专利名称：用于划线电子组件衬底的激光透镜的流体抵衡体的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于做处理电子组件之用的激光透镜的流体抵衡体，且更特定来说， 涉及用于做处理电子组件之用的激光透镜的气动抵衡体。
背景技术：
当前已知的习惯是使用滑轮组、弹簧或电机来抵消作用于质量(例如，激光透镜) 上的重力。所有这些解决方案均具有缺陷。滑轮组配置给系统添加了大量质量。如果 需要组合件以高速率及加速度移动，那么由于热产生及降级的动态能力而不期望额外 的质量。弹簧添加了可以忽略的质量的量。然而，弹簧易于降低系统动力学的固有频 率，此有时可导致在动态环境中操作装置出现问题，尤其在震荡频率接近所述系统的 固有频率的情况下。对于此频率匹配问题的解决方案是提供更硬的弹簧或更软的弹簧。 此解决方案的缺陷是其可导致驱动电机较费力地挤压所述弹簧或者用以抵抗重力场而 保持所述质量的一部分，因此使驱动电机变热。使用电机来举起所述质量的缺陷是由 于用来产生力或扭矩所需要的连续电流而导致电机开始变热。额外的热产生导致对热 敏感的结构及装置出现问题。将期望在不给组合件添加显著的质量的量、在不因连续 电流而产生过多热及/或在不降低组合件的固有频率的情况下抵衡在重力场中的质量。
发明内容
根据本发明实施例的设备在不使用金属弹簧或滑轮组的情况下抵衡在重力场中 的质量。流体抵衡体设备具有自动或手动变化系统的固有频率及阻尼特性的能力。通 过将平衡的压力置于汽缸的任一侧上，经支撑质量获得在重力场中的静态平衡。可手 动地或自动地调节位于每一端口处的孔以使系统中的阻尼量变化。所述设备在不给系 统添加显著质量的情况下抵衡系统中的质量且不降低所述系统的固有频率。所述设备 允许通过增加缸体任-一侧上的压力而改变固有频率。还可通过变化缸体上端口中的孔 大小来调节系统的阻尼。所述设备抵衡在重力场中的弹簧质量系统而不添加显著质量 或降级固有频率。所述设备可通过改变缸体中的压力来使系统的弹簧刚度变化。所述 设备可通过改变缸体端口上的孔大小来使系统的阻尼变化。
结合附图阅读以下说明时，所属领域的技术人员将显而易见本发明的其它应用。
本文中的说明是参照附图，其中在数个视图中相同的参考编号指代相同的部件，且图式中
图l是流体缸体的简化示意图，所述流体缸体针对界定在可在流体缸体的外壳内移动的活塞的任一侧上的每一室具有流体连通端口；
图2是用于处理电子组件衬底且通过根据本发明实施例的流体抵衡体而使激光透
镜静态平衡地悬浮的设备的一部分的简化示意图；及
图3是其中可并入本发明的用于进行微结构的紫外线激光腐蚀图案化的激光系统
的简化实物图。
具体实施例方式
现在参照图1及图2，以举例而并非限制方式，图解说明设备10用于支撑用于处理电子组件衬底(例如用于在电子组件衬底上形成划线)的装置14的一部分12。设备10包含组合件16，其将激光透镜18支撑在重力场20中以用于通过线性致动器26沿Z轴24相对于电子组件衬底进行调焦移动22。用于组合件16的流体抵衡体28是由流体操作的缸体30界定，所述流体操作的缸体具有与外壳34相关联的以在行程端限36、 38之间移动的活塞32。活塞32将外壳34划分成第一及第二流体室40、 42，其分别具有第一及第二流体连通端口44、 46。
流体压力源48可分别通过第一及第二流体连通端口 44、 46连接到第一及第二室40、 42。流体压力源48可通过每一供应线中的压力调节器48a、 48b进行调节以将不同压力传递到活塞32的任一侧上从而使激光透镜18平衡地静态悬浮在重力场20内。流体压力源48准许与激光透镜18相关联的质量移动到与外壳34相关联的活塞32的行程端限36、 38之间的任一位置，同时维持激光透镜18的质量处于平衡。
