CN210778540U - 一种用于传送晶片的机器人以及手臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于传送晶片的机器人，包括手臂和机器人手指，机器人手指可拆卸连接手臂的末端并用来承托晶片。手臂包括基座和运动机构；基座能够相对于外部机构水平转动；运动机构包括导引臂和若干转动关节；若干转动关节用于驱动导引臂和机器人手指联动，并相对于基座做水平伸缩运动；手臂还包括传感器，传感器安装在导引臂的第一端，且机器人手指朝向导引臂的第二端。当手臂空闲时，导引臂的第一端朝向片盒，使传感器对片盒内的晶片进行侦测；而手臂繁忙时，导引臂的第二端朝向片盒，使机器人手指取放片盒内的晶片。这样做，可减小机器人手指的厚度，增大机器人手指在取片时的可调空间，并降低机器人手指的加工难度。

Description

一种用于传送晶片的机器人以及手臂

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种用于传送晶片的机器人和手臂。

背景技术

晶片是半导体行业的关键元件，随着半导体行业的迅速发展，晶片的搬运技术逐渐成为制约行业发展的关键因素。晶片的传送在洁净环境下进行，要求搬运的时间短，且要避免晶片在搬运过程中受到损伤，以提高晶片生产的效率和成品率，普通的人力传送已经难以满足晶片的搬运要求。因此，晶片传送机器人在晶片传送中得到了广泛的应用。

目前的晶片传送机器人大多在末端安装有执行器，该执行器通常称为机器人手指，机器人手指用来拿取并承托晶片。图1示出了一种机器人手指1，包括保持部2和基部3，保持部2为叉状并提供保持晶片的保持区域H，基部3的前端连接到保持部2，基部3的末端连接到手臂。特别地，还在机器人手指1上配置了传感器，用于侦测晶片存储盒(或称片盒)中晶片的状况，以获取晶片的位置、晶片的数量以及晶片在晶舟上释放破损或斜插片等信息，从而根据这些信息控制机器人手指安全且可靠地拿取晶片。

然而，由于传感器(包括导线和传感器本身)内嵌于机器人手指1中，增大了机器人手指的厚度，这样机器人手指1在片盒内拿取晶片时的可调空间减小，极易刮伤晶片。而且在机器人手指上安装传感器还会增加机器人手指的加工难度，提高制造成本。尤其一旦机器人手指断裂，传感器还需要与机器人手指一同更换，此时，还需要将传感器从断裂的机器人手指上取下，重新装入新的机器人手指，不仅拆装繁琐，效率低，同时还需要重新调试传感器，这些均降低了生产效率，提高了生产成本。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于传送晶片的机器人和手臂，能够减小机器人手指的厚度，提高机器人手指的取放空间，并还能够减小机器人手指的加工难度，降低制造成本。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于传送晶片的手臂，所述手臂的末端用于可拆卸地连接用于承托晶片的机器人手指，其中，所述手臂包括基座和设置于所述基座上的运动机构；所述基座通过转动关节连接至外部机构，以使所述基座能够相对于所述外部机构水平转动；所述运动机构包括导引臂和若干转动关节，所述若干转动关节用于驱动所述导引臂和所述机器人手指联动，并相对于所述基座做水平伸缩运动；

所述手臂还包括传感器，所述导引臂具有相对的第一端和第二端，所述传感器安装在所述导引臂的第一端，且所述机器人手指安装于所述导引臂上并朝向所述导引臂的第二端。

可选地，所述运动机构还包括两组臂部，每组臂部至少包括大臂、过渡臂和小臂；

在每组所述臂部中：所述大臂的前端通过一个转动关节与所述基座连接，以使所述大臂能够相对于所述基座水平转动；所述大臂的后端通过一个转动关节与所述小臂的前端连接，以使所述小臂能够相对于所述大臂水平转动；所述小臂的后端通过一个转动关节与所述过渡臂的前端连接，以使所述过渡臂能够相对于所述小臂水平转动；所述过渡臂的后端与所述导引臂连接；

