专利名称：适用于丝网印刷技术的基板定位方法
技术领域：
本发明涉及丝网印刷技术，尤其是涉及一种适用于丝网印刷技术的基板定位方法。
背景技术：
丝网印刷技术(Screen Printing)在表面贴装技术(SMT)领域和太阳能电池电极印刷技术(Solar Metallization)领域内的应用越来越广。在传统的丝网印刷技术中，基板与丝网的定位往往是通过一个可以同时进行上下观测的视觉光学器件，观察丝网和基板上的两对或多对基准标记，利用相对坐标实现定位；该技术中视觉光学器件往往具有XY两个方向的运动自由度，视觉光学器件分时(相机可以移动)或同时(用两个或者多个可以同时进行上下观测的视觉光学器件分别只对各自管辖的一对基准标记进行扫描，然后相机移出)对基板或印刷工作台和丝网上两对或多对基准标记进行扫描，然后进行相对定位，定位之后相机往往需要退出丝网和印刷工作台之间的空间，然后通过印刷工作台上升或丝网下降的方式，使基板和丝网贴在一起(根据部分印刷工艺需求，基板和丝网也可以留有0-6mm 之间的某一空隙)，这个过程往往需要较长的时间，所以利用该技术对丝网和基板进行定位的印刷机，往往需要7秒甚至更长的印刷周期(印刷周期是指印刷一片基板所需要的时间)。随着丝网印刷技术在太阳能电池生产技术中应用的推广，利用两个或多个视觉光学器件对基板和丝网分别进行位置信息采集，然后通过这两个独立的坐标系的位置转换进行定位的技术慢慢变得流行；但是因为视觉光学器件的相对位置安装难免存在机械误差， 这种采用独立坐标系定位的技术难免会在坐标系中就引入这种安装的机械误差；随着业间对印刷精度要求的提升，这种采用两套独立坐标系的定位技术，虽然定位速度极快，但它的缺点已经非常明显地显示出来；特别是在太阳能电池电极印刷的工艺中，随着近期双重印刷技术(Print on Print)和选择性发射极印刷技术(Selective Emitter)的出现，国内很多太阳能生产设备已经无法达到这种高对齐精度的要求。
发明内容
本发明的目的是针对目前丝网印刷技术存在印刷周期长、相机安装有机械误差的问题，提供一种了适用于丝网印刷技术的基板定位技术。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
1)首先将基板送入印刷工作台表面，然后施加真空吸附将基板固定在印刷工作台表
2)待基板固定之后，用上视觉光学器件对基板和印刷工作台进行扫描，当同时观察到基板的基准标记和印刷工作台表面的基准标记时，记录基板的基准标记和印刷工作台表面的基准标记信息，控制系统获得基板的基准标记和印刷工作台表面的基准标记的相对位置；
3)在真空吸附的保证下，基板随着印刷工作台以直线运动或者旋转运动的方式移动至印刷网框下，该过程基板相对印刷工作台不发生相对运动；
4)待印刷工作台移动至印刷网框下后，下视觉光学器件从印刷工作台下面对所述步骤 2)中印刷工作台表面的基准标记和丝网的基准标记信息进行扫描，控制系统便获取到印刷工作台表面的基准标记和丝网的基准标记的相对位置；
5)通过步骤幻得到基板的基准标记和印刷工作台表面的基准标记的相对位置，通过步骤4)得到印刷工作台表面的基准标记和丝网的基准标记相对位置；由于两次扫描都扫描到了印刷工作台表面的基准标记，通过坐标转换，控制系统计算得到基板的基准标记和丝网的基准标记的相对位置关系，控制系统计算得到丝网现在的位置与印刷位置在X、Y方向和θ角度的偏差值；
6)控制系统根据步骤5)中得到的偏差值信息，由于丝网固定在网框上，对网框进行 Χ、Υ方向和θ角度的微调，再通过下光学器件测量，重复步骤4)和步骤幻，进行多次反馈调节，直至基板和丝网完全对准；
