TW201810505A - 對準系統及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種對準系統，其包含：一基板夾具，其經構形以接收一基板；一導引結構，其相對於一基板夾具位置固定；及至少一致動夾。該基板夾具可經構形以接收一基板。一致動夾可包含：一夾；一致動器，其耦接至該夾且相對於經構形以接收一基板之基板夾具位置固定；及一編碼器，其可操作以產生且輸出指示該夾之位置之編碼器資料。該致動器可能可操作以使該夾相對於該基板夾具移動。該導引結構及該致動夾可經配置使得當藉由第一致動器使該夾相對於該基板夾具移動時，由該基板夾具接收之基板可按壓在該夾與該導引結構之間。

Description

對準系統及其使用方法 【相關申請案之交叉參考】

本申請案主張2016年5月13日申請之美國臨時申請案第62/336,472號之權利，茲將該案依其整體而以參考方式併入本案。

本申請案之實施例大致係關於用於執行對準之系統及方法，且尤其是有關用於使用機電系統執行對準之系統及方法。

基於視覺之對準係一種極常用於在基板之加工期間偵測及校正與平面基板相關之位置及零件容限問題的技術。通常，成像器(例如，採用CMOS或CCD技術之影像感測器)及某種類型之照明源用於捕獲具有強對比度邊緣(亮對暗)的影像。接著採用視覺演算法來定位此邊緣。藉由找到平面基板的多個邊緣，系統控制系統軟體可接著計算零件之偏移、按比例調整及旋轉。

雖然有用，但是基於視覺的邊緣對準技術具有數種限制。例如，已知的基於視覺之邊緣對準技術僅結合單個尺寸的基板運作，除非成像器及照明源之至少一者安裝在某種類型的平台機構上，而這可能顯著地提高成本。基於視覺之邊緣對準技術在基板由不透明材料形成時良好運作，但可能難以應用於透明基板，諸如玻璃或藍寶石。此外，尋得基板邊 緣的精確度係由成像器及所使用之任何透鏡的品質決定；因此獲得一零件之邊緣的高精確度影像可能需要昂貴的成像器及光學器件。最後，使用移動(非固定)成像器來找到多個邊緣或針對不同基板尺寸進行調整會花費時間，其導致額外的支出時間且延緩加工基板的循環時間。

在一實施例中，一種對準系統的特徵在於包含：一基板夾具，其經構形以接收一基板；一導引結構，其相對於一基板夾具位置固定；及至少一致動夾。基板夾具可經構形以接收一基板。一致動夾可包含：一夾；一致動器，其耦接至該夾且相對於經構形以接收一基板之基板夾具位置固定；及一編碼器，其可操作以產生且輸出指示夾之位置的編碼器資料。致動器可能可操作以使夾相對於基板夾具移動。導引結構及致動夾可經配置使得當藉由第一致動器使夾相對於基板夾具移動時，由基板夾具接收的基板可按壓在夾與導引結構之間。

在另一實施例中，一種用於處理一基板之設備可包含上文描述的對準系統。在又一實施例中，一種使用具有一處理頭及與處理頭相關聯之至少一組件之加工工具處理基板的方法可包含下列動作，該等動作包含：接收描述與一參考基板相關聯之一特徵之至少一幾何特性的參考資料；將一基板裝載至一夾具上，經裝載基板對應於參考基板；將經裝載基板按壓在至少一第一結構與至少一第二結構之間；在按壓之後，獲得指示至少一第二結構之位置的資料；及在經裝載基板中形成特徵，其中形成特徵包含至少部分基於參考資料及所獲得資料控制至少一組件之操作，使得經形成特徵之至少一幾何特性對應於與參考基板相關聯之特徵的至少一幾 何特性。

