经由具有对准特征的独立侧部测量的适应性零件轮廓建立的制作方法
相关申请的交叉参考
本申请为pct申请，主张在2014年12月29提出申请的美国临时专利申请第62/097,418号的优先权，所述申请的内容出于所有目的以其全文引用的方式并入本文中。
版权声明
本申请涉及用于确定工件相对于工具在夹具上的位置的系统及方法，且特定来说，涉及用于通过检查夹具的侧部来在夹具上的工件的表面上确定工具加工路径的系统及方法。
背景技术：
随着电子装置的大小继续减小，可能需要更严格的用于耦合其结构组件的容差以促进更小大小或保护内部电子组件避免水分或损坏。除了电子装置的结构规格外，更严格的用于耦合结构组件的容差还受电子装置的外观及通过处置电子装置所引起的质感控制。随着消费者电子装置的市场变得更具竞争，装置制造商力图在其电子装置的外观及感觉方面以及在其电子装置的技术能力方面取得进步。
此外，在制造过程期间，消费者电子的数个组件配对在一起使得配对表面之间的交互特征非常小是较常见的。随着这些接口继续经促进成越来越小尺寸，旧型检查及定位方法可能不足以提供工具加工应用所需要的准确度。
技术实现要素：
本发明內容经提供从而以简化形式引入概念的选择，所述简化形式在本发明的实施方式中进一步予以描述。本发明內容并不意欲识别所主张标的物的关键或基本发明性概念，也不意欲用于确定所主张标的物的范围。
在一些实施例中，其中工件具有工件顶表面，其中所述工件具有工件底表面，其中所述工件具有在所述工件顶表面与所述工件底表面之间的工件侧部，其中所述工件具有沿着所述工件侧部定位的工件边缘，其中所述盖材料具有盖顶表面，其中所述盖材料具有盖底表面，其中所述盖材料具有在所述盖顶表面与所述盖底表面之间的盖侧部，其中所述盖材料具有定位在所述盖侧部处的初始盖边缘，其中所述工件顶表面支撑所述盖材料使得所述盖底表面较接近于所述工件顶表面且所述盖顶表面离所述工件顶表面较远，且其中所述初始盖边缘与所述工件边缘不配对，用于确定用于加工盖材料以配合工件的客制化工具路径的方法使用：将所述工件固定于支撑夹具，其中所述工件相对于所述支撑夹具固定于固定位置中，其中所述工件底表面较接近于所述支撑夹具且所述工件顶表面离所述支撑夹具较远，其中所述支撑夹具与多个对准特征相关联，包含第一对准特征及第二对准特征，其中所述第一对准特征具有第一特征顶部尺寸及第一特征侧部尺寸，且其中所述第二对准特征具有第二特征顶部尺寸及第二特征侧部尺寸；扫描所述工件侧部、所述第一特征侧部、所述第二特征侧部、所述第一特征顶部及所述第二特征顶部，其中使用侧部扫描来获得侧部扫描数据，其中使用顶部扫描来获得顶部扫描数据，其中所述侧部扫描数据包含与所述工件边缘的特性相关联的工件边缘轮廓数据，其中所述侧部扫描包含与所述第一特征侧部及所述第二特征侧部的相对侧部位置相关联的侧部位置数据，其中与所述第一特征顶部相关联的第一特征顶部位置数据是从所述顶部扫描获得，且其中与所述第二特征顶部相关联的第二特征顶部位置数据是从所述顶部扫描获得；以及在所述盖材料的所述盖顶表面上方确定与所述工件边缘相关联的工具路径，其中所述工具路径基于所述侧部扫描数据与所述顶部扫描数据的相关性。
在一些替代、额外或累积实施例中，其中所述衬底具有顶表面及底表面以及在所述顶表面与所述底表面之间延伸的侧表面，其中所述侧表面对应于所述衬底的所述顶表面的衬底边缘，且其中所述盖材料具有盖顶表面，用于加工由工件的衬底支撑的盖材料的系统包括：支撑夹具，用于将所述衬底支撑在所述支撑夹具的衬底支撑区域内；对准特征，其由所述支撑夹具支撑，所述对准特征包含经间隔开的第一对准特征及第二对准特征，其中每一对准特征具有特征顶部及特征侧部，其中所述特征顶部具有可辨别顶部特性，且其中所述特征侧部具有可辨别侧部特性；第一检查系统，其可操作用于获取顶部扫描数据；第二检查系统，其可操作用于获取侧部扫描数据；相对移动系统，其用于在所述支撑夹具与所述第一检查系统及所述第二检查系统之间引起相对移动；加工工具，其可操作用于加工所述盖材料；以及一或多个处理器，其用于协调所述支撑夹具与所述第一检查系统与所述第二检查系统之间的相对移动，用于使所述侧部扫描数据与所述顶部扫描数据相关，用于在所述盖材料的所述顶表面上方确定用于所述加工工具的工具路径，及用于使所述加工工具的操作与所述工件及所述加工工具之间沿着所述工件路径的相对移动协调。
在一些额外或累积实施例中，加工工具的切割工具轴沿着所述工具路径经相对对准于盖顶表面上的位置；且使用所述加工工具来沿着与所述工件边缘相关联的所述工件路径切割所述盖顶表面来形成与所述工件边缘匹配的经处理盖边缘。
在一些替代、额外或累积实施例中，其中工件具有工件顶表面，其中所述工件具有工件底表面，其中所述工件具有在所述工件顶表面与所述工件底表面之间的工件侧部，其中所述工件具有沿着所述工件侧部定位的工件边缘，其中所述盖材料具有盖顶表面，其中所述盖材料具有盖底表面，其中所述盖材料具有在所述盖顶表面与所述盖底表面之间的盖侧部，其中所述盖材料具有定位在所述盖侧部处的初始盖边缘，其中所述工件顶表面支撑所述盖材料使得所述盖底表面较接近于所述工件顶表面且所述盖顶表面离所述工件顶表面较远，且其中所述初始盖边缘与所述工件边缘不配对，用于确定用于加工盖材料以配合工件的客制化工具路径的方法：将所述工件固定于支撑夹具，其中所述工件相对于所述支撑夹具固定于固定位置中，其中所述工件支撑夹具具有相对于加工工具的坐标系校准的夹具位置，其中所述工件底表面较接近于所述支撑夹具且所述工件顶表面离所述支撑夹具较远，其中所述支撑夹具与多个对准特征相关联，包含第一对准特征及第二对准特征，其中所述第一对准特征具有第一特征侧部尺寸，且其中所述第二对准特征具有第二特征侧部尺寸；扫描所述工件侧部、所述第一特征侧部及所述第二特征侧部，其中使用侧部扫描来获得侧部扫描数据，其中所述侧部扫描数据包含与所述工件边缘的特性相关联的工件边缘轮廓数据，其中所述侧部扫描包含与所述第一特征侧部及所述第二特征侧部的相对侧部位置相关联的侧部位置数据；在所述盖材料的所述盖顶表面上方确定与所述工件边缘相关联的工具路径，其中所述工具路径基于所述侧部扫描数据与相对于所述加工工具的所述坐标系经校准的所述夹具位置的相关性；使加工工具的切割工具轴沿着所述工具路径相对地对准于所述盖顶表面上的位置；以及使用所述加工工具来沿着与所述工件边缘相关联的所述工具路径切割所述盖顶表面来形成匹配所述工件边缘的经处理盖边缘。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述第一对准特征及所述第二对准特征为相应的对准销。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述加工工具为激光器。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述工件边缘形成工件周界，所述初始盖边缘形成初始盖边缘周界，且所述经处理盖边缘形成经处理盖周界。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述工件边缘包含多个横向工件边缘段，且所述初始盖边缘包含多个横向初始盖边缘段。
在一些替代、额外或累积实施例中，相对于所述支撑夹具将所述工件载入到随机位置中，且其中所述第一对准特征及所述第二对准特征在所述工件周界外部。
在一些替代、额外或累积实施例中，通过真空压力将所述工件固定到所述支撑夹具。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述支撑夹具具有比所述工件的尺寸大的主要表面尺寸。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述支撑夹具具有防止使用沿着所述工件边缘与所述盖底表面垂直交叉的加工轴的夹具表面面积。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述第一对准特征及所述第二对准特征在所述工件被固定到所述支撑夹具时为所述工件提供静态参考。
在一些替代、额外或累积实施例中，使用预定特征分隔距离来按比例调整所述第一特征侧部与所述第二特征侧部的所述相对侧部位置。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述工件顶表面具有由工件边缘分隔距离分离的相对工件边缘段，且其中所述第一对准特征与所述第二对准特征之间的分隔距离比所述工件边缘分隔距离长。
