CN103165501A

CN103165501A - 无标记基板组装对位方法

Info

Publication number: CN103165501A
Application number: CN2011104047520A
Authority: CN
Inventors: 林崇田; 温志群; 杨骏明; 杨筑钧
Original assignee: Metal Industries Research and Development Centre
Current assignee: Metal Industries Research and Development Centre
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2013-06-19

Abstract

本发明提供一种无标记基板组装对位方法，其包含下列步骤：预定义至少二标准局部特征区域；撷取一第一基板的至少二实际局部图像；比对并取得至少二实际局部特征区域；建立所述第一基板的一实际坐标***；比对所述实际坐标***及一第二基板坐标***以取得三种偏移量；利用该偏移量使所述第一基板移动到一正确待组装位置；确认所述第一基板是否已在正确待组装位置；以及，使所述第一及第二基板堆叠对位组装。藉此，本发明可使欲组装的基板不需额外设计任何专门做为对位用途的标记。

Description

无标记基板组装对位方法

技术领域

本发明涉及一种无标记基板组装对位方法，特别是关于一种直接利用基板表面形状特征做为参考标记以计算基板移动补偿量的无标记基板组装对位方法。

背景技术

目前在液晶显示器、半导体晶圆及印刷电路板等技术领域都存在使多个基板精密完成堆栈组装对位的需求，于是相关业者不断研发各种对位设备或特殊对位标记设计，以期准确且快速的组装对位多个基板。

举例来说，请参照图1所示，本案申请人先前申请并获准的中国台湾公告第I288365号发明专利揭示一种双层板对位运动控制***的对位标记设计及其图像处理方法，其中提供了一种现有双层板对位运动控制方法，适用于对一第一层板与一第二层板的精密对位，且主要包含下列步骤：

(S1)、提供两组对位记号111、121，分别设置于一第一层板11与一第二层板12的对应两侧的同一位置；

(S2)、藉由设置于第一或第二层板11、12侧面的二取像装置13获得两组对位记号111、121之两组复合影像；

(S3)、利用图像处理方法计算所述两组复合影像的两组坐标偏差量，取得所述两组坐标偏差量(ΔX1，ΔY1)，(ΔX2，ΔY2)；

(S4)、计算所述两组坐标偏差量，得到所述第一层板11与第二层板12之间位置偏差量ΔX，ΔY与角度偏差量Δθ；以及

(S5)、藉由一台三轴运动控制模块14补偿上述位置偏差量与角度偏差量。

上述双层板对位运动控制方法使用了圆形对位孔与十字形、圆形或方形的对位标记来做为第一及第二层板11、12之间的对位记号111、121。虽然该方法可自动、快速的完成双层板的精密对位，但却也容易因影像迭影问题而导致无法顺利完成对位作业，且必须预先在二基板上分别设计对位孔与对位标记，故会增加工序与成本。

故，仍有必要提供一种改良式的基板组装对位方法，以解决习用技术所存在的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种无标记基板组装对位方法，其是直接利用基板特定局部区域既有的表面形状特征做为参考标记以取代现有对位孔及对位标记，使得欲组装的基板不需额外设计任何专门做为对位用途的标记，即可顺利完成计算基板组装前所需的移动补偿量，因而有利于降低组装对位成本及提高组装对位精度。

本发明的次要目的在于提供一种无标记基板组装对位方法，其是直接利用基板特定局部区域既有的表面形状特征做为参考标记，由于不需在基板上预留特定空白区域来专门配置对位孔及对位标记，故不会占用基板表面的空间，不会影响基板的尺寸设计，同时也不会影响基板的外观，因而有利于简化基板设计。

本发明的另一目的在于提供一种无标记基板组装对位方法，其是在机台用以组装对位不同规格的基板时，可随时依不同的基板规格立即由图像处理装置来更改设定基板上的某一局部区域的既有表面形状特征做为参考标记，因而有利于提高组装对位作业的操作设定弹性。

