TWI418501B - 多基板之高精度的同步貼板之視覺定位裝置及其方法 - Google Patents

Description

多基板之高精度的同步貼板之視覺定位裝置及其方法

本發明係有關於一種同步貼板之視覺定位裝置及其方法，尤指一種將多個基板高精度、高速地貼合於載板上之同步貼板之視覺定位裝置及其方法。

電子產品的技術快速發展，相關產品特性大多要求重量輕、體積小、高品質、低價位、低消耗功率及高可靠度等特點，上述特點促進了通訊、多媒體等技術的開發與市場成長，而以隨身攜帶的多媒體用品或資訊產品的發展更為迅速，為了電子產品的可攜性，產品的體積與尺寸都以微小化為其前提。

從生產成本與效率的角度來看，為了配合SMT廠的置件需求，傳統上將多個小尺寸的電路板合併成一個面積較大、元件數目較多的併板，但將電路板併成多連板，勢必得另承受二種風險，一為印刷機的單一鋼板無法隨時因應不同電路板漲縮尺寸及時修正，而造成錫膏印刷偏移的元件立碑與空焊問題；二為多連板中將出現電路板因內層線斷、短路的不良板參雜其中，成為另一導致SMT生產線稼動率下降的因素，或因SMT廠拒收此多連板，而造成採購成本大幅增加的問題。

然而，傳統貼板/併板時產生以下問題：

1、以人工方式，利用高溫膠帶將電路板貼合於載板上。然而，此方法所製作的併板的精度不佳，除了人工貼合的誤差，更可能因為電路板本身的可撓性(如軟板)，使得電路板在貼附時產生翹曲、扭折、歪斜的情形，尤其是高溫膠帶僅貼附軟板周圍，故其中央位置可能會形成突起或扭折。故上述併板的精度無法有效控制，造成SMT機台無法將元件置放在所要求的位置；另外，人工成本亦造成SMT廠的負擔。

2、利用可重複使用之高溫黏膠將電路板貼合於載板上。此方式可解決電路板之中央位置的突起或扭折，但高溫黏膠的壽命無法量化，僅能以預估最低壽命的方式加以管理，故使得併板的成本大幅提高；另外，上述傳統併板的方式均無法提升其速度，例如逐片進行貼板製程，使得貼板製程出現cycle time的時間瓶頸。

本發明之實施例提供一種多基板之高精度的同步貼板之視覺定位方法，其用以將複數個基板放置於一載板，該同步貼板之視覺定位方法係包括以下步驟：提供一用以存放基板的暫存區，並將複數個基板傳送至該暫存區；提供一定位區，該些基板係由該暫存區被移動至該定位區，其中利用一移動平台將該些基板由該暫存區移動至該定位區；利用一視覺裝置擷取該些基板的影像，並分析該些基板的偏移值，其中該移動平台係將該些基板運載至該視覺裝置的下方；利用一搬移定位裝置依據每一基板之偏移值進行補正後吸取位於該定位區上的該些基板，其中該視覺裝置係設於該搬移定位裝置上，該搬移定位裝置係依據每一基板之偏移值改變其吸取角度及位置，以補正補正每一基板之偏移值；以及利用該搬移定位裝置將上述經過定位之該些基板高精度地且同步地放置於該載板上，使固定於該載板上的兩兩基板之間具有高精度的相對位置。

本發明實施例更提供一種多基板之高精度的同步貼板之視覺定位裝置，其用以將複數個基板放置於一載板上，該視覺定位裝置係包括：一架體；一設於該架體上之暫存區，該些基板係暫存於該暫存區；一設於該架體上之定位區，該些基板係藉由一移動平台自該暫存區被移動至該定位區；一設於搬移定位裝置的視覺裝置，其中該移動平台係將該些基板運載至該視覺裝置的下方；一搬移定位裝置，其係可移動地設置於該架體上，用以依據每一基板之偏移值進行補正後吸取位於該定位區上的該些基板，其中該搬移定位裝置係依據每一基板之偏移值改變其吸取角度及位置，以補正每一基板之偏移值；以及承放於該架體上之該載板，藉此，該搬移定位裝置係將該些基板高精度地且同步地放置於該載板上，使固定於該載板上的兩兩基板之間具有高精度的相對位置。

本發明具有以下有益的效果：本發明先分析基板的偏移值，再於吸附基板的同時進行基板偏移值的補正，接著進行同步貼板，故可提升貼板的精準度，據此，不論是就生產線的速度與精確度而言，本發明的同步貼板之視覺定位裝置/方法均具有大幅改善的效果。