其中，两组所述臂部中的两个所述过渡臂分别连接至所述导引臂的底部和顶部，且所述机器人手指可拆卸地安装在与所述导引臂的顶部连接的一个所述过渡臂上，或者所述机器人手指可拆卸地安装在所述导引臂上。

可选地，所述导引臂的第一端具有两个延伸臂，两个所述延伸臂均与所述第一端的朝向相同，且所述传感器设置于两个所述延伸臂的端部。

可选地，所述传感器包括接收器和发射器，所述接收器设置在一个所述延伸臂的端部，所述发射器设置在另一个所述延伸臂的端部，且所述发射器和所述接收器之间形成信号通路。

可选地，所述传感器为光电传感器。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种用于传送晶片的机器人，其包括机器人手指以及任一所述的一种用于传送晶片的手臂，所述手臂的末端连接所述机器人手指，以驱使所述机器人手指做水平运动。

可选地，所述机器人手指包括保持部和基部，所述保持部为叉状并形成用于保持晶片的保持区域，所述基部与所述手臂的末端可拆卸地连接，所述保持部上设置有多个凸出的平台，多个所述平台内形成有用于吸附晶片的吸附孔。

可选地，所述保持部上设置有三个所述平台，三个所述平台呈三角形布置。

可选地，每个所述平台通过胶垫与晶片形成软接触。

可选地，所述机器人手指的材料为陶瓷。

与现有技术相比，本实用新型提供的用于传送晶片的机器人以及手臂具有如下优点：

第一、本实用新型的机器人手指上不再安装传感器，而是将传感器安装在驱使机器人手指水平运动的手臂上，这样做，有利于减小机器人手指的厚度，并降低机器人手指的加工难度，从而增大机器人手指在片盒中取放晶片的可调空间，由此降低机器人手指在片盒中取放晶片时刮伤晶片的风险，同时还可降低机器人手指的制造成本。而且即使机器人手指发生断裂，也无需重新拆装和调试传感器，提高了生产效率，进一步降低了生产成本。

第二、本实用新型的手臂包括基座和运动机构，且运动机构包括导引臂和两组臂部，两组臂部分布在导引臂的两侧，以联动的方式驱动导引臂和机器人手指做水平伸缩运动，如当若干转动关节驱动导引臂的第一端伸出时，导引臂的第二端相应的发生缩进，相反的，当若干转动关节驱动导引臂的第二端伸出时，导引臂的第一端相应的发生缩进，如此配置，可较好地避免手臂在检测和取放晶片的过程中与周围的设备产生干扰，操作安全性和可靠性更好。另外，由于传感器的朝向与机器人手指的朝向相反，只要驱动基座180°转动，即可调整传感器和机器人手指的朝向，操作方便。

第三、本实用新型的机器人手指上形成有多个凸出的平台，通过多个平台来真空吸附晶片，这样做可以取消原机器人手指上的密封胶垫，从而降低维护成本，而且即使晶片变形也能较好地吸附晶片，由此提高晶片保持的稳定性和可靠性。尤其地，每个平台通过胶垫与晶片形成软接触，可以较好地保护晶片，降低对晶片的损伤。

附图说明

图1是一种机器人手指的结构示意图；

图2是本实用新型根据一实施例提供的一种用于传送晶片的手臂的结构示意图；

图3是图2所示的手臂上安装了机器人手指的结构示意图；

图4是图2所示的手臂的回转状态示意图；

图5是本实用新型根据一实施例提供的一种机器人手指的结构示意图。

附图标记说明如下：

机器人手指-1；保持部-2；基部-3；保持区域-H；

手臂-10；

基座-11；导引臂-12；传感器-13；接收器-131；发射器-132；大臂-14；小臂-15；过渡臂-16；

机器人手指-20；保持部-21；基部-22；破口-23；平台-24；参考标识-25、25’；安装孔-26、27；转动关节-S1、S3。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合具体附图对本实施例的实现进行详细的描述，为了便于叙述，设空间坐标系(x，y，z)，其中z轴为竖直方向，x轴和y轴所定义的平面为水平面。