第一及第二室40、 42内的压力可调节，因此使激光透镜18的质量平衡地静态悬浮在重力场20内。调节流体操作的缸体30的第一及第二室40、 42内的压力可使激光透镜18移动到活塞32在外壳34内的行程范围内的任一位置，同时维持激光透镜18的质量处于平衡，而不论活塞32在外壳34内的位置如何。可与流体压力抵衡体28分开提供线性致动器26，所述线性致动器用于使激光透镜18移动到所需位置，同时通过流体压力抵衡体28对激光透镜18进行静态平衡以使其处于平衡状态。可以任何所需流体压力操作流体压力抵衡体28。以举例而并非限制方式，流体压力抵衡体28是气动抵衡体28。
流体操作的缸体30调节激光透镜18的阻尼，以使得将力施加到组合件16之后活塞32及激光透镜18的过行程降到最小。组合件16的阻尼特性可通过改变与流体操作的缸体30的第一及第二连通端口 44、 46中的至少一者相关联的孔大小来变化。如果需要，可使可调节的孔50与每一流体连通端口 44、 46相关联以用于手动地或者自动地变化组合件16的阻尼特性。
5流体操作的缸体30在不降低组合件16的固有频率特性的情况下抵衡与激光透镜 18相关联的在重力场20中的质量。流体操作的缸体30在不给组合件16添加显著质 量的情况下抵衡激光透镜18在重力场20中的质量。通过每一供应线中的压力调节器 48a、 48b来单独控制流体压力以使活塞32的任一侧上的力相等从而获得在重力场20 中的静态平衡。组合件16的弹簧刚度特性可响应于外壳34的第一及第二室44、 46 中的至少一者中的流体压力的改变而变化。
一种用于在用于处理电子组件衬底(例如，用于在电子组件衬底上形成划线)的 设备10中将包含激光透镜18的组合件16支撑在重力场20中以通过线性致动器26 沿Z轴24相对于电子组件衬底进行调焦移动22的方法可包含为组合件16提供流体 抵衡体28。如所示，组合件16由流体操作的缸体30界定，所述流体操作的缸体具有 与外壳34相关联的用于在相反的行程端限36、 38之间进行往复移动的活塞32。活塞 32将缸体30划分成分别具有第一及第二流体连通端口 44、46的第一及第二室40、42。 所述方法可包含通过在连接到对应的第一及第二流体连通端口 44、46的每一供应线中 的单个压力调节器48a、 48b将流体压力源48连接到第一及第二室40、 42。所述方法 还可包含借助压力调节器48a、 48b自动地或手动地调节流体压力源48以使激光透镜 18平衡地静态悬浮在重力场20内。通过压力调节器48a、 48b起作用的流体压力源48 准许激光透镜18的质量移动到与外壳34相关联的活塞32的相反的行程端限36、 38 之间的任一位置，同时维持激光透镜18的质量处于平衡。流体压力源48可以是气体 系统或液体系统。以举例而并非限制方式，流体压力源48是气动系统、液压系统或适 合于特定应用的任何所需气体或液体介质。气动系统是通常可购得且适合于电子组件 装备应用中的大多数处理操作。
操作中，通过经由对应端口44、 46与流体操作的缸体30连通的单独压力调节器 48a、 48b起作用的流体压力源48使激光透镜18的质量平衡地静态悬浮在重力场20 内。通过每一供应线中的单独压力调节器48a、 48b调节流体压力源48来经由与流体 操作的缸体30连通的对应端口 44、 46将不同压力传递到活塞的任一侧上，这个操作 使激光透镜18移动到活塞32在外壳34内的行程范围36、 38内的任一位置，同时维 持激光透镜18的质量处于平衡而不论活塞32在外壳34内的位置如何。激光透镜18 可响应于流体压力改变而移动或者可因来自与流体操作的缸体30分开的线性致动器 26的外部驱动力而移动。同时，流体操作的缸体30将激光透镜18的质量维持在平衡， 从而准许降低对产生外部驱动力的功率要求。以举例而非限制方式，将线性致动器26 形成为音圈磁铁52及音圈线圈54。由于作用于活塞32的任一侧上的流体压力而产生 的平衡力允许组合件16获得激光透镜18在重力场20中的静态平衡。