100‧‧‧對準系統

101a‧‧‧相對較小基板

101b‧‧‧相對較大基板

102‧‧‧基板夾具

104a‧‧‧第一夾軌

104b‧‧‧第二夾軌

104c‧‧‧第三夾軌

106a‧‧‧第一致動器

106b‧‧‧第二致動器

106c‧‧‧第三致動器

108a‧‧‧第一編碼器

108b‧‧‧第二編碼器

108c‧‧‧第三編碼器

110a‧‧‧第一導引結構

110b‧‧‧第二導引結構

圖1示意地繪示根據本發明之一實施例的邊緣對準系統。

本文中參考附圖描述實例實施例。除非另有明確規定，否則在圖式中，組件、特徵、元件等之尺寸、位置等以及其間之任何距離未必按比例，而是為簡明起見而擴大。

本文中所使用之術語僅係用於描述特定實例實施例之目的，且非旨在限制。如本文中所使用，單數形式「一」及「該」旨在亦包含複數形式，除非上下文另有明確指示。應認識到該等術語「包括」及/或「包含」當在本說明書中使用時指定存在所陳述之特徵、整體、步驟、操作、元件及/或組件，但不排除存在或添增一或多個其他特徵、整體、步驟、操作、元件、組件及/或其等群組。除非另有規定，否則在引述時，一數值範圍包含該範圍之上限及下限兩者，以及其間的任何子範圍。除非另有指示，否則諸如「第一」、「第二」等術語僅用於區別一元件與另一元件。例如，一節點可被稱作一「第一節點」且類似地，另一節點可被稱作一「第二節點」，或反之亦然。本文中使用的段落標題僅用於組織目的且不應解釋為限制所描述之主題項目。

除非另有指示，否則術語「約」、「大約」等意指非精確且無需精確之量、尺寸、公式、參數及其他數量及特性，而是根據需要可為大致的及/或較大或較小，反映容限、轉換因數、四捨五入、量測誤差及類似者及熟諳此項技術者已知的其他因素。

為便於描述，本文中可使用空間相對術語(諸如「下方」、「底下」、「下」、「上方」及「上」及類似術語)來描述一元件或特徵與另一元件或特徵的關係，如圖中所繪示。應認識到，空間相對術語旨在涵蓋除在圖中描繪之定向外的不同定向。例如，若翻轉圖中之一物件，則被描述為在其他元件或特徵「下方」或「底下」之元件將被定向為在其他元件或特徵「上方」。因此，示範性術語「下方」可涵蓋上方與下方的定向兩者。一物件可以其他方式(例如旋轉90度或以其他定向)所定向，且可相應地解釋本文中所使用的空間相對描述詞。

全文中相似編號係指相似元件。因此，相同或類似編號可參考其他圖式描述，即便其等未在對應圖式中提及，亦未在對應圖式中描述。此外，甚至未藉由參考編號標註的元件亦可參考其他圖式進行描述。

將能暸解在不偏離本發明之精神及教示的情況下許多不同形式及實施例為可行，且因此本發明不應被解釋為受限於本文中闡述的實例實施例。而是，此等實例及實施例經提供使得本發明將可為詳盡且完整，且將本發明範疇傳達予熟諳此項技術者。

I. 概述

本發明之實施例提供一種對準系統，其具成本效益且解決與已知的基於視覺之對準技術相關聯的上述限制。對準系統可被併入至適於(根據儲存在一電腦可讀媒體中之尤其描述與一參考基板相關聯的一或多個特徵之一或多個幾何特性的參考資料)處理(例如，切割、雕刻、鑽孔、侵蝕、加熱、熔化、燒蝕、標記、褪色、開裂等)一基板以藉此在該基板上或該基板內形成一或多個特徵(例如，孔、溝槽、通孔、開口、標記、 切口等)的加工工具(例如，數值控制(NC)、電腦數值控制(CNC)加工工具等)中。幾何特徵的實例包含特徵定位在一參考基板上或一參考基板內之位置(例如，相對於參考基板之一或多個邊緣)、此特徵之各者的尺寸、每個此特徵之形狀或類似者或其任何組合。

可將該邊緣對準系統併入於其內之適當加工工具的實例包含雷射處理系統、噴水系統、佈線或銑削系統及類似系統。可處理之基板的實例包含印刷電路板(PCB)之面板(本文中亦稱作「PCB面板」)、PCB、可撓印刷電路(FPC)、積體電路(IC)、IC封裝(ICP)、電子或光學裝置基板、蓋玻璃製品(例如，用於智慧型手機、平板電腦、膝上型電腦等)、裝置外殼(例如，用於手錶、電腦、智慧型手機、平板電腦、可穿戴電子裝置或類似者或其任何組合)或類似者。