图2示出了本实施例提供的手臂10，图3示出了图2所示的手臂10安装了机器人手指20的工作状态，图4示出了图2所示手臂10的回转状态。如图2～4所示，所述手臂10具体应用在传送晶片的机器人上，且手臂10的末端用于可拆卸地连接机器人手指20(参阅图3)，从而通过手臂10驱使机器人手指20做水平运动，使机器人手指20完成将晶片从片盒传送至另一个片盒或传送至加工工位的工作过程。但本实用新型对手臂10的具体构型不作限定，例如包括但不限于图2和图3所示的联动构型。

本实施例中，所述手臂10包括基座11和设置于基座11上的运动机构。其中，基座11通过转动关节(未标示)连接至外部机构，以实现基座11的水平转动，从而带动整个运动机构也能够实现水平转动，最终实现手臂10绕z轴的转动。本实用新型的外部机构主要是外部用来安装手臂10的结构，对其不作限定。

所述运动机构具体包括导引臂12和若干转动关节，若干所述转动关节用于驱动导引臂12和机器人手指20相对于基座11做水平伸缩运动，以实现手臂10沿x轴和y轴的移动，并且导引臂12和机器人手指20联动。这里，“联动”指的是导引臂12和机器人手指20的伸缩方向相同，例如导引臂12靠近片盒时，机器人手指20同步也靠近片盒，反之，导引臂12远离片盒时，机器人手指20也远离片盒。片盒即是用于存放晶片的容器。更具体的，所述导引臂12具有相反的第一端和第二端；当若干所述转动关节驱动导引臂12的第一端伸出时，导引臂12的第二端相应的发生缩进；相反的，当若干所述转动关节驱动导引臂12的第二端伸出时，导引臂12的第一端相应的发生缩进。

特别地，所述手臂10还包括传感器13，但传感器13的类型和作用不作具体限制。在一示范性的实施例中，所述传感器13可以是光电传感器，并可利用该光电传感器对片盒内的晶片进行扫描，从而可以提前侦测晶片的异常(如破损或斜片)和脱片等状态，进而避免因为晶片的异常和脱片等造成与机器人手指的碰撞。具体来说，在机器人手指20拿取晶片之前，先通过传感器13对片盒中晶片进行扫描，如果传感器13检测到待取的晶片存在异常或脱片等问题，则手臂10停止取片。例如传送晶片的机器人还包括控制器，分别与传感器13以及手臂10通讯连接。所述传感器13所检测到的数据(或称信息)发送到控制器，所述控制器根据传感器13的检测结果判断晶片是否存在异常情况(如破损、斜片)，若存在异常，则通知手臂10停止取片，并还可发出警报，若不存在异常，则通知手臂10正常取片。另外，所述手臂10还会根据控制器的指令，取出片盒中指定位置的晶片，又例如，传感器13扫描到片盒中指定位置不存在晶片时，控制器也会及时通知手臂10停止取片或更改取片位置。

本实用新型对传感器11的具体类型不作限定，可以是对射型光电传感器，也可以反射型光电传感器，或者是其他非光学的传感器。而所述控制器可以是执行逻辑运算的硬件，例如，单片机、微处理器、可编程逻辑控制器(PLC，Programmable Logic Controller)或者现场可编程逻辑门阵列(FPGA，Field-Programmable Gate Array)，或者是在硬件基础上的实现上述功能的软件程序、功能模块、函数、目标库(Object Libraries)或动态链接库(Dynamic-Link Libraries)，由于控制器和传感器以及手臂间的通讯方式也是本领域公知的，故在此亦不作详细介绍。

此外，所述传感器13具体安装在导引臂12的第一端，而机器人手指20朝向导引臂12的第二端，也即，机器人手指20的朝向与传感器13的朝向正好相反。如此，当手臂10空闲时，可驱动基座11转动，使导引臂12的第一端朝向片盒，进而再驱动导引臂的第一端伸出以靠近片盒，此时，机器人手指20朝第一端的方向缩进，便于利用传感器13对片盒内的晶片进行侦测；而当手臂10繁忙时，可驱动基座11转动180°，使导引臂12的第二端朝向片盒，再驱动导引臂的第二端伸出以靠近片盒，此时，传感器13朝第二端的方向缩进，方便利用机器人手指20取放片盒内的晶片。在此，利用导引臂12和机器人手指20的联动伸缩，使手臂20能够避免在检测和取放晶片的过程中与周围的设备产生干扰，从而提高手臂安全性和可靠性。

