CN115202159A - 一种适用于柔性基材多次曝光对位装置及对位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于柔性基材多次曝光对位装置，包括真空载台和掩膜光罩，在所述的掩膜光罩背向真空载台的一侧具有摄像头，掩膜光罩上具有多个对位标记，在所述的真空载台外围布置有若干个调整机构，并且所述调整机构位于膜材行进的路径上；所述调整机构包括膜材抓取件和三轴移动模组，所述膜材抓取件固定于三轴移动模组上，本发明能够防止在卷对卷曝光二次套位误差过大、精度过低问题。

Description

一种适用于柔性基材多次曝光对位装置及对位方法
技术领域
本发明属于卷对卷曝光技术领域，更具体的说涉及一种适用于柔性基材多次曝光对位装置及对位方法。
背景技术
在触控行业，接触式卷对卷曝光机，如申请号为2020231111730的中国专利公开了一种卷对卷曝光装置，包括曝光部分，曝光部分包括曝光吸附件、对位镜头和曝光镜头，曝光吸附件位于卷料的下方，用于在卷料曝光时吸附固定住卷料，对位镜头和曝光镜头均位于卷料的上方，且对位镜头位于曝光镜头的一侧；并且每段卷料上包括曝光起点、结束点和位于曝光起点和结束点之间的被曝光区域和四个标记(Mark)点，其中，被曝光区域呈长方形，四个标记点位于被曝光区域的外围，且四个标记点分别靠近被曝光区域的四个顶点设置。卷料上方的两个对位镜头分别对应被曝光区域一侧的宽度方向的两个标记点，通过对位镜头识别这四个标记点的位置来决定卷料的曝光参数，曝光参数具体包括卷料的位置误差、角度误差和涨缩偏差，根据这些曝光参数调整曝光图像数据。
但在曝光时会经常在单层膜材上多次曝光，由于不同膜材膜厚度和材质区别，在曝光时候无法完全平整的，从而造成第一次膜材上所曝光的图形都有一定的扭曲度。而在第二次对位曝光时，由于无法和第一次保持同样的扭曲度，从而造成第二次对位时，对位精度很大的影响，当前市场接触式卷对卷曝光机，二次套位精度在≥50um以上，对单层/多层对位精度及触控产品性能外观造成一定影响。
如图1所示，其示出的是在膜材扭曲变形时4台摄像头透过掩膜光罩看到的4组对位标记完成但精度过低(未对齐)的影像。
造成对位精度过低主要存在如下原因：
原因一：柔性材料在第一次曝光时，由于无法保证膜材是完全平整的，从而造成第一次膜材上所曝光的图形都有一定的扭曲度。而在第二次对位曝光时，由于无法和第一次保持同样的扭曲度，从而造成第二次对位时，对位精度受到很大的影响。
原因二：在柔性材料套刻对位曝光时，常常会遇到因为温度、工艺等引起的膜材涨缩问题，或是因为膜材在输送到膜材上时，无法保证膜材完全平整，原有膜材上的图形很难和掩膜光罩上的图形精准对上，造成对位精度很难得到控制。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种适用于柔性基材真空接触式卷对卷曝光的对位装置，其能够防止在卷对卷曝光二次套位误差过大、精度过低问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种适用于柔性基材多次曝光对位装置，包括真空载台和掩膜光罩，在所述的掩膜光罩背向真空载台的一侧具有摄像头，掩膜光罩上具有多个对位标记，在所述的真空载台外围布置有若干个调整机构，并且所述调整机构位于膜材行进的路径上；所述调整机构包括膜材抓取件和三轴移动模组，所述膜材抓取件固定于三轴移动模组上。
进一步的所述膜材抓取件包括真空吸盘，所述真空吸盘连接有真空发生器。
进一步的所述膜材抓取件包括夹爪。
进一步的所述三轴移动模组包括：
X轴模组，其具有X轴马达和X轴固定板；
Y轴模组，其具有Y轴马达和Y轴固定板，Y轴马达固定在X轴固定板上；
Z轴模组，其具有Z轴气缸，Z轴气缸固定于Y轴固定板上；
所述的膜材抓取件固定于Z轴气缸上。
进一步的所述三轴移动模组包括：