在一些實施例中，對準系統可特徵化為一或多個(例如，兩個、三個、四個等)致動夾的集組。各致動夾包含一致動器及一編碼器(例如，一線性編碼器)。致動器可操作以移動一相關聯夾以使待處理的基板壓抵一或多個固定導引結構。如此可將多個尺寸的基板重複地放置在加工工具之處理頭(例如，一雷射掃描頭、一噴水切割頭、一佈線頭或類似者)的可操作鄰近處內。通常，各固定導引結構耦接至一夾具(在本文中亦稱作「基板夾具」)。基板夾具可選擇性地由可操作以沿著或繞一或多個軸移動夾具的一或多個移動平台承載。

加工工具可進一步包含與處理頭相關聯的組件。應認識到，此等「相關聯組件」之本質將基於加工工具的本質而變動。此等「相關聯組件」的實例可包含用於沿著在基板上方延伸之一平面或在朝向或遠離基 板之一方向上移動處理頭的致動器。「相關聯組件」的其他實例(例如，當加工工具被提供為一雷射處理設備時)可包含用於偏轉(例如，藉由反射、繞射、折射等)雷射光(例如，表現為雷射能之一系列脈衝或一連續或準連續光束)的致動器。因此，當加工工具被提供為一雷射處理設備時，「相關聯組件」可包含一或多個光束定位組件，諸如電流計驅動鏡、快速操縱鏡(例如，可移動地耦接至壓電致動器、電致伸縮致動器、音圈致動器等的鏡)、聲光偏轉器、電光偏轉器或類似者或其任何組合。在加工工具包含可操作以使夾具(及因此基板)隨或相對於處理頭移動的任何平台之情況下，此(等)平台亦可被視為「相關聯組件」。

一旦被放置在一處理頭的可操作鄰近處內，即可將基板視為「裝載」至加工工具中。在一實施例中，用充分校準之力極值在「力模式」下驅動各夾的致動器，使得當基板適當壓抵一導引件時，夾停止推動基板，且使得夾用足夠低的力壓抵基板以避免該基板非預期地變形。此力極值通常將針對不同類型的基板而不同地校準。

編碼器可操作以產生且輸出指示夾之位置的一或多個信號(本文中亦稱作「編碼器資料」)。在各夾經致動以使基板適當壓抵一或多個導引件之後，由各相關聯編碼器輸出之編碼器資料可被讀取或以其他方式處理(例如，藉由一電腦或與加工工具相關聯之其他處理器)以判定基板的位置、基板之邊緣的位置、基板的尺寸或類似者或其任何組合。-未處理或如上文論述處理-之編碼器資料可輸入至任何適當的邊緣對準計算演算法(例如，可由一電腦或與加工工具相關聯之其他處理器執行)以產生可用於修改參考資料的校正資料。具體地，校正資料可用於修改有關一 或多個幾何變換(例如，平移、旋轉、按比例調整、剪切或類似者或其任何組合)之參考資料，使得最終形成在經裝載基板上或經裝載基板內之特徵的位置、尺寸、形狀等(例如，相對於經裝載基板的邊緣)將對應於由參考資料表示的相對位置、尺寸、形狀等。可被應用來修改參考資料之幾何變換的其他實例包含諸如移位變換、等度量變換、相似變換、仿射變換或類似者或其任何組合的一或多個變換。

通常，描述如何修改參考資料以考慮經裝載基板(相對於參考基板)之平移的校正資料可由具有單一致動夾的對準系統產生。描述如何修改參考資料以考慮經裝載基板之平移及按比例調整(相對於參考基板)的校正資料可由具有兩個致動夾的對準系統產生。描述如何修改參考資料以考慮經裝載基板之平移、按比例調整及旋轉(相對於參考基板)之校正資料可由具有三個致動夾之一對準系統產生。

