TWI660653B - 校準分配器的方法 - Google Patents

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Abstract

一種方法被用來識別及補償誤差，該等誤差由分配器的沉積單元及視覺系統之相對位置的改變所產生。該方法包括校準該視覺系統，在工作區域上方分配特徵的圖案，將該視覺系統移動到沉積位置上方來定位沉積，取得該沉積的影像，標記與影像相關聯的資料，計算沉積單元及視覺系統之間的相對距離，將校正資料與空間位置儲存在檔案中以供後續使用，並利用所存儲的資料以在分配額外材料之前做小校準。

Description

校準分配器的方法
本揭示一般有關於用於將黏性材料分配至基板(例如印刷電路板)上的設備及方法，且更具體而言，有關於一種用於精確地分配材料到電路板上的系統及相關方法。此舉可在安裝於螢幕/模版印刷機內的專用分配器系統或分配單元內完成。
目前有許多種用來分配精確的液體或漿糊量的先前技術分配器系統，該等分配器系統用於各種應用。一種這樣的應用是積體電路晶片及其他電子元件組裝到電路板基板上。在此應用中，自動化分配器系統被用來將非常少量的黏性材料，或一點的黏性材料分配到電路板上。該黏性材料可包括液體環氧樹脂或焊料膏(solder paste)，或一些其他相關材料。在執行分配運作之前，電路板必須與分配器系統的分配器對齊或者註冊(register)。在一個已知的方法中，此舉可藉由採用分配器系統的視覺系統以驗證地標的位置(亦稱作為基準點(fiducials))來達成，或藉由定位電路板上的已知元件來達成。具體而言，為了將電路板與分配器系統的分配單元對齊，該視覺系統的攝影機取得了至少兩個基準點或已知元件的影像。如果電路板偏離位置，則可操控能夠移動該 分配器的支架(gantry)以補償該電路板的實際位置。在另一個實施例中，電路板安置於其上的支撐表面可被操控，以在執行分配運作之前準確地定位該電路板。
與分配相關聯的一個問題是，視覺系統及分配單元之間的距離/關係可能不是固定的，這是由於潛在的非線性或非正交性。在試圖準確地將材料分配到電路板上時，此問題可能導致顯著的誤差。每個機械系統具有距離零允差(tolerance)或完美允差的某種程度之變化。典型的機械運動系統是經設計以達成系統之行程上的平坦、直線及方型的高允差。該等允差允許某種程度的系統與系統之間的變化及偏離完美允差的變化。典型的分配器可採用標準的校準程序，該校準程序將利用該分配器的視覺系統來校準消除該等誤差。此校準程序可經驗證以校正(correct)該視覺系統定位的該等誤差。然而，校準程序未能充分考量到視覺系統及分配單元之間的相對距離，該相對距離在該系統的整個行程上是不固定的。在其他情況下，分配單元可耦合到獨立於視覺系統的機械運動系統，且因此每個系統及該兩個系統之間的關係是需要校準的。
本揭示的一個態樣涉及方法，該方法用於識別及補償由分配器的沉積單元及視覺系統的相對位置中的改變所產生的誤差。在一個實施例中，該方法包括：校準該視覺系統；在工作區域上方分配特徵的圖案；將該視覺系統移動到沉積位置上方以定位沉積；取得沉積的影像；標 記與該影像相關聯的資料；計算該沉積單元及該視覺系統之間的相對距離；將校正資料與空間位置儲存在檔案中以供後續使用；及使用所存儲的資料，以在分配額外材料之前作小校正。
該方法的實施例還可包括，如果多個分配單元被採用的話，標記每個分配單元。取得該沉積的影像、標記與該影像相關聯的資料、儲存資料，並計算相對距離的步驟可被重複以用於其他沉積位置。該方法可在控制器的控制底下執行，該控制器經配置以操控具有視覺支架系統的視覺系統，以移動到由沉積位置定義的位置。該控制器可進一步經配置以分配材料的線。該控制器可進一步經配置以分配材料的點。該方法可進一步包括在分配運作期間以支撐組件支撐電子基板，該支撐組件耦合到框架。該分配單元及該視覺系統可耦合到共同的支架。該分配單元及該視覺系統可被提供在分離的支架上。
本揭示的另一個態樣涉及方法，該方法用於識別及補償由分配器的沉積單元及視覺系統的相對位置中的改變所產生的誤差。在一個實施例中，該方法包括：校準該視覺系統；暫時將攝影機固定至沉積單元；將位於沉積單元位置的攝影機移動至與該視覺系統被校準的相同位置；取得影像，該影像的標準與該視覺系統被校準的標準相同；標記與該影像相關聯的資料；計算該沉積單元及該視覺系統之間的相對距離；將校正資料與空間位置儲存在 檔案中以供後續使用；及使用所存儲的資料，以在分配額外材料之前作小校正。
