金屬工業研究發展中心使用NI產品建構高密度軟性電路板雙面平行光自動曝光機
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Author(s):
張 成仲 - 金屬工業研究發展中心
邱 振璋 - 金屬工業研究發展中心
林 崇田 - 金屬工業研究發展中心
Industry:
Products:
Motion Control, LabVIEW, Vision Development Module, PXI/CompactPCI
The Challenge:
本開發系統主要是適用於軟性印刷電路板（FPCB；Flexible Printing Circuit Board，簡稱軟板）之精密曝光製程。由於線路要求日趨精細，人工對位已無法符合品質要求。再者光罩高速精密對位，為一跨多項領域之光機電整合技術。
The Solution:
開發高密度軟性電路板雙面平行光自動曝光機主體關鍵在於機構設計、UV平行光源及電控系統整合能力。其中電控系統具高度複雜性，而美商國家儀器（NI）之LabVIEW直接將多種應用程式工具整合至一個開放的圖形化平台，配合其硬體，可加速系統開發時程，確保系統穩定性及精確性。
"藉由LabVIEW強大的系統整合功能及NI硬體完美無縫的結合，讓本專案得以順利完成，並縮短開發時程。"
本文榮獲2007第六屆虛擬儀控徵文比賽產業組第二名
問題及目的
本開發系統主要是適用於軟性印刷電路板（FPCB）之精密曝光製程。由於線路要求日趨精細，人工對位已無法符合品質要求。再者光罩高速精密對位，為一跨多項領域之光機電整合技術，因此技術所要解決的問題為：
1. 開發高精度對位的視覺輔助雙面板平行光自動曝光機取代進口設備。
2. 設計高精度適用於雙層板之對位標記及影像處理方法以確保對位精度。
3. 結合影像視覺及三軸同動技術以達快速對位運動控制補償。
4. 精密雷射間隙調整，控制其最小非接觸曝光間隙。
應用方案：
開發高密度軟性電路板雙面平行光自動曝光機主體關鍵在於機構設計、UV平行光源及電控系統整合能力。其中電控系統具高度複雜性，而美商國家儀器（NI）之LabVIEW直接將多種應用程式工具整合至一個開放的圖形化平台，配合其硬體，可加速系統開發時程，確保系統穩定性及精確性。
本控制系統包含四大次系統：
Ø 運動控制—雙面平行控制計22軸，分別處理型出入、對位、間隙及CCD尺寸調整等，以Motion Assistant配合MAX作為路徑及運動策略規劃。
Ø 間隙控制—資料擷取卡高速掃描配合雷射進行軟板間隙量測，以DAQmx快速取得雷射測距資料，並配合運動控制達到間隙調整。
Ø 視覺對位—4通道分別在雙邊同時進行影像雙層對位處理，以Vision Assistant進行演算法原型建立，最後以Vision Module在LabVIEW中完成，並配合三軸同動達到5μm精密對位目標。
Ø 程序控制—以數位DIO配合機構感測器完成機台整體製程控制。
研究架構
主要程序可分為：
Ø 參數設定及伺服控制及影像測試及調整
Ø 製品吸附於真空吸盤平台型入至間隙調整區調整三軸向水平度
Ø 真空吸盤平台型入至對位區進行視覺對位
Ø 曝光程序
研究介紹
玻璃光罩自動精密對位主要關鍵的技術有：對位標記設計製作、機器視覺、影像處理、幾何空間運算、定位校準及運動控制技術等，其中發展智慧型程序控制、機器視覺與運動控制之系統整合技術，以縮短玻璃光罩對準之時間並提高其對位精度，即為本開發案之主要目的。
曝光間隙偵測及控制技術
曝光機除要求精準的對位精度外，另外間隙控制不良亦會造成曝光效率不佳。通常狀況為軟板與玻璃光罩之平行度及翹曲線現象問題，皆會使玻璃光罩上之Pattern無法精準投射在軟性電路板。為確保間隙控制之精準度，以五點量測設計，將間隙控制在±10μm之精度，其調整範圍為150~300μm。
對位標記及對位技術
標記對位重要的關鍵是：如何將視覺系統所得到的影像，精確的分析其空間幾何關係。以2具CCD擷取的影像資訊，經過幾何空間的分析及計算，得△X、△Y、△θ，轉換成運動控制補償量並進行位置調整，以精準完成影像伺服精密對位功能。
結論與建議
本開發系統主要是應用於軟性印刷電路板之精密曝光製程，經由NI視覺模組及輔助工具驗證所設計之對位演算法及三軸運動空間補償之精準度，達到當初所預期之目標。同時系統程式開發包含程序控制、運動控控制、影像視覺、資料擷取及人機觸控介面皆在PC上以LabVIEW撰寫完成，藉由LabVIEW強大的系統整合功能及NI硬體完美無縫的結合，讓本專案得以順利完成，並縮短開發時程。
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