通常，經裝載基板將對應於參考基板。如本文中所使用，經裝載基板對應於參考基板，前提係其具有與參考基板之形狀相同的形狀且在尺寸上對應於參考基板。因此，經裝載基板可小於或大於參考基板或可與參考基板尺寸相同。但是，在一些實施例中，經裝載基板將具有不同於參考基板之形狀的形狀。例如，參考基板及經裝載基板兩者可界定具有或不具有圓形角隅的矩形形狀(例如，在X-Y平面中)，但經裝載基板之矩形形狀的長度或寬度之任意者可比參考基板之矩形形狀的長度或寬度為較大或小(例如，±1%、±2%、±3%、±4%、±5%、±6%、±7%、±8%、±9%、±10%、±15%等或介於此等值的任意者之間)。

加工工具可進一步包含一控制器，該控制器(例如，經由一 或多個有線或無線通信鏈路，諸如USB、以太網路、火線、Wi-Fi、RFID、NFC、藍芽、Li-Fi或類似者或其任何組合)可通信地耦接至加工工具的各種組件(例如，與其相關聯之組件的處理頭、一或多個基板平台或類似者或其任何組合)以及耦接至各致動夾的編碼器(及選擇性地耦接至致動器)。控制器可能可操作以接收編碼器資料及處理編碼器資料，如上文論述。在一實施例中，控制器可能可操作以修改如上文論述之參考資料，且根據經修改參考資料控制處理頭(或與其相關聯之組件)。通常，控制器包含經組態以在執行指令時產生上述控制信號的一或多個處理器。一處理器可被提供為經組態以執行指令的可程式化處理器(例如，包含一或多個通用電腦處理器、微處理器、數位信號處理器或類似者或其任何組合)。可由(諸)處理器執行之指令可實施為軟體、韌體等或任何適當形式的電路包含可程式化邏輯裝置(PLD)、現場可程式化閘陣列(FPGA)、現場可程式化物件陣列(FPOA)、應用特定積體電路(ASIC)，-包含數位、類比及混合類比/數位電路-或類似者或其任何組合。指令的執行可在一處理器上執行、散佈在處理器間、跨一裝置內之處理器或跨裝置之一網路並行進行或類似情況或其任何組合。在一實施例中，控制器包含有形媒體，諸如電腦記憶體，其可由處理器存取(例如，經由一或多個有線或無線通信鏈路)。如本文中所使用，「電腦記憶體」包含磁性媒體(例如，磁帶、硬碟機等)、光碟、揮發性或非揮發性半導體記憶體(例如，RAM、ROM、NAND型快閃記憶體、NOR型快閃記憶體、SONOS記憶體等)等，且可本地、遠端(例如，跨一網路)存取或其之組合。通常，指令可儲存為電腦軟體(例如可執行程式碼、檔案、指令等、函式庫檔案等)，該電腦軟體可容易地由技術 人員從本文中提供的描述創作，例如以C、C++、Visual Basic、Java、Python、Tel、Perl、Scheme、Ruby等編寫。電腦軟體通常儲存在由電腦記憶體傳送的一或多個資料結構中。

前文中已大致描述該對準系統及其操作，現將於後文中進一步詳細論述根據一實施例之對準系統的構造。

II. 一對準系統之示範性實施例

參考圖1，根據本發明之一實施例的對準系統被提供為對準系統100，該對準系統包含一基板夾具102及三個致動夾：一第一致動夾，其包含一第一夾軌104a、一第一致動器106a及一第一編碼器108a；一第二致動夾，其包含一第二夾軌104b、一第二致動器106b及一第二編碼器108b；及選擇性地一第三致動夾，其包含一第三夾軌104c、一第三致動器106c及一第三編碼器108c。基板夾具102可選擇性地固定至一或多個基板平台(例如，一或多個移動平台)，該一或多個基板平台經構形以沿著X軸、沿著Y軸(例如，正交於X軸)、沿著Z軸(例如，正交於X軸及Y軸)、繞X軸、繞Y軸、繞Z軸或類似者或其任何組合移動基板夾具102。

通常，第一致動器106a、第二致動器106b及第三致動器106c之各者可分別相對於基板夾具102位置固定。例如，第一致動器106a、第二致動器106b及第三致動器106c之各者可分別固定至基板夾具102。第一致動器106a、第二致動器106b及第三致動器106c分別可操作以使第一夾軌104a、第二夾軌104b及第三夾軌104c之個別者相對於基板夾具102移動。例如，第一致動器106a可操作以沿著X軸移動第一夾軌104a，第二致動器106b可操作以沿著Y軸移動第二夾軌104b，且第三致動器106c可操作以沿 著X軸移動第三夾軌104b。

