聖約翰科技大學

機械與電腦輔助工程系碩士班

碩士學位論文

學號：103N01005

真空貼合模組製作與研發

Vacuum Lamination ModuleManufacturing and Development

研 究 生：趙立文

指導教授：蔡聲鴻 博士

中華民國 105年 01月 29日

碩士學位論文指導教授推薦書

機械與電腦輔助工程系碩士班 趙立文 君所提之論文

真空貼合模組製作與研發

係由本人指導撰述，同意提付審查。

指導教授：

105年 01月 29日

碩士學位考試委員會審定書

機械與電腦輔助工程系碩士班 趙立文 君所提之論文

真空貼合模組製作與研發

經本委員會審定通過，特此證明。

學位考試委員會

委 員：

召 集 人：

所 長：

中華民國 105年 01月 29日

I

真空貼合模組製作與研發

研 究 生：趙立文

指導教授：蔡聲鴻

中華民國 105年 01月 29日

論文摘要

全貼合技術(Full Lamination)是觸控面板製程中相當重要的製程，且貼

合速度、精度及良率直接影響產品的品質及獲利。本論文開發出一多功能

真空貼合之設備，利用光學膠(Optically Clear Adhesive, OCA)來貼合觸控面

板與液晶顯示面板。經由概念設計、機構設計、視覺對位系統設計及伺服

控制器之軟硬體應用，最後開發出設備原型機並進行測試及驗證。

在開發此真空貼合設備過程中，本論文設計出一新型真空貼合下腔體

模組，利用高低位之下腔體可同時進行視覺對位與真空貼合兩製程步驟，

可以有效提升製程之速度並減少設備所需之空間。然而，此設備除了真空

貼合功能外，也整合了高速大氣貼合之功能，提供觸控面板與 OCA在大氣

下進行貼合之製程。此外，本論文也提出一新型旋轉機構，利用直線驅動

器及多連桿控制貼合對位之旋轉軸，此旋轉機構成功的增加貼合之精度與

降低真空腔體模組之體積。

測試與驗證結果顯示，此多功能真空貼合設備具有高貼合精度 (0.04

mm)、高重現精度(0.01mm)、高產能(Tact Time 10.4秒)之特性。因此，此設

備能提高產品良率。且經評估、優化及嚴格選用適合零組件來降低設備之

成本，進而提升了設備之性價比。本論文可輔助學術與產業界在真空貼合

II

技術與未來設備開發方面提供了相關基礎工作之推動。

關鍵字 : 全貼合技術、觸控面板、真空貼合設備、光學膠(OCA)。

III

Abstract

In this thesis, a multi-functional vacuum lamination machine which

laminated touch panel and liquid-crystal display (LCD) panel by optically clear

adhesive (OCA) is been developed. The prototype machine is fabricated, tested

and verified after concept design, mechanical design, visual alignment system

design and hardware and software application.

During the machine development, a novel lower chamber module of

vacuum lamination is proposed that using linear stages of upper and lower

position to visual align and vacuum laminate simultaneously. By applying the

module, the process speed and the machine volume are enhanced and decreased,

respectively. Meanwhile, the function of high speed atmospheric lamination for

lamination of touch panel and OCA is also integrated and added in the this

machine. In addition, this thesis designs a novel rotary mechanism which

controls the lamination alignment by using linear driver and linkage mechanism.

The lamination accuracy is enhanced successfully according to the mathematical

models of the rotary mechanism.

The results indicate that the lamination accuracy, repeatability, throughput

and yield rate are greatly enhanced using the novel multi-functional lamination

machine. Moreover, the cost is reduced clearly through evaluation, optimization

and strict selection of the appropriate components. Therefore, this thesis can

provide the promotion of related basic works in the aspect of vacuum laminating

technology and future equipment exploitation on academia and industry.

Keywords: Full lamination, touch panel, vacuum lamination machine, OCA.

IV

誌謝

本論文承蒙恩師 蔡聲鴻主任殷勤及耐心的指導，使我在求學期間，在

研究上對於如何掌握問題的核心以及分析，解決問題的能力，深受恩師諄

諄教誨，受益良多，獲益匪淺。並於論文撰寫期間，多次闡述寫作技巧及

逐字斧正，使本文得以順利完成，師恩浩瀚，永誌於心。承蒙口試委員 黃

金榮教授與 陳育堂教授在論文上給予指正與建議，使本論文的架構能更加

完備，特此致謝。

由於需兼顧工作，家庭及學業，因此、在論文實驗及寫作這段日子，

為我生活帶來重大衝擊與承受極大壓力，確實是生命中前所未有的挑戰。

完成本論文要感謝許多人幫忙，僅以字句筆墨聊表心中無限的感激。

另外也要感謝妻子的支持與幫忙，立文由於需兼顧工作及學業，家庭

部分幾乎全部仰賴妻子幫忙打理的小孩生活起居及學業，沒有妻子的支持

與幫忙，我沒辦法持續完成進修攻讀碩士學業。

最後也感謝所有幫助過我的研究與論文的人及在研究所一起努力的同

學們，無論在課業的實質協助或是精神上的鼓勵都是我論文與研究得以持

續進行的動力。

趙立文 謹誌於

聖約翰科技大學機械與電腦輔助工程研究所

V

目錄

摘要................................................................................................................................................ I

ABSTRACT......................................................................................................................... III

致謝............................................................................................................................................. IV

目錄...............................................................................................................................................V

圖索引......................................................................................................................................VII

表索引.......................................................................................................................................XI

符號索引............................................................................................................................... XII

第一章 緒論..........................................................................................................................1

1.1 前言.................................................................................................................................... 1

1.2 研究動機與目的............................................................................................................... 2

1.3 文獻回顧............................................................................................................................3

1.4 論文架構............................................................................................................................5

第二章 真空貼合機開發概念及設計程序.............................................. 6

2.1 設備功能及規格............................................................................................................... 8

2.2 機構單元與功能概述.......................................................................................................9

2.3 依規格需求規劃 R1至 R4版 Layout..........................................................................10

第三章 硬體架構...........................................................................................................19

3.1 機架與外罩..................................................................................................................... 19

VI

3.2真空下腔體雙載台..........................................................................................................21

3.3真空上腔體...................................................................................................................... 24

3.4視覺對位系統(LCM 側)................................................................................................. 30

3.5視覺對位系統(CoverGlass側)...................................................................................... 32

3.6真空系統...........................................................................................................................33

第四章 軟韌體架構.....................................................................................................36

4.1 PLC 可程式控制器........................................................................................................ 36

4.2伺服馬達...........................................................................................................................40

4.3人機介面及規劃頁面說明............................................................................................. 41

4.4 PC及視覺參數頁面規劃............................................................................................... 50

4.4.1 使用者權限等級設定說明.................................................................................51

4.4.2 基本參數說明......................................................................................................52

4.4.3 產品參數說明......................................................................................................54

4.4.4 視覺參數教導說明............................................................................................. 58

4.4.5 電控箱元件配置照片.........................................................................................60

第五章 組裝及功能測試........................................................................................61

5.1精度量測所使用之相關設備儀器.................................................................................61

5.1.1 513-401E槓桿式量表........................................................................................... 61

5.1.2 XL-80 雷射系統....................................................................................................62

5.1.3 SDM-TR-67 實體顯微鏡..................................................................................... 65

5.2精度量測方法與結果......................................................................................................66

5.2.1槓桿式千分表量測結果........................................................................................66

5.2.2 XL-80 雷射系統量測結果...................................................................................67

VII

5.3 Tact Time 測試結果.........................................................................................................69

5.4組裝過程之精度檢驗方式與檢表.................................................................................70

5.5真空貼合驗證.................................................................................................................. 71

第六章 結論與未來展望........................................................................................76

參考文獻.................................................................................................................................78

附錄一 新型摘要...........................................................................................................................80

作者簡介......................................................................................................................................... 93

VIII

圖索引

圖 2.1 開發作業流程圖................................................................................................................ 6

圖 2.2 設計作業流程圖................................................................................................................. 7

圖 2.3 OGS觸控面板層示意圖....................................................................................................8

圖 2.4 真空貼合之動作流程圖...................................................................................................12

圖 2.5 規劃中之 R1版 Layout...................................................................................................13

圖 2.6 規劃中之 R2版 Layout...................................................................................................14

圖 2.7 規劃中之 R3版 Layout...................................................................................................15

圖 2.8 規劃中之 R4版 Layout....................................................................................................16

圖 2.9 依 R4版 Layout推估之時序圖......................................................................................18

圖 3.1 燒焊機架底座等角視圖.................................................................................................. 20

圖 3.2 鋁擠型外罩等角視圖........................................................................................................21

圖 3.3 下腔體雙載台等角視圖.................................................................................................. 22

圖 3.4 下腔體雙載台局部等角視圖..........................................................................................23

圖 3.5 下腔體雙載台開啟示意圖.............................................................................................. 23

圖 3.6 下腔體雙載台之真空迴路治具......................................................................................24

圖 3.7 真空上腔體........................................................................................................................26

圖 3.8 旋轉機構設計之示意圖....................................................................................................27

圖 3.9 旋轉機構設計等角視圖....................................................................................................28

圖 3.10 上腔體結構等角視圖......................................................................................................28

圖 3.11 上腔體結構正視圖..........................................................................................................29

圖 3.12 上腔體結構局部正視圖................................................................................................. 29