本实施例中，导引臂12的第一端具有两个延伸臂，两个所述延伸臂均与所述第一端的朝向相同，且所述传感器13设置于两个所述延伸臂的端部。以传感器13为对射型光电传感器作为示意，传感器13可包括接收器131和发射器132。所述接收器131设置在一个所述延伸臂的端部，所述发射器132设置在另一个所述延伸臂的端部，且所述传感器13形成从发射器132开始并到达接收器131的光学通路(即信号通路)，所述光学通路被配置为能够顺利侦测到片盒中的晶片。进一步的，所述发射器132是包括发光元件等的光源，所述接收器131包括光接收元件并且接收来自发射器132的光。

可见，在本实施例提供的机器人手指20上无需再安装上述传感器13，从而机器人手指20的厚度可以减小，相应的，在确保机器人手指20具备足够的可调空间的情况下，机器人手指20的加工难度还可以降低，从而降低机器人手指的加工成本，同时也增大了机器人手指20在片盒中取放晶片的可调空间，由此降低机器人手指在片盒中取放晶片时刮伤晶片的风险。而且由于传感器13设置在手臂10上，即使机器人手指20发生断裂，也无需重新拆装和调试传感器，从而提高了生产效率，进一步降低了生产成本。

进一步，如图4所示，所述接收器131和发射器132的连线的垂线优选经过手臂10的回转中心O，或者说，所述接收器131和发射器132的连线的垂线经过手臂10的回转轴线，此时，所形成的光路较短，可以提高检测结果的准确性和检测效率。而且，传感器13设置在手臂10的回转半径R上，使传感器距离片盒不会太远，便于保证传感器的检测量程。

继续参考图2和图3，在一非限制性的实施例中，所述运动机构还包括两组臂部，每组臂部包括依次连接的大臂14、小臂15和过渡臂16。具体而言，在每组所述臂部中：所述大臂14的前端通过转动关节S1与基座11连接，以使大臂14通过转动关节S1相对于基座11水平转动；所述大臂14的后端通过转动关节(未图示)与小臂15的前端连接，以使小臂15通过转动关节相对于大臂14水平转动；所述小臂15的后端通过转动关节S3与过渡臂16的前端连接，以使过渡臂16通过转动关节S3相对于小臂15水平转动；所述过渡臂16的后端连接至导引臂12。并且，两组所述臂部中的两个所述过渡臂16分别连接至所述导引臂12的底部和顶部。进一步，所述机器人手指20可拆卸地安装在与所述导引臂12之顶部连接的一个所述过渡臂16上，且机器人手指20朝向导引臂16的第二端。在替代性实施例中，所述机器人手指20可拆卸地安装在导引臂16上，且机器人手指20朝向导引臂16的第二端。于是，每组臂部与导引臂12形成一个平面四连杆机构，从而通过两组臂部可形成两个平面四连杆驱动机构，实现了机器人手指20在水平面内的移动。优选的，空间坐标系的原点设定在手臂10的回转中心O上。进一步的，所述导引臂16的延长线与手臂10的回转轴线相交，如图4所示。

进一步的，所述导引臂12的第一端于两个延伸臂之间形成有缺口，该缺口的形状不作限定，例如是“U”形、“V”形或“C”形。所述接收器131和发射器132分别设置在两个延伸臂的端部，两者可以面对面、平行或斜向布置，布置方式不作限定，只要发射器132发射的信号能够被接收器131接收到即可。此外，所述接收器131和发射器132的连线的长度L根据传感器13的量程来设定，本实用新型对此不限定。