對準系統100亦包含相對於基板夾具102位置固定之一第一導引結構110a(例如，一軌)及一第二導引結構110b(例如，一軌)。例如，第一導引結構110a及第二導引結構110b之各者分別可固定至基板夾具102。第一導引結構110a之軌界定沿著Y軸延伸之一導引表面，且第二導引結構110b之軌界定沿著X軸延伸之一導引表面。雖然第一導引結構110a及第二導引結構110b之各者分別被繪示為被提供為一單一軌，但是將暸解第一導引結構110a及第二導引結構110b之任意者可被提供為一組銷(例如，在第二導引結構110b之情況下，經對準使得與該組銷相切之一平面沿著X軸延伸；或在第一導引結構110a之情況下，經對準使得與該組銷相切之一平面沿著Y軸延伸)。

通常，致動夾及導引結構經配置使得一或多個尺寸的基板可容納於其間及基板夾具102上方。例如，圖1繪示一實例，其中一相對較小基板101a或一相對較大基板101b可容納於基板夾具102上，在導引結構(即，第一導引結構110a及第二導引結構110b)與致動夾(即，第一夾、第二夾及選擇性地第三夾)之間。第一致動夾及第一導引結構110a相對於彼此配置，使得當被致動時，第一致動夾在沿著X軸之一方向上使基板壓抵第一導引結構110a。第二致動夾及第二導引結構110b相對於彼此配置，使得當被致動時，第二致動夾在沿著Y軸之一方向上使基板壓抵第二導引結構110b。當包含第三致動夾時，第三致動夾相對於第一導引結構110a配置，使得當被致動時，第三致動夾按壓基板以使基板(例如，於在X軸及Y軸上延伸之平面中)繞第一導引結構110a之一邊緣旋轉。雖然第三致動 夾被繪示為可操作以使一基板繞第一導引結構110a之一邊緣旋轉，但是將暸解第三致動夾可經配置以可操作以使一基板繞第二導引結構110b之一邊緣旋轉。

III. 結論

前文中闡釋本發明的實施例及實例，且不應被解釋為對其之限制。雖已參考圖式描述一些具體實施例及實例，然熟諳此項技術者將容易地暸解對所揭示實施例及實例之許多修改以及其他實施例在不實質偏離本發明之新穎教示及優點的情況下確為可行。相應地，所有此等修改旨在包含於如申請專利範圍中所定義之本發明的範疇內。例如，熟諳此項技術者將暸解任何句子、段落、實例或實施例之主題項目可與一些或所有其他句子、段落、實例或實施例之主題項目組合，除此等組合相互排斥的情況外。因此，本發明之範疇應由下文申請專利範圍判定，申請專利範圍之等效物將包含於其中。

Claims (15)