X轴模组，其具有X轴马达和X轴固定板；
Y轴模组，其具有Y轴马达和Y轴固定板，Y轴马达固定在X轴固定板上；
Z轴模组，其具有Z轴马达和Z轴固定板，Z轴，Z轴马达固定于Y轴固定板上；
所述的膜材抓取件固定于Z轴固定板上。
进一步的所述对位标记设置有四个，四个对位标记靠近掩膜光罩的四个角处，所述调整机构设置有四个，四个调整机构靠近真空载台的四个角处。
进一步的所述摄像头的数量与对位标记相同，且位置一一对应。
一种适用于柔性基材多次曝光的对位方法，包括如下步骤：
S1：将膜材输送至真空载台上，调整掩膜光罩移动至靠近膜材固定距离的位置，此位置使掩膜光罩未接触到膜材，并且掩膜光罩及一次曝光完成的膜材上的对位标记位于摄像头同一个的监测视野中；
S2：使调整机构的Z轴模组伸出，并通过其上连接的膜材抓取件抓住膜材；
S3：系统分析摄像头同一画面中的掩膜光罩和膜材的对位标记相对距离，以4处掩膜光罩的对位标记中心为0点做坐标轴，膜材上的对位标记偏离掩光罩的对位标记中心的坐标分别为(X1、Y1)、(X2、Y2)、(X3、Y3)、(X4、Y4)；
系统分析四组对位标记相对位置差，若相对位置差在设定的允许范围内，则进入步骤S5；若相对位置差不在设定的允许范围内，则进入步骤S4；
S4：计算出调整机构需要动作的距离和方向，使调整机构携膜材移动调整，然后返回步骤S3；
S5：调整完毕后，通过真空载台吸住膜材，将膜材固定；此时4处膜材对位标记相对掩膜光罩的对位标记，距离和位置均相同，即膜材的对位标记坐标X1＝X2＝X3＝X4＝X’，Y1＝Y2＝Y3＝Y4＝Y’；
S6：然后掩膜光罩会和膜材进行二次对位，调整掩膜光罩移动至曝光位置，使掩膜光罩与膜材上对位标记相对偏移坐标为(0,0)，并在真空载台抽真空达到设定真空值后，进行曝光；
S7：完成曝光后，膜材抓取件松开膜材，调整机构返回设置原点。
进一步的在步骤S4中，调整机构的移动方向及距离以如下方式进行计算：
X方向调整目标点＝(X1+X3+X2+X4)/4；
Y方向调整目标点＝(Y1+Y2+Y3+Y4)/4；
X1轴马达运行距离和方向＝X方向调整目标点-X1；
Y1轴马达运行距离和方向＝Y方向调整目标点-Y1；
X2轴马达运行距离和方向＝X方向调整目标点-X2；
Y2轴马达运行距离和方向＝Y方向调整目标点-Y2；
X3轴马达运行距离和方向＝X方向调整目标点-X3；
Y3轴马达运行距离和方向＝Y方向调整目标点-Y3；
X4轴马达运行距离和方向＝X方向调整目标点-X4；
Y4轴马达运行距离和方向＝Y方向调整目标点-Y4。
一种适用于柔性基材多次曝光对位装置，包括真空载台和掩膜光罩，在所述的掩膜光罩背向真空载台的一侧具有摄像头，掩膜光罩上具有多个对位标记，在所述的真空载台外围布置有若干个调整机构，并且所述调整机构位于膜材行进的路径上；所述调整机构包括膜材抓取件；其中一个调整机构的膜材抓取件连接有Z轴模组，其余调整机构的膜材抓取件均连接有三轴移动模组。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本调整机构可以承载聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、透明聚酰亚胺(CPI)、环烯烃聚合物(COP)、超级延迟膜(SRF)、聚碳酸酯(PC)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等常见卷对卷柔性基材材料生产；
2、可以解决柔性材料曝光时，因为膜材扭曲、变形以及涨缩引起的掩膜光罩和膜材之间对位精度差的问题；
3、掩膜光罩和膜材之间的对位精度提升会显著提升产品良率，以及市场竞争力；
4、能够实现良好的精度，精度为可控制5～10微米。
附图说明
图1为膜材扭曲变形时4台摄像头透过掩膜光罩看到的4组对位标记完成但精度过低的影像；
图2为本发明中调整机构的立体结构图；