在一些替代、额外或累积实施例中，可使用一或多个位移传感器来获得所述侧部扫描数据。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述扫描步骤包含映射。
在一些替代、额外或累积实施例中，使用足够数目个额外对准特征使得每一工件边缘段在两个对准特征之间配合。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述第一对准特征及所述第二对准特征沿着特征线定位，且所述工件边缘经定位成不平行于所述特征线。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述第一对准特征具有第一特征直径，所述第二对准特征具有第二特征直径，且所述第一特征直径与所述第二特征直径不同。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述第一对准特征具有第一特征直径，所述第二对准特征具有第二特征直径，且所述第一特征直径与所述第二特征直径相同。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述工件边缘具有近似于预定工件长度的工件长度。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述经处理盖边缘的任何盖部分在所述工件边缘的相应最近工件部分100微米内。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述经处理盖边缘的任何盖部分在所述工件边缘的相应最近工件部分50微米内。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述经处理盖边缘的任何盖部分在所述工件边缘的相应最近工件部分25微米内。
在一些替代、额外或累积实施例中，盖周界与工件周界之间的任何间隙在距平均视力的人类肉眼大于或等于25mm的距离处对所述人眼看上去为均匀的。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述工件边缘长于50mm。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述工件边缘长于375mm。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述盖材料包括光学不透明材料。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述盖材料包括塑料材料。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述盖材料包括陶瓷材料。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述盖材料的所述顶表面缺乏对准特征。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述第一对准特征具有包含第一对准基准的第一特征顶表面，所述第二对准特征具有包含第二对准基准的第二特征顶表面，且所述第一对准基准与所述第二对准基准具有比相应对准特征主尺寸小的基准主尺寸。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述第一对准基准居中在所述第一特征顶表面上，且所述第二对准基准居中在所述第二特征顶表面上。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述边缘轮廓数据的所述特性包含在沿着所述工件侧部的多个点中的每一者穿过所述侧部传感器的侧部传感器轴时侧部扫描传感器与所述点中的每一者之间的距离。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述侧部扫描数据包含对准特征与所述边缘段的拐角之间的所述相对距离。
在一些替代、额外或累积实施例中，多个支撑夹具各自具有相对于彼此分别经映射以提供每一支撑夹具特定的相应支撑特征数据的第一对准特征及第二对准特征。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述支撑特征数据用于将所述侧部扫描数据变换成由加工工具使用的坐标系。
在一些额外或累积实施例中，所述扫描步骤包括扫描所述整个工件周界。
在一些额外或累积实施例中，所述侧部扫描由侧部扫描传感器执行，所述顶部扫描由顶部扫描传感器执行，且所述侧部扫描传感器与所述顶部扫描传感器为不同类型的传感器。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述工件包含相对的第一边缘段及第二边缘段，第一侧部扫描传感器扫描所述第一边缘段，且所述第二侧部扫描传感器扫描所述第二边缘段。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述扫描步骤进一步包括使用一或多个固定式传感器来扫描移动的所述工件。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述扫描步骤进一步包括使一或多个传感器沿着工件移动。
在一些替代、额外或累积实施例中，侧部扫描数据获取通过使用线性或定位编码器而与扫描传感器和沿着所述工件侧部的位置之间的相对位置同步。
在一些替代、额外或累积实施例中，侧部扫描数据获取使用与扫描传感器和沿着所述工件侧部的位置之间的相对移动的基本上恒定速度同步的预定取样率。
在一些额外或累积实施例中，侧部扫描数据获取利用所述第一对准特征与所述第二对准特征之间的已知距离且使用扫描传感器与沿着所述工件侧部的位置之间的相对移动的基本上恒定速度。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述基本上恒定速度维持在预定速度的5％内。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述加工工具包括计算机控制切割机器。
在一些替代、额外或累积实施例中，一或多个障碍物定位在所述工件侧部与用于获取侧部扫描数据的传感器之间，且从所述侧部扫描数据推测被所述一或多个障碍物挡住的工件边缘部分的特性。
在一些替代、额外或累积实施例中，一或多个障碍物定位在所述工件侧部与用于获取侧部扫描数据的传感器之间，且从所述侧部扫描数据内插被所述一或多个障碍物挡住的工件边缘部分的特性。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述工件边缘形成具有工件边缘轮廓的工件周界，且其中所述侧部扫描数据用于将所述工件边缘轮廓与所述工件周界的预定理想的边缘轮廓进行比较。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述侧部扫描发生在侧部扫描领域中，且所述工件路径实施在与所述侧部扫描领域分散的加工领域中。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述侧部扫描领域与所述加工领域实际上分离。.
在一些替代、额外或累积实施例中，通过所述扫描步骤及加工步骤相对于所述支撑夹具将所述工件维持在单个位置中。
在一些替代、额外或累积实施例中，第一对侧部扫描传感器从相应的相对的第一工件边缘段及第二工件边缘段同时获得侧部扫描数据，且第二对侧部扫描传感器从相应的相对的第三工件边缘段及第四工件边缘段同时获得侧部扫描数据。.
在一些替代、额外或累积实施例中，所述第一对侧部扫描传感器具有横向定向于所述第二对侧部扫描传感器的扫描轴的扫描轴。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述第一对侧部扫描传感器及所述第二对侧部扫描传感器中的一者在所述扫描步骤期间为固定的，且所述第一对侧部扫描传感器及所述第二对侧部扫描传感器中的一者在所述扫描步骤期间处于运动中。
在一些替代、额外或累积实施例中，所述第一对侧部扫描传感器在所述第二对侧部扫描传感器获得侧部扫描数据之前获得侧部扫描数据。.