通过与流体操作的缸体30连通的压力调节器48a、 48b来调节流体压力源48调 节激光透镜18的阻尼特性以使得在将力施加到组合件16之后支撑激光透镜18的组合 件16的过行程降到最小。在操作中，所述方法可通过变化与流体操作的缸体30的第 一及第二连通端口 44、46中的至少一者相关联的孔50的大小来使组合件16的阻尼特性变化。调节与流体操作的缸体30的每一流体连通端口 44、 46相关联的孔50也可使组合件16的阻尼特性变化。
通过与流体操作的缸体30连通的压力调节器48a、 48b调节流体压力源48在不降低组合件16的固有频率特性的情况下抵衡与激光透镜18相关联的在重力场20中的质量。通过与流体操作的缸体30连通的压力调节器48a、 48b的流体压力源48调节可在不给组合件16添加显著质量的情况下抵衡激光透镜18在重力场20中的质量。组合件16的弹簧刚度特性响应于组合件16的第一及第二室40、42中的至少一者中的压力改变而变化。
以举例而非限制方式，已相对于处理电子组件衬底(例如在电子组件衬底上形成划线)来描述了本发明。已简化图示以便图解说明划线形成装备的直接与用于组合件16的流体抵衡体28互动的部分。所述划线形成装备的其它部分及所述划线形成装备的操作可以是常规的己知配置，例如以下专利中所说明第6,949,449号美国专利；第WO 2005/008849 A2号国际公开案；第US 2005/0042805 Al号美国公开专利；及第US2007/0050075 Al号美国专利公开案。其它已知划线形成装备及划线形成工艺可见于第5,961,852号美国专利及第WO 2006/088991 A2号国际公开案中。还应认识到，本文中所揭示的流体抵衡体28可与其中将激光透镜支撑在重力场中以相对于工件(例如，电子组件衬底)进行调焦移动的其它装备组合使用。
可并入本发明的组合件的一个实例显示于图3中，所述图3大致是从第7,157,038Bl号美国专利复制的。当然，这只是一个实例。也可使用第7,157,038 Bl号美国专利中图4的组合件10b、以上所提及的组合件及其它己知组合件。
图3的组合件是利用装备有晶片夹组合件140的组合光束定位系统的激光处理系统110，所述激光处理系统可用于在半导体工件13中进行微结构的紫外线激光腐蚀图案化。所示激光系统IIO包含激光器114，其以预定的波长及空间模式分布提供一个或一个以上激光脉冲的激光器输出116。
激光器输出116可选择地穿过各种众所周知的扩展及/或准直光学器件118，沿着光路径120传播然后由光束定位系统130引导以使激光系统输出脉冲132撞击在工件13上的所需激光目标位置134上。光束定位系统130优选地包含平移级定位器，其优选地采用至少两个横动级136及138，其(例如)支撑X、 Y及/或Z定位镜242及244且准许在同一或不同工件13上的目标位置134之间快速移动。
如所示，平移级定位器是分开轴系统，其中Y级136(通常由线性电机沿轨道146移动)支撑并移动工件13，且X级138 (通常由线性电机沿轨道148移动)支撑并移动快速定位器150及一个或一个以上相关联的组合件16，其每一者支撑聚焦透镜18。通过数个安装技术中的任一者将组合件16安装在快速定位器150内以使得激光透镜18可在外壳34的端限36、 38所界定的范围内沿Z轴24自由的移动。定位镜(未显示)安装在快速定位器150的外壳内以沿Z轴24引导光路径120穿过激光透镜18到达所需激光目标位置134。设备10的剩余部分安装在外部。g卩，分别由压力调节器48a、48b界定的到达端口 44、 46的路径穿过快速定位器150的外壳到达流体压力源48。