图3为对位时由掩膜光罩一侧视角的示意图；
图4为本发明的立体结构图；
图5为本发明对位方法中摄像头画面中看到的掩膜光罩和膜材的对位标记的相对位置。
附图标记：1、真空载台；2、掩膜光罩；3、调整机构；31、X轴模组；311、X轴马达；312、X轴固定板；321、Y轴马达；322、Y轴固定板；33、Z轴模组；34、真空吸盘；4、摄像头；5、膜材；6、对位标记。
具体实施方式
参照图2至图5对本发明适用于柔性基材多次曝光对位装置及对位方法的实施例做进一步说明。
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向(X)”、“纵向(Y)”、“竖向(Z)”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“数个”、“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
一种适用于柔性基材多次曝光对位装置，包括真空载台1和掩膜光罩2，在所述的掩膜光罩2背向真空载台1的一侧具有摄像头4，掩膜光罩2上具有多个对位标记6，在所述的真空载台1外围布置有若干个调整机构3，并且所述调整机构3位于膜材5行进的路径上；所述调整机构3包括膜材5抓取件和三轴移动模组，所述膜材5抓取件固定于三轴移动模组上。
在本发明中所适用的柔性基材包括单层和多层的膜材5。
在工作时，膜材5由掩膜光罩2和真空载台1之间穿过，更具体的说，其是贴着真空载台1表面穿过，并且完成一次曝光的膜材5的表面也具有对位标记6，如图3和5所示，其中圆形结构为掩膜光罩2上的对位标记6，十字结构为膜材5表面的对位标记6，具体的曝光前的准备工作参阅下述的对位方法。
如图3所示，本实施例优选的所述对位标记6设置有四个，四个对位标记6靠近掩膜光罩2的四个角处，此处的对位标记6指的是掩膜光罩2上的，所述调整机构3设置有四个，四个调整机构3靠近真空载台1的四个角处；调整机构3与真空载台1可以无直接连接关系，调整机构3可以固定于曝光机的机台上。
在本实施例中膜材5表面的对位标记6布置于待曝光位置的周围，在设计时，膜材5表面的对位标记6能够与掩膜光罩2上的对位标记6一一对齐。
如图4所示，所述摄像头4的数量与对位标记6相同，且位置一一对应。
在一个实施例中所述膜材5抓取件包括真空吸盘34，所述真空吸盘34连接有真空发生器；真空吸盘34与真空发生器通过气管连接，为方便控制，在气管上可以布置真空电磁阀以控制真空吸盘34的动作，通过真空吸盘34能够吸住膜材5。
在另一个实施例中所述膜材5抓取件还可以为夹爪，夹爪可为气动夹爪或电动夹爪，此时其需要抓取膜材5的边缘。
如图2所示，在一个实施中所述三轴移动模组包括：
X轴模组31，其具有X轴马达311和X轴固定板312；
Y轴模组，其具有Y轴马达321和Y轴固定板322，Y轴马达321固定在X轴固定板312上；
Z轴模组33，其具有Z轴气缸，Z轴气缸固定于Y轴固定板322上；
所述的膜材5抓取件固定于Z轴气缸上。
在另一实施例中所述三轴移动模组包括：
X轴模组31，其具有X轴马达311和X轴固定板312；
Y轴模组，其具有Y轴马达321和Y轴固定板322，Y轴马达321固定在X轴固定板312上；
Z轴模组33，其具有Z轴马达和Z轴固定板，Z轴，Z轴马达固定于Y轴固定板322上；
所述的膜材5抓取件固定于Z轴固定板上；
其与上一实施例的区别仅在于Z轴模组33的实现方式。
在一个新的实施例中，三轴移动模组的X轴模组31、Y轴模组和Z轴模组33可以采用任意的依次连接组合方式，只要使膜材5抓取件固定于最后的一个连接的模组上即可。
一种适用于柔性基材多次曝光的对位方法，包括如下步骤：
S1：将膜材5输送至真空载台1上，调整掩膜光罩2移动至靠近膜材5固定距离的位置，此位置使掩膜光罩2未接触到膜材5，并且掩膜光罩2及一次曝光完成的膜材5上的对位标记6位于摄像头4同一个的监测视野中；
