用于光学处理系统的底盘及光学处理系统的制作方法

本实用新型一般来说涉及光学处理系统，且更明确地说，涉及光学沉积及/或烧蚀系统。

背景技术：

此项技术中已知各种类型的光学沉积及烧蚀系统。

技术实现要素：

本文中以下所描述的本实用新型的实施例提供一种用于在特定沉积或烧蚀系统中进行光学处理的系统，所述系统提供比现有技术系统更准确、可靠、经济且容易的操作。

因此，根据本实用新型的一实施例，提供一种用于光学处理系统的底盘，所述底盘包含经调适以用于在其上放置需要沉积的目标的工作台；及以下各项中的至少一者：(i) 装载站，其位于所述工作台的前部上以用于在其处装载供体元件，所述供体元件提供用于所述沉积的材料；及(ii)多个可调整销，其沿着所述工作台的外围而定位且将所述目标围住；以及处置箱，其经调适以用于在利用所述供体元件之后自动接纳所述供体元件。

在本实用新型的一实施例中，所述工作台包含具有第一延伸位置及第二缩回位置的真空工作台，所述真空工作台可在所述第一延伸位置与所述第二缩回位置之间滑动。

在本实用新型的一实施例中，所述多个可调整销在所述真空工作台处于所述第一延伸位置时呈经升高配置，且在所述真空工作台沿着所述第一延伸位置与所述第二缩回位置之间的路径时呈经降低配置。

在本实用新型的一实施例中，所述装载站位于所述真空工作台的前部部分上。

另外或另一选择为，所述装载站包含用于在其中插入所述供体元件的腔室以及用于将所述供体元件以磁性方式紧固在所述装载站中的一组磁体。

此外，另外或另一选择为，所述装载站包含用于以光学方式检测所述供体元件的至少一个光学传感器。

另外或另一选择为，所述处置箱在所述真空工作台处于所述第一延伸位置时位于所述真空工作台后方且在所述真空工作台处于所述第二缩回位置时位于所述真空工作台下方。

此外，另外或另一选择为，所述处置箱还包含用于感测所述处置箱的存在及定位的传感器。

此外，根据本实用新型的一实施例，所述底盘还包含位于所述工作台上的大量校准元件。

在所揭示实施例中，所述底盘还可包含附接到所述工作台的光学诊断设备。

此外，根据本实用新型的一实施例，工作台包含具有第一及第二纵向边缘以及第三及第四横向边缘的大体矩形上表面，其中所述第一到第四边缘界定经调适以用于在其上放置所述目标的内作用区域。

另外或另一选择为，多个可调整销包含：第一组四个柱，其被定位成相对于所述第二纵向边缘凹进且围绕所述作用区域的前边缘；及第二组四个柱，其被定位成相对于所述第四横向边缘凹进且围绕所述作用区域的侧边。

此外，根据本实用新型的一实施例，所述装载站位于所述表面的邻近于所述第二纵向边缘与所述第三横向边缘的交叉处的前拐角处，所述装载站包含矩形元件，所述矩形元件具有由一组经升高边缘限界的第一凹入部分及与所述第一凹入部分相连的第二凹入部分。

另外或另一选择为，所述大量校准元件包括：第一组分段式校准元件，其大体平行于所述第三横向边缘而定位且邻接所述作用区域的第三边缘；及第二细长校准元件，其沿着所述第一纵向边缘而定位且从所述第一纵向边缘与所述第三横向边缘的交叉处凹进，在沿着所述工作台的后边缘的中间位置处安装有小盒状元件，所述小盒状元件包括所述光学诊断设备。

另外或另一选择为，根据本实用新型的一实施例，所述大量校准元件包含：第一组分段式校准元件，其大体平行于所述第三横向边缘而定位且邻接所述作用区域的第三边缘；及第二细长校准元件，其沿着所述第一纵向边缘而定位且从所述第一纵向边缘与所述第三横向边缘的交叉处凹进，在沿着所述第二细长校准目标的中间位置处安装有小盒状元件，所述小盒状元件含有所述光学诊断设备。

根据本实用新型的一实施例，处置箱包含具有前面板的大体矩形槽，在所述前面板中形成有狭槽。

根据本实用新型的一实施例，提供一种用于光学处理系统的光学头，所述光学头包含：照明结构，其用于对需要沉积的目标进行照明；相机，其用于获取所述目标的至少一个图像；可移动载台，其经调适以用于载运供体元件，所述供体元件提供用于所述沉积的材料；激光器，其具有激光输出，所述激光输出至少照在所述供体元件上；可移除式光束扩展器，其用于调整所述激光输出；及控制电路，其连接到所述相机、所述可移动载台、所述激光器及所述可移除式光束扩展器以用于控制其操作。