在一些替代、额外或累积实施例中，所述侧部扫描数据是在获得所述顶部扫描数据之前获得。
在一些替代、额外或累积实施例中，第一工件边缘段定位在由所述第一对准特征及所述第二对准特征界定的轴之间，第二工件边缘段定位在由所述第二对准特征及第三对准特征界定的轴之间，及使用与所述第二对准特征相关联的数据来沿着所述第一工件边缘及所述第二工件边缘提供连续工具路径。
将从参考附图进行的对示范性实施例的以下详细描述明了额外方面及优点。
附图说明
图1为一般工件的俯视平面图。
图2为由过大的盖材料片覆盖的工件的横截面侧视图。
图3a为使用多个对准特征的支撑夹具的示范性实施例的右前等距视图。
图3b为使用图3a中所展示的多个对准特征的支撑夹具的示范性实施例的俯视平面图。
图3c为使用图3a中所展示的多个对准特征的支撑夹具的示范性实施例的后部侧视图(沿着图3b的线3c截取)。
图3d为以歪斜定向支撑工件的图3a的支撑夹具的示范性实施例的右前等距视图。
图4a、4b及4c为适合于供图3a、3b及3c中所描绘的示范性支撑夹具使用的示范性对准销的相应侧视及俯视等距视图、俯视平面图及侧视图。
图5为展示两个示范性对准特征相对于工件边缘段的拐角的相对定位的示范性侧部扫描数据的图形描绘。
图5a为展示工件边缘段与理性的工件边缘段的偏差的示范性侧部扫描数据的图形描绘。
图5b为来自工件的四侧的示范性侧部扫描数据的图形描绘，其中边缘段的侧部扫描数据相对于工件周界定向。
图6为展示对准特征的顶表面上的侧部扫描数据与基准之间的关系的图5的侧部扫描数据的示范性部分的放大图形描绘。
图6a为展示工具路径将过大的盖材料层上覆于工件上的支撑夹具的示范性实施例的俯视平面图。
图7为简化的示范性侧部扫描系统的俯视平面图。
图8为用于例如通过进行切割来加工工件的示范性工具(例如激光器系统)的视图。
具体实施方式
下文参考附图描述实例性实施例。许多不同形式及实施例在不背离本发明的精神及教示的情况下是可能的且因此本发明不应视为限制于本文中所阐明的实例性实施例。确切地说，这些实例性实施例经提供使得本发明将为详尽且完整的，且将向所属领域的技术人员传达本发明的范围。在图式中，组件的大小及相对大小为清楚起见可为不成比例及/或夸大的。本文中所使用的术语为仅出于描述特定实例性实施例的目的且并不意欲为限制性。如本文中所使用，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一”及“所述”意欲包含复数形式。将进一步理解，术语“包括(comprises)”及/或“包括(comprising)”在本说明书中使用时规定所述特征、整数、步骤、操作、元件及/或组件的存在，但不排除存在或添加一或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件及/或其群组。除非另有规定，否则值范围在叙述时包含范围的上限及下限两者以及其间的任何子范围。
图1为一般工件10(例如，用于电子装置的壳体)的俯视平面图。工件10可包含具有或不具有多个层、材料或组件的衬底12。参考图1，制造过程可在工件10的工件周界18中造成边缘22的偏差使得工件10中的任何两者的工件周界轮廓24可能不同。为方便起见，工件边缘22可被视为包含一或多个工件边缘段23、23a、23b、23c及23d(其还可被称作边缘段23或边缘22)。
图1以虚线展示工件10的理想边缘26仿佛其具有理想的工件周长轮廓28，例如完美的矩形。为方便起见，理想的工件边缘26可被视为包含一或多个理想的工件边缘段27a、27b、27c及27d(其还可被称作理想的边缘段27或理想的边缘26)。还为方便起见，实际工件边缘22是以实线展示且由理想的工件周长轮廓28覆盖。实际工件边缘22经描绘具有夸大的偏差使得所述偏差容易从理想的工件周长轮廓28辨别。
在一些制造过程中，期望用盖材料30的保护层或装饰层覆盖工件10。图2为工件10的横截面侧视图，工件经展示为由支撑夹具36支撑且由过大的盖材料30片覆盖。再次参考图2，工件具有工件顶表面38和工件底表面40以及在工件顶表面38与工件底表面40之间的工件侧部42。工件边缘22沿着工件侧部42定位。
盖材料30具有盖顶表面44和盖底表面46以及盖侧部48或在盖顶表面44与盖底表面46之间的盖边缘段32。工件顶表面38支持盖材料30使得盖底表面46更接近于工件顶表面38且盖顶表面44离工件顶表面38较远。
再次参考图2，过大的盖材料30片可经定大小及定位以使得其重叠且延伸超过工件10的边缘22(且因此重叠且延伸超过工件10的边缘段23中的一或多者)。在一些实施例中，过大的盖材料30片可经定大小且定位以使得其重叠且延伸超过工件10的所有边缘段23。所属领域的技术人员将了解过大的盖材料30片可具有大小及与理想的盖周界轮廓偏差的初始盖周长轮廓，其中理想的盖周长轮廓将紧密配合实际工件周长轮廓18。
此外，过大的盖材料30片可并未经完美地定位使得其覆盖边缘段32距相应工件边缘段23等距。特定来说，过大的盖材料30片的盖边缘段32中的一些可能延伸距工件10的相应边缘段23比距其它边缘段23更远。另外或替代地，过大的盖材料30片的盖边缘段32可相对于工件10的边缘段23歪斜使得过大的盖材料30片的一个盖边缘段32的不同区段处于距工件10的一个边缘段23的相应区段不同距离处。
在一些制造过程中，过程工程师已确定将期望修整过大的盖材料30片的突出部34以使得盖材料30的边缘段32在距工件10的相应边缘段23的特定距离范围的间隙距离内。间隙距离可指示在外部延伸超过工件边缘段23的盖边缘段32，或间隙距离可指示盖边缘段32在工件边缘段23内部。在一些实施例中，例如，可能期望盖边缘段32在工件边缘段23内部以防止盖材料30钩住终端用户的服装的织物或钩住终端用户的手指。此外，将期望修整或切割盖材料30以使得沿着盖边缘段32的每一点距沿着工件边缘段23的相应点等距。统一间隙距离可提供优选的外观。
在一些实施例中，沿着盖边缘段的点与沿着工件边缘段23的相应点之间的距离范围介于从零到3mm，其中零间隙距离意味着盖材料30的经处理边缘段32与工件10的相应边缘段23齐平。在一些实施例中，间隙距离从零到2mm。在一些实施例中，间隙距离从零到1mm。在一些实施例中，间隙距离从零到500μm。在一些实施例中，间隙距离为从零到250μm。