S2：使调整机构3的Z轴模组33伸出，并通过其上连接的膜材5抓取件抓住膜材5；
S3：系统分析摄像头4同一画面中的掩膜光罩2和膜材5的对位标记6相对距离，以4处掩膜光罩2的对位标记6中心为0点做坐标轴，膜材5上的对位标记6偏离掩光罩的对位标记6中心的坐标分别为(X1、Y1)、(X2、Y2)、(X3、Y3)、(X4、Y4)；
系统分析四组对位标记6相对位置差，若相对位置差在设定的允许范围内，则进入步骤S5；若相对位置差不在设定的允许范围内，则进入步骤S4；
S4：计算出调整机构3需要动作的距离和方向，使调整机构3携膜材5移动调整，然后返回步骤S3；
S5：调整完毕后，通过真空载台1吸住膜材5，将膜材5固定；此时4处膜材5对位标记6相对掩膜光罩2的对位标记6，距离和位置均相同，即膜材5的对位标记6坐标X1＝X2＝X3＝X4＝X’，Y1＝Y2＝Y3＝Y4＝Y’；
通常执行完步骤S5后，两个对位标记6的差值并不一定是(0，0)，而是相对掩膜版光罩对位标记6偏移相同的位置(X’,Y’)，因此会进入步骤S6；
S6：然后掩膜光罩2会和膜材5进行二次对位，调整掩膜光罩2移动至曝光位置，使掩膜光罩2与膜材5上对位标记6相对偏移坐标为(0,0)，并在真空载台1抽真空达到设定真空值后，进行曝光；
S7：完成曝光后，膜材5抓取件松开膜材5，调整机构3返回设置原点。
本实施例优选的在步骤S4中，调整机构3的移动方向及距离以如下方式进行计算：
X方向调整目标点＝(X1+X3+X2+X4)/4；
Y方向调整目标点＝(Y1+Y2+Y3+Y4)/4；
X1轴马达运行距离和方向＝X方向调整目标点-X1；
Y1轴马达运行距离和方向＝Y方向调整目标点-Y1；
X2轴马达运行距离和方向＝X方向调整目标点-X2；
Y2轴马达运行距离和方向＝Y方向调整目标点-Y2；
X3轴马达运行距离和方向＝X方向调整目标点-X3；
Y3轴马达运行距离和方向＝Y方向调整目标点-Y3；
X4轴马达运行距离和方向＝X方向调整目标点-X4；
Y4轴马达运行距离和方向＝Y方向调整目标点-Y4。
在一个新的实施例中，一种适用于柔性基材多次曝光对位装置，包括真空载台1和掩膜光罩2，在所述的掩膜光罩2背向真空载台1的一侧具有摄像头4，掩膜光罩2上具有多个对位标记6，在所述的真空载台1外围布置有若干个调整机构3，并且所述调整机构3位于膜材5行进的路径上；所述调整机构3包括膜材5抓取件；其中一个调整机构3的膜材5抓取件连接有Z轴模组33，其余调整机构3的膜材5抓取件均连接有三轴移动模组。
在此实施例中，使用3角采用主动的移动式调整机构3，另外1角采用固定式调整机构3，在这个固定式调整机构3中只有1个Z轴马达或是气缸的Z轴模组33，同样可以达成此改善效果；调整时将固定式调整机构3处的对位偏差值设为其它3个角的目标调整值，如固定式调整机构3处的对位偏差值为XMYN；其它3个有X、Y调整功能的移动式调整机构3对位偏差值按照固定式调整机构3的对位偏差值XMYN进行调整，即其余3个的对位偏差值全部调整至XMYN(包括以XMYN为基础的偏差允许范围)，可达成同样的对位效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用于柔性基材多次曝光对位装置，包括真空载台和掩膜光罩，在所述的掩膜光罩背向真空载台的一侧具有摄像头，掩膜光罩上具有多个对位标记，其特征在于：在所述的真空载台外围布置有若干个调整机构，并且所述调整机构位于膜材行进的路径上；所述调整机构包括膜材抓取件和三轴移动模组，所述膜材抓取件固定于三轴移动模组上。
2.根据权利要求1所述的适用于柔性基材多次曝光对位装置，其特征在于：所述膜材抓取件包括真空吸盘，所述真空吸盘连接有真空发生器。
3.根据权利要求1所述的适用于柔性基材多次曝光对位装置，其特征在于：所述膜材抓取件包括夹爪。