7)步骤6)完成之后，印刷系统对基板进行印刷。所述的上视觉光学器件和下视觉光学器件都通过共享印刷工作台上一对基准标记，实现不同坐标系的转换，消除原来多个相机之间的安装机械误差，从而实现的丝网和基板之间的定位；该上视觉光学器件为一个以上，下视觉光学器件为一个以上，其目的是使上视觉光学器件能够同时观察到基准的标记和印刷工作台表面的基准标记，下视觉光学器件能够同时观察到印刷工作台表面的基准标记和丝网的基准标记。所述的网框具有Χ、Υ和θ三个方向的微调机构，其中θ为网框在XY平面内的旋转，X和Y的微调范围为=± 10mm，而θ的微调范围为±5度。所述的网框的微调是通过Xl执行机构、Χ2执行机构和Y执行机构实现的，网框X 方向的微调是通过Xl和Χ2移动相同的距离实现的，网框Y方向的微调是通过Y执行机构的移动实现的，网框旋转角度6的微调是通过Xl和Χ2移动不同的距离实现的。所述的丝网的基准标记、基板的基准标记和印刷工作台表面的基准标记为适用于 SMT基板、太阳能硅基基板的圆点、矩形、正方形、三角形或交叉十字形的基准标记。所述的上视觉光学器件和下视觉光学器件为发射、传导及接收可见光、红外线等电磁波，或具有光学传导性质的信息传导媒介的光学器件。本发明的有益效果
本发明的印刷周期短。因为上视觉光学器件安装在位置上部，下视觉光学器件安装于印刷工作台，故如此的安装方式相较于传统的采用一台相机分时扫描基准标记节省了相机转动的时间，相较于两台相机同时扫描节省了扫描完成后相机退出的时间。即采用本发明丝网印刷技术具有速度快、周期短的特点。本发明原理简单、方法可靠、实施方便、精确度高。仅通过共享一对及其以上对数的基准标记(印刷台面标记)，对不同坐标进行精确转换，从而实现基板与丝网之间的精确定位，免去了传统丝网印刷技术相机安装的机械误差问题，大大简化了测量定位校正工作。 由于本发明原理简单、方法可靠，不仅保证了测量定位的精度，而且还提高了工作效率。本发明主要适用于表面贴装技术生产线上的丝网印刷(SMT Screen Printing), 太阳能电池生产线上的电极丝网印刷(Solar Metallization Screen Printing)以及类似采用丝网(Screen Stencil)和基板(Substrate)精确对齐并在此基础上采用刮刀(Squeegee)对基板进行表面涂层的生产工艺。
图1是本发明的结构原理主视图。图2是本发明的结构原理俯视图。图3是本发明的三维结构原理示意图。图4是本发明的网框微调机构图。图中1、上视觉光学器件；2、印刷工作台表面的透明孔；3、下视觉光学器件；4、基板；5、印刷工作台；6、网框；7、丝网；8、印刷工作台运动导轨机构；9、印刷工作台表面的基准标记；10、基板的基准标记；11、丝网的基准标记；12、印刷台表面真空固定设备。
具体实施例方式下面结合附图和实施列对本发明作进一步的说明。结合图1、图2、图3、图4所示，一种适用于丝网印刷技术的基板定位技术，包括 1)本发明具有上视觉光学器件1、下视觉光学器件3以及可运动的印刷工作台5。该