本發明提出一種多基板的同步貼板之視覺定位裝置及其方法，其主要係可用於快速的搬移基板，利用補正偏移的技術將基板調整於正確角度/正確位置後，同步且高精度地貼合固定於載板上，故可縮短貼板的產出時間(cycle time)，以達到提升生產效能的目標。

首先，請參閱圖2至圖2A所示，本發明所提出的多基板之高精度的同步貼板之視覺定位裝置至少包含：一架體10、一設於架體10上之暫存區11A、一設於架體10上之定位區(又稱取料區)11B、一於暫存區11A與定位區11B之間往復移動之移動平台12、一可移動地設置於該架體10上之搬移定位裝置13、一設於該搬移定位裝置13上的視覺裝置14及一承放於架體10上之載板15，而該同步貼板之視覺定位裝置的功用在於補正(或稱補償)基板2的偏移值，如各種電路板、軟板等，以將多個基板2同步地、高精度地貼合於載板15上，其中「高精度」係指兩兩相鄰之基板2之間具有高精度的相對位置d(如圖4所示)，本發明可依程式宣告兩兩相鄰之基板2間的相對位置d而達到補正的效果，且由於本發明之多基板的同步貼板之視覺定位裝置可同步貼合多個基板2於載板15上，故可節省貼板製程的產出時間(cycle time)；另外，該基板2上設有複數個定位標誌20，以作為識別、定位之用，而上述定位標誌20較佳地設置於該基板2之上表面。例如圖2、圖2A，搬移定位裝置13可一次將兩片基板2進行同步貼板，而載板15上已固定有四片基板2，即表示搬移定位裝置13已經完成兩次的貼板作業。

據此，本發明可應用上述多基板的同步貼板之視覺定位裝置進行以下的同步貼板之視覺定位方法，以同步針對多個基板2進行貼板作業，以下將以兩個基板2說明本發明之同步貼板之視覺定位方法：

步驟S101：提供一用以存放基板2的暫存區11A。在本實施例中，兩個基板2係利用吸取頭111或其他搬移裝置將基板2由進料區搬移置放於暫存區11A中之移動平台12，以提高將基板2搬移至定位區11B的速率。由於吸取頭111將基板2搬移、放置於移動平台12上時，基板2之間的位置可能出現誤差，如圖3所示，左右兩側之基板2可能出現歪斜的情況，而本發明可解決上述的歪斜情形，而同步地將歪斜的基板2以高精度的方式貼合於載板15上(如圖4所示)。

另外，架體10係為本裝置的主體，前述的裝置係實質地架設於架體10。架體10上可包括有用以放置基板2的儲存裝置(圖未示)等，儲存裝置係相當於進料區，其功能在於放置上述基板2，而吸取頭111即可將基板2由進料區之儲存裝置以真空方式取放且置於暫存區11A上的移動平台12，移動平台12較佳地可具有真空吸力，並可承載基板2在暫存區11A與定位區11B之間往返移動。

步驟S103：提供一定位區11B。在本步驟中，該些基板2係由該暫存區11A被移動至該定位區11B，例如利用快速往返的移動平台12將基板2由該暫存區11A移動至該定位區11B，該移動平台12可提供真空吸力(如連接至一真空幫浦)或其他固定方式將基板2穩定地置放於移動平台12上，而不會產生基板2掉落的問題。

而前述之暫存區11A係位於進料區與定位區11B之間，其功能在於暫存基板2，以縮短進料區與後述之定位區11B的距離。換言之，暫存區11A的位置較接近上述之定位區11B，並利用移動平台12承載基板2在暫存區11A與定位區11B之間往返移動，故可提高工作的效率(移動行程距離較短)，使基板2可高速地由暫存區11A傳送至定位區11B。在具體實施例中，暫存區11A與定位區11B可為同一機台區域，本說明僅是在文字上加以定義以方便說明。

步驟S105：利用一個視覺裝置14擷取該些基板2的影像，並分析該些基板2的偏移值，在本具體實施例中，視覺裝置14係裝設於搬移定位裝置13上，以避免視覺裝置14與搬移定位裝置13的相對誤差，其中在本步驟中，該移動平台12係將該些基板2運載至視覺裝置14的下方，以利視覺裝置14擷取基板2的影像並進行影像分析。在一具體實施例中，視覺裝置14可為一種上視覺檢測裝置，以用於檢視基板2的上表面影像，例如依序檢視基板2之定位標誌20的位置，以利用影像分析判斷基板2的偏移值，並將檢知結果傳遞給控制單元等等(圖未示)，以控制後續之吸取步驟。