在一些实施例中，沿着盖边缘段的点与沿着工件边缘段23的相应点之间的距离范围介于从零到100μm，其中零间隙距离意味着盖材料30的经处理边缘段32与工件10的相应边缘段23齐平。在一些实施例中，间隙距离从零到75μm。在一些实施例中，间隙距离从零到50μm。在一些实施例中，盖边缘段32经修整以与相应边缘段23齐平。在一些实施例中，间隙距离是从5μm到100μm。在一些实施例中，间隙距离是从5μm到75μm。在一些实施例中，间隙距离是从5μm到50μm。在一些实施例中，间隙距离是从10μm到100μm。在一些实施例中，间隙距离是从10μm到75μm。在一些实施例中，间隙距离是从10μm到50μm。在一些实施例中，间隙距离可大于100μm。在一些额外、选择性添加或累积实施例中，所有相应盖边缘段32与工件边缘段23之间的差别距离相同。在一些额外、选择性添加或累积实施例中，相应边缘32与工件边缘段23之间的差别距离可不同。
工件检查及工具路径产生通常通过由经定向朝向工件10的顶表面38的相机进行的工件及对准特征的检测来解决。许多常规激光器-加工系统具有此能力，包含由俄勒冈州波特兰市的电子科学工业有限公司制造的esi型号5900cs系统。特定来说，相机及图像图案辨别可识别与对准特征有关的工件边缘轮廓以建立经调适用于经个别扫描工件10的工件路径。
然而，工件10及本文中所揭示的修正精度的许多实施例提供出于多种原因可排除标准检查及工具路径产生技术的多种情况。工件10的边缘22上的不同大小及类型的特征在某些类型的盖材料30(例如，塑料材料)经模制成所要形状时引起其的不同膨胀率。如较早所述，盖材料30的边缘段32与工件10的边缘段23之间的距离的规格可在微米级且通常在整个工件10周围彼此相距不远于数十微米。申请人已确定用以在盖边缘32与工件边缘22之间实现所要间隙距离的适应性切割可为所要的。申请人已确定将期望个别地检查每一工件10且调适每一工件10的个别客制化修整轮廓(及加工工具路径)。申请人已确定将盖材料30从盖底表面46切割可损坏工件10的侧部42，因此将盖材料从顶表面44切割掉为优选的。
在许多实施例中，盖材料30的顶表面44为装饰性的且不具有用以提供具有适合准确度且与满足加工及边缘规格的定位信息的界定特征。此外，在许多实施例中，盖材料为不透明的且不准许穿过盖材料30的顶表面44来检查工件边缘22。因此，从盖材料30的顶表面44来检查并测量所述盖材料以确定工件周长轮廓24通常针对此等实施例不可行。
尽管可能从工件10的底表面40检查工件边缘22以建立适于特定工件边缘22的工件路径，从而在商业生产期间在翻转工件10可能有问题且不实际(出于可接收生产量及其它原因)时维持对对准特征的配准。另外，到工件边缘22的清晰视线将促进相机检查方法。准许来自工件底表面40的工件边缘22的清楚视线的支撑夹具在仍针对一些实施例提供正确工件配准及对准同时呈现许多设计及制造挑战。
针对工件10的一些实施例，申请人已确定用于获得边缘扫描数据的单独侧部定向扫描系统及用于加工工件边缘22的顶部定向加工对准系统可实现所要修整规格，尤其在坐标参考框架提供在侧部定向扫描系统与顶部定向加工对准系统之间的情况下。针对一些实施例，使用一或多个对准特征60(例如，对准销)来在侧部定向扫描系统与顶部定向加工对准系统之间提供参考坐标框架以促进对突出部34的准确且精确修整以匹配工件边缘22。
图3a到3c呈现使用多个工件对准特征60a、60b、60c及60d(通常或共同为对准特征60)来在侧部定向扫描系统与顶部定向加工对准系统之间提供参考坐标框架的支撑夹具36的示范性实施例的右前等距图、俯视平面图及后侧视图。在许多实施例中，支撑夹具36具有比工件10的那些尺寸大的尺寸。特定来说，支撑夹具36可具有比工件周界18大的夹具周界62，且夹具周界62可界定具有比工件顶表面38的表面积大的表面积的夹具顶表面64。此外，每一夹具边缘段66(例如，夹具边缘段66a、66b、66c及66d)可具有比对应的工件段23的长度长的夹具边缘段长度。
支撑夹具36未必具有任何特定长度。例如，支撑夹具可大体为矩形，例如图3a中所展示，或大体为正方形、圆形、椭圆形、卵形、六边形或八边形。此外，支撑夹具36可包含一或多个夹具框架特征68a、68b、68c及68d(共同或通常为夹具框架特征68)可外部延伸超过支撑夹具36的大体形状或形成在所述大体形状内部的凹部。框架特征68可对支撑夹具36的处置、运输或对准有用。支撑夹具36还可包含例如夹具销74及夹具孔76的额外框架对准特征。在一些实施例中，每一支撑特征36包含独特条形码或其它机器可读识别符来提供用于过程可追踪性的识别装置。
在许多实施例中，支撑夹具36可经调适用于将工件10相对于支撑夹具36规定在固定位置中。图3d为以歪斜定向支撑工件10的支撑夹具36的示范性实施例的右前等距视图。
在一些实施例中，工件固定机构包含多个真空孔70，所述真空孔例如经由快速连接真空供应连系管直接地或间接地连接到真空源(未展示)。真空孔70可以行及列阵列均匀地分布在夹具表面64上，或真空孔70可均匀地分布成任何非柱状布置。然而，真空孔70不需要均匀分布，真空孔70也不需要具有均匀形状或大小。此外，真空孔70可为圆形或具有任何其它形状。替代固定机构可另外或替代地在经定大小且经调适以保持工件10的夹具表面64中使用导引及保持轨(未展示)、夹子(未展示)及凹部(未展示)。
再次参考图3a，在一些实施例中，对准特征60附接到支撑夹具36的夹具表面64。在一些实施例中，对准特征60附接到夹具边缘段66或沿着夹具边缘段66定位。在一些实施例中，对准特征60可突出穿过支撑夹具36中的孔(未展示)且可形成经调适以移动及定位支撑夹具36的卡盘、载台或输送器。在一些实施例中，支撑夹具36自身形成卡盘、载台或输送器的部分。
对准特征60可定位在夹具表面64上任何位置处或沿着夹具边缘段66定位。在一些实施例中，对准特征60定位在工件10的外部。夹具表面64通常具有样本区域，所述样本区域具有足以支撑整个工件10的大小，且对准特征60可定位在样本区域外部。在一些实施例中，对准特征60可定位在由固定机构利用的区域外部，例如在由真空孔70利用的夹具表面的区域外部。在一些优选实施例中，对准特征60位于工件10的全边界外部使得当从侧部扫描角度(侧立)扫描时，对准特征60可在由侧部扫描系统获得的数据内与工件边缘22区别开。在一些额外或替代的实施例中，对准特征60可定位在夹具框架特征68内或连接到夹具框架特征68，例如图3a中所展示。
在一些替代或额外的实施例中，对准特征60可定位在工件边缘段23的交叉点中的一或多者外部。在一些替代或额外的实施例中，支撑夹具36与工件边缘段23的交叉点中的每一者的一个对准特征60相关联。在一些实施例中，支撑夹具36可与比工件边缘段23的交叉点的数目多的对准特征60相关联。在一些实施例中，支撑夹具36可与比工件边缘段23的交叉点的数目少的对准特征60相关联。