在X级138与Y级136之间的Z维度也可以是可调节的。定位镜242及244通过任何旋转在激光器114与快速定位器150之间对准光路径120，所述快速定位器沿光路径120定位。例如，快速定位器150可采用高分辨率线性电机或一对检流计镜，其可基于所提供的测试或设计数据实行唯一或重复处理操作。级136及138以及定位器150可被独立地控制及移动或相互协调以响应于经面板化数据或未经面板化数据一起移动。
快速定位器150优选地还包含视觉系统，其可对准到工件13表面上的一个或一个以上基准点。光束定位系统130可采用常规的视觉或光束来使对准系统工作，所述对准系统通过物镜或离轴地与单独相机一起工作且为所属领域的技术人员众所周知。定位系统130的一些实施例详细描述于卡特勒(Cutler)等人的第5,751,585号美国专利中。
可沿光路径120定位任选的激光功率控制器152，例如半波片偏振器。另外，一个或一个以上光束检测装置154 (例如，光电二极管)可位于激光功率控制器152的下游处，例如与定位镜244对准，所述定位镜244适于部分透射激光器输出116的波长。光束检测装置154优选地与光束诊断电子器件通信，所述光束诊断电子器件传送用以修改激光功率控制器152的效应的信号。
工件13由夹组合件140支撑，夹组合件包含真空夹基底142、夹顶部144及任选的盘148。盘148易于连接到级136、 138中的至少一者及与其断开。另一选择为，基底142可适于直接固定到级136或138。
现在返回图1，在操作中，调节缸体30中的相对流体压力P1及P2以使得经支撑质量平衡地静态悬浮在重力场中，其中(P1 * Al) - (P2 * A2) = (MASS * GRAVITY),其中P1是第一室40中的压力，Al是活塞32在第一室40中的表面积，P2是第二室42中的压力，A2是活塞32在第二室42中的表面积，MASS是将被平衡悬浮的组合件16的重量，且GRAVITY是已知的重力常数。所述质量可移动到活塞32在外壳34内的行程范围内的任一位置，且所述质量总是处于平衡，不论活塞32的静止点在何处。可调节系统的阻尼以使得在施加驱动力之后不存在过行程。以举例而非限制方式，抵衡体设备28的一个适合应用是用于悬浮使用如本文中所图解说明的线性致动器的Z轴组合件。总之，所述设备可消除将作用于质量或力上的重力或弹簧力的效应。
已描述上文所述实施例，以便允许容易理解本发明，而非限制本发明。相反，本发明打算涵盖上述权利要求书的范围内所包含的各种修改及等效布置，所述范围与最广义的解释一致，以便在法律的许可下囊括所有此类修改及等效结构。
8
权利要求
1、一种用于支撑用于处理电子组件衬底的装置的一部分的设备，所述设备包含将激光透镜支撑在重力场中以通过线性致动器沿Z轴相对于所述电子组件衬底进行调焦移动的组合件，所述设备包括流体抵衡体，其用于所述组合件且由流体操作的缸体界定，所述流体操作的缸体具有与外壳相关联的用于在行程端限之间移动的活塞，所述活塞将所述外壳划分成分别具有第一及第二流体连通端口的第一及第二流体室；及流体压力源，其可分别通过所述第一及第二流体连通端口连接到所述第一及第二室，所述流体压力源可调节以使所述经支撑激光透镜平衡地静态悬浮在所述重力场内，所述流体压力源准许所述经支撑激光透镜的质量移动到与所述外壳相关联的所述活塞的相反的行程端限之间的任一位置，同时维持所述经支撑激光透镜的所述质量处于平衡。
2、 如权利要求1所述的设备，其中所述流体操作的缸体的所述第一及第二室内 的压力可调节以使得所述经支撑激光透镜的所述质量平衡地静态悬浮在所述重力场 内。
3、 如权利要求1或2所述的设备，其中变化所述流体操作的缸体的所述第一及 第二室内的压力可使所述经支撑激光透镜移动到所述活塞在所述外壳内的行程范围内 的任一位置，同时维持所述经支撑激光透镜的质量处于平衡而不论所述外壳内的活塞 位置如何。