該方法的實施例還可包括，如果多個分配單元被採用的話，標記每個分配單元。取得該沉積的影像、標記與該影像相關聯的資料、儲存資料，並計算相對距離的步驟可被重複以用於其他沉積位置。該方法可在控制器的控制底下執行，該控制器經配置以操控具有視覺支架系統的視覺系統，以移動到由沉積位置定義的位置。該方法可進一步包括在分配運作期間以支撐組件支撐電子基板，該支撐組件耦合到框架。該分配單元及該視覺系統可耦合到共同的支架。該分配單元及該視覺系統可被提供在分離的支架上。該方法可進一步包括移除該攝影機。
10‧‧‧分配器
12‧‧‧電子基板
14‧‧‧第一分配單元
16‧‧‧第二分配單元
18‧‧‧控制器
20‧‧‧框架
22‧‧‧支座
24‧‧‧分配單元支架
26‧‧‧重量量測裝置
28‧‧‧分配單元
30‧‧‧視覺系統
32‧‧‧視覺系統
40‧‧‧系統
42‧‧‧托架
44‧‧‧分配單元
46‧‧‧分配單元
48‧‧‧視覺系統
50‧‧‧支架
60‧‧‧分配器系統
62‧‧‧托架
64‧‧‧視覺系統
66‧‧‧支架
68‧‧‧分配托架
70‧‧‧分配單元
72‧‧‧分配單元
74‧‧‧支架
附圖並非意於按比例繪製。在繪圖中，各種圖式中繪示的每個相同或幾乎相同的元件是以相同的數字來表示。為了清楚的目的，並非每個元件可被標記在每個繪圖中。在繪圖中：圖1是本揭示的實施例的分配器的示意圖；圖2是視覺系統及兩個分配單元在分配器的共同支架系統上運動的示意圖；及圖3是視覺系統及兩個分配單元在分離的支架上運動的示意圖，該等分離的支架在相同的主要分配器內。
僅為了說明的目的而非限制概括性，本揭示現在將參照附圖而詳細描述。本揭示不受限於以下描述中所闡述或繪圖中所繪示的建構細節之應用及元件之安排。此揭示中闡述的原理能夠用於其他實施例，且可以各種方法實施或實現。此外，在此所使用的用語及術語是為了描述的目的，且不應被認為是限制性的。「包含」、「包括」、「具有」、「含有」、「涉及」及其變化的使用是意於涵蓋其後列出的項目及其等同物以及額外的項目。
本揭示內容的各種實施例涉及黏性材料分配器系統、包括分配器系統的裝置，及在基板上執行分配運作之前校準分配器的方法。在此所揭示的實施例涉及在電子基板上分配材料的技術，該分配是藉由分配所分配之特徵的圖案，並接著以視覺系統定位所分配的特徵來判定小差異。
圖1依據本發明的一個實施例示意性地繪示分配器，該分配器大致指示於10。分配器10是用於分配黏性材料(例如，粘合劑、密封劑(encapsulent)、環氧樹脂、焊錫膏、底部填充材料等)或半黏性材料(例如，助焊劑等)到電子基板12上，例如印刷電路板或半導體晶圓。分配器10可替代地用於其他應用中，例如用於施加汽車密合(gasketing)材料或用於特定的醫療應用或用於施加導電油墨。應當理解到，在此所使用的黏性或半黏性材料之參考是例示性的，且意圖為非限制性的。分配器10包括第一及第二分配單元或頭，分別大致指示於14及16處，及控制 器18來控制分配器的運作。雖然顯示了兩個分配單元，但應當理解到可提供一或更多個分配單元。
分配器10亦可包括具有底座或支座22的框架20，該框架用於支撐基板12、分配單元支架24，該分配單元支架可移動地耦合到框架20以用於支撐及移動分配單元14、16，及重量量測裝置或重秤26，該重量量測裝置或重秤用於對該黏性材料的分配數量秤重，例如，作為校準過程的一部分，並提供重量資料給控制器18。輸送機系統(未顯示)或其他的傳輸機制，例如行走樑(walking beam)，可被用於分配器10中來控制基板裝載及卸載到分配器及離開分配器。支架24可在控制器18的控制下使用馬達被移動，以將分配單元14、16定位在基板上方的預定位置。分配器10可包括分配單元28，該分配單元連接到控制器18以用於顯示各種資訊給操作者。可能存在著用於控制分配單元的選擇性的第二控制器。另外，每個分配單元14、16可與z軸感測器配置，以偵測分配單元設置在電子基板12上方或在安裝於該電子基板的特徵上方的高度。z軸感測器被耦合到控制器18，以中繼(relay)由感測器取得至控制器的資訊。