另外或另一选择为，所述光学头可沿着线性轴线整体移动。

根据本实用新型的一实施例，所述光学头的所述照明结构包含沿圆周环绕透镜的 LED布置，所述相机透过所述透镜观看所述目标。

另外或另一选择为，所述光学包含用于对所述照明结构赋予垂直运动的z轴电机。

另外或另一选择为，所述可移动载台还包含用于对所述供体元件施加磁力的磁体及电磁体。

另外，根据本实用新型的一实施例，所述可移动载台可通过第一x轴电机沿x轴方向移动、通过第二y轴电机沿y轴方向移动且通过第三z轴电机沿z轴方向移动。

另外或另一选择为，可移动载台包含矩形平台，所述矩形平台位于第一平面中的且具有上表面及下表面，第一及第二平行滑动轨道沿着所述上表面的长度延伸。

另外，根据本实用新型的一实施例，所述第一x轴电机与所述矩形平台共面且垂直于所述矩形平台及所述第二y轴电机而延伸；所述第二y轴电机位于大体平行于所述第一平面且相对于所述第一平面被抬高的第二平面中，所述第二y轴电机沿着所述矩形平台的部分长度而非全部长度延伸；且所述第三z轴电机紧邻于所述第二y轴电机而定位且安装在呈垂直于所述第一平面的竖立定向的脊部上，所述第一到第三电机中的每一者包含大体圆柱形杆部分及从所述大体圆柱形杆部分延伸的长方体头部部分。

附图说明

结合图式从以下详细说明将更全面地理解及了解本实用新型，在图式中：

图1是根据本实用新型的优选实施例而构造且操作的光学处理系统的简化图解，所述光学处理系统包含底盘及底盘上所支撑的光学头；

图2A及2B是图1中所展示的类型的底盘的相应简化俯视图图解及前视图图解；

图2C是图2A及2B中所展示的底盘的一部分的简化扩展视图；

图3A到3G是图1中所展示的类型的光学头的相应简化第一及第二透视图图解、俯视图图解、前视图图解、第一及第二侧视图图解以及底侧视图图解；且

图3H是图3A到3G中所展示的光学头的一部分的简化扩展视图。

具体实施方式

现在参考图1，图1是根据本实用新型的优选实施例而构造且操作的光学处理系统的简化图解，所述光学处理系统包含底盘及底盘上所支撑的光学头。

如图1中可见，提供光学处理系统100，所述光学处理系统优选地包含附接到底盘 104的光学头102。光学处理系统100优选地操作而以此后更详细陈述的方式执行光学沉积及/或烧蚀。底盘104优选地包含其上串接光学头102的后方竖立型支撑部件106 及前方工作台108，所述前方工作台包含经调适以用于在其上放置用于沉积的目标的真空板109。此目标通常可采用印刷电路板(PCB)的形式，但应了解，系统100可在多种适合目标上执行沉积及/或烧蚀。

在光学系统100的操作中，光学头102优选地操作以将工作台108上所固持的目标成像以确定是否需要在目标上沉积额外材料。如果确定需要此沉积，那么光学头102优选地操作以通过将材料从自耗供体元件激光沉积到目标上而执行此沉积。在供体元件于多次使用之后而耗尽后，供体元件即刻可被自动丢弃在位于底盘104上的处置箱110中。系统100可由控制台112处的操作者进行监视及控制。

参考图2A及2B可最佳地理解目标在底盘104上的定位及自耗供体元件在底盘104 处的装载。

如图2A及2B中可见，底盘104优选地包括前方工作台108及竖立型后方支撑部件 106。工作台108优选地体现为其上安置有真空板109(图1中所展示)的真空工作台202。应了解，出于在图2A中清晰呈现真空工作台202的目的，图2A中未展示真空板109。真空工作台202优选地固持在第一延伸位置中(如图2A及2B中所展示)以促进将目标放置在其上。在将目标放置在真空工作台202上之后，真空工作台202可沿着一对导轨204 以滑动方式移动到任一点，最多移动到第二缩回位置(未展示)，处于所述第二缩回位置时，真空工作台202可位于光学头102正下方。除真空工作台202可移动外，光学头102 自身也可沿着后方竖立型支撑部件106的纵轴在左右方向上整体移动。应了解，真空工作台202与光学头102的组合式运动能力允许光学头102相对于真空工作台202被带到任何所需x-y坐标。