为达上述的目的，本发明提供一种无标记基板组装对位方法，其包含步骤：

(S01)、在组装前，预先撷取一第一基板的至少二标准局部图像，并在各所述标准局部图像中分别预定义一标准局部特征区域以及储存其形状特征数据；

(S02)、在组装时，将另一片待对位的第一基板放置到一对位组装空间，并撷取所述第一基板的至少二实际局部图像；

(S03)、将所述第一基板的实际局部图像与所述标准局部特征区域的形状特征数据进行比较，以取得所述实际局部图像中匹配于所述标准局部特征区域的至少二实际局部特征区域；

(S04)、利用所述至少二实际局部特征区域的中心坐标来建立所述第一基板的一实际坐标***；

(S05)、比对所述第一基板的实际坐标***及一第二基板坐标***，以取得所述第一基板相对于所述对位组装空间的正确待组装位置在X、Y轴方向及旋转角度上的三种偏移量△X、△Y、△θ；以及

(S06)、若所述偏移量△X、△Y、△θ大于一预定值，则利用所述偏移量△X、△Y、△θ做为所述第一基板的移动补偿量，使所述第一基板在所述对位组装空间中移动到所述正确待组装位置；若所述偏移量△X、△Y、△θ小于所述预定值，则判断所述第一基板已在所述对位组装空间的正确待组装位置。

在本发明的一实施例中，在步骤(S06)后，另包含下述步骤：

(S07)、再一次进行步骤(S02)至(S06)，以确认所述第一基板是否已位在所述对位组装空间中的正确待组装位置，若是，则进入步骤(S08)；若否，则回到步骤(S02)；以及

(S08)、使所述第一基板沿Z轴移动一预定移动量△Z，直到与所述对位组装空间中的一第二基板完成对位组装。

在本发明的另一实施例中，在步骤(S06)后，也可选择省略步骤(S07)，直接进行步骤(S08)。

在本发明的一实施例中，步骤(S01)是利用至少一台电荷耦合组件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)型的影像撷取单元来撷取所述第一基板的标准局部图像。

在本发明的一实施例中，步骤(S02)是利用相同的CCD或CMOS型的影像撷取单元来撷取所述第一基板的实际局部图像。

在本发明的一实施例中，步骤(S04)是利用形心法来取得各所述实际局部特征区域的中心位置的中心坐标，以建立所述第一基板的实际坐标***。

在本发明的一实施例中，步骤(S05)是另利用至少一台的CCD或CMOS型的影像撷取单元来撷取所述第二基板的至少二实际局部图像，接着再利用形心法来取得所述第二基板的各实际局部图像的中心位置的中心坐标，以建立所述第二基板坐标***。

在本发明的一实施例中，步骤(S06)的对位组装空间中的第二基板相对位于所述对位组装空间中的第一基板的Z轴的下方或上方。

在本发明的一实施例中，步骤(S06)是包含一组三轴移动机构用以沿着X、Y及θ轴移动所述第一基板。

在本发明的一实施例中，所述三轴移动机构另用以沿着Z轴移动所述第一基板。

在本发明的一实施例中，所述第一及第二基板可选自：构成一多层印刷电路板的二片单层电路基板、一液晶面板模块的二片玻璃基板、一显示器外框及一液晶面板模块、一玻璃光罩及一晶圆，或一化学试纸及一保护膜。所述第一及第二基板并可互相对调种类或上下位置。