步驟S107：利用搬移定位裝置13依據每一基板2之偏移值進行補正後吸取位於該定位區11B上的該些基板2，其中該搬移定位裝置13係依據每一基板2之偏移值改變其吸取角度及位置，以補正每一基板2之偏移值；換言之，在本步驟中，該搬移定位裝置13較佳地具有一可調之吸取頭(如真空吸頭、吸盤或其他具有搬移能力之裝置)，其可依據前一步驟中所分析的檢知結果進行基板2的偏移補正，並將基板2加以吸取。具體而言，步驟四可分為以下子步驟：

(1)該吸取頭先依據該些基板2的其中之一的偏移值調整其吸取角度及位置；

(2)該吸取頭向下以吸取完成補正該偏移值的基板2；

(3)該吸取頭與被吸取之該基板2向上並移動至正確角度與正確位置；

(4)再依上述步驟，逐一吸取該些基板2中的其他基板2，而在吸取其他基板2時，係控制兩相鄰之基板2間的間距而進行補正，例如可依系統程式宣告兩相鄰基板2間的間距而進行補正，使後續貼板後，兩兩相鄰之基板2之間具有高精度的相對位置d(如圖4所示)。

請配合圖3，上述的步驟可具體說明如下，首先吸取頭先依據左側之基板2的偏移值調整其吸取角度及位置，例如根據步驟S105之分析結果，左側之基板2逆時針偏移一角度θ1，故控制單元先依照分析結果，將吸取頭逆時針偏移角度θ1；接著，吸取頭向下位移，以吸取完成補正該偏移值的基板2(即左側之基板2)；接著，該吸取頭與被吸取之該基板2向上移動，並順時針旋轉，以調整基板2至正確角度與正確位置。

接下來，針對右側之基板2，控制單元再依照分析結果，將吸取頭順時針偏移角度θ2；接著，吸取頭向下位移，以吸取完成補正該偏移值的基板2(即右側之基板2)，而吸取右側之基板2時，可依程式宣告兩相鄰基板2間的間距而進行吸取動作；接著，該吸取頭與被吸取之該基板2向上移動，並逆時針旋轉，以調整基板2至正確角度與正確位置。

藉此，本發明可將本實施例之左右兩個歪斜的基板2補正至正確角度與正確位置，使後續之貼板具有高精度，以達到兩兩相鄰之基板2之間具有高精度的相對距離d。值得說明的是，本實施例係以偏移角度進行說明，但並非以上述為限，其他例如距離等偏移亦可利用上述方式進行補正與調整。另外，如圖2B所示，搬移定位裝置13的吸取面較佳為凹凸面，凸面主要係用於吸取基板2，而凹面130則是為了在貼板時影響到先前的貼板作業中已完成之基板2，而凹面130的寬度可依據貼板之相對距離d進行調整。

而在步驟S107之後，步驟S109即可利用搬移定位裝置13將上述經過補正、定位之基板2高精度地放置於載板15上(如圖5所示)，使固定於載板15上的兩兩基板2之間具有高精度的相對位置。因此，本發明可同步地將多個基板2高精度地貼合於載板15上，故可有效節省貼板的作業時間。

故，依據上述說明，本發明可根據視覺裝置14所分析的結果調整基板2的偏移位置/角度，即搬移定位裝置13可依據該等定位標誌20之位置及方向，補償、調整該基板2之X軸、Y軸、Z軸及方位角等方向及位置等等，再同步地將多個基板2高精度地貼合於載板15上，使兩兩相鄰之基板2之間具有高精度的相對距離d，並可有效節省貼板的作業時間。

綜上所述，本發明具有下列諸項優點：

1、本發明係利用同步貼板的方式將多個基板同步貼合於載板上，故可解決傳統單片進行貼板的速率低落問題，換言之，本發明可大幅節省貼板的製程時間，例如在本具體實施例中，其產出時間(cycle time)約為4.5秒/2片。

2、另外，本發明搭配影像分析的步驟，先就每一基板的偏移值進行分析，在於吸附基板的同時進行基板偏移值的補正，使兩兩貼板之間的精度可達約±30um，因此在生產的速度與精度上均可達到製程上的要求。