在一些实施例中，支撑夹具36支撑两组经等距间隔开的两个或多于两个对准特征60。在一些实施例中，支撑夹具36与定位在于支撑夹具36的夹具表面64上界定矩形的拐角处的四个对准特征60相关联。在一些实施例中，对准特征60沿着与夹具边缘段66的部分平行的线对准。然而，对准特征60之间的间隔不需要相等，对准特征也不需要相对于夹具边缘段66对准。
在一些实施例中，对准特征中的两者具有在大约10μm的准确度内在200000μm到210000μm(例如在x轴中)范围内的中心间距。在一些实施例中，对准特征中的两者具有在大约10μm的准确度内在140000μm到142000μm(例如在y轴中)范围内的中心间距。在一些实施例中，中心间距具有在大约1μm的准确度。
对准特征60为大体三维以在侧向定向扫描系统与顶部定向加工对准系统之间提供参考坐标框架。对准特征可具有各种形状。示范性形状包含但不限于圆柱体(例如直圆柱体，但横截面可为椭圆形或其它形状)、圆锥体、角锥体(例如具有矩形、正方形、三角形或多边形基底，包含但不限于六边形或八边形)、立方体或多面棱柱(例如，五边形棱柱、六边形棱柱及八边形棱柱)。针对一些实施例，直圆柱体为优选的。
在许多实施例中，对准特征60各自具有平坦顶部特征表面80。平坦顶部特征表面80可平行于夹具表面64。在一些实施例中，对准特征60具有已知侧视图尺寸及已知俯视图尺寸。在许多实施例中，对准特征60中的每一者具有相同侧视图尺寸，且对准特征60中的每一者具有相同俯视图尺寸。在许多实施例中，每一对准特征60具有等于俯视图尺寸的侧视图尺寸。然而，单独的对准特征60未必全部具有相等尺寸。例如，前两个对准特征60a及60b可共享相同尺寸，而后两个对准特征60c及60d可共享与前两个对准特征60a及60b的那些尺寸不同的尺寸。在一些实例中，侧视图及俯视图尺寸与圆柱体对准特征60的直径相同。在其它实例中，侧视图及俯视图尺寸与矩形棱柱对准特征60的长度中的一者相同。
在一些实施例中，对准特征60具有小于或等于5mm的直径或顶表面长轴。在一些实施例中，对准特征60的直径或顶表面长轴小于或等于4mm。在一些实施例中，对准特征60的直径或顶表面长轴小于或等于2mm。在一些实施例中，对准特征60的直径或顶表面长轴小于或等于1mm。
在一些实施例中，对准特征60的直径或顶表面长轴具有在+/-5μm内的准确度。在一些实施例中，对准特征60的直径或顶表面长轴具有在+/-3μm内的准确度。在一些实施例中，对准特征60的直径或顶表面长轴具有在+/-1μm内的准确度。
在一些实施例中，对准特征60相对于支撑夹具36的夹具表面64具有将大约等于用于切割盖材料30的激光器的焦面的高度。如果对准及激光器焦面高度不匹配，那么存在用以适应此不符的数种方法。在一些实施例中，z高度可针对激光器及相机两者调整以适应具有不同高度的工件10。经由简单偏移补偿激光器与相机之间的不符可能需要校准。例如，系统可识别激光器相对于z高度编码器参考聚焦的位置且识别对准相机相对于相同参考聚焦的位置。当在激光器与相机之间切换时，z载台可针对任一个效应器移动到恰当的焦点z高度。
在一些实施例中，在激光器平面聚焦且对准特征不聚焦的情况下：如果准确度并不关键(可允许切割的某一额外定位误差)且对准特征仍可经由对准方法(相机)辨别/识别但不完全聚焦，那么z高度中的不匹配可为可接受的；如果z高度不符为先验已知的，那么可使用校准来确保焦面外部的激光器切割定位准确度。然而，如果激光器不聚焦，那么激光器切割质量可能受损(切割的宽度[割缝]可能为较大)。
在一些实施例中，对准特征60相对于支撑夹具36的夹具表面64具有将比盖材料30高的顶表面44的高度。在一些实施例中，对准特征60相对于支撑夹具36的夹具表面64具有将比盖材料30的顶表面44短的高度。
在一些实施例中，对准特征60中的一或多者向顶部扫描视图呈现顶部基准。在一些实施例中，对准特征60中的每一者向顶部扫描视图呈现顶部基准。在一些实施例中，对准特征60中的一或多者向侧部扫描视图呈现侧部基准(未展示)。在一些实施例中，对准特征60中的每一者向侧部扫描视图呈现侧部基准。在一些实施例中，顶部基准84为与侧部扫描基准(垂直地)对准。在一些实施例中，未使用顶部基准84。在一些实施例中，未使用侧部基准。在一些实施例中，使用顶部基准84且未使用侧部基准。在一些实施例中，未使用顶部基准84且使用侧部基准。
在许多实施例中，基准居中定位在相应的(多个)表面上。例如，顶部基准84可相对于顶部特征表面80居中。例如，如果对准特征60为圆柱体，那么顶部基准84可定位在顶部特征表面80的圆圈的中心处。例如，如果对准特征60为正方形棱镜，那么顶部基准84可定位在来自顶部特征表面80的拐角的对角线的交叉点处。如从侧部扫描视图(例如图3c中所展示)观看，侧部基准可相对于特征边缘86居中。在一些实施例中，基准可为表面或雕刻标记，例如点、十字形或“x”。在一些实施例中，基准可为完全或部分地钻穿对准特征60的孔。虽然针对大部分实施例居中为优选的，但基准不需要居中。在一些实施例中，例如针对角锥体及圆锥体，其中顶部扫描视图发现由基底环绕的中心点，中心点可用作基准且基底的一侧可用作基准边缘86。
在一些实施例中，顶部基准84具有小于或等于对准特征60的顶表面80的直径或长轴的15％的尺寸。在一些实施例中，顶部基准84具有小于或等于对准特征60的顶表面80的直径或长轴的10％的尺寸。
在一些实施例中，顶部基准84具有小于或等于1mm的尺寸。在一些实施例中，顶部基准84具有小于或等于750μm的尺寸。在一些实施例中，顶部基准84具有小于或等于500μm的尺寸。
在一些实施例中，获得工件22的边缘段23中的一或多者的侧视图，对准特征60的特征边缘86中的一或多者的侧视图，及顶部特征表面80中的一或多者的俯视图。在一些实施例中，可使用侧部扫描来获得包含以下各项的侧部扫描数据：与工件边缘的特性相关联的工件边缘轮廓数据；及与如从侧视图获得的特征边缘86的相对侧部位置相关联的侧部位置数据。在一些实施例中，可使用顶部扫描来获得包含与顶部特征表面80相关联的特征顶部位置数据的顶部扫描数据。图5为示范性侧部扫描数据的图形描绘，展示两个示范性对准特征60及工件边缘段23的拐角的相对位置。图6为图5的侧部扫描数据的示范性部分的经放大图形描绘，展示侧部扫描数据与对准特征60的顶表面80上的顶部基准84之间的关系。
顶部及侧部扫描可以任何次序执行。在一些实施例中，侧部扫描是在顶部扫描之前执行。在一些实施例中，顶部扫描是在侧部扫描之前执行。在一些实施例中，顶部扫描或侧部扫描可以任何次序执行超过一次。在一些实施例中，顶部及侧部扫描可同时执行。在大多数实施例中，工件10在整个顶部及侧部扫描中且在整个加工过程中相对于支撑夹具36维持在固定位置中。然而，支撑夹具36可在扫描期间处于固定或处于运动中。