附图说明

图1是现有双层板及其对位标记的示意图。

图2是本发明较佳实施例的无标记基板组装对位方法的流程方块图。

图3及3A是本发明较佳实施例在步骤(S01)中预定义标准局部特征区域的示意图及局部放大图。

图4是本发明较佳实施例在步骤(S02)中撷取第一基板的至少二实际局部图像的示意图。

图4A是本发明较佳实施例在步骤(S03)中比较并取得至少二实际局部特征区域的局部放大图。

图5是本发明较佳实施例在步骤(S06)中利用偏移量△X、△Y、△θ使第一基板在移动到正确待组装位置的示意图。

图6是本发明较佳实施例在步骤(S08)中第一基板再与第二基板完成堆叠对位组装的示意图。

其中：

11 第一层板 111 对位记号

12 第二层板 121 对位记号

13 取像装置 14 三轴运动控制模块

20 第一基板 21 外框内缘

22 内缘角隅 31 影像撷取单元

32 影像撷取单元 40 三轴移动机构

50 标准局部图像 51 标准局部特征区域

60 第二基板 70 实际局部图像

71 实际局部特征区域 81 影响撷取单元

82 影响撷取单元 100 对位组装空间

S01 步骤一 S02 步骤二

S03 步骤三 S04 步骤四

S05 步骤五 S06 步骤六

S07 步骤七 S08 步骤八

X X轴 Y Y轴

Z Z轴 θ θ轴

△X X轴偏移量 △Y Y轴偏移量

△Z Z轴移动量 △θ θ轴偏移量。

具体实施方式

为了让本发明的上述及其他目的、特征、优点能更明显易懂，下文将特举本发明较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。再者，本发明所提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”或“侧面”等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

本发明提供一种无标记基板组装对位方法，其主要是藉由直接利用基板特定局部区域既有的表面形状特征做为参考标记，以取代现有对位孔及十字形、圆形或方形的对位标记，使得欲组装的基板不需额外设计任何专门做为对位用途的标记(Fiducial Mark)，因此本发明的应用限制在无标记基板上。若待对位的基板上包含任何专门做为双层板(或多层板)组装对位用途的标记，则其将不包含在本发明方法的应用范围内，于此合先叙明。

请参照图2所示，本发明较佳实施例的无标记基板组装对位方法主要包含下列步骤：(S01)、预定义标准局部特征区域；(S02)、撷取第一基板的至少二实际局部图像；(S03)、比对并取得至少二实际局部特征区域；(S04)、建立第一基板的实际坐标***；(S05)、比对实际坐标***及一第二基板坐标***以取得三种偏移量△X、△Y、△θ；(S06)、利用偏移量△X、△Y、△θ使第一基板移动到正确待组装位置；(S07)、确认第一基板是否已在正确待组装位置；以及(S08)、使第一及第二基板堆叠对位组装。本发明将于下文利用图2至6逐一详细说明较佳实施例的上述各步骤的实施细节及其原理。

请参照图2、3及3A所示，本发明较佳实施例的无标记基板组装对位方法步骤(S01)是：在组装前，预先撷取一第一基板20的至少二标准局部图像50，并在各所述标准局部图像50中分别预定义一标准局部特征区域51以及储存其形状特征数据。在本步骤中，本实施例是预先利用一组三轴移动机构40以真空吸嘴或夹爪的方式将所述第一基板20固定在所述对位组装空间100中(但并不限固定于此)，所述第一基板20例如可以选自：构成一多层印刷电路板的其中一片单层电路基板、构成一液晶面板模块的其中一片玻璃基板、一显示器外框或一液晶面板模块、一玻璃光罩或一晶圆、一化学试纸或一保护膜，但并不限于此。在本实施例中，所述第一基板20是以一显示器外框为例，其具有一金属外框及一玻璃护罩，所述金属外框具有一外框内缘21，而所述外框内缘21具有数个内缘角隅22。