在行使分配運作之前，如上方所述，例如印刷電路板的該基板必須與該分配器系統的分配器對齊或者註冊。分配器進一步包括視覺系統30，該視覺系統在一個實施例中被耦合到視覺系統支架32，該視覺系統支架可移動地耦合到用於支撐及移動該視覺系統的框架20。此實施例 亦繪示於圖3。在另一個繪示於圖2的實施例中，視覺系統32可被提供於分配單元支架24上。如所述地，視覺系統30被採用以驗證地標的位置或在基板上的元件之位置，該地標稱為基準點。一旦定位了，該控制器可經編程以操控一或更多個分配單元14、16的移動，以分配材料到電子基板上。
本揭示的系統及方法針對分配材料到基板上，例如電路板，該分配是藉由以位置及角度元件兩者來定位提供到該基板上的物件。在此所提供的系統及方法的描述參考例示性的電子基板12(例如，印刷電路板)，該電子基板被支撐於分配器10的支座22上。在一個實施例中，分配運作是由控制器18所控制，該控制器可包括電腦系統，該電腦系統經配置以控制材料分配器。在另一個實施例中，控制器18可被操作者來操控。控制器18經配置以操控視覺系統支架32的移動來移動該視覺系統，以便取得電子基板12的一或更多個影像。控制器18進一步經配置以操控該分配單元支架24的移動來移動分配單元14、16，以行使分配運作。
如上方所述，在一些分配器中，分配單元可被定位在與該視覺系統相同的運動系統上。利用此配置，分配單元及視覺系統之間的相對距離在該系統中的一個位置被校準。如上方所述，與行使典型校準程序相關聯的一個問題是，此相對距離/關係在該系統的整個行程上並非固定的。
圖2繪示這樣的分配器系統之一部分的俯視圖。如所顯示地，大致指示於50的系統包含托架(carriage)42，該托架經配置以支撐兩個分配單元44、46及視覺系統48。托架42經配置以沿著支架50騎乘。若支架50的行程並非完全直的(這在圖2中大幅誇大)，則視覺系統48(0，0)及分配單元44、46(例如，分配單元46(x，y))之間的相對X、Y關係是不固定的。
如所顯示地，當分配單元44、46及視覺系統48在支架50上前進時，視覺系統48(0，0)及分配單元44、46(例如分配單元46(x'，y'))之間的相對距離改變了。此範例演示了發生誤差的單一笛卡爾平面。然而，此誤差可能發生在所有三個空間笛卡爾平面中，且該等誤差如果合適地量測並且應用本揭示的實施例之補償方法則可被校正。
圖3在大致指示於60處繪示另一個分配器系統的一部分的俯視圖，該分配器系統包括視覺托架62，該視覺托架經配置以支撐視覺系統64。如所顯示地，視覺托架62經配置以沿著視覺支架66騎乘。系統60進一步包括分配托架68，該分配托架經配置以支撐兩個分配單元70、72。分配托架68經配置以沿著分離的分配支架74騎乘。在此情況中，每個支架66、74將必須具有自己的校準及誤差校正，以及準確地將該兩個運動系統做關聯的方法，以協調視覺系統64及分配單元70、72的相對位置。
隨著視覺托架62及分配托架68沿著它們各自的支架66、74前進，視覺系統64及分配單元70、72之間的相對距將改變。如同系統40，此範例演示誤差所發生的單一笛卡爾平面。此誤差也可能發生在所有三個空間笛卡爾平面中，且該等誤差如果合適地量測並且應用本揭示的實施例之補償方法則可被校正。
在一個實施例中，用於識別沉積單元及視覺系統的相對位置改變所產生的誤差之方法在以下被描述。藉由引入稱為「濕分配(wet dispensing)」的處理，沉積特徵的圖案被沉積在基板上，且接著以視覺系統定位，以判定區域上的小差異。此方法可在用已經校準的視覺系統來初始定位實際沉積之後使用。此舉將映射(map)出相對於沉積單元及視覺系統的相對位置之改變的實際誤差。該方法可在組合分配器之後、在組合者的製造工廠處遞交給客戶之前使用，或可以在現場重複使用。