为确保系统100的操作者最初将目标正确地放置在真空工作台202上，多个可调整销210优选地沿着工作台108的外围部分212而设置且将目标围住。当真空工作台202 处于其第一延伸位置时，可沿经升高定向固持可调整销210以确保邻近于真空工作台而正确地放置目标。在应用真空工作台的真空后，随后可即刻降低可调整销210以将目标紧固在适当位置且同时沿着朝向其第二缩回位置的路径滑动真空工作台202，在此滑动期间，通过真空抽吸而将目标紧固在真空工作台上。

本实用新型的优选实施例的特定特征是：可调整销210可被升高及降低，而非保持处于单一固定高度。此特征是特别有利的，这是因为降低可调整销210防止供体元件在将材料光学沉积于目标上期间被可调整销阻挡且允许在于目标表面上进行光学沉积期间极紧密接近于目标表面而固持供体元件。如果可调整销210不可移动，那么可调整销 210可能会阻挡供体元件与目标表面的紧密放置。此后参考图3A到3G将提供关于在沉积期间供体元件与目标表面的空间关系的进一步细节。

如图2A中最清晰可见，装载站220优选地位于真空工作台202的前部上以用于将自耗供体元件装载在真空工作台202的前部处，此供体元件优选地将用于沉积的材料提供于目标上。本实用新型的优选实施例的特定特征是：装载站220位于底盘104的前面，使得系统100的操作者可方便地装载供体元件而无需使任何系统零件或目标发生位移。

如图2C中所展示的装载站220的放大视图中最清晰可见，装载站220优选地包括用于在其中插入供体元件的腔室222及用于以磁性方式紧固供体元件的一组个别磁体224。装载站220还可包含用于以光学方式检测供体元件的存在的一组光学传感器226。

单个供体元件在其耗尽之前可被多次使用。在供体元件耗尽后，供体元件即刻可被丢弃在处置箱110中。在真空工作台202处于其第一延伸位置时，处置箱110优选地位于真空工作台202与支撑部件106之间，使得在真空工作台202处于其第二缩回位置时，处置箱110位于真空工作台202下方。本实用新型的优选实施例的特定特征是：处置箱 110经调适以自动接纳经耗尽供体元件而无需操作者的注意力。处置箱110可经大小设定以允许在需要清空之前在其中收集大量经耗尽供体元件，例如几百个供体元件。

传感器227可设置在处置箱110的底座上以感测处置箱110的存在及正确定位。可另外设置另一传感器(未展示)以感测处置箱110何时填满及何时需要清空。处置箱110 可具有平坦或倾斜底座，此底座可添加有(以实例方式)泡沫垫。

真空工作台202可进一步包含大量校准元件228以用于促进系统100的准确校准。校准元件228可沿着真空工作台202的外围212定位。光学诊断设备230(例如，仅以实例方式，功率计)可附接到真空工作台202的后部分以用于验证及/或校准由光学头102 递送到目标的激光光束的目的。光学诊断设备230可任选地使用位于前托架232(在图 2B中最佳可见)处的额外外部光学诊断设备(未展示)(例如，仅以实例方式，功率计)来校准。

根据本实用新型的特别优选实施例，如图2A中最清晰可见，真空工作台202优选地包括大体矩形上表面240，所述大体矩形上表面具有第一纵向边缘242及第二纵向边缘244(其等通常具有85cm的长度)以及第三横向边缘246及第四横向边缘248(其等通常具有64cm的长度)。应理解，真空工作台202的这些尺寸仅是示范性的，且真空工作台202可体现为取决于其特定设计要求而具有多种尺寸。

经调适以用于在其上放置目标的作用区域250优选地被界定在上表面240内且可具有24”×30”的尺寸。第一组四个柱252优选地被定位成相对于第二纵向边缘244凹进且围绕作用区域250的前边缘254。第二组四个柱256优选地被定位成相对于第四横向边缘248凹进且围绕作用区域250的侧边缘258。应了解，第一组四个柱252及第二组四个柱256中的每一者中包含四个柱仅是示范性的，且取决于系统要求可采用较大或较少数目个柱。柱252、256可由任何适合刚性材料(例如金属、塑料或硬木材)形成且可具有几毫米的头部直径。然而，应了解，柱252、256的组成及尺寸仅是示范性的且可易于变化，如所属领域的技术人员将了解。