圖 3.13 上腔體結構照片.............................................................................................................. 30

圖 3.14 視覺對位用上 CCD模組等角視圖.............................................................................. 31

IX

圖 3.15 視覺對位用上 CCD模組局部等角視圖......................................................................31

圖 3.16 視覺對位用下 CCD模組等角視圖............................................................................. 32

圖 3.17 視覺對位用下 CCD模組局部等角視圖.....................................................................33

圖 3.18 Ulvac VDN-902 真空 Pump.......................................................................................... 34

圖 3.19 Ulvac VDN-902 相關規格.............................................................................................34

圖 3.20 真空系統等角視圖.........................................................................................................35

圖 3.21 真空系統結構................................................................................................................. 35

圖 4.1 Mitsubishi可程式控制器................................................................................................ 36

圖 4.2 可程式控制器基本架構-1...............................................................................................37

圖 4.3 可程式控制器基本架構-2...............................................................................................38

圖 4.4 本設備選用之可程式控制器型號及基本規格.............................................................39

圖 4.5 Mitsubishi J4 AC伺服馬達............................................................................................. 40

圖 4.6 本設備選用之人機介面型號及規格............................................................................. 41

圖 4.7 主畫面................................................................................................................................42

圖 4.8 自動畫面............................................................................................................................43

圖 4.9 點檢畫面............................................................................................................................44

圖 4.10 手動選單頁面................................................................................................................. 45

圖 4.11 手動-單循環操作頁....................................................................................................... 46

圖 4.12 參數選單頁..................................................................................................................... 47

圖 4.13 參數設定頁..................................................................................................................... 48

圖 4.14 參數頁-上腔體 B站其他參數......................................................................................49

圖 4.15 主畫面說明..................................................................................................................... 50

圖 4.16 使用者權限等級設定說明-1.........................................................................................51

圖 4.17 使用者權限等級設定說明-2.........................................................................................51

X

圖 4.18 生產參數設定頁.............................................................................................................52

圖 4.19 視覺參數設定頁.............................................................................................................53

圖 4.20 產品參數設定頁-1......................................................................................................... 54

圖 4.21 產品參數設定頁-2......................................................................................................... 55

圖 4.22 產品參數設定頁-3......................................................................................................... 56

圖 4.23 產品參數設定頁-4......................................................................................................... 57

圖 4.24 視覺參數教導設定頁-1................................................................................................. 58

圖 4.25 視覺參數教導設定頁-2................................................................................................. 59

圖 4.26 電控箱元件配置相片-1................................................................................................. 60

圖 4.27 電控箱元件配置相片-2................................................................................................. 60

圖 5.1 Mitutoyo 513-401E槓桿量表......................................................................................... 62

圖 5.2 雷射系統裝置圖............................................................................................................... 63

圖 5.3 XC-80環境及溫度感測器.............................................................................................. 63

圖 5.4 線型量測光學鏡組...........................................................................................................63

圖 5.5 XL-80雷射系統之規格...................................................................................................64

圖 5.6 實體顯微鏡相關規格.......................................................................................................65

圖 5.7 槓桿式千分表量測過程.................................................................................................. 66

圖 5.8 雷射系統量測過程...........................................................................................................68

圖 5.9 設備運轉測試之 Tact Time 人機顯示頁面...................................................................69

圖 5.10 貼合站上腔體 X軸滑軌平行度之檢表...................................................................... 71

圖 5.11 真空貼合驗證實驗用玻璃樣品....................................................................................72

圖 5.12 真空貼合後之玻璃樣品................................................................................................ 72

圖 5.13 真空貼合後精度量測結果曲線分佈圖(DX、DY、θ)............................................. 75

XI

表索引

表 2.1 設備功能與規格表............................................................................................................. 8

表 2.2 R1至 R4設備功能與規格差異比對表......................................................................... 12

表 5.1 槓桿量表規格表................................................................................................................ 62

表 5.2 實體顯微鏡相關規格........................................................................................................65

表 5.3 使用千分表量測相同速度下三十筆數據之重現精度最大值及最小值....................67

表 5.4 使用雷射系統量測相同速度下三十筆數據之重現精度.............................................68

表 5.5 連續運轉測試 20次之 Tact Time 數值......................................................................... 70

表 5.6 真空貼合後精度量測數據............................................................................................... 73

XII

符號索引

B 矩形板之窄邊長度

C 真空殼體之壁厚附加量

minD 伸縮滑槽/桿之最短長度

yD 直線驅動器移動之距離

bn 安全係數

1R 圓盤載台之半徑

S 真空殼體之安全厚度

0S 真空殼體之計算壁厚

0 伸縮滑槽/桿之伸長量

r 圓盤之旋轉角度

b 材料之抗拉強度

Bending 彎曲時之容許應力

1

第一章 緒論

1.1 前言

近年來，隨著手機市場的快速發展，輕薄化、高輝度與高畫質的寫實

感已儼然成為觸控顯示面板市場的主流性需求[1]。而訴求人機合一的操作

模式更使得觸控面板產業大量崛起，從早期的使用的單點觸控模式的電阻

式觸控面板，發展到近期多點觸控模式的玻璃式電容觸控面板和薄膜式電

容觸控面板，現在更進步到市場逐漸普及化並由觸控面板廠商主導開發設

計的 OGS (One Glass Solution)及由較具規模的面板廠開發設計的 In-cell、

On-cell 方案。OGS 係指將觸控線路製作在一層 ITO (Indium Tin Oxide)