在一個實施例中，該方法包括以下的方法步驟序列。分配器首先使用已存在的方法來校準。在特定的實施例中，具有預定特徵的校準標準或模板被安裝到系統基座結構中，該等預定特徵是在該模板的精確位置處而由已知的穩定材料製成。該視覺系統藉由移動到已知坐標、擷取及處理影像而校準至標準，且與準確知道的特徵所位於的實際位置相關聯的任何計算誤差被記錄。應當理解到，視覺系統或攝影機可安裝於分配單元位置處，以校準該支架系統。一旦校準，特徵的圖案被分配到關鍵工作區域， 該關鍵工作區域可為支架系統能取用的分配器支撐表面的任何部分。接著，視覺系統被移動到沉積位置上方以定位沉積。一旦定位，視覺系統取得沉積的影像，且該影像被適當地處理。該視覺系統接著移動到序列沉積位置上方，以定位額外的沉積。與所取得的影像相關聯的資料對該特定位置及分配單元標記及記錄。若多個分配泵被採用，且其中用於該等影像的所取得之資料對每個分配單元標記，則此步驟對其他沉積位置重複進行。例如，資料可對分配單元# 1標記及記錄，且分離的資料可對分配單元# 2標記及記錄。一旦儲存，分配單元及視覺系統之間的相對距離被計算，且如果提供了多個分配單元，則多個相對距離被計算。
計算了相對距離或多個相對距離後，所產生的誤差/校正資料以空間位置儲存在檔案中以供後續使用。此儲存的資料是用來對所有編程的沉積來做小校正。
在另一個方法中，攝影機可暫時性地直接安裝在分配單元位置。此方法可在組裝及測試分配器時使用，或在分配器已被用一段時間後在現場使用。在一個實施例中，該方法包括以下的方法步驟序列。分配器視覺系統首先使用現有的方法來較準，接著則安裝在該分配位置的暫時視覺系統由相同的方法校準。如同先前的方法，具有預定特徵的校準標準或模板被安裝到系統基座結構中，該等預定特徵是在該模板的精確位置處而由已知的穩定材料製成。該視覺系統藉由移動到已知坐標、擷取及處理影像而 校準至標準，且與準確知道的特徵所位於的實際位置相關聯的任何計算誤差被記錄。分離的視覺系統或攝影機暫時安裝在該分配單元位置，以校準分配單元的位置。接著安裝在該分配單元位置的攝影機被定位在與該機器視覺系統被校準相同的位置，且與準確知道的特徵所位於的實際位置相關聯的任何計算誤差被記錄。與所取得的影像相關聯的資料對該視覺系統及每個特定分配單元標記及記錄。若多個分配單元被採用，且其中用於該等影像的所取得之資料對每個分配單元標記，則此步驟對其他沉積單元位置重複進行。例如，資料可對分配單元# 1標記及記錄，且分離的資料可對分配單元# 2標記及記錄。一旦儲存，分配頭及視覺系統之間的相對距離被計算，且如果提供了多個分配頭，則多個相對距離被計算。
計算了相對距離或多個相對距離後，所產生的誤差/校正資料以空間位置儲存在檔案中以供後續使用。此儲存的資料是用來對所有編程的沉積來做小校正。
任何方法可在製造過程期間使用及/或在一段時間之後於現場重複進行。第一個方法可與實際的沉積單元及視覺系統相關聯，而第二個方法可用來近似第一個方法的結果。
該電腦系統可包括作業系統，該作業系統管理被包含在電腦系統中的硬體元件之至少一部分。通常，處理器或控制器執行作業系統，該作業系統可以是，例如，基於Windows的作業系統，例如可從微軟公司取得的 Windows NT、Windows 2000(Windows ME)、Windows XP或Windows Vista作業系統、可從蘋果電腦取得的MAC OS System X作業系統、許多基於Linux的作業系統分佈的其中一者，例如，可從Red Hat Inc.取得的Enterprise Linux作業系統、可從Sun Microsystems取得的Solaris作業系統，或可從各種來源取得的UNIX作業系統。許多其他的作業系統也可被使用，且在此揭示的實施例並非意於受限於任何特定的實現。
處理器及作業系統一起定義了電腦平台，其中高等程式語言的應用程式可於該電腦平台撰寫。該等元件應用可為可執行檔、中間語言(intermediate)，例如C-、位元組碼(bytecode)或直譯碼(interpreted code)，該等元件應用利用通訊協定(例如TCP/IP)而透過通訊網絡(例如，網際網路)通訊。類似地，依據本揭示的態樣可利用物件導向的程式語言來實現，例如.Net、SmallTalk、Java、C ++、Ada，或C #(C-sharp)。其他物件導向的程式語言也可以使用。替代地，功能性、手稿(scripting)，或邏輯性程式語言可被使用。
此外，根據本揭示的各種態樣及功能可在非編程環境中實現，例如，以HTML、XML或其他格式產生的文件，當該等文件在瀏覽器程式的視窗中查看時，呈現圖形用戶界面的態樣或執行其他功能。進一步而言，依據本揭示的各種實施例可實現為編程的元件或非編程的元件，或其任何組合。例如，網頁可使用HTML來實現，而從網 頁中呼叫的資料物件可用C++編寫。因此，本揭示並不受限於特定的程式語言，且任何適當的程式語言也可被使用。