4.根据权利要求2或3所述的适用于柔性基材多次曝光对位装置，其特征在于：所述三轴移动模组包括：
X轴模组，其具有X轴马达和X轴固定板；
Y轴模组，其具有Y轴马达和Y轴固定板，Y轴马达固定在X轴固定板上；
Z轴模组，其具有Z轴气缸，Z轴气缸固定于Y轴固定板上；所述的膜材抓取件固定于Z轴气缸上。
5.根据权利要求2或3所述的适用于柔性基材多次曝光对位装置，其特征在于：所述三轴移动模组包括：
X轴模组，其具有X轴马达和X轴固定板；
Y轴模组，其具有Y轴马达和Y轴固定板，Y轴马达固定在X轴固定板上；
Z轴模组，其具有Z轴马达和Z轴固定板，Z轴，Z轴马达固定于Y轴固定板上；
所述的膜材抓取件固定于Z轴固定板上。
6.根据权利要求2或3所述的适用于柔性基材多次曝光对位装置，其特征在于：所述对位标记设置有四个，四个对位标记靠近掩膜光罩的四个角处，所述调整机构设置有四个，四个调整机构靠近真空载台的四个角处。
7.根据权利要求5所述的适用于柔性基材多次曝光对位装置，其特征在于：所述摄像头的数量与对位标记相同，且位置一一对应。
8.一种适用于柔性基材多次曝光的对位方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将膜材输送至真空载台上，调整掩膜光罩移动至靠近膜材固定距离的位置，此位置使掩膜光罩未接触到膜材，并且掩膜光罩及一次曝光完成的膜材上的对位标记位于摄像头同一个的监测视野中；
S2：使调整机构的Z轴模组伸出，并通过其上连接的膜材抓取件抓住膜材；
S3：系统分析摄像头同一画面中的掩膜光罩和膜材的对位标记相对距离，以4处掩膜光罩的对位标记中心为0点做坐标轴，膜材上的对位标记偏离掩光罩的对位标记中心的坐标分别为(X1、Y1)、(X2、Y2)、(X3、Y3)、(X4、Y4)；
系统分析四组对位标记相对位置差，若相对位置差在设定的允许范围内，则进入步骤S5；若相对位置差不在设定的允许范围内，则进入步骤S4；
S4：计算出调整机构需要动作的距离和方向，使调整机构携膜材移动调整，然后返回步骤S3；
S5：调整完毕后，通过真空载台吸住膜材，将膜材固定；此时4处膜材对位标记相对掩膜光罩的对位标记，距离和位置均相同，即膜材的对位标记坐标X1＝X2＝X3＝X4＝X’，Y1＝Y2＝Y3＝Y4＝Y’；
S6：然后掩膜光罩会和膜材进行二次对位，调整掩膜光罩移动至曝光位置，使掩膜光罩与膜材上对位标记相对偏移坐标为(0,0)，并在真空载台抽真空达到设定真空值后，进行曝光；
S7：完成曝光后，膜材抓取件松开膜材，调整机构返回设置原点。
9.根据权利要求8所述的适用于柔性基材多次曝光的对位方法，其特征在于：在步骤S4中，调整机构的移动方向及距离以如下方式进行计算：
X方向调整目标点＝(X1+X3+X2+X4)/4；
Y方向调整目标点＝(Y1+Y2+Y3+Y4)/4；
X1轴马达运行距离和方向＝X方向调整目标点-X1；
Y1轴马达运行距离和方向＝Y方向调整目标点-Y1；
X2轴马达运行距离和方向＝X方向调整目标点-X2；
Y2轴马达运行距离和方向＝Y方向调整目标点-Y2；
X3轴马达运行距离和方向＝X方向调整目标点-X3；
Y3轴马达运行距离和方向＝Y方向调整目标点-Y3；
X4轴马达运行距离和方向＝X方向调整目标点-X4；
Y4轴马达运行距离和方向＝Y方向调整目标点-Y4。
10.一种适用于柔性基材多次曝光对位装置，包括真空载台和掩膜光罩，在所述的掩膜光罩背向真空载台的一侧具有摄像头，掩膜光罩上具有多个对位标记，其特征在于：在所述的真空载台外围布置有若干个调整机构，并且所述调整机构位于膜材行进的路径上；所述调整机构包括膜材抓取件；其中一个调整机构的膜材抓取件连接有Z轴模组，其余调整机构的膜材抓取件均连接有三轴移动模组。
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