1. 一種用於處理一基板之設備，該設備包括：一對準系統，其包含：一基板夾具，其經構形以接收該基板；一第一導引結構，其相對於該基板夾具位置固定；及一第一致動夾，其包含：一第一夾；一第一致動器，其耦接至該第一夾且相對於該基板夾具位置固定，該第一致動器可操作以使該第一夾相對於該基板夾具移動；及一第一編碼器，其可操作以產生且輸出指示該第一夾之位置的編碼器資料，其中該第一導引結構及該第一致動夾經配置使得當藉由該第一致動器使該第一夾相對於該基板夾具移動時，由該基板夾具接收之基板可按壓在該第一夾與該第一導引結構之間。
2. 一種對準系統，其包含：一基板夾具，其經構形以接收該基板；一第一導引結構，其相對於該基板夾具位置固定；及一第一致動夾，其包含：一第一夾；一第一致動器，其耦接至該第一夾且相對於該基板夾具位置固定，該第一致動器可操作以使該第一夾相對於該基板夾具移動；及一第一編碼器，其可操作以產生且輸出指示該第一夾之位置之編 碼器資料，其中該第一導引結構及該第一致動夾經配置使得當藉由該第一致動器使該第一夾相對於該基板夾具移動時，由該基板夾具接收之基板可按壓在該第一夾與該第一導引結構之間。
3. 根據申請專利範圍第1項之設備或根據申請專利範圍第2項之對準系統，其中該對準系統進一步包含：一第二導引結構，其相對於該基板夾具位置固定；及一第二致動夾，其包含：一第二夾；一第二致動器，其耦接至該第二夾且相對於該基板夾具位置固定，該第二致動器可操作以使該第二夾相對於該基板夾具移動；及一第二編碼器，其可操作以產生且輸出指示該第二夾之位置之編碼器資料，其中該第二導引結構及該第二致動夾經配置使得當藉由該第二致動器使該第二夾相對於該基板夾具移動時，由該基板夾具接收之該基板可按壓在該第二夾與該第二導引結構之間。
4. 根據申請專利範圍第1項之設備或根據申請專利範圍第2項之對準系統，其中該第一致動器可操作以使該第一夾沿著一第一軸相對於該基板夾具移動；及該第二致動器可操作以使該第二夾沿著不同於該第一軸之一第二軸相對於該基板夾具移動。
5. 根據申請專利範圍第1項之設備或根據申請專利範圍第2項之對準系統，其中該第二軸垂直於該第一軸。
6. 根據申請專利範圍第4項之設備或對準系統，其中該對準系統進一步包含：一第三致動夾，其包含：一第三夾；一第三致動器，其耦接至該第一夾且相對於該基板夾具位置固定，該第三致動器可操作以使該第三夾相對於該基板夾具移動；及一第三編碼器，其可操作以產生且輸出指示該第二夾之位置之編碼器資料，其中該第三致動夾相對於該第一導引結構配置，使得當藉由該第三致動器使該第三夾相對於該基板夾具移動時，由該基板夾具接收之基板可繞該第一導引結構之一端部旋轉。
7. 根據申請專利範圍第1項之設備，其進一步包含可操作以處理由該基板夾具接收之基板的加工工具，該加工工具具有一處理頭。
8. 根據申請專利範圍第7項之設備，其中該對準系統可操作以將由該基板夾具接收之基板放置在該處理頭的可操作鄰近處。
9. 根據申請專利範圍第7項之設備，其進一步包括一控制器，該控制器耦接至與該處理頭相關聯之至少一組件及選自由該第一編碼器、該第二編碼器及該第三編碼器組成之群組之至少一編碼器，其中該控制器可操作以基於由選自由該第一編碼器、該第二編碼器及該第三編碼器組成之群組之該至少一編碼器輸出的編碼器資料控制與該處理頭相關聯之該至少一組 件的操作。
10. 根據申請專利範圍第9項之設備，其中該至少一組件包含一經組態以偏轉雷射光的致動器。
11. 根據申請專利範圍第7項之設備，其中該加工工具係一雷射處理系統。
12. 一種使用具有一處理頭及與該處理頭相關聯之至少一組件之一加工工具處理一基板的方法，該方法包括：接收描述與一參考基板相關聯之一特徵的至少一幾何特性之參考資料；將一基板裝載至一夾具上，該經裝載基板對應於該參考基板；將該經裝載基板按壓在至少一第一結構與至少一第二結構之間；在按壓後，獲得指示該至少一第二結構之位置的資料；及在該經裝載基板中形成該特徵，其中形成該特徵包含至少部分基於該參考資料及該所獲得資料控制該至少一組件的操作，使得該經形成特徵之至少一幾何特性對應於與該參考基板相關聯之特徵的至少一幾何特性。
13. 根據申請專利範圍第12項之方法，其中將該基板裝載至該夾具上包括將該基板裝載至該夾具上，使得該經裝載基板可操作地接近該處理頭。
14. 根據申請專利範圍第12項之方法，其中控制該至少一組件的操作包含：基於該所獲得資料修改該參考資料；及基於該經修改參考資料控制該至少一組件的操作。
15. 根據申請專利範圍第14項之方法，其中修改該參考資料包含： 基於該所獲得資料產生校正資料；及基於該校正資料修改該參考資料。