以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖示內容所為之等效技術變化，均包含於本發明之範圍內。

10．．．架體

11A．．．暫存區

111．．．吸取頭

11B．．．定位區

12．．．移動平台

13．．．搬移定位裝置

130．．．凹面

14．．．視覺裝置

15．．．載板

2．．．基板

20．．．定位標誌

θ1、θ2．．．角度

d．．．相對距離

S101～S109．．．流程步驟

圖1係為本發明之多基板之高精度的同步貼板之視覺定位方法的流程圖。

圖2係為本發明之多基板之高精度的同步貼板之視覺定位裝置的立體示意圖。

圖2A係為圖2中之A部分的放大圖。

圖2B係為搬移定位裝置的側視圖。

圖3係為基板歪斜地置於移動平台的示意圖。

圖4係為基板高精度地貼合於載板的示意圖。

S101～S109．．．流程步驟

Claims (10)

1. 一種多基板之高精度的同步貼板之視覺定位方法，其用以將複數個基板放置於一載板，該同步貼板之視覺定位方法係包括以下步驟：提供一用以存放基板的暫存區，並將複數個基板傳送至該暫存區；提供一定位區，該些基板係由該暫存區被移動至該定位區，其中利用一移動平台將該些基板由該暫存區移動至該定位區；利用一視覺裝置擷取該些基板的影像，並分析該些基板的偏移值，其中該移動平台係將該些基板運載至該視覺裝置的下方；利用一搬移定位裝置依據每一基板之偏移值進行補正後吸取位於該定位區上的該些基板，其中該視覺裝置係設於該搬移定位裝置上，該搬移定位裝置係依據每一基板之偏移值改變其吸取角度及位置，以補正每一基板之偏移值；以及利用該搬移定位裝置將上述經過定位之該些基板高精度地且同步地放置於該載板上，使固定於該載板上的兩兩基板之間具有高精度的相對位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多基板之高精度的同步貼板之視覺定位方法，其中該搬移定位裝置具有一可調之吸取頭，在利用一搬移定位裝置吸取該些基板的步驟中，該吸取頭係進行以下步驟：(1)該吸取頭先依據該些基板的其中之一的偏移值調整其吸取角度及位置；(2)該吸取頭向下以吸取完成補正該偏移值的基板；(3)該吸取頭與被吸取之該基板向上並移動至正確角度與正確位置；(4)再依上述(1)至(3)步驟，逐一吸取該些基板中的其他基板。
3. 如申請專利範圍第2項所述之多基板之高精度的同步貼板之視覺定位方法，其中該視覺裝置係為一種上視覺檢測裝置，在利用一個設於該定位區之視覺裝置擷取該些基板影像的步驟中，該視覺裝置係用以檢視該些基板上的定位標誌之影像。
4. 如申請專利範圍第3項所述之多基板之高精度的同步貼板之視覺定位方法，其中在利用一移動平台將該些基板由該暫存區移動至該定位區的步驟中，所述移動平台係提供有真空吸力，以將基板穩定地置放於該移動平台上。
5. 如申請專利範圍第3項所述之多基板之高精度的同步貼板之視覺定位方法，其中在(4)步驟中，係控制兩相鄰之基板間的間距而進行補正。
6. 如申請專利範圍第5項所述之多基板之高精度的同步貼板之視覺定位方法，其中該搬移定位裝置的吸取面係為凹凸面。
7. 一種多基板之高精度的同步貼板之視覺定位裝置，其用以將複數個基板放置於一載板，該視覺定位裝置係包括：一架體；一設於該架體上之暫存區，該些基板係暫存於該暫存區；一設於該架體上之定位區，該些基板係藉由一移動平台自該暫存區被移動至該定位區；一搬移定位裝置，其係可移動地設置於該架體上，用以依據每一基板之偏移值進行補正後吸取位於該定位區上的該些基板，其中該搬移定位裝置係依據每一基板之偏移值改變其吸取角度及位置，以補正每一基板之偏移值；一設於該搬移定位裝置的視覺裝置，其中該移動平台係將該些基板運載至該視覺裝置的下方；以及承放於該架體上之該載板，藉此，該搬移定位裝置係將該些基板高精度地且同步地放置於該載板上，使固定於該載板上的兩兩基板之間具有高精度的相對位置。
8. 如申請專利範圍第7項所述之多基板之高精度的同步貼板之視覺定位裝置，其中該搬移定位裝置具有一可調之吸取頭，該視覺裝置係為一種上視覺檢測裝置，該視覺裝置係用以檢視該些基板上的定位標誌之影像。
9. 如申請專利範圍第8項所述之多基板之高精度的同步貼板之視覺定位裝置，其中該移動平台係提供有真空吸力。
10. 如申請專利範圍第7項所述之多基板之高精度的同步貼板之視覺定位裝置，其中該搬移定位裝置的吸取面係為凹凸面。