技术将PCB、晶圆、硅片或其他形式的印刷基板在基板装载位置进行基板装载，并采用真空吸附固定的方式12将基板4在印刷工作台5表面上进行固定。2)待基板4固定之后，用上视觉光学器件1对基板4和印刷工作台5进行扫描，当同时观察到基板的基准标记10和印刷工作台表面的基准标记9时，记录基板的基准标记10 和印刷工作台表面的基准标记9信息，控制系统获得基板的基准标记10和印刷工作台表面的基准标记9的相对位置。3)基板装载扫描完毕后，印刷工作台5表面具有真空吸附设备，该印刷工作台5通过直线运动或沿圆弧的旋转运动将基板4从基板装载位置送至印刷丝网的底部，即基板印刷位置，然后再进行印刷；由于真空装置的存在，该过程基板相对印刷工作台不发生相对运动；该直线运动或沿圆弧的旋转运动涉及精密丝杆、直线导轨、弧线导轨、空气轴承等高精密运动导件，利用现有零部件加以实现。4)待印刷工作台5移动至印刷网框6下后，下视觉光学器件3从印刷工作台下面， 透过印刷工作台透明孔2对所述步骤2、中印刷工作台表面的基准标记9和丝网的基准标记11信息进行扫描，控制系统便获取到印刷工作台表面的基准标记9和丝网的基准标记11 的相对位置。5)丝网的基准标记、基板的基准标记和印刷工作台表面的基准标记为适用于SMT 基板、太阳能硅基基板的圆点、矩形、正方形、三角形或交叉十字形的基准标记。6)通过步骤2、得到基板的基准标记10和印刷工作台表面的基准标记9的相对位置，通过步骤4)得到印刷工作台表面的基准标记9和丝网的基准标记11相对位置；由于两次扫描都扫描到了印刷工作台表面的基准标记9，通过坐标转换，控制系统计算得到基板的基准标记10和丝网的基准标记11的相对位置关系，控制系统计算得到丝网7现在的位置与印刷位置在X、Y方向和θ角度的偏差值。7)上视觉光学器件和下视觉光学器件都通过共享印刷工作台上一对基准标记，实现不同坐标系的转换，消除原来多个相机之间的安装机械误差，从而实现的丝网和基板之间的定位；该上视觉光学器件和下视觉光学器件为发射、传导及接收可见光、红外线等电磁波，或具有光学传导性质的信息传导媒介的光学器件该上视觉光学器件为一个以上，下视觉光学器件为一个以上，其目的是使上视觉光学器件能够同时观察到基准的标记和印刷工作台表面的基准标记，下视觉光学器件能够同时观察到印刷工作台表面的基准标记和丝网的基准标记。8)控制系统根据步骤5)中得到的偏差值信息，由于丝网固定在网框上，对网框进行Χ、γ方向和θ角度的微调，再通过下光学器件3测量，重复步骤4)和步骤幻，进行多次反馈调节，直至基板4和丝网7完全对准。9)网框是放置于四个自由滚动的球上，并用三根弹簧始终往回拉网框，弹簧必须确保足够的预紧力，以保证网框始终跟Xl执行机构、Χ2执行机构和Y执行机构接触；三个接触点的位置一定，网框的位置必然唯一确定。10)网框具有X、Y和θ三个方向的微调机构，其中θ为网框在XY平面内的旋转，X和Y的微调范围为土 10mm，而θ的微调范围为土 5度。网框的微调是通过Xl执行机构、Χ2执行机构和Y执行机构实现的，网框X方向的微调是通过Xl和Χ2移动相同的距离实现的，网框Y方向的微调是通过Y执行机构的移动实现的，网框旋转角度 3的微调是通过 Xl和Χ2移动不同的距离实现的；
11)待丝网11和基板4定位之后，便可进行高精度丝网印刷；印刷完毕后，基板随印刷工作台送出；其中丝网的基准标记11在丝网7的下表面，但不排除丝网的基准标记11在丝网7上表面的可能性。
权利要求
1. 一种适用于丝网印刷技术的基板定位方法，其特征在于该方法的基本步骤如下 1)首先将基板送入印刷工作台表面，然后施加真空吸附将基板固定在印刷工作台表2)待基板固定之后，用上视觉光学器件对基板和印刷工作台进行扫描，当同时观察到基板的基准标记和印刷工作台表面的基准标记时，记录基板的基准标记和印刷工作台表面的基准标记信息，控制系统获得基板的基准标记和印刷工作台表面的基准标记的相对位置；3)在真空吸附的保证下，基板随着印刷工作台以直线运动或者旋转运动的方式移动至印刷网框下，该过程基板相对印刷工作台不发生相对运动；4)待印刷工作台移动至印刷网框下后，下视觉光学器件从印刷工作台下面对所述步骤 