透明導電膜上或在保護玻璃上；而 In-cell 或 On-cell 則是將觸控線路直接製

作在液晶顯示螢幕上。不論是 OGS還是 In-cell、On-cell 均需使用到全貼合

(Full Lamination)技術，將觸控面板廠商的 OGS 與液晶顯示螢幕貼合在一

起，或是將顯示面板廠商的 In-Cell、On-Cell 的產品與保護玻璃貼合起來，

由此可以看出，全貼合技術是未來必然選擇的技術。

現今的全貼合技術在製程上又可再分為兩大主流技術，分別為 OCA

（Optically Clear Adhesive）和LOCA（Liquid Optically Clear Adhesive）。 OCA

光學膠是以類似雙面膠帶的形式將觸控面板與液晶螢幕做貼合；LOCA 則

是採液態的光學膠將兩者做結合。全貼合製程技術可以有效的改善空氣層

（Air Gap）中全反射的現象，讓液晶面板的背光可以比較順利穿透表面玻

璃，同時全貼合製程在縮短堆疊厚度與安全上也有所助益。然而，全貼合

2

的代價就是良率損失，在貼合過程中如果遇上貼合瑕疵不易重工、液態光

學膠滲透進面板、或是紫外線固化不均等因素，均可能使液晶顯示螢幕報

廢，而高階產品除了更需要全貼合以彰顯優異的光學規格外，其面板價格

也往往較高，因此觸控模組廠的貼合良率趨低將使得觸控面板前端製程的

心血白白浪費，造成產品的品質及獲利率的損失。

1.2 研究動機與目的

全貼合技術是觸控面板製程中相當重要的製程之一，全貼合設備的速

度及貼合良率將會直接影響產品的品質及獲利率。但是，由於近年來 10吋

以下的中小觸控面板市場需求大增，且中小尺寸的結構製程簡單、方便，

所以 OCA全貼合所使用的真空貼合設備儼然成為一匹黑馬逐步地取代了水膠

LOCA全貼合。然而，坊間均以 LOCA相關製程條件及最佳化膠形塗佈作為

研究主題與方向似乎又與產業所需求之製程設備背道而馳，OCA製作現今

早已使用狹縫式塗佈(Slit Coating)技術[2]大量生產，且不會有液態光學膠滲

透進面板、液態光學膠缺膠不足或是紫外線固化不均造成黃化等等因素，

況且真空貼合設備無論在消除氣泡、貼合強度、貼合速度上均有突破性的優

點，亦可使得貼合效率及良率大大的提升，而且就算貼合失敗現今亦可通

過冰凍法及金屬細線鋸切法重工救回昂貴之模組，也因此各大廠商亦競相

轉換為真空全貼合製程。然而，就在真空貼合製程設備大量導入後，各大

廠商均使用必須靠治具定位的單腔體真空貼合設備，也由於更換產品就要

3

訂製專用的全套生產治具，且治具精度要求很高，製作工序也多，成本也

很高，一旦產品本身的公差太大時，就會造成產品最後精度不合格而造成

損失，為此，各廠商為了使自家生產的產品能獲得國際大廠的親睞又能提

高生產效率還能降低生產成本。因此，使用多腔體的真空貼合設計也因而

產生，若再加上 CCD(Charge-coupled Device)光學影像自動對位系統的精確

對位設備就成為了各家廠商承接國際品牌大單的重要秘密武器。

1.3 文獻回顧

2007 年，在 Apple 公司的產品 iPhone 掀起了一波多點觸控熱潮後，投

射電容式觸控面板也取代電阻式觸控面板成為中小尺寸手持式行動裝置與

平板電腦的應用主流，玻璃貼合玻璃這種硬對硬的液態光學膠貼合技術[3,

4]，是近幾年內的新技術，由於真空貼合技術尚未成熟，且液態光學膠之材

料又有太多的參數設定及製程條件直接影響貼合良率及效能，因此貼合技

術在觸控模組生產良率及效能上的研究及開發佔了極重要的比例。

為了因應高階智慧型手機與平板電腦的顯示面板貼合的發展，全平面

貼合技術被開發出來用以提升良率及性能，此技術亦被稱之為 Non-air-gap

技術，這是從螢幕反射的影像很明顯就看得出來差異的貼合技術，Non-air-

gap 技術是將面板直接用膠貼著外層玻璃 (或觸控面板)，中間為真空狀態因

此沒有光折射問題，且更可讓顯示屏具高輝度與高畫質的寫真視感，甚至

在戶外的強光底下，仍可清楚看見手機或平板電腦的螢幕顯示內容[5]。

4

觸控面板的應用原理不大相同，各有它的優缺點，這也影響它應用的

市場，隨著智慧型手機使用觸控面板的比重逐漸增加，觸控面板在手機的

滲透率也同步提升，近幾年尤其受到 Apple公司的 iPhone 的熱銷激勵，觸

控面板技術應用主流已從過去電阻式使用的單點觸控模式轉換至投射式電

容的多點觸控模式，投射式電容觸控面板產業也因此於近期快速成長[6,

7]。

全平面貼合技術主要分為兩種貼合方式，真空貼合與滾壓貼合[8-10]，

真空貼合是指將貼合物、被貼合物與貼合膠一同放入真空腔體內，利用兩

平板壓力將三者均勻的貼合。滾壓貼合則是在大氣環境下，利用滾筒滾壓

放置好的貼合物、被貼合物與貼合膠，是一種滾筒對平面的壓著方式。滾

壓貼合完畢後還需要利用脫泡機高溫高壓來將壓合過程產生的氣泡排出。

真空貼合因為在真空環境下，可以將空氣排除，且較容易控制溫度、壓力、

時間...等製程參數，再利用 CCD定位來控制貼合精度，無須再通過脫泡機，

故製程速度與良率較高。

因此，本研究是以目前市場上最熱門的觸控面板真空貼合設備為題目，

探討此設備之開發與設計，內容包括概念設計、機構功能配置、傳動機構

設計、視覺對位系統設計、伺服控制器之軟硬體應用，最後將完成之設備

原型機進行測試、並進行各項功能之驗證。

5

1.4 論文架構

本論文共分六章及附錄一，其內容概述如下：

第一章：緒論

說明本論文的研究動機以及論文架構簡介。針對觸控面板貼合

問題、特性與製程等相關文獻進行回顧。

第二章：真空貼合機開發概念及設計程序

本研究的設計流程展開。

第三章：硬體架構

本研究的硬體架構介紹。

第四章：軟、韌體架構

本研究的軟體架構介紹。

第五章：組裝及功能測試

本研究設備組裝及功能測試介紹。

第六章：結論與展望

本研究最終結果與未來展望。

6

第二章 真空貼合機開發概念及設計程序

本論文之真空貼合機開發作業流程圖及設計作業流程圖如圖 2.1 及

2.2所示。開發過程中分為技術開發與產品開發，主要是產業導向來做判定，

流程中在規劃階段與設計階段都需要慎重定義開發計畫書及設計驗證作業

標準，但往往業界上的開發，都會隨著產品的需求與規格的變更而改變，

故設計人員在進行規劃時常保留設計變更之彈性，以因應後續需求變更。

圖 2.1 開發作業流程圖

7

圖 2.2 設計作業流程圖

8

2.1 設備功能及規格

此研究之真空貼合設備，主要的功能係將 Cover Glass 含 Touch Sensor

之觸控面板與 LCM 模組利用 OCA光學膠膜將兩者做緊密貼合而成為觸控

面板模組。

如圖 2.3 中各層由上而下分別為:Cover Glass、Sensor ITO、OCA、

LCM Module，OCA光學膜主要功能就是做為上下兩層之間的膠合介質。

圖 2.3 OGS觸控面板層示意圖

依照產品的貼合需求，列出相關理想規格如下表 2.1所示，做為本設備

研究、製作及驗證的規範。

表 2.1 設備功能與規格表

項次 項目 內容

1 貼合尺寸 1-10吋2 產品厚度 0.5-5 mm3 Glass 翹曲量 >0.5 mm4 貼合精度 ±50-200 µm5 良品率 破片率<0.2 %6 貼合氣泡 高壓脫泡後小於 30 µm7 Cycle Time 10 Sec/Pcs

9

2.2 機構單元與功能概述

2.2.1 機台機架與外罩

提供一個穩固的機構底座供各單元周邊放置與固定，並有一個安全封

罩用以區隔可動件機構，用以確保人員作業。

2.2.2 真空下腔體載台

可提供 LCM 模組放置的固定平台，以便進行後續的定位、修正、貼合....

相關動作。

2.2.3 真空上腔體

可提供吸附 Cover Glass 模組的固定平台，以便進行後續的定位、修正

、貼合....相關動作。

2.2.4 視覺對位系統(LCM 側)

可提供判別辨識 LCM 液晶顯示模組對位標靶或是外觀特徵供後續精

準貼合用。

2.2.5 視覺對位系統(CoverGlass 側)

可提供判別辨識 Cover Glass 模組對位標靶或是外觀特徵供後續精準貼

合用。

2.2.6 真空供應系統

可提供真空腔體所需之真空功能。

10

2.3 依規格需求規劃 R1至 R4版 Layout

設備開發係由產業界所提出之需求與規格做為首要的條件，而隨著產

品的規格的不斷提升亦使得設備需求及規格隨之變更，因此設計人員在規

劃時往往必須預留下一世代產品變革的設計變更的彈性。而規劃真空貼合

之動作流程亦為重要的開發課題，如圖 2.4即為真空貼合之動作流程。

規劃此真空貼合設備時係以市場主流之 3.5至 8吋手機尺寸為主要對應

尺寸，以此設備為例將觸控面板與 LCM模組進行貼合，是此設備最主要的

功能，所以此設備需具備可提供 LCM 模組放置的真空下腔體載台及可提

供吸附 Cover Glass 模組的真空上腔體載台，除此之外，視覺對位系統及

相對應的修正系統也不可少，當完成精密對位後接著就要進行抽真空及貼

合動作，所以設備上需要有獨立的真空系統，貼合完成後再由操作人員將

成品取出，如圖 2.5為 R1版之規劃圖。

經過時序分析及實際作業條件探討後，發現 LCM 模組來料時的潔淨

度會是造成真空貼合過程中異物氣泡的最大原因，因此，必須增加操作人

員檢查及擦拭的時間，而 R1版本的雙真空腔設計勢必無法滿足此需求，為

此設計了 R2 版本的 Layout，修正內容為再增設兩組真空上腔體及兩組真

空下腔體載台，視覺對位系統及真空系統設計為共用系統，以提升利用率，

如圖 2.6為 R2版之規劃圖。

經過分析製作成本的考量與產品規格需求又提升了等多方考量後，決

定將原訂定的 3.5至 8吋手機尺寸修正為向下可兼容智慧型穿戴裝置之智慧

11

型手錶尺寸及向上可對應平板電腦之尺寸的 1至 10 吋，另外 R2 版本雖可

以有效解決 Cycle Time 問題，但整機長度含真空系統已達 5910 mm，對於

寸土寸金的無塵室空間而言，勢必是一大空間浪費，為此，在設備長度必須

大幅度縮短及設備造價亦必須大幅度降低的需求條件激發下，設計出了 R3

版本，修正內容為改回 R1版本原有的兩組真空上腔體，真空下腔體載台則

設計成上下重疊方式的四組下載台，再將真空系統改在設備後方，這樣的設

計不但可以降低設備造價更可將整機長度大幅縮減為 2920 mm，如圖 2.7

為 R3版之規劃圖。

在設計出R3版規劃圖後，為了驗證此設備之實際效能並使其最終能夠

商品化，因此，將OCA膜預貼在Cover Glass的前段製程設備之功能整合在

同一台設備中使其成為兼具大氣貼合與真空貼合功能的複合機，也因此更

具商品化的價值，R4版本也因而產生，如圖2.8為R4版之規劃圖。因前段製

程設備已為習知技術故本研究即不再贅述。而整體理論時序分析後第1片是

在第29秒時產出，第2片則在第38秒後產出，由此推論，當系統達穩定狀態

後，本機平均每間隔9秒即可以產出一片，接近預期的規格。理論時序如

圖2.9所示。R4版本可符合規格之相關需求，待後續實機測試後再做進一步

的驗證，而硬體架構之細部設計及實機組裝測試驗證將於下面章節展開，

表2.2為整理後之R1至R4設備功能與規格差異比對表。

12

圖 2.4 真空貼合之動作流程圖

表 2.2 R1至 R4設備功能與規格差異比對表

功能版本 R1版 R2版 R3版 R4版

適用產品尺寸 3.5-8吋 3.5-8吋 1-10吋 1-10吋

上腔體數量 2 4 2 2

下腔體數量 2 4 4 4

設備尺寸 3660 mm 5910 mm 2920 mm 5000 mm

複合大氣貼合功能 無 無 無 有

Cycle Time 25 Sec/Pcs 15 Sec/Pcs 12 Sec/Pcs 10 Sec/Pcs

貼合精度(X,Y) ±200 µm ±200 µm ±100 µm ±50 µm

貼合精度(θ) ± 1.5° ± 1.5° ± 1° ± 0.5°

性價比 低 低 中 高

13

圖 2.5 規劃中之 R1版 Layout

14

圖 2.6 規劃中之 R2版 Layout

15

圖 2.7 規劃中之 R3版 Layout

16

圖 2.8 規劃中之 R4版 Layout

17

(a)