在一些实施例中，侧部扫描是由一或多个侧部扫描传感器(例如，一或多个位移传感器，例如干涉仪)执行。在一些实施例中，顶部扫描是由一或多个顶部扫描传感器(例如一或多个相机)执行。
在一些实施例中，侧部扫描可包含多个侧部段扫描，其中每一侧部段扫描沿着由对准特征60中的至少两者界定的矢量横行，从而捕获对准特征60距工件10的边缘段23的拐角或末端的相对距离。在一些实施例中，侧部段扫描中的一或多者正交(垂直)于扫描矢量。在一些实施例中，侧部段扫描中的每一者正交(垂直)于扫描矢量。在一些实施例中，侧部段扫描包含对准特征60的测量以及超过对准特征60在矢量的每一极端处收集的某一扫描数据以便提供可确定对准特征的精确位置的机制。图5以图形方式描绘此方法的一个实施例。图5a为展示工件边缘段23与理想工件边缘段27偏差的示范性侧部扫描数据的图形描绘。
在一些实施例中，以可确定每一测量样本之间的节距的方式接收扫描数据。此目的可以数种方式实现。在一些实施例中，侧部扫描传感器输出数据可在所述侧部扫描传感器通过利用线性或位置编码器扫描工件边缘22时与侧部扫描传感器的线性位置同步。
在一些实施例中，在侧部扫描传感器的取样率为已知且固定或静态的预测下，可以恒定速度扫描工件边缘22。利用此信息，可计算每工件边缘段23的距离(样本节距)。在一些实施例中，恒定速度维持在预定速度的5％内。
在一些实施例中，可以恒定速度扫描工件边缘22，且可通过利用在每一边缘测量中可观看的两个对准特征60之间的已知距离来计算每样本节距。在这些实施例中的一些实施例中，传感器-取样率并不需要为已知的，只要所述取样率为固定或静态的且具有足以提供在数据内识别对准特征60的“中心”所要的分辨率的频率即可。
包含侧部扫描模块的示范性系统由俄勒冈州的波特兰的电子科学工业有限公司作为型号6232系统推销。在一些实施例中，侧部扫描模块的侧部扫描传感器使用由德国瓦尔德基尔希的西克股份有限公司(sickag)制造的sickod2-p30w04型号传感器。
在一些实施例中，使用顶部扫描传感器来获得顶部扫描数据以映射来自俯视图的对准特征60的相对于彼此的位置。顶部扫描数据的一个目标是为由侧部扫描及顶部扫描两者检测的对准特征60提供比例调整及对准参考。在一些实施例中，顶部扫描传感器与由加工系统用于在盖材料30中进行切割的顶部扫描传感器不同。具有与由激光加工系统使用的顶部扫描块不同的顶部扫描模块的优点为可在加工另一工件10同时扫描一个工件10。在一些的此些实施例中，理想的周长轮廓可由顶部扫描系统(加工系统及单独的顶部扫描模块)以及侧部扫描系统两者使用。此联合扫描及加工可通过显著地减少用于每一工件10的总处理时间以使总生产量几乎加倍成为可能。然而，在一些实施例中，顶部扫描传感器可为由加工系统使用的顶部扫描传感器，例如，5390型号激光器微加工(由俄勒冈州波特兰的电子科学工业有限公司制造)使用的扫描系统。将同一顶部扫描传感器既用于映射对准特征60的顶表面又用于对准加工系统的优点为此实施方案可减少扫描设备的成本且减少支撑夹具36的行程及安置时间。
在一些实施例中，每一个别对准特征60唯一的顶部扫描数据接着由测量系统利用来将测量数据准确地变换成由加工系统使用的坐标框架，且确定与加工坐标框架有关的切割零件轮廓。
如先前所述，在一些实施例中，对准特征60的顶表面80为已知长度，其中顶表面80具有居中的对准基准84，确切地在特征顶表面80的中间，为(加工系统的)顶部扫描系统可见。基准84、对准特征60的完整顶表面80(例如，圆柱形对准特征60的平坦圆形)或两者可用于由顶部扫描系统进行的识别。
在先前所论述的大部分实施例中，期望从所扫描测量数据找到对准特征60的中心。在一些实施例中，此确定可通过拟合算法完成以找到表示对准特征60的“拐点(inflectionpoint)”的曲线的低点/高点。图6以图形方式描绘可完成此确定的方式的一个实施例。
在一些实施例中，测量数据内的对准特征60的确定位置可用作将每一侧部段扫描的全部变换成准确的但暂时的二维侧部扫描坐标框架的“定位点(anchor)”。在一些实施例中，此变换可通过将在所发现对准特征60“内侧”的中心(例如，在圆柱体内部确切一个半径的点)视为与相关联夹具映射位置相同来完成。此变换可对工件10的所有(四个)侧42(边缘段23)进行。
在一些实施例中，接着期望使用对准特征60的所确定位置作为定位点来将(四个)独立侧部数据测量“叠加”或“汇编”在一起。例如，如果考虑示范性左侧部数据，那么其含有关于左下及左上对准特征60的测量，而底部侧在其测量数据内含有左下及右下对准特征60。来自左侧及底部侧二维坐标框架的左下“定位点”可为匹配的。此匹配可利用所有(四个)测量2d数据集完成以获得所有对准点。针对所得匹配呈现工件10相对于对准特征10的正确表示，在一些实施例中，具有这些数据集的仅一个真实定向且真实定向“面向”上(相对于可由顶部扫描系统可见的对准特征60/对准基准84的顶表面80)可为优选的。图5b为来自工件10的四侧的示范性侧部扫描时间的图形描绘，其中边缘段23的侧部扫描数据相对于工件周界轮廓24定向。
在定位点匹配且关于边缘段的数据经汇编以包含完整工件周长轮廓24的情况下，可确定将支撑夹具36内的工件边缘22准确地表示为其与对准特征60有关的工具路线、轨道或工件路径。接着例如经由文件传送协议(ftp)将工具路径提供到加工系统。在一些实施例中，可期望加工系统对准(或重新对准)于对准特征60以便补偿由于在测量工件边缘22及对准特征60时与执行匹配时之间的温度波动所造成的的夹具偏移、旋转及可能的比例调整。接着可通过加工系统使用匹配工件边缘22的工件周长轮廓24的各别客制化工件路径100来加工盖材料30的盖顶表面44。图6a为展示工具路径100将过大的盖材料30层上覆在工件10上的支撑夹具36的示范性实施例的俯视平面图。
应了解，例如夹具销74的阻碍物或其它阻碍物或不完整数据(或超过扫描器及“轨道”的测量范围的数据)可在(侧部扫描)数据中形成“间隙”。完成桥接数据间隙的方式可相依于待加工的工件10而变化，且可能对许多实施例来说并非必需的。在一个示范性实施方案中，可利用待测量/处理的工件10的理想的工件周长轮廓28/工件路径(还被称作“虚影”工具路径)可通过参考其中数据从侧部扫描数据丢失的理想工件周长轮廓28且通过在丢失的数据的理想轨道中进行拼接来实现间隙桥接。在一些实施例中，还可通过在最近已知良好测量数据点之间进行简单地内插来完成间隙桥接。在一些实施例中，这些阻碍物为事先已知的且可被扫描系统遮掩(故意忽略)还可能期望对测量数据的一些筛选以便消除异常值及/或补偿有噪测量数据。