应理解，柱252、256可构成可调整销210的特别优选实施例。

此外，根据本实用新型的特别优选实施例，装载站220可位于真空工作台202的邻近于第二纵向边缘244与第三横向边缘246的交叉处的前拐角260处。如图2C中最清晰可见，装载站220优选地包括大体矩形元件262。装载站220的腔室222优选地包括由一组经升高边缘266限界的第一凹入部分264以确保将供体元件正确地放置在其中。第二凹入部分268可与第一凹入部分264相连，此第二凹入部分可经调适以用于容纳一或多个光学传感器226。

第一组分段式校准元件280可大体平行于第三横向边缘246而定位且邻接作用区域 250的第三边缘282。第二细长校准元件284可沿着第一纵向边缘242而定位且从第一纵向边缘242与第三横向边缘246的交叉处286凹进。小盒状元件288优选地安装在沿着真空工作台202的后边缘的中间位置处或安装到第二细长校准元件284。任选地，小盒状元件288使用结构延伸部(未展示)间接安装在真空工作台202的后边缘或第二细长校准元件284上。

应了解，第一校准元件280及第二校准元件284以及盒状元件288可分别构成校准元件228及光学诊断设备230的特别优选实施例。

在真空工作台202的后方且在相对于其上表面240而凹陷处，优选地提供优选地具有约25×37×14cm的尺寸的大体矩形槽290。槽290可由任何适合材料形成且特别优选地包括金属或硬塑料。如图1中最清晰可见，一或多个狭槽(此处以实例方式体现为狭槽292)可形成于槽290的前方及/或后方面板294中以促进系统100的操作者容易地处置槽290。应了解，槽290构成处置箱110的特别优选实施例。

在将目标放置在真空工作台202上之后，优选地朝向其第二缩回位置移动真空工作台202且优选地降低可调整销210。参考图3A到3H可最佳理解目标的后续成像以及目标上的激光沉积及/或目标的烧蚀。

如图3A到3H中可见，光学头102优选地包含图3C、3D、3F及3G中最佳可见的照明结构302。照明结构302优选地操作以对放置在真空工作台202上的目标进行照明。照明结构302优选地提供多方向照明且特别优选地提供至少三个方向的照明。仅以实例方式，照明结构302在此处展示为包括发光二极管(LED)的大体正方形布置304，如图 3G中最清晰可见。然而，应了解，照明结构302可体现为从多个方向提供照明的任何适合照明结构。从目标发出的光经由透镜310而传输到相机308。照明结构302可通过连接到其且对其赋予垂直运动的z轴电机312相对于相机308而移动。

在真空工作台202采取缩回位置后，即刻优选地将供体元件从装载站220转移到邻近于可移动载台324的位置且通过永磁体326所提供的磁力固持在适当位置。电磁体328 可经提供以产生克服由磁体326所致的吸引磁力的排斥磁力以用于促进在需要时释放供体元件。通过磁力而固持供体元件确保即使在存在从电源插座329到系统100的电力损失的情形下供体元件也保持处于适当位置。

本实用新型的优选实施例的特定特征是：可移动载台324可沿着x轴、y轴及z轴在至少三个维度上移动，以允许将供体元件载运到目标上需要沉积的所有部位。另外或另一选择为，载台324可沿着r-θ轴及z轴移动。在沉积期间，供体元件可悬置在目标表面上方约1mm的距离处。可移动载台324可通过第一x轴电机330沿着x轴移动、通过第二y轴电机332沿着y轴移动且通过第三z轴电机334沿着z轴移动。第一电机 330、第二电机332及第三电机334优选地为具有可忽略反冲的高力矩电机。如果需要，那么任选地可添加外部弹簧(未展示)以进一步减小反冲。

在沉积期间，激光器340提供激光输出，此激光输出优选地经由大量光学元件342 (包含扫描镜344)被引导到供体元件上。扫描镜344的操作可如受让于与实用新型相同的受让人的美国专利7,598,688中所描述。激光器340的输出可受与其协作的声光调制器346控制。