18

(b)

圖 2.9 依 R4版 Layout推估之時序圖

第 29秒時產出第一片成品

第 38秒時產出第二片成品

平均每 9秒可產出一片成品

19

第三章 硬體架構

貼合技術是觸控面板製程中相當重要的後製程，貼合良率趨低將使得

觸控面板前端製程的心血白白浪費。因此，機構的可靠度、穩定度及視覺

對位加修正系統是此設備的重要考量點。從總體結構設計、元件的選用也

都將以上述原則作為設計出發點，以確保機構正常工作的可靠性，同時具

備良好的經濟效益和保養維護的便利性。

此 設 備 使 用 Autodesk 公 司 所 出 品 的 Inventor Professional 2014

CAD/CAE 3D 繪圖軟體作為設計的繪圖輔助工具。這是一套專業的 3D 機

械設計軟體，透過精確的 3D數位模型，可讓設計時隨時驗證設計的狀況，

減少設計錯誤，更可與設計同伴、主管、客戶及協力廠商進行有效溝通，

進而可以加速推出新設計的產品。而在設計時也可將零件加工方式、組裝

過程順序及部分結構模組化等因素加入設計考量。

在整體設計過程中，也透過模擬分析的功能來評估真實環境中的產品，

延續概念設計中的時序分析後所產出的 R4 版 Layout。在此章節進行此設

備硬體架構之展開，每個機構貼上 3D 規劃等角視圖，再依功能需求、設計

方法逐一進行說明。

3.1 機架與外罩

3.1.1 功能需求

a. 提供一個穩固的機構底座供各功能性單元周邊放置與固定。

b. 需要有一個安全封罩用以區隔可動件機構，用以確保人員作業上的安

全。

3.1.2 設計方法

20

a. 使用材質SS41做為底座及機架之結構材料。

b. 在線性移載機構裝配處需以龍門銑床予以加工，以獲得所需要之基準

面與承靠面。

c. 考量設備使用的環境，骨架鋼材間的銲道需施以全週銲接。

d. 為確保經過加工或銲接所產生的應力獲得釋放，骨架須施以退火處理。

e. 以粉體烤漆做為表面塗裝與防銹。

f. 需具有驅動元件安裝固定調整座。

g. 使用輕量化鋁擠型材質做為安全外罩的材料。

h. 安全外罩下方採用SS41加粉體烤漆做為外觀封板，上方則用PVC做為

門窗封板材料，以方便檢視機況。

i. 人機介面配置位置須符合人體工學設計，方便人員操作。

j. 為確保貼合作業空間的無塵環境，在封罩上方加裝高效率過濾器

(Fan Filter Units)。

根據以上方法而繪製出的機架與外罩如圖 3.1與 3.2所示。

圖 3.1 燒焊機架底座等角視圖

21

圖 3.2 鋁擠型外罩等角視圖

3.2 真空下腔體雙載台

3.2.1 功能需求

a. 用以承載 LCM液晶顯示模組，除了平時必須可以固定工作物 ，且在

真空環境下更不可使工作物移動，造成後續貼合動作產生貼合誤差。

b. 下腔體載台上必須對應各種尺寸的LCM液晶顯示模組，且無須更換全

部治工具。

c. 需有一雙層式設計且具Y軸向修正及移載用載台，以進行後續位置的

補正。

3.2.2 設計方法

a. 以易加工的S45C做為下腔體載台底座，並加上單動氣壓缸使其在真空

環境下可使用彈簧力作夾持LCM液晶顯示模組的動作。

22

b. 下腔體載台設計了有兩到三個可調整式靠位基準治具邊做為放置LCM

液晶顯示模組的基準邊。

c. 針對 LCM液晶顯示模組尺寸上的差異，下腔體載台需有可快速更換

的真空迴路治具。

d. 使用伺服馬達配合高精度滾珠螺桿做為對位後位置修正(Y軸向)更可

將下腔體載台移載到各作業區，進行各作業區的的工作。

根據以上方法所設計出之真空下腔體雙載台如圖 3.3與 3.4所示。

下腔體雙載台為高位與低位兩個下腔體，如圖 3.5 所示。而讓該高位

下腔體與該低位下腔體可交替與該真空上腔體進行工件真空貼合的工作；

因此，具有設備充分利用且節省空間之功效。下腔體載台上可快速更換的真

空迴路治具如圖 3.6所示。可快速調整靠位基準，再利用汽缸輔助夾持放置

好的 LCM 液晶顯示模組，使 LCM 液晶顯示模組即使在真空環境下亦不致

產生位移。

圖 3.3 下腔體雙載台等角視圖

23

圖 3.4 下腔體雙載台局部等角視圖

圖 3.5 下腔體雙載台開啟示意圖

24

圖 3.6 下腔體雙載台之真空迴路治具

3.3 真空上腔體：

3.3.1 功能需求

a. 用以吸附Cover Glass模組，除了平時必須可以固定工作物，且在真空

環境下亦不可使工作物移動。

b. 吸附載台上必須對應各種尺寸的Cover Glass模組，且無須更換全部治

工具。

c. 需有具X軸向及θ軸向修正及移載用載台，以進行後續位置的補正。

3.3.2 設計方法

a. 吸附載台上設計了可快速更換的真空迴路治具及高分子材質黏性軟墊

[11]，利用物理吸附來輔助Cover Glass模組在真空環境下絕對不會位移

及掉落。

b. 吸附載台上設計了Cover Glass模組貼合作業完成後脫離高分子材質

黏性軟墊的頂柱結構。

25

c. 使用伺服馬達配合高剛性滾珠螺桿做為貼合高度位置(Z軸向)的控制

並搭載大口徑氣壓缸以控制產品所需的貼合壓力。

d. 使用伺服馬達配合研磨級高精度滾珠螺桿做為對位後X軸向位置補

正。

e. 以較易加工且質輕的鋁合金做為上腔體，並加上單動氣壓缸使其在真

空環境下可使用彈簧力作夾持Cover Glass模組的動作。

f. 2004年，達道安[12] 發表真空腔體設計之參考手冊，內容計算出適用

於受外壓小於0.1 MPa下之盒型殼體安全厚度。

g. 需要一旋轉軸做為對位後位置θ軸補正。

根據上述之方法，著手設計真空腔體，首先設計真空腔體為盒型殼體，

如圖3.7所示，盒型殼體的安全厚度可假設為矩形平板來計算，且真空貼合

腔體受壓力為0.1 kPa ，故殼體安全厚度S可得為[12]：

C+S=S 0 (3-1)

其中， 0S 為殼體計算壁厚，C為壁厚附加量，也就是材料最大負公差引起

的壁厚附加量。

根據力平衡關係，殼體計算壁厚 0S 可得為：

BendingBS

224.0

0 (3-2)

其中，B為矩形板的窄邊長度， Bending 為彎曲時的容許應力， bbBending n ，

也就是材料的抗拉強度 b 去除上安全係數 bn 。

本論文設計之真空腔體所選用之材料為鋁合金A6061T6，其抗拉強度

b ≥290 Mpa，材料抗拉安全係數 bn =3，故可得彎曲時容許應力 Bending =97

Mpa。矩形板的窄邊長度 B=34 cm，代入後可得殼體計算壁厚為：

cmS 773.097

34224.00

(3-3)

26

殼體平板材料最大負公差引起之壁厚附加量為0.5 mm，代入後可得殼體安

全厚度S為8.23 mm，故本論文設計之壁厚為20 mm遠大於安全壁厚。

圖 3.7 真空上腔體

為了達到空間精簡與精度控制，故本論文設計一新型的旋轉機構來控

制θ軸對位，其是由一直線驅動器與連接伸縮滑槽/桿所組成，伸縮滑槽/桿

一端連接著直線驅動器，另一端則連接著圓盤載台，藉由直線驅動器帶動

伸縮滑槽/桿，在拉著圓盤載台旋轉，如圖 3.8 所示。假設，圓盤載台半徑

為 1R ，圓盤與直線驅動器最短距離，也就是伸縮滑槽/桿最短長度為 minD ，

根據二維幾何關係，得當直線驅動器移動一距離 yD 時，可以求圓盤旋轉角

度 r 為：

1

1sinRDy

r (3-4)

伸縮滑槽/桿的伸長量 0 經計算求得為：

27

22110 yDRR (3-5)

換個角度看，當圓盤載台需要旋轉一角度 r 時，可求得直線驅動器需移動

之距離為：

ry RD sin1 (3-6)

故可經由給定旋轉角度，而控制直線驅動器移動來使圓盤載台實踐此旋轉

角度。根據推導出之方程式繪製出之 3D圖如圖 3.9所示。

圖 3.8 旋轉機構設計之示意圖

28

圖 3.9 旋轉機構設計等角視圖

根據上述之設計方法與計算之結果，上腔體結構如圖 3.10與 3.11所示

。上腔體結構包含了 Z軸昇降伺服、線性軸承、貼合氣壓缸、線性導柱、

上模具修正θ軸、壓縮彈簧、θ軸軸封、上真空腔、上模具、下真空腔與下

模具，詳細配置如圖 3.12與 3.13所示。

圖 3.10 上腔體結構等角視圖

29

圖 3.11 上腔體結構正視圖

圖 3.12 上腔體結構局部正視圖

30

圖 3.13 上腔體結構照片

3.4 視覺對位系統(LCM側)