2)中印刷工作台表面的基准标记和丝网的基准标记信息进行扫描，控制系统便获取到印刷工作台表面的基准标记和丝网的基准标记的相对位置；5)通过步骤幻得到基板的基准标记和印刷工作台表面的基准标记的相对位置，通过步骤4)得到印刷工作台表面的基准标记和丝网的基准标记相对位置；由于两次扫描都扫描到了印刷工作台表面的基准标记，通过坐标转换，控制系统计算得到基板的基准标记和丝网的基准标记的相对位置关系，控制系统计算得到丝网现在的位置与印刷位置在X、Y方向和θ角度的偏差值；6)控制系统根据步骤5)中得到的偏差值信息，由于丝网固定在网框上，对网框进行 Χ、Υ方向和θ角度的微调，再通过下光学器件测量，重复步骤4)和步骤幻，进行多次反馈调节，直至基板和丝网完全对准；7)步骤6)完成之后，印刷系统对基板进行印刷。
2.根据权利要求1所述的一种适用于丝网印刷技术的基板定位方法，其特征在于所述的上视觉光学器件和下视觉光学器件都通过共享印刷工作台上一对基准标记，实现不同坐标系的转换，消除原来多个相机之间的安装机械误差，从而实现的丝网和基板之间的定位；该上视觉光学器件为一个以上，下视觉光学器件为一个以上，其目的是使上视觉光学器件能够同时观察到基准的标记和印刷工作台表面的基准标记，下视觉光学器件能够同时观察到印刷工作台表面的基准标记和丝网的基准标记。
3.根据权利要求1所述的一种适用于丝网印刷技术的基板定位方法，其特征在于所述的网框具有x、Y和θ三个方向的微调机构，其中θ为网框在XY平面内的旋转，X和Y 的微调范围为士 10mm，而θ的微调范围为土 5度。
4.根据权利要求1所述的一种适用于丝网印刷技术的基板定位方法，其特征在于所述的网框的微调是通过Xl执行机构、Χ2执行机构和Y执行机构实现的，网框X方向的微调是通过Xl和Χ2移动相同的距离实现的，网框Y方向的微调是通过Y执行机构的移动实现的，网框旋转角度 5的微调是通过Xl和Χ2移动不同的距离实现的。
5.根据权利要求1所述的一种适用于丝网印刷技术的基板定位方法，其特征在于所述的丝网的基准标记、基板的基准标记和印刷工作台表面的基准标记为适用于SMT基板、 太阳能硅基基板的圆点、矩形、正方形、三角形或交叉十字形的基准标记。
6.根据权利要求1所述的一种适用于丝网印刷技术的基板定位方法，其特征在于所述的上视觉光学器件和下视觉光学器件为发射、传导及接收可见光、红外线等电磁波，或具有光学传导性质的信息传导媒介的光学器件。
全文摘要
本发明公开了一种适用于丝网印刷技术的基板定位方法。将基板吸附在印刷工作台表面；用上视觉光学器件进行扫描，获得基板的基准标记和印刷工作台表面的基准标记的相对位置；基板随着印刷工作台移动至印刷网框下，下视觉光学器件进行扫描，获取到印刷工作台表面的基准标记和丝网的基准标记的相对位置；由于两次扫描都扫描到了印刷工作台表面的基准标记，通过坐标转换，得到基板的基准标记和丝网的基准标记的相对位置关系，对网框进行微调；直至基板和丝网完全对准进行印刷。本发明适用于表面贴装技术生产的丝网印刷、太阳能电池生产的电极丝网印刷以及类似采用丝网和基板精确对齐并在此基础上采用刮刀对基板进行表面涂层的生产工艺。
文档编号B41F15/20GK102179996SQ201110007689
公开日2011年9月14日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者刘宝庆, 范坤泉, 钱路燕, 陈宽先 申请人:浙江大学