如图3及3A所示，本实施例可利用至少一台电荷耦合组件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)型的影像撷取单元来撷取所述第一基板20的标准局部图像50，例如使用二台CCD型的影像撷取单元31、32，并将其分别预先设置在对应于所述第一基板20的对角线位置(或同一侧两端)的两个内缘角隅22的上方位置处，以便撷取所述第一基板20的标准局部图像50。接着，所述标准局部图像50将被传送到一近端或远程的图像处理装置(未绘示，例如计算机)，并由所述图像处理装置在各所述标准局部图像50中分别预定义一标准局部特征区域51(例如包含所述内缘角隅22的区域影像)，并储存所述标准局部特征区域51的形状特征数据。本步骤(S01)是在正式开始进行组装前即需预先完成的，其目的即在于先储存标准局部特征区域51的形状特征数据，以供下述步骤(S02)以后正式进行组装时做为影像比对的参考基准。

请参照图2、4及4A所示，本发明较佳实施例的无标记基板组装对位方法步骤(S02)是：在组装时，将另一片待对位的第一基板20放置到所述对位组装空间100，并撷取所述第一基板20的至少二实际局部图像70。在本步骤中，本实施例是将一片待对位的第一基板20放置到所述对位组装空间100，所述放置动作可以使所述第一基板20几乎位于所述正确待组装位置上，但通常存在X、Y轴及旋转角度(即θ轴)上的偏移量。同时，另将一片待对位的第二基板60放置在所述第一基板20的Z轴方向的下方或上方。接着，本实施例是利用相同的至少一台CCD或CMOS型的影像撷取单元来撷取所述第一基板20的实际局部图像70，例如在正式进行组装时，使用相同于步骤(S01)所使用的二台CCD型的影像撷取单元31、32来撷取所述待对位的第一基板20的至少二实际局部图像70。所述第二基板60例如可以选自：构成一多层印刷电路板的其中一片单层电路基板、构成一液晶面板模块的其中一片玻璃基板、一液晶面板模块或一显示器外框、一晶圆或一玻璃光罩、一保护膜或一化学试纸，但并不限于此。在本实施例中，所述第二基板60是以一液晶面板模块为例，其可以与所述第一基板20(显示器外框)共同组装成一液晶显示器的半成品。

请参照图2、4及4A所示，本发明较佳实施例的无标记基板组装对位方法步骤(S03)是：将所述第一基板20的实际局部图像70与所述标准局部特征区域51的形状特征数据进行比较，以取得所述实际局部图像70中匹配于所述标准局部特征区域51的至少二实际局部特征区域71。在本步骤中，所述实际局部图像70将被传送到同一图像处理装置(例如计算机)，并由所述图像处理装置使各所述实际局部图像70分别与所述标准局部特征区域51的形状特征数据进行比较，以取得所述实际局部图像70中匹配于所述标准局部特征区域51的至少二实际局部特征区域71，并储存所述实际局部特征区域71的形状特征数据备用。

请参照图2及4所示，本发明较佳实施例的无标记基板组装对位方法步骤(S04)是：利用所述至少二实际局部特征区域71的中心坐标来建立所述第一基板20的一实际坐标***。在本步骤中，本实施例是利用同一图像处理装置(例如计算机)进行形心(几何中心)法的运算，以取得各所述实际局部特征区域71的几何中心位置的中心坐标，以建立所述第一基板20的实际坐标***。例如，使用计算机以形心法计算取得第一个实际局部特征区域71的几何中心位置的中心坐标(X1,Y1)，及取得第二个实际局部特征区域71的几何中心位置的中心坐标(X2,Y2)，并依此类推，其中欲定义各实际局部特征区域71的中心坐标时，是可以用所述至少二影像撷取单元31、32的预定取像区域的已知坐标位置值来做为基准，以定义各实际局部特征区域71的中心坐标值。最后，所述图像处理装置即可藉由此至少二组的中心坐标(X1,Y1)及(X2,Y2)建立所述第一基板20的一实际坐标***。