3.4.1 功能需求

a. 用以判別辨識LCM液晶顯示模組對位標靶或是外觀特徵，並提供位置

資訊以便進行後續位置補正。

b. 需能對應不同尺寸產品的變化調整。

c. 需有一個升降裝置及移載裝置，以便進行後續上下承載台對位及LCM

液晶顯示模組多點取像用。

3.4.2 設計方法

a. 使用自行撰寫之影像辨識系統並搭載涵蓋紅外線波段之CCD、鏡頭及

光源。

b. 使用伺服馬達配合精密級滾珠螺桿做為CCD單元與產品尺寸變化對應

調整(X軸向)。

c. 使用伺服馬達配合精密級滾珠螺桿做為CCD單元與上下承載台高度變

31

化對應調整(Z軸向)。

根據上述之設計方法，位於 LCM 側之視覺對位系統。如圖 3.14與 3.15

所示，是由 CCD組、鏡頭組、光源組、X軸與 Z 軸向伺服軸所構成。

圖 3.14 視覺對位用上 CCD模組等角視圖

圖 3.15 視覺對位用上 CCD模組局部等角視圖

32

3.5 視覺對位系統(CoverGlass側)

3.5.1 功能需求

a. 用以判別辨識Cover Glass模組對位標靶或是外觀特徵，並提供位置資

訊以便進行後續位置補正。

b. 需能對應不同尺寸產品的變化調整。

3.5.2 設計方法

a. 使用自行撰寫之影像辨識系統並搭載可見光波段之CCD、鏡頭及光源。

b. 使用伺服馬達配合精密級左右牙滾珠螺桿做為CCD單元與產品尺寸變

化開合對應調整(Y軸向)。

根據設計方法，位於Cover Glass側之視覺對位系統如圖3.16與3.17所

示。此視覺對位系統是由一CCD組、鏡頭組、光源組、伺服馬達與左右開

合滾珠螺桿所組成。

圖 3.16 視覺對位用下 CCD模組等角視圖

33

圖 3.17 視覺對位用下 CCD模組局部等角視圖

3.6 真空系統

3.6.1 功能需求

a. 用以提供真空腔體所需真空，且每分鐘抽氣速度須大於1500 L。

b. 需為產業界昔知之大廠品牌，且價格方面具有競爭性。

3.6.2 需求選用

根據設計之需求，本論文選用日本知名真空Pump製造大廠Ulvac所生

產的VDN-902，其外型及規格如圖3.18與3.19所示，抽氣速率每分鐘可達

1800 L符合需求，且價格方面具有競爭性。完整的真空系統除了真空Pump

還包括了油霧捕捉器，如圖3.20與3.21所示。油霧捕捉器用以防止油霧揮散

於空氣中，避免無塵環境受汙染。

34

圖 3.18 Ulvac VDN-902 真空 Pump(資料來源:Ulvac型錄)

圖 3.19 Ulvac VDN-902 相關規格(資料來源:Ulvac型錄)

35

圖 3.20 真空系統等角視圖

圖 3.21 真空系統結構

36

第四章 軟韌體架構

本設備是使用日本 Mitsubishi Q系列可程式控制器來進行各軸機構

運動的控制及全機安全機制及保護功能，如圖4.1所示，各軸位置及參數設

定由Pro-Face人機介面輸入及操作，位置修正及驅動則選用之Mitsubishi

J4 AC伺服馬達來完成而視覺取像及補正位置的修正值則由PC系統進行演

算後回傳給PLC及軸控卡去執行。

4.1. PLC 可程式控制器

圖 4. 1 Mitsubishi 可程式控制器(攝陽公司教育訓練教材)

37

可程式控制器基本架構細部解析為包含 CPU 模組：用來儲存與執行

順序控制程式、參數、元件的模組。基本基座：支援電源模組、CPU 模組

槽位的基座。電源模組：經由基座提供DC 5V的工作電壓給PLC各模組使

用。輸入模組：用來將外部設備的數位訊號輸入到CPU的程式中。輸出模

組：用來將外部設備的數位訊號輸入到外部設備。特殊模組：諸如類比輸

出入、高速計數器、網路、定位控制等具有 Buffer memory的模組。擴充線：

用來連接各種基座之間的線材。如圖4.2所示。

圖 4. 2 可程式控制器基本架構-1(攝陽公司教育訓練教材)

38

可程式控制器基本架構附屬配件為 記憶卡：可用來備份順控程式、參

數、元件初始值、元件註解、檔案暫存器、異常履歷等資料。電池：在電

源模組無電源時，提供 DC 3V 工作電壓給 CPU 內部的記憶體使用，以防

資料格式損壞。擴充基座：經由擴充線用來延伸擴增基本基座槽位的基座

。轉換基座：經由擴充線及轉換基座，可讓 QCPU使用部分 An/Ans 系列

的模組。如圖4.3所示。

圖 4. 3 可程式控制器基本架構-2(攝陽公司教育訓練教材)

39

本設備選用之可程式控制器型號及基本規格，主要是具有來回掃描方

式及結束再生方式，順序控制語言包含階梯圖、步進階梯(SFC)、功能區塊

(FB)、結構敘述(ST)。執行速度依照設定可控制在9.5至19 ns，固定掃描時

間0.5至2000 ms(以0.5 ms為單位)。如圖4.4所示。

圖 4. 4 本設備選用之可程式控制器型號及基本規格(双象公司網站)

40

4.2. 伺服馬達

本設備選用之Mitsubishi J4 AC伺服馬達為小容量、低慣性之HG-KR系

列，此馬達具有高響應速度頻率高達2.5 kHz。並搭載4,194,304 p/rev (22位

元)高分解能編碼器，又支援全閉迴路控制，所以驅動器可任意支援回轉型、

線性、DD馬達...等。泛用型介面MR-J4-A驅動器最大支援4 Mpp 脈波指令

頻率。如圖4.5所示。

圖 4. 5 Mitsubishi J4 AC伺服馬達(能麒公司型錄)

41

4.3. 人機介面及規劃頁面說明

本設備選用之人機介面型號及規格，具有10.4吋大尺寸控制面板，序列

埠 RS-232C，COM2 RS-422/485。如圖4.6所示。

圖 4. 6 本設備選用之人機介面型號及規格(Pro-Face 公司型錄)