相机308可经配置以获取目标的图像以允许评估沉积及/或烧蚀的准确性且确定其它可能沉积及/或烧蚀要求。

如果需要移除目标上的过量材料，那么激光器340可对目标上的过量材料执行激光烧蚀。在烧蚀期间，激光器340提供激光输出，此激光输出可经由光学元件342(包含扫描镜344)被直接引导到目标表面上。在激光沉积期间，激光光束在供体元件上的优选光点大小可介于约15μm到40μm的范围内。在烧蚀期间，激光光束在目标上的优选光点大小可介于约2μm到8μm的范围内。本实用新型的优选实施例的特定特征是：在激光器340的操作期间，激光输出的光点大小可通过图3C中可见的可移除式光束扩展器350 反复地调整，图3H中展示此光束扩展器350的经放大版本。

如图3C及3H中可见，可移除式光束扩展器350优选地位于激光输出的路径中且可包括第一透镜352及与第一透镜352共线地定位的第二透镜354。在沉积期间，第一透镜352及第二透镜354可通过活塞组合件356被升高以位于激光输出的光路径中，且因此致使激光光点大小扩展到沉积所需的经放大尺寸。在烧蚀期间，第一透镜352及第二透镜354可通过活塞组合件356被降低或升高以位于激光输出的光路径之外，从而允许激光光点大小返回到烧蚀所需的较小尺寸。

在激光器340的操作期间，激光器340优选地通过冷却器(例如，优选地在光学头 102的外边缘上的邻近于激光器340定位的风扇360)而冷却。安全罩362优选地环绕照明元件302而设置以防止激光从照明元件302的底座与目标之间的间隙逸出。可任选地在安全罩362上安装额外低功率激光器364，此额外激光器可经配置以对目标进行照明以允许进行高度测量。抽吸元件366优选地邻接风扇360而设置以用于从目标抽吸过量材料。

控制电路370优选地设置于第一控制板372及第二控制板374上以用于控制光学头 102的操作。控制板372及374可安装在从光学头102的背部区段378突出的支撑壳盖 376上。如图3E及3F中最清晰可见，经调适以用于连接到底盘104的竖立型后方支撑部件106的大体C形抓握元件380可从背部区段378延伸。优选地，抓握元件380与竖立型后方支撑部件106的连接可经由滚珠丝杠机构做出。翼状突出部382可从背部区段 378的在抓握元件380上方的顶部缘边延伸以用于缆线管理。

根据本实用新型的特别优选实施例，如图3C中最清晰可见，可移动载台324优选地包括矩形平台390，所述矩形平台具有沿着所述矩形平台的上表面396的长度延伸的第一平行滑动轨道392及第二平行滑动轨道394。矩形平台390可具有大于所使用的供体元件的长度及宽度的长度及宽度。仅以实例方式，平台390可具有约15cm的长度及约7cm的宽度。如图3G中最清晰可见，磁体326及电磁体328优选地邻近于矩形平台 390的底侧3100而定位。

第一x轴电机330优选地与矩形平台390共面且大体垂直于矩形平台390及第二y 轴电机330而延伸。第二y轴电机332优选地位于大体平行于由矩形平台390所界定的平面且相对于所述平面被抬高的平面中。第二y轴电机优选地沿着矩形平台390的部分长度而非全部长度延伸。第三z轴电机334优选地紧邻于第一x轴电机330而定位且安装在长方体脊部3112上(图3A中最清晰可见)，以相对于第一电机330及第二电机332 两者被抬高。第三z轴电机334优选地沿垂直于由平台390界定的平面的竖立定向而安装。第一电机330到第三电机334中的每一者优选地包括大体圆柱形杆部分3114及从大体圆柱形杆部分3114延伸的长方体头部部分3116。

此外，根据本实用新型的特别优选实施例，可移除式光束扩展器350优选地包括第一透镜3120及第二共线透镜3122。第一透镜3120与第二透镜3122优选地相互分离达 6cm到8cm的距离，且各自优选地具有为提供如上文所描述的所需光点大小所需的焦距。透镜3120及3122优选地刚性地附接到活塞组合件356以连同活塞组合件356一起移动。

所属领域的技术人员将了解，本实用新型不限于本文中以下已特定主张的内容。而是，本实用新型的范围包含本文中以上所描述的特征的各种组合及子组合，以及所述特征的如所属领域的技术人员在参考图式阅读前述说明后即刻将想到的且现有技术中不存在的修改及变化。明确地说，将了解，本文中以上所描述的本实用新型的各种元件的详细结构配置仅是说明性的且可根据本实用新型可并入的光学系统的要求进行修改。