请参照图2及4所示，本发明较佳实施例的无标记基板组装对位方法步骤(S05)是：比对所述第一基板20的实际坐标***及一第二基板坐标***，以取得所述第一基板20相对于所述对位组装空间100的正确待组装位置在X、Y轴方向及旋转角度上的三种偏移量△X、△Y、△θ。在本步骤中，所述第二基板坐标***的取得例如是：在步骤(S05)或之前，另利用至少一台CCD或CMOS型的影像撷取单元(例如二台影像撷取单元81、82)来撷取所述第二基板60的至少二实际局部图像，接着再利用形心法来取得所述第二基板60的各实际局部图像的中心位置的中心坐标，以建立所述第二基板坐标***。随后，所述第二基板坐标***在X、Y轴方向及旋转角度(即θ轴)上的数值即可用于本步骤中，以便与上一步骤取得的第一基板20的实际坐标***进行比较，在比较后，所述图像处理装置即可取得所述第一基板20相对于所述对位组装空间100的正确待组装位置在X、Y轴方向及旋转角度(即θ轴)上的三种偏移量△X、△Y、△θ。

请参照图2、5及6所示，本发明较佳实施例的无标记基板组装对位方法步骤(S06)是：若该偏移量△X、△Y、△θ大于一预定值，则利用该偏移量△X、△Y、△θ做为所述第一基板20的移动补偿量，使所述第一基板20在所述对位组装空间100中移动到所述正确待组装位置；若该偏移量△X、△Y、△θ小于该预定值，则判断所述第一基板20已在所述对位组装空间100的正确待组装位置。在本步骤中，本实施例是预先在所述图像处理装置中储存有一预定值(阈值)，若经所述图像处理装置比对后发现该偏移量△X、△Y、△θ大于所述预定值，则表示所述该第一基板20的位置必需校正，故利用所述三轴移动机构40沿着X、Y及θ轴移动所述第一基板20，使所述第一基板20在所述对位组装空间100中移动满足该偏移量△X、△Y、△θ，藉此所述第一基板20基本上即应可到达该对位组装空间100中的正确待组装位置。另一方面，若该偏移量△X、△Y、△θ小于所述预定值，则表示所述第一基板20的位置已无需校正，故可直接判断所述第一基板20已在所述对位组装空间100的正确待组装位置，此时即不需使用所述三轴移动机构40来移动所述第一基板20。

如图2所示，为了确认步骤(S06)的作动正确性，本发明在步骤(S06)后，另包含下述步骤：

(S07)、再一次进行步骤(S02)至(S06)，以确认所述第一基板20是否已位在所述对位组装空间100中的正确待组装位置，若是，则进入步骤(S08)；若否，则回到步骤(S02)；以及

(S08)、使所述第一基板20沿Z轴移动一预定移动量△Z，直到与所述对位组装空间100中的第二基板60完成对位组装。

在步骤(S07)中，所述确认动作可以是由所述图像处理装置来下达指令的，此一确认动作例如可以是：再次如步骤(S02)般以所述影像撷取单元31、32来撷取已经完成步骤(S06)后的第一基板20的至少二实际局部图像70，并进行类似于步骤(S03)、(S04)及(S05)的动作，若第二次取得的所述第一基板20的三种偏移量△X、△Y、△θ小于所述预定值，则表示所述第一基板20的位置已无需校正，故可直接判断所述第一基板20已在所述对位组装空间100的正确待组装位置。若否，大于所述预定值，则利用所述三轴移动机构40沿着X、Y及θ轴移动所述第一基板20，使所述第一基板20在所述对位组装空间100中移动满足第二次取得的偏移量△X、△Y、△θ，藉此所述第一基板20基本上即应可到达所述对位组装空间100中的正确待组装位置。接着，在步骤(S08)中，则利用所述三轴移动机构40使所述第一基板20沿Z轴移动一预定的移动量△Z(例如向下移动一预定距离)，直到与所述对位组装空间100中的第二基板60完成堆叠对位组装为止。值得注意的是，为了要求正确性，步骤(S07)是可重复执行二次或以上，但是若要求检测效率，则本发明也可选择省略不执行步骤(S07)，而直接进行步骤(S08)。