42

人機畫面之主畫面為本實驗設備之主要功能選項頁面，並規劃了六大

畫面如圖4.7所示。設置項目：自動畫面、手動畫面、參數畫面、警報畫面、

監控畫面、感壓點檢頁面等。後續將有各主要畫面的細部解說。在安全回

饋機制上具有警報復歸、蜂鳴器停止等安全性快捷鍵。

圖 4. 7 主畫面

43

進入自動畫面之設定頁面後，規劃有五大即時監控項目如圖4.8所示。

使操作者能容易觀測目前設備所有動態數據，本設定將腔體真空值列為主

要監測值，並可連續監控二十組 Tack time 以達到高產能之需求，更可監

控原點、周邊裝置及各功能站功能的啟閉狀態進而得到設備狀態的即時訊

息。

圖 4. 8 自動畫面

44

因本設備要求高精度所以必須先確保上下腔體的平行度狀態及貼合壓

力值是否正常，所以，設計感壓點檢畫面如圖4.9所示。可分別設定 LCM

載台 A、B站的腔體測壓治具高度、腔體感壓時間、腔體感壓壓力，可確保

生產設備之狀況及參數值是否正常，在高精度需求的競爭下此項設定具有

相當之重要性。

圖 4.9 點檢畫面

45

手動畫面配置如圖4.10所示。圖中右側設定主管等級密碼、工程師等級

密碼、操作員等級密碼這三項分級的目的在於設備生產參數設定的權限，

一般操作員不開放修改生產參數的權限。又因手動畫面除了可手動操作各

功能站之所有動作，亦可於設定完成後執行單循環操作，因此，重要的生

產參數設定與寫入都須為工程師或主管權限才可進入以確保生產參數安全

性，設備操作穩定性。

圖 4.10 手動選單頁面

46

手動畫面配置之單循環操作頁面如圖4.11所示。圖中由左至右分別設

置T/P撕膜取料、取像、計算、出料等循環操作及上腔體 A、B站，LCM 載

台 A、B站，並把各站單站循環時間與腔體真空值一併顯示，目的在於方便

組立人員與程式控制人員在產品參數建立時可逐一架設基礎值並分析各站

點動作所需之時間。

圖 4.11 手動-單循環操作頁

47

參數選單頁如圖4.12所示。圖中選單設計三大選項，功能選項、參數設

定、電源開關，都需要工程師等級以上才可以進行寫入或修改，因為功能

選項涉及到產品切換，參數設定是製程參數，都屬於專業且機密性的程式，

在此並不會開放給操作人員設定，以確保設備及程式的安全性。

圖 4.12 參數選單頁

48

參數設定頁分頁如圖4.13所示。圖中提到T/P撕膜手臂站、T/P載台站、

上腔體 A、B站、LCM 載台A、B站，主要將各站點之伺服軸獨立設定，

其中LCM 載台的貼合基準更是本設備重要之主軸，是由CCD取像完成並經

過計算後同時自動控制X、Y、θ三軸向修正量的重要功能，並可進一步達

到高精度的貼合率，以滿足業界高良率之需求。

圖 4.13 參數設定頁

49

本實驗設備參數頁係以上腔體B站來做概述如圖4.14所示。參數設定

可依產品特性另外訂定吸真空延時時間、破真空延時時間、CCD取像延時

時間，因在真空環境下之控制遠比常壓環境難，因此必須透過延時這項重

要參數設定配合CCD 取像的延時來達到精準貼合與設備的穩定性要求。

圖 4.14 參數頁-上腔體 B站其他參數

50

4.4. PC及視覺參數頁面規劃

主畫面說明如圖 4.15所示。圖中左側 CCD取像後之顯示畫面，可依據

使用者設定同時觀察 1、2、4組不同站別之 CCD影像，右側功能按鍵分別

為 LOG監控頁、光源設定頁、影像設定頁、影像測試頁及手動量測工具頁

。LOG 監控頁可記錄生產過程中的影像及計算結果，若生產過程中精度

異常時可由 LOG 歷史紀錄中觀察是否為取錯標靶或計算錯誤所造成。光源

設定頁可設定生產中所需之光源亮度值。影像設定頁可設定產品之影像並

建立標靶及定義中心點。影像測試頁可進行標靶及中心點抓取測試。手動

量測工具頁可量測畫面中各量測點間之距離或角度。並具有與 PLC 通訊連

接是否正常的監視燈號。

圖 4.15 主畫面說明

51

4.4.1 使用者權限等級設定說明

主畫面→帳號管理：提供使用者等級分類，預設為 Operator、 Engineer

及原廠設定三種模式，Engineer 以上權限之使用者亦可新增不同使用者，

使用者的等級不同，視覺軟體可操作的功能亦不同。如圖 4.16所示。

圖 4.16 使用者權限等級設定說明-1

圖中登入鍵下方若以最高等級的使用者登入時則具有修改密碼，新增

或刪除使用者，及設定各使用者可用之功能。如圖 4.17所示。

圖 4.17 使用者權限等級設定說明-2

52

4.4.2 基本參數說明

主畫面→環境參數：可設定與生產相關的基本參數、畫面設定、標靶

標示、PLC 的連線設定及光源設定等等 Recipe 資訊及存放路徑，也可設定

一段指定的時間後，自動登出。如圖 4.18所示。

圖 4.18 生產參數設定頁

53

進入標靶顯示設定頁面後，可設定所有與標靶相關的設定功能，畫面

中間的紅十字線，標靶資訊(分數、座標)、輪廓是否描繪、是否須顯示標靶

的中心點及搜尋範圍是否顯示等功能。如圖 4.19所示。

圖 4.19 視覺參數設定頁

54

4.4.3 產品參數說明

主畫面→產品參數：此處為整個視覺軟體的核心，提供與取像有關的

相關設定，如取像的位置、取像的方法選擇、標靶的建立及 Recipe 的設定

皆於此處設定。圖中具備儲存及另儲新檔的功能，另外在儲存的時候(或另

儲新檔)會將與 PLC 相關的資料一併存入。各站點的分頁選擇，亦提供樹狀

介面供分頁選擇。如圖 4.20所示。

圖 4.20 產品參數設定頁-1

55

主畫面→產品參數→OCA對位→取像資訊：下圖取像模式處可設定取

像的點數，根據產品不同，取像點數設計不同，例如圓形產品可能要 3 點

或 5點對位模式，方形產品要 2、4、8 點模式，提供多種模式供使用者選

取。並按下「取得」 可將取像的位置記下，用來決定取像位置。而「編輯」

可用來決定此點的取像方式。如圖 4.21所示。

圖 4.21 產品參數設定頁-2

56

承上頁點下「編輯」按鈕之後取像的方式選擇：可根據產品的不同，

更改較易取像的方式。若產品上有蝕刻且影像非常清楚之十字(或其它形狀)

標靶，則建議使用標靶比對模式。若是產品的外形比對，則建議使用其它

模式，並可選擇光源的亮度藉以正確觀察影像。如圖 4.22所示。

圖 4.22 產品參數設定頁-3

57

主畫面→產品參數→OCA/TP 貼合→補正量：通常取像計算完畢試貼

後，會有固定偏差值(機械或軟體計算固定值)，將此固定偏差量補正完後

，即為正確貼合位置。為防止人為放片失誤，可設定補正限制，若是補正

的值過大，則系統會提示計算錯誤，以提醒使用者產品可能擺放的偏移量

過大。如圖 4.23所示。

圖 4.23 產品參數設定頁-4

58

4.4.4 視覺參數教導說明

主畫面→教導參數：一般教導時，要將視覺畫面與實際座標做轉換，

因此需「教導」視覺軟體，將 X、Y 軸向及旋轉中心值算出後，日後除非

CCD有拆裝修改，或遭撞擊意外而改變位置才需要重新教導，一般只需要

在架機時，做一次即可。圖中右側為教導時，相對應的畫面。如圖 4.24所

示。教導的結果，例如圓心位置，教導時載台位置，CCD畫面與實際距離

的轉換等。如圖 4.25所示。

圖 4.24 視覺參數教導設定頁-1

59

圖 4.25 視覺參數教導設定頁-2

60

4.5 電控箱元件配置照片

本實驗設備具有謹然有序的電盤配置，可讓元件故障時有查找及更換

容易等功能。由圖 4.26 所示。為 PLC 及相關功能性模組之電控箱元件配

置 。而圖 4.27則是各伺服馬達驅動器之電盤配置圖。

圖 4.26 電控箱元件配置相片-1

圖 4.27 電控箱元件配置相片-2

61

第五章 組裝及功能測試

本文的設備各機構在設計過程中，亦同步規劃了後續組裝過程中之檢

驗表單及量測方式，精度量測規劃根據每個項目確認後才能允用，項目如

下所示:

a. 重覆定位精度確認:

1. 千分錶量測定位精度。

2. 雷射干涉儀量測定位精度。

b. 設備真空貼合重覆精度確認。

c. 設備運作時的 Tact Time 確認。

為了避免後續測試過程出現問題造成無法快速查找及排除問題，並使

最後測試驗證時能夠達到預期的成果，後續欲測試之功能項目和測試所使

用之相關設備儀器及驗證結果，將在本章節分別展開及介紹。

5.1 精度量測所使用之相關設備儀器

5.1.1 513-401E 槓桿式量表

本實驗利用日本 Mitutoyo 513-401E 槓桿式量表(資料來源:Mitutoyo 型

錄)，如圖 5.1所示，進行各伺服修正軸之位置重現精度做一驗證，槓桿式

量表相關規格如表 5.1所示。

62

圖 5.1 Mitutoyo 513-401E 槓桿量表

表 5.1 槓桿量表規格表

型號 刻度 範圍 精度

513-401E 0.001 mm 0.14 mm 3 µm

5.1.2 XL-80 雷射系統

本實驗利用英國 Renishaw XL-80 雷射系統(資料來源:Renishaw XL-80

操作手冊)，如圖 5.2-5.4所示，進行各伺服修正軸之位置定位精度及重現精

度做一驗證，雷射系統之組成有 XL-80 主機、量測光學鏡組、XC-80 環境

及溫度感測器及 Renishaw 原廠量測軟體，相關規格如圖 5.5所示。

63

圖 5.2 雷射系統裝置圖

圖 5.3 XC-80 環境及溫度感測器

圖 5.4 線型量測光學鏡組

量測光學鏡組

溫度感測器

量測規格

64

圖 5.5 XL-80雷射系統之規格

65

5.1.3 SDM-TR-67 實體顯微鏡

本實驗利用日本 Seiwa Optical SDM-TR-67實體顯微鏡(資料來源:Seiwa

Optical 型錄)進行貼合後之精度量測驗證，實體顯微鏡相關規格如表 5.2及

圖 5.6所示。

表 5.2 實體顯微鏡相關規格

品名 實體顯微鏡

廠牌 Seiwa Optical

型號 SDM-TR-67

目鏡 WF10X

物鏡 5X;10X;20X;40X

總倍率 50X-400X

圖 5.6 實體顯微鏡相關規格

66

5.2 精度量測方法與結果

5.2.1 槓桿式千分表量測結果

利用槓桿式千分表量測各移動軸之滑軌平行度及重複精度，架設方式

如圖 5.7所示。將千分表之支架吸附在一線性滑軌上，而千分表頂針靠著量

測軸並移動機架之滑塊，用以量測各軸組裝之平行度，再將千分表及支架

吸附在一固定位置上並驅動伺服滑台可量測各伺服軸之重現精度，並記錄

下指針位移數據進行分析。千分表量測相同速度下三十筆數據之重現精度，

如表 5.3所示。撕膜軸重現精度可達到 0.002 mm，入料軸可達到 0.003 mm

，上腔軸與下腔軸亦可達到 0.002 mm。由此可見，在直線運動之移動軸選

用及確實驗證都可以達到很好的重現精度，故機台穩定性與良率也會提升。

(a) (b)