图7为包含一或多个侧部位移传感器112(例如，用以获得工件边缘段23及对准特征60的侧部扫描数据的侧部位移传感器112a、112b、112c及112d)的经简化的示范性侧部扫描系统110的俯视平面图。参考图7，在一些实施例中，可在将支撑夹具36加载在例如卡盘、运输器或夹具轨114的运输机构上之前或之后将工件加载或定位在支撑夹具36上。工件10例如通过经由支撑夹具36中的孔70将真空压力应用于工件10来将工件10固定在适当位置，如先前所论述。
在一些实施例中，支撑夹具36可在固定式侧部位移传感器112之间移动，侧部位移传感器可沿着工件边缘段23中的一或多者移动，或者支撑夹具36及侧部位移传感器112两者可相对运动(在此状况下，针对一些实施例相对运动为已知恒定的相对运动将为优选的)。在扫描程序期间优选地维持工件10与支撑夹具36之间的固定配准。
再次参考图7，在一些实施例中，静止侧部传感器模块111包含一对位移传感器112b及112d，所述对位移传感器分别经定位成相对的、固定的且经定向朝向工件边缘段23b及23d，且经间隔开足够远以准许工件10或支撑夹具36在其之间的行进。接着通过夹具轨114(或卡盘)使支撑特征36以使得边缘段23b及23d的总长度在相应侧部位移传感器112b及112d的扫描领域中沿着工件行进方向116行进。侧部位移传感器112b及112d可因此同时获得工件边缘段23b及23d两者的侧部扫描数据。将了解，针对一些实施例，垂直于夹具边缘段66a的传感器观看轴可为优选的；然而，侧部位移传感器112可经定位以使得其观看轴并非垂直的。此外，侧部位移传感器112b及112d可在一些实施例中优选地沿着相同轴定位；然而，其观看轴未必经对准。此外，侧部位移传感器112b及112d可在支撑夹具36移动时移动。
继续参考图7，在一些实施例中，支撑夹具36可移动到或加载到移动侧部传感器模块117，所述移动侧部传感器模块包含支撑一对位移传感器112a及112c的侧部传感器载台118，所述对位移传感器分别经定位成相对的、固定的且经定向朝向工件边缘段23a及23c，且经间隔开足够远以准许工件10或支撑夹具36在其之间的行进。在由固定的侧部扫描模块111进行的侧部扫描、到移动侧部传感器模块117的运输期间且在由移动侧部传感器模块117进行的扫描期间优选地维持工件10与支撑夹具36之间的固定配准
在一些实施例中，侧部位移传感器112a及112c具有横向且优选地正交于侧部位移传感器112b及112d的定向的正交定向，尤其在支撑夹具36的定向并不在静止侧部传感器模块111与移动侧部传感器模块117之间改变的情况下。然而，在一些替代实施例中，支撑夹具36的定向可例如在转台上改变(例如替换移动侧部传感器模块117)，且支撑夹具36可往回伸展穿过静止侧部传感器模块111以获得关于工件边缘段23a及23c的侧部扫描数据。还应注意，侧部扫描传感器112可固定地定位在转台周围以在支撑夹具36的旋转期间获得所有边缘段23的侧部扫描数据，或侧部扫描传感器112可安装在平台周围使得其绕固定式支撑夹具36自旋。
侧部位移传感器112a及112c可彼此相同且与侧部位移传感器112b及112d相同，或侧部位移传感器112a及112c可为不同于彼此的类型或侧部位移传感器112b及112d的那些类型的类型。
再次参考图7中的移动侧部传感器模块117，侧部传感器载台118可使侧部位移传感器112a及112c沿传感器行进方向120移动而支撑夹具36为固定的以获得关于工件边缘段23a及23c的侧部传感器数据。在所有工件边缘段23已被侧部位移传感器112扫描之后，可将支撑夹具输送到加工系统，例如如8中所展示的激光器系统，同时优选地维持工件10与支撑夹具36之间的固定配准。
图8为适合于例如通过在工件10上的盖材料30中进行切割来加工工件10的示范性加工系统(例如，激光器微加工系统140)的一些组件的经简化且部分示意透视图。参考图8，已使用激光器来加工或切割工件10，例如晶片或其它半导体工业材料衬底12或盖材料30。实例性盖材料30可包含不透明或不通透陶瓷、玻璃、塑料、聚碳酸酯、丙烯酸及金属或其组合。示范性材料可为晶质的或非晶质的。示范性材料可为天然的或合成的
可经选择以改进盖材料30的激光器加工的可靠性及重复性的示范性激光脉冲参数包含激光器类型、波长、脉冲持续时间、脉冲重复率、光束轴移动的速度(光束速度)、脉冲数目、脉冲能量、脉冲时间形状、脉冲空间形状及焦点大小及形状。额外激光脉冲参数包含规定焦点相对于盖材料30的顶表面44的位置且引导激光脉冲相对于工具10的相对运动。
再次参考图8，可操作用于在工件10的盖材料30的顶表面44上或下方加工斑点132的一些示范性激光器处理系统140为esimm5330微加工系统、esimm5335微加工系统、esimf5900微加工系统及esi5950微加工系统(全部由俄勒冈州波特兰(邮编：97229)的电子科学工业有限公司制造)。
这些系统140通常使用激光器150，例如co2激光器。然而，这些系统可通过替换或添加恰当的激光器、激光器光学件、零件处置设备及控制软件而经调适以可靠且重复地切割盖材料30。这些修改准许激光器微加工系统140将具有恰当激光器参数的激光脉冲以所要速率及激光斑点或脉冲之间的节距引导到经恰当定位及保持的工件10上的所要位置以形成所要斑点132。
在一些实施例中，固态二极管泵浦激光器可经配置从而以高达50mhz或甚至更大的脉冲重复率发射从大约266nm(紫外线(uv))到大约1320nm(红外线(ir))的波长。在一些实施例中，激光器微加工系统140使用以1064nm波长操作的二极管泵浦nd:yv04固态激光器150，例如，由德国凯泽斯劳滕的lumera激光股份有限公司制造的rapid型号。此激光器150可使用固态谐频产生器来任选地加倍频率以将波长减小到532nm，借此形成可见(绿色)激光脉冲，或三倍频率到大约355nm或四倍频率到大约266nm，借此形成紫外线(uv)激光脉冲。此激光器150经额定功率以产生6瓦特连续功率且具有1000khz的最大脉冲重复率。此激光器150与控制器154协作产生具有1微微秒到1,000纳秒持续时间的激光脉冲1。
在一些实施例中，激光器微加工系统140使用具有在大约1030nm到1550nm的范围内的基波波长的二极管泵浦的掺杂铒的滤波器激光器。这些激光器150可使用固态谐频产生器来任选地加倍频率以例如将波长减小到大约515nm，借此形成可见(绿色)激光脉冲，或大约775nm，借此形成可见(深红)激光脉冲，或三倍频率到大约343nm或大约517nm，或四倍频率到大约257nm或大约387.5nm，借此形成紫外线(uv)激光脉冲。更一般来说，在一些实施例中，激光器波长包括在200nm与3000nm之间的波长。