如上所述，相较于现有双层板对位运动控制方法使用圆形对位孔与十字形、圆形或方形的对位标记来做为双层板之间的对位记号所衍生的缺点，图2至6的本发明，藉由直接利用基板特定局部区域既有的表面形状特征做为参考标记(例如内缘角隅22的实际局部特征区域71)以取代现有对位孔及对位标记，使得欲组装的基板不需额外设计任何专门做为对位用途的标记，即可顺利完成计算基板组装前所需的移动补偿量，因而有利于降低组装对位成本及提高组装对位精度。

再者，本发明直接利用基板特定局部区域既有的表面形状特征做为参考标记(例如内缘角隅22的实际局部特征区域71)，由于不需在基板上预留特定空白区域来专门配置对位孔及对位标记，故不会占用基板表面的空间，不会影响基板的尺寸设计，同时也不会影响基板的外观，因而有利于简化基板设计。

另外，本发明在机台用以组装对位不同的基板时，是可随时依不同规格的基板规格立即由图像处理装置来更改设定基板上的某一局部区域(例如显示器外框之内缘角隅、液晶面板模块之框胶外缘角隅、印刷电路板或晶圆表面电路图案之外缘角隅、化学试纸的有效区域外缘角隅等)的既有表面形状特征做为参考标记，因而有利于提高组装对位作业的操作设定弹性。

虽然本发明已以较佳实施例揭露，然其并非用以限制本发明，任何熟习此项技艺之人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与修饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims

1.一种无标记基板组装对位方法，其特征在于，包含步骤：

(S06)、若该偏移量△X、△Y、△θ大于一预定值，则利用该偏移量△X、△Y、△θ做为所述第一基板的移动补偿量，使所述第一基板在所述对位组装空间中移动到所述正确待组装位置；若该偏移量△X、△Y、△θ小于所述预定值，则判断所述第一基板已在所述对位组装空间的正确待组装位置。

2.如权利要求1所述的无标记基板组装对位方法，其特征在于，在步骤(S06)后，另包含下述步骤：

3.如权利要求1所述的无标记基板组装对位方法，其特征在于，在步骤(S06)后，另包含下述步骤：

4.如权利要求1所述的无标记基板组装对位方法，其特征在于，步骤(S01)是利用至少一台CCD或CMOS型的影像撷取单元来撷取所述第一基板的标准局部图像；及步骤(S02)利用相同的影像撷取单元来撷取所述第一基板的实际局部图像。

5.如权利要求1所述的无标记基板组装对位方法，其特征在于，步骤(S04)是利用形心法来取得各所述实际局部特征区域的中心位置的中心坐标，以建立所述第一基板的实际坐标***。

6.如权利要求1所述的无标记基板组装对位方法，其特征在于，步骤(S05)是另利用至少一台影像撷取单元来撷取所述第二基板的至少二实际局部图像，接着再利用形心法来取得所述第二基板的各实际局部图像的中心位置的中心坐标，以建立所述第二基板坐标***。

7.如权利要求1所述的无标记基板组装对位方法，其特征在于，步骤(S06)的对位组装空间中的第二基板相对位于所述对位组装空间中的第一基板的Z轴的下方或上方。

8.如权利要求1所述的无标记基板组装对位方法，其特征在于，步骤(S06)是包含一组三轴移动机构用以沿着X、Y及θ轴移动所述第一基板。

9.如权利要求8所述的无标记基板组装对位方法，其特征在于，所述三轴移动机构另用以沿着Z轴移动所述第一基板。

10.如权利要求1所述的无标记基板组装对位方法，其特征在于，所述第一及第二基板选自：构成一多层印刷电路板之二片单层电路基板、一液晶面板模块的二片玻璃基板、一显示器外框及一液晶面板模块、一玻璃光罩及一晶圆，或一化学试纸及一保护膜。