圖 5.7 槓桿式千分表量測過程

67

表 5.3使用千分表量測相同速度下三十筆數據之重現精度最大值及最小值

NO. 檢驗軸/速度 MAX MIN MAX-MIN

1 撕膜 Y軸_100mm/sec -0.006 -0.009 0.003

2 撕膜 X軸_100mm/sec 0.018 0.016 0.002

3 撕膜 Z軸_100mm/sec -0.001 -0.003 0.002

4 T/P 入料 Y軸100mm/sec 0.008 0.005 0.003

5 T/P 入料 X軸100mm/sec -0.003 -0.007 0.004

6 T/P2 入料 Y軸100mm/sec 0.003 0.000 0.003

7 B腔上腔 X軸100mm/sec 0.008 0.005 0.003

8 A腔上腔 X軸100mm/sec 0.005 0.002 0.003

9 B腔上載台腔 Y軸100mm/sec -0.002 -0.006 0.004

10 B腔下載台腔 Y軸100mm/sec 0.001 -0.001 0.002

量測單位:mm

5.2.2 XL-80 雷射系統

雷射系統之架設方式如圖 5.8 所示。此驗證主要是利用雷射系統穩定

的長行程高量測精度來進行在奈米等級的位置量測或位置回授。使用雷射

系統量測不同速度下三十筆數據之精度結果如表 5.4 所示。量測之精度可

到 0.0001 mm，相較前一小節之千分表量測具更高之量測精度。直線移動軸

之精度最低達到 0.0014 mm 之重現精度，故用以設計出真空貼合模組可具

68

較高之重現精度。

(a) (b)

圖 5.8 雷射系統量測過程

表 5.4使用雷射系統量測相同速度下三十筆數據之重現精度

NO. 檢驗軸/速度 MAX MIN MAX-MIN

1 撕膜 Y軸-200mm/sec 1161.7458 1161.7434 0.0024

2 撕膜 Y軸-100mm/sec 1161.7444 1161.7426 0.0018

3 撕膜 Y軸-1000mm/sec 1161.7481 1161.7435 0.0046

4 T/P2 載台 Y軸-100mm/sec 981.8212 981.8166 0.0046

5 T/P2 載台 Y軸-500mm/sec 981.8368 981.8342 0.0026

6A腔上載台腔 Y軸

-100mm/sec-629.7886 -629.7911 0.0025

69

7A腔上載台腔 Y軸

-800mm/sec-629.7863 -629.7877 0.0014

8 B腔上腔 X軸-100mm/sec 634.9317 634.9260 0.0057

9 B腔上腔 X軸-800mm/sec 634.9329 634.9241 0.0088

10 T/P 撕膜站 X軸-100mm/sec 1254.2200 1254.2167 0.0033

11 T/P 撕膜站 X軸-1250mm/sec 1254.2258 1254.2230 0.0028

量測單位:mm

5.3 Tact Time測試結果

設備運轉後可經由本論文所提出之人機介面來記錄連續運轉之

Tact Time，如圖 5.9所示。連續運轉 20次之 Tact Time如表 5.5所示，平均

Tact Time 可以降低到 10.4秒完成一個製程週期，製程速度快且製程穩定，

符合現今業界所要求的規格。

圖 5.9 設備運轉測試之 Tact Time 人機顯示頁面

70

表 5.5 連續運轉測試 20次之 Tact Time 數值

編號 時間(秒) 編號 時間(秒)NO.1 9.8 NO.11 11.2NO.2 11.0 NO.12 9.8NO.3 11.2 NO.13 10.1NO.4 9.9 NO.14 10.9NO.5 10.0 NO.15 11.1NO.6 10.9 NO.16 9.8NO.7 11.2 NO.17 10.0NO.8 9.9 NO.18 10.9NO.9 10.1 NO.19 11.4NO.10 10.8 NO.20 9.8

平均秒數 10.4

5.4 組裝過程之精度檢驗方式與檢表

為了檢驗並清楚紀錄及控制精度，本論文設計一檢表提供檢驗人員方

便檢驗各系統之精度，如圖 5.10所示。檢表包含了檢驗項目、檢驗方法、

驗收標準、檢驗紀錄、檢驗人員、驗收判定、驗收人員、量測條件、實測

與驗收實測之表格及檢測位置示意圖。提供檢驗人員參考並按表填寫該量

測結果。此外，此檢表也能提供給後續人員進行資料分析及未來改善之數

據。

71

圖 5.10 貼合站上腔體 X軸滑軌平行度之檢表

5.5 真空貼合驗證

真空貼合驗證實驗用光學玻璃樣品，如下圖 5.11 所示。光學玻璃樣品

規格長為 131.9 mm，寬為 65.11 mm，厚度為 1.12 mm。進行真空貼合後如

圖 5.12所示，並以顯微鏡量測其精度，如表 5.6及圖 5.13所示。貼合精度

DX與 DY估計可以達到±0.2 mm，θ之精度可以達到±1度。實際量測結果

DX與 DY分別達到 0.04 mm 與 0.01 mm，θ之精度也達到 0.351度，相較

72

於估計值更高之精度，且也遠超出原先預設之規格，這主要是因為本論文

所設計盡量減少多餘零件之應用，選擇之零件皆有要求高精度，且組裝及

驗證也是高規格的要求其精度控制，故能達到高精度、高重現性及高製程

速度來提升貼合良率及生產速度。

圖 5.11 真空貼合驗證實驗用玻璃樣品

圖 5.12 真空貼合後之玻璃樣品

73

表 5.6 真空貼合後精度量測數據

LCM_A上

DX DY θ1 2 3

Spec 0.0±0.2mm 0.0±0.2mm 0.0±1°Max spec 0.200 0.200 1.000Min spec -0.200 -0.200 -1.000MAX 0.084 0.061 0.740MIN -0.021 -0.056 0.032

Average 0.040 0.010 0.351Std dev. σ 0.030 0.028 0.224

1 0.084 0.026 0.5002 0.006 0.061 0.5003 0.076 -0.033 0.2104 -0.021 0.003 0.4105 0.002 0.020 0.1106 0.036 0.032 0.2407 0.068 0.031 0.0908 0.077 -0.015 0.2109 0.003 0.001 0.09010 0.057 0.019 0.71011 0.072 0.016 0.39012 0.068 0.016 0.43013 0.002 0.001 0.08014 0.005 0.001 0.74015 0.064 0.024 0.44016 0.078 -0.056 0.03217 0.027 0.054 0.74018 0.036 0.004 0.62019 0.042 -0.009 0.21020 0.055 -0.036 0.42021 0.031 -0.015 0.24022 0.022 0.036 0.12023 0.034 0.034 0.27024 0.048 0.033 0.620

74

Spec 0.0±0.2mm 0.0±0.2mm 0.0±1°Max spec 0.200 0.200 1.000Min spec -0.200 -0.200 -1.000MAX 0.084 0.061 0.740MIN -0.021 -0.056 0.032

Average 0.040 0.010 0.351（＋／－） 0.053 0.059 0.354Std dev. σ 0.030 0.028 0.224

Ca 0.202 0.052 0.351CpU 1.768 2.247 0.964CpL 2.666 2.491 2.007Cp 2.217 2.369 1.485Cpk 1.77 2.25 0.96

75

圖 5.13 真空貼合後精度量測結果曲線分佈圖(DX、DY、θ)

精

度

數

值

精

度

數

值

精

度

數

值

量測筆數

量測筆數

量測筆數

76

第六章 結論與未來展望

本論文提出一多功能真空貼合之設備，此設備具有高精度、高解析度、

高良率、高產能與高性價比之特性。此設備經過各相關人員通力合作下完

成了設計、組裝、程式撰寫、驗證、國際性觸控面板展覽。此外，此設備

更運送到國外客戶端實機生產，且在驗證過程中，不斷的因為元件選用無

法達到預期功能而進行拆裝與修改，接著若驗證不行將再繼續修改，直到

最終驗證結果達到設定值為止。本設備除了觸控面板(觸控模組+LCM 模組)

真空貼合外，也整合了觸控模組與 OCA的高速大氣貼合的功能。在設備的

開發過程，對於真空貼合相關的經驗收穫豐富，其中包括貼合對位視覺系

統及修正系統的設計、製造與應用、新型上下真空腔體設計、開發、控制

與驗證...等。

因此，最終實機驗證的部分特地到國外做了目前最熱門的穿戴裝置之

智慧型手錶的異形產品的生產及驗證，生產過程由於產品為異形緣故，因

此，從剛開始的取像計算式異常頻繁發生到最後穩定性及生產良率高於預

期的 99 %。也由於取像計算異常發生頻繁的緣故，我們推導了圓型產品的

三點定圓心及五點定圓心及角度的演算式更在方形或矩形的產品上使用 2、

4、8點的取像方式來使精度及穩定度大幅度提升。而最終生產驗證量測值

DX與 DY分別可達到 0.04 mm 與 0.01 mm，θ之精度也達到 0.351度，與估

計值更高之精度，且也優於原先預設之規格，但在觀察實際生產之 Tact Time

後發現人工作業的速度會是造成設備 Tact Time 有時會超過 10秒的主因，

77

若排除人員作業延遲因素是可以在整體 10秒內的產出的。

此設備在設計及驗證完成後，即開始著手檢索相關之專利，並申請專

利保護。此設備為真空貼合領域之新創設計，因此，委請劍橋專利事務所

協助國內外之專利相關申請，智慧局申請案號為：105200868及中國大陸申

請案號 201620099117.4，專利申請案之說明書內容及圖式如附錄一。

未來可研究之方向，建議如下 :