这些激光脉冲可为高斯或由激光器光学件162特殊塑形或修整，通常包括沿着光学路径160定位的一或多个光学组件，以准许斑点132的所要特性。例如，可使用“礼帽”空间轮廓，其在照射盖材料30的整个斑点132上方递送具有均匀辐射剂量的激光脉冲。例如上述情形的经特殊塑形的空间轮廓可使用衍射光学元件或其它光束成形组件建立。修改激光斑点132的空间辐照轮廓的详细描述可在科里·戴思凯(coreydunsky)等人的美国专利第6,433,301号中找到，所述美国专利经让予于本申请案的受让人，且其以引用的方式并入本文中。
激光脉冲沿着光学路径160传播，所述光学路径还可包含折镜164、衰减器或脉冲拾取器(例如声光或电光装置)166，及反馈传感器(例如，用于能量、计时或位置)168。沿着光学路径160的激光光学件162及其它组件与由控制器154引导的激光光束定位系统170合作引导沿着光学路径160传播的激光脉冲的光束轴172以在所要激光斑点位置处在盖材料30的顶表面44附近形成激光焦点。
激光加工系统140可包含一或多个顶部扫描传感器(例如相机130)以将光束轴172对准于工件10或支撑夹具36的对准特征60以使得可相对于工件10沿着所要工具路径引导激光器斑点132。相机130还可用于获得关于对准特征60的顶部扫描数据，如先前所论述。在其中相机130还用于执行对准特征60的顶表面80的映射的一些实施例中，加工的自动比例调整设置可关闭，这是因为对准特征60提供比例调整数据。相机130可从光束轴172偏移，但用所述光束轴校准。然而，在一些实施例中，相机132可共享光束轴172。
激光器光束定位系统170可包含可操作以使激光器150沿着行进轴(例如，x轴)移动的激光器载台182，以及使快速定位器(未展示)沿着行进轴(例如z轴)移动的快速定位器载台184。典型快速定位器使用能够在盖材料30上的大领域内快速改变光束轴172的方向的一对检流器控制反射镜。此领域通常比由工件载台186提供的移动领域小，所述工件载台提供工件10沿着一或多个轴(例如，y轴及/或x轴)的移动。
声光装置或可变形反射镜还可用作快速定位器，但这些装置往往具有比检流计反射镜小的光束偏转范围。替代地，除检流计反射镜外，还可使用声光装置或可变形反射镜作为高速定位装置。
另外，支撑夹具36可由工件载台186支撑，所述工件载台具有可操作以相对于光束轴172定位支撑夹具36的对准特征60。工件载台186可操作以沿着单个轴(例如，y轴)行进，或工件载台186可操作以沿着横向轴(例如x轴及y轴)行进。替代地，工件载台86可操作以使支撑夹具36上的工件10例如绕z轴旋转(单独地，或以及使支撑夹具36上的工件10沿着x轴及y轴移动)。
控制器154可协调激光器光束定位系统70及工件载台86的操作以提供复合光束定位能力，此在工件10可相对于光轴轴172连续运动时切割盖材料30的能力。此能力对加工盖材料30并非必需的，但此能力可能为增加生产量所要的。此能力在唐纳德·r.·卡特勒(donaldr.cutler)等人的美国专利第5,751,585号中描述，所述美国专利经让予于本申请案的受让人，且其以引用的方式并入本文中。
可使用光束定位的额外或替代方法。光束定位的一些额外或替代方法经描述在斯宾塞·巴雷特(spencerbarrett)等人的美国专利第6,706,999号及杰伊·约翰逊(jayjohnson)的美国专利第7,019,891号，所述美国专利两者经让予于本申请案的受让人，且其以引用的方式并入本文中。可有利地用于一些实施例的激光器参数包含使用具有范围从ir到uv或特定地从大约3000nm到大约200nm或更特定从大约10.6微米向下到大约266nm的波长的激光器150。激光器50可以2w操作，在1w到100w的范围中，或更优选地，1w到12w。脉冲持续时间的范围从1微微秒到1000ns，或更优选地从大约1微微秒到200ns。激光器重复率可在从1khz到100mhz，或更优选地从10khz到1mhz的范围中。激光积分通路的范围可从大约0.1×10-6j/cm2到100.0j/cm2或更特定来说从1.0×10-2j/cm2到10.0j/cm2。光束轴172相对于工件10移动的速度的范围从1mm/s到10m/s，或更优选地从100mm/s到1m/s。盖材料30上的斑点132的相邻列之间的节距或间距的范围可从1微米到1000微米或更优选地从10微米到100微米。在激光器光束的焦点处测量的激光脉冲的光束腰的空间长轴的范围可从10微米到1000微米或从50微米到500微米。在一些实施例中，焦点的光束腰介于1微米与50微米之间。在一些实施例中，焦点的光束腰介于1微米与25微米之间。在一些实施例中，焦点的光束腰介于1微米与5微米之间。
微微秒激光器(其产生在从1微微秒到1,000微微秒的范围中的激光脉冲宽度)的使用提供在一些半导体衬底内可靠地且重复地进行切割的良好方式。在一些实施例中，可使用从1ps到100ps的范围中的脉冲宽度。在一些实施例中，可使用从5ps到75ps的范围中的脉冲宽度。在一些实施例中，可使用从10ps到50ps的范围中的脉冲宽度。推测飞秒激光器(产生在1到1000飞秒(fs)范围的脉冲宽度)可替代地提供良好结果。替代地，可使用从1fs到500纳秒(ns)的范围中的脉冲宽度。在一些实施例中，可使用从500fs到10ns的范围中的脉冲宽度。然而，使用微微秒激光器的优点为其较不昂贵，需要少得多的维护，且通常具有比现有飞秒激光器长得多的操作寿命。然而，飞秒激光器可在一些情况中为优选的而不管其较大成本。
可采用缝合-切割及其它技术及参数中的许多者(例如，欧布莱恩(o’brien)等人的美国再公布专利第re43,605号中所揭示的那些)来根据本发明切割盖材料30。美国再公布专利第re43,605号经让予于本申请的受让人，且以引用的方式并入本文中。
上述说明本发明的实施例，且并不视为对本发明的限制。尽管已描述一些特定实例性实施例，但所属领域的技术人员将容易了解对所揭示示范性实施例的许多修改以及其它实施例是可能的而不会实质上背离本发明的新颖教示及优点。
因此，所有此些修改意欲包含在如权利要求书中所界定的本发明的范围内。例如，技术人员将了解任何句子或段落的标的物可与其它句子或段落中的一些或全部的标的物组合，除了此些组合互相排斥的情况。
对所属领域的技术人员将显而易见，可对上述实施例的细节作出许多改变而不背离本发明的基本原则。因此，本发明的范围应由以下权利要求书确定，其中权利要求书的等效物应包含在其中。
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