應注意到，在此描述的系統及方法可在百萬像素攝影機之外的物件上執行。例如，該方法可在安裝於電子基板上的任何類型的電子元件上執行。該物件的幾何形狀應當在執行該方法之前已經得知。
此外，在此描述的系統及方法可在任何類型的線性或非線性運動系統中採用，且不受限於笛卡爾支架系統。例如，在此揭示的校準方法可在具有機器人手臂或徑向/旋轉運動系統的分配器上採用。
在描述了此揭示的至少一個實施例的數個態樣後，應體會到本領域技藝人士將輕易地完成各種替代、修改及改良。這樣的替代、修改及改良是意於成為本揭示的一部分，且意於位在本發明的精神及範疇內。從而，上方的描述及繪圖僅以範例的方式呈現。

Claims (17)

  1. 一種用於識別及補償誤差的方法，該等誤差由一分配器的一分配單元及一視覺系統相對於彼此的相對位置中的改變所產生，該方法包括以下步驟：校準該視覺系統；在一工作區域上方分配一特徵圖案；將該視覺系統移動到一沉積位置上方以定位該特徵圖案的一沉積物；取得該沉積位置的一影像；標記與該影像相關聯的資料；計算該分配單元及該視覺系統之間的一相對距離；將校正資料與空間位置儲存於一檔案中以供後續使用；及使用所儲存的該資料來在分配額外材料之前進行校正。
  2. 如請求項1所述之方法，其中取得該沉積位置的一影像、標記與該影像相關聯的資料、儲存該資料、及計算一相對距離的步驟對其他沉積位置重複進行。
  3. 如請求項1所述之方法，進一步包括以下步驟：若採用多個分配單元，則標記與從每個分配單元截取的影像相關聯的資料。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該方法是在一控制器的控制底下執行，該控制器經配置以利用一視覺支架系統來操控該視覺系統，以移動到該沉積位置所定義的一位置。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該控制器進一步經配置以分配材料的線。
  6. 如請求項4所述之方法，其中該控制器進一步經配置以分配材料的點。
  7. 如請求項1所述之方法，進一步包括以下步驟：用耦合到一框架的一支撐組件在一分配運作期間支撐一電子基板。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該分配單元及該視覺系統耦合到一共同支架。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該分配單元及該視覺系統被提供於分離的支架上。
  10. 一種用於識別及補償誤差的方法，該等誤差由一分配器的一分配單元及一視覺系統相對於彼此的相對位置中的改變所產生，該方法包括以下步驟：使用一校準板藉由識別該校準板上的位置來校準該視覺系統；暫時將一攝影機安裝在該分配單元的一位置處；將該攝影機移動到該校準板上用於校準該視覺系統的該等位置；取得該等位置的一影像；標記與該影像相關聯的資料；計算該分配單元的該位置及該視覺系統之間的一相對距離；將校正資料與空間位置儲存於一檔案中以供後續使用；及使用所儲存的該資料來在分配材料之前進行校正。
  11. 如請求項10所述之方法，其中取得該沉積的一影像、標記與該影像相關聯的資料、及計算一相對距離的步驟被重複進行。
  12. 如請求項10所述之方法，進一步包括以下步驟：若採用多於兩個的分配單元，則標記與針對每個分配單元截取的影像相關聯的資料。
  13. 如請求項10所述之方法，其中該方法是在一控制器的控制底下執行，該控制器經配置以利用一視覺支架系統來操控該視覺系統，以移動到該校準位置所定義的一位置。
  14. 如請求項10所述之方法，進一步包括以下步驟：用耦合到一框架的一支撐組件來在一分配運作期間支撐一電子基板。
  15. 如請求項10所述之方法，其中該分配單元及該視覺系統耦合到一共同支架。
  16. 如請求項10所述之方法，其中該分配單元及該視覺系統被提供於分離的支架上。
  17. 如請求項10所述之方法，進一步包括以下步驟：從該分配單元的該位置移除該攝影機。
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