用性。
与现有技术相比,本申请具有以下有益效果:
1、本申请显著减少初始摆针要求,人工可快速上料,为整体自动化工艺流程的运转节省大量时间。
2、本申请可适配各种截面形状的微型MEMS探针完成高精度拾取,保证接入其它外部系统移动时也不会发生探针位置偏移,精度高,通用性广。
3、本申请可无伤拾取探针。
4、本申请只需少量的外部开关量信号交互即可整合至外部系统,具有很好的兼容性和通用性。需要说明的是,在完成一个坐标方格中的MEMS探针的拾取后,垂直轴回到拍摄聚焦高度,进行下一个坐标方格的MEMS探针拾取。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例侧重说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于后面说明的产品实施例而言,由于其与方法是对应的,描述比较简单,相关之处参见系统实施例的部分说明即可。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。