4、 如权利要求1到3中任一所述的设备，其中所述流体操作的缸体调节所述经 支撑激光透镜的阻尼以使得在施加力之后过行程降到最小。
5、 如权利要求1到4中任一所述的设备，其中所述流体操作的缸体在不借助以 下条件中的至少一者的情况下抵衡所述经支撑激光透镜在所述重力场中的质量降低所述组合件的固有频率特性及/或 添加显著质量。
6、 如权利要求1到5中任一所述的设备，其中所述组合件的弹簧刚度特性响应 于所述外壳的所述第一及第二室中的至少一者中的压力改变而变化。
7、 如权利要求1到6中任一所述的设备，其中压力在所述活塞的任一侧上得到 平衡以获得在所述重力场中的静态平衡。
8、 如权利要求1到7中任一所述的设备，其进一步包括可调节孔，其与所述流体操作的缸体的所述第一及第二流体连通端口中的一者相 关联以用于使所述组合件的阻尼特性变化。
9、 一种用于在用于处理电子组件衬底的设备中将包含激光透镜的组合件支撑在 重力场中以通过线性致动器沿Z轴相对于所述电子组件衬底进行调焦移动的方法，所述方法包括提供用于所述组合件的流体抵衡体，所述流体抵衡体由流体操作的缸体界定，所汰裕汰趣沐的feT汰且右—fe抓吉站#瞎的田；龙4千招媳胞，问讲籽沐复移动的活塞，所述活塞将所述缸体划分成分别具有第一及第二流体连通端口的第一及第二室；分别通过所述第一及第二流体连通端口将流体压力源连接到所述第一及第二室；及调节所述流体压力源以使所述经支撑激光透镜平衡地静态悬浮在重力场内，所述 流体压力源准许所述经支撑激光透镜的质量移动到与所述外壳相关联的所述活塞的相 反的行程端限之间的任一位置，同时维持所述经支撑激光透镜的所述质量处于平衡。
10、 如权利要求9所述的方法，其中调节与所述流体操作的缸体连通的所述流体 压力源进一步包括以下操作中的至少一者使所述经支撑激光透镜的所述质量平衡地静态悬浮在所述重力场内； 将所述经支撑激光透镜移动到所述活塞在所述外壳内的行程范围内的任--位置，同时维持所述经支撑激光透镜的质量处于平衡而不论所述外壳内的活塞位置如何； 调节所述经支撑激光透镜的阻尼以使得在施加力之后过行程降到最小； 在不降低所述组合件的固有频率特性的情况下抵衡所述经支撑激光透镜在所述重力场中的质量；及/或在不添加显著质量的情况下抵衡所述经支撑激光透镜在所述重力场中的质量。
11、 如权利要求9或IO所述的方法，其进一步包括通过改变与所述流体操作的缸体的所述第一及第二流体连通端口中的至少一者 相关联的孔大小而使所述组合件的阻尼特性变化。
12、 如权利要求9所述的方法，其进一步包括响应于所述外壳的所述第一及第二室中的至少一者中的压力改变而使所述组合 件的弹簧刚度特性变化。
13、 如权利要求9所述的方法，其进一步包括平衡所述活塞的任一侧上的压力以获得所述经支撑激光透镜在所述重力场中的 静态平衡。
全文摘要
本发明揭示一种用于支撑用于处理电子组件衬底的装置的设备及方法，其包含将激光透镜支撑于重力场中以通过线性致动器沿Z轴进行调焦移动的组合件。用于所述组合件的流体抵衡体由与外壳相关联的用于在行程端限之间移动的活塞界定。所述活塞将所述外壳划分成第一及第二流体室，所述第一及第二流体室具有第一及第二流体连通端口。流体压力源可连接到所述第一及第二室且可调节以使所述经支撑激光透镜平衡地静态悬浮在所述重力场内。所述流体压力源准许所述经支撑激光透镜移动到所述活塞的相反的行程端限之间的任一位置，同时维持所述经支撑激光透镜的质量处于平衡。
文档编号B23K26/04GK101678506SQ200880016579
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月20日 优先权日2007年5月21日
发明者马克·科斯莫夫斯基 申请人:Esi电子科技工业公司