1.未來可撓式(Flexible)產品出現後可否以大氣貼合滾貼模式對應

生產還需再做後續驗證。

2.未 來 曲 面 產 品 出 現 後 ， 上 腔 體 除 了 平 面 貼 合 治 具 外 再 加

上氣囊輔助充氣貼合後是否能對應，未來可再進一步驗證與探

討。

3.本文目前只針對產品厚度 0.5mm 以上的做驗證，未來可能會有

更薄之尺寸出現可再進一步驗證與探討。

4.本文真空腔體抽真空之製程時間需時 5 秒，未來可望再提高真

空 Pump 的抽氣速率來讓整體產能再作提升。

5.本文真空貼合設備尚有部分動作需靠人工作業來完成也成為

了整機無法控制的時間因素，未來期望能發展自動清潔與檢測

系統並整合自動取放料之架構，使其成為完全無人作業之全自

動真空貼合設備。

78

參考文獻

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工程學系碩士論文，2012。

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大學機械工程研究所碩士論文，2013。

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79

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研究”，現代顯示，第 23卷第 11期 pp.34-37，2012。

[12] 達道安，真空設計手冊(第三版)，北京，國防工業出版社，2004。

80

附錄一

81

82

【新型摘要】

【中文新型名稱】 真空貼合機

【中文】

本新型係有關一種真空貼合機，其於一機架設置包括有：一第

一平移裝置；一高位下腔體，結合於該第一平移裝置，而令該高

位下腔體於一檢測位置與一貼合位置來回平移；一第二平移裝

置；一低位下腔體，結合於該第二平移裝置，而該低位下腔體於

該高位下腔體之下方平移，且令該低位下腔體於該檢測位置與該

貼合位置來回平移；一第三平移裝置，而該第三平移裝置平移軸

向與該第一平移裝置垂直；一第一升降裝置，結合於該第三平移

裝置；一檢測裝置，結合於該第一升降裝置，而令該檢測裝置位

於該檢測位置；一第二升降裝置；以及一上腔體，結合於該第二

升降裝置，而令該上腔體位於該貼合位置。藉此，本新型令高

位與低位兩個下腔體搭配一個上腔體，而讓該高位下腔體與該低

位下腔體可交替與該上腔體進行工件真空貼合的工作；是以，具

有設備充分利用且節省空間之功效。

【指定代表圖】 圖 2 新型技術圖式

【代表圖之符號簡單說明】

10高位下腔體

11第一平移裝置

20低位下腔體

83

21第二平移裝置

30檢測裝置

31第三平移裝置

32第一升降裝置

40上腔體

41第四平移裝置

42第二升降裝置

100機架

84

【新型說明書】

【中文新型名稱】 真空貼合機

【技術領域】

【 0001】 本新型係有關一種真空貼合機，尤指一種把兩個下

腔體搭配一個上腔體，而讓兩下腔體可交替與上腔體進行工

件真空貼合之設計者。

【先前技術】

【 0002】 按，如〔圖 1〕所示，習知的真空貼合機，係於一

機架 100a並列設置包括有：數 (圖示有四 )升降裝置 51、數 (圖

示有四 )縱移裝置 61與數 (圖示有二 )橫移裝置 71，並於各該升

降裝置 51結合有上腔體 50，且於各該縱移裝置 61結合有下腔

體 60，另於各該橫移裝置 71結合有檢測裝置 70，而令各該上

腔體 50與各該下腔體 60一一配對；因此，習知的真空貼合機

係一個下腔體 60配一個上腔體 50，但因下腔體 60除了與下腔

體 60共同進行工件真空貼合的工作之外，還要獨自進行乘載

待貼合工件且由檢測裝置 70進行檢測工作，此時的上腔體 50

乃呈現閒置狀態，不但設備無法有效利用且佔用空間。

【新型內容】

【 0003】 本新型之主要目的，係欲解決先前技術設備無法有

效利用且佔用空間之問題，而具有設備充分利用且節省空間

之功效。

85

【 0004】 為達上述功效，本新型之結構特徵，係於一機架設

置包括有：一第一平移裝置；一高位下腔體，結合於該第一

平移裝置，而令該高位下腔體於一檢測位置與一貼合位置來

回平移；一第二平移裝置；一低位下腔體，結合於該第二平

移裝置，而該低位下腔體於該高位下腔體之下方平移，且令

該低位下腔體於該檢測位置與該貼合位置來回平移；一第三

平移裝置，而該第三平移裝置平移軸向與該第一平移裝置垂

直；一第一升降裝置，結合於該第三平移裝置；一檢測裝置，

結合於該第一升降裝置，而令該檢測裝置位於該檢測位置；

一第二升降裝置；以及一上腔體，結合於該第二升降裝置，

而令該上腔體位於該貼合位置。

【 0005】 此外，該第二升降裝置進一步結合於一第四平移裝

置，再藉由該第四平移裝置設置於該機架，而該第四平移裝

置之平移軸向與該第一平移裝置垂直。

【 0006】 於是，本新型係令高位與低位兩個下腔體搭配一個

上腔體，而讓該高位下腔體與該低位下腔體可交替由該檢測

裝置進行檢測及與該上腔體進行工件真空貼合的工作；是以，

具有設備充分利用且節省空間之功效。

【圖式簡單說明】

【 0007】

〔圖 1〕係習知真空貼合機之結構立體圖。

〔圖 2〕係本新型之結構立體圖。

86

〔圖 3〕係本新型兩下腔體及其平移裝置之結構立體圖 (一 )。

〔圖 4〕係本新型兩下腔體及其平移裝置之結構立體圖 (二 )。

【實施方式】

【 0008】 首先，請參閱〔圖 2〕～〔圖 4〕所示，本新型係於

一機架 100設置包括有：一第一平移裝置 11；一高位下腔體 10，

結合於該第一平移裝置 11，而令該高位下腔體 10於一檢測位

置與一貼合位置來回平移；一第二平移裝置 21；一低位下腔

體 20，結合於該第二平移裝置 21，而該低位下腔體 20於該高

位下腔體 10之下方平移，且令該低位下腔體 20於該檢測位置

與該貼合位置來回平移；一第三平移裝置 31，平移軸向與該

第一平移裝置 11垂直；一第一升降裝置 32，結合於該第三平

移裝置 31；一檢測裝置 30，結合於該第一升降裝置 32，而令

該檢測裝置 30位於該檢測位置；一第二升降裝置 42；以及一

上腔體 40，結合於該第二升降裝置 42，而令該上腔體 40位於

該貼合位置；藉此，當該高位下腔體 10(或該低位下腔體 20)

停駐於該檢測位置乘載待貼合工件，且由該檢測裝置 30進行

檢測，該低位下腔體 20(或該高位下腔體 10)則停駐於該貼合位

置，並使該上腔體 40下降與該低位下腔體 20(或該高位下腔體

10)靠合且進行工件真空貼合。

【 0009】 再者，該第二升降裝置 42可進一步結合於一第四平

移裝置 41，再藉由該第四平移裝置 41設置於該機架 100，而該

第四平移裝置 41之平移軸向與該第一平移裝置 11垂直，致使

87

該上腔體 40可橫移。

【 0010】 基於如是之構成，本新型係令高位下腔體 10與低位

下腔體 20等兩個下腔體搭配一個上腔體 40，而讓該高位下腔

體 10與該低位下腔體 20可交替與該上腔體 40進行工件真空貼

合的工作；是以，具有設備充分利用且節省空間之功效。

【 0011】 綜上所述，本新型所揭示之構造，為昔所無，且確

能達到功效之增進，並具可供產業利用性，完全符合新型專

利要件，祈請 鈞局核賜專利，以勵創新，無任德感。

【 0012】 惟，上述所揭露之圖式、說明，僅為本新型之較佳

實施例，大凡熟悉此項技藝人士，依本案精神範疇所作之修

飾或等效變化，仍應包括在本案申請專利範圍內。

【符號說明】

【 0013】

10高位下腔體

11第一平移裝置

20低位下腔體

21第二平移裝置

30檢測裝置

31第三平移裝置

32第一升降裝置

40上腔體

41第四平移裝置

88

42第二升降裝置

50上腔體

51升降裝置

60下腔體

61縱移裝置

70檢測裝置

71橫移裝置

100、 100a機架

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【新型申請專利範圍】

【第1項】一種真空貼合機，係於一機架設置包括有：

一第一平移裝置；

一高位下腔體，結合於該第一平移裝置，而令該高位下腔體

於一檢測位置與一貼合位置來回平移；

一第二平移裝置；

一低位下腔體，結合於該第二平移裝置，而該低位下腔體於

該高位下腔體之下方平移，且令該低位下腔體於該檢測位置

與該貼合位置來回平移；

一第三平移裝置，而該第三平移裝置平移軸向與該第一平移

裝置垂直；

一第一升降裝置，結合於該第三平移裝置；

一檢測裝置，結合於該第一升降裝置，而令該檢測裝置位於

該檢測位置；

一第二升降裝置；以及

一上腔體，結合於該第二升降裝置，而令該上腔體位於該貼

合位置。

【第2項】如申請專利範圍第 1項所述之真空貼合機，其中，

該第二升降裝置進一步結合於一第四平移裝置，再藉由該第

四平移裝置設置於該機架，而該第四平移裝置之平移軸向與

該第一平移裝置垂直。

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圖 1 習知真空貼合機之結構立體圖

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圖 2 新型之結構立體圖

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圖 3 新型兩下腔體及其平移裝置之結構立體圖 (一 )

圖 4 新型兩下腔體及其平移裝置之結構立體圖 (二 )