在替代性实施例中，所述手臂10还可以是平面五杆并联驱动机构。或者，所述手臂10还可以是单组臂部，即手臂10包括依次连接的基座、大臂、小臂、过渡臂和导引臂，所述大臂的前端通过转动关节与所述基座转动连接，所述大臂的后端通过另一个转动关节与所述小臂的前端转动连接，所述小臂的后端又通过一个转动关节与过渡臂转动连接，所述过渡臂与导引臂连接，导引臂的第一端安装传感器13，过渡臂或导引臂上安装机器人手指20，且机器人手指的朝向与传感器13相反，且所有转动关节的轴线相互平行并沿竖直方向布置。

进一步，图5示出了本实施例提供的一种机器人手指20，该机器人手指20与前述手臂10的末端可拆卸地连接，但可拆卸连接的方式不作限定，包括但不限于螺丝连接。本实施例中，所述机器人手指20包括保持部21和基部22。所述保持部21为叉状并提供保持晶片的保持区域，所述基部22的前端连接到保持部21，基部22的后端连接到手臂10。显然，本实施例的机器人手指20取消了上述传感器13，故而其厚度相比于原有机器人手指可以更薄，因此，机器人手指20在片盒中的可调空间更大，更不容易刮伤晶片，而且其加工难度也更低，制造成本低。进一步的，所述机器人手指20为一体成型结构，并为一薄板件，可通过冲压或机加工方式获取。所述机器人手指的材料可以是铝合金或陶瓷，更优选为陶瓷，耐热性好且不易变形。

如图5所示，所述保持部21具有避位用的破口23，该破口23的形状包括但不限于圆形。例如晶片通过真空吸盘吸附于加工机台上，此时，破口23的形状与真空吸盘的形状相匹配，以避让真空吸盘。本实施例中，晶片真空吸附于机器人手指20上，优选的，所述保持部21上形成有多个凸出的平台24，多个所述平台24内形成有用于吸附晶片的吸附孔。进一步，平台24的高度相同，以确保晶片保持的平整度。平台24的形状包括但不限于为圆形，还可以是梯形、方形或不规则形状，本实用新型对此不限定。优选的，平台24与保持部22一体成型。此外，所述机器人手指20的内部形成有真空通道(未图示)，与所述平台24上的吸附孔连通。进一步优选在保持部22上仅设置三个平台24，三个所述平台24呈三角形布置，结构简单，吸附效果好。应知晓，利用三个平台形成三点来保持晶片，即使晶片变形，也可较好地保证每个平台与晶片在贴合处的密封性，避免了整个表面用于吸附晶片时所存在的漏气问题，因此，可较好的保证吸附的可靠性和有效性，有效防止晶片从机器人手指上掉落。而且也无需如现有那样设置密封用的胶垫，不但可降低成本，而且也无需因胶垫磨损而经常性地更换胶垫，因此，进一步提高了生产效率。更进一步优选的，每个平台24通过胶垫与晶片形成软接触，可以较好地保护晶片，降低对晶片的损伤。优选的，以嵌入方式在平台内设置胶垫，以此保证平台的高度不会过高而影响吸附效果。

所述机器人手指20还包括参考标识25，通过一个或多个参考标识25来确定取片的位置。例如在机器人手指20上设置两个参考标识25和25’，其中一个参考标识25用于确定8寸晶片的取片位置，另一个参考标识25’用于确定12寸晶片的取片位置，这样取片更方便。所述参考标识25及25’可以是刻线，也可以是浅沟槽。可选的，所述参考标识25及25’均为圆弧形状，且圆心与晶片的圆心重合。

所述基部22与手臂10可拆卸地连接，例如所述基部22的后端位置设置有若干安装孔26，用于拧螺丝。安装孔26的数量不限定，可以是一个或多个，例如四个。此外，所述基部22的后端还可设置与外部抽真空设备连接的安装孔27，该安装孔27与机器人手指内部的真空通道连通。

进一步，本实施例还提供了一种用于传送晶片的机器人，其包括本实施例的手臂10和机器人手指20，机器人手指20可拆卸地连接于手臂10的末端，并用于承托晶片。本实施例的机器人可适用于光刻胶涂布时的晶片传送，但是包括但不限于此应用，当本领域技术人员面临类似于本实用新型所要解决的技术问题时，任何在上述实施例提供的方式基础上进行变换的内容，均属于本实用新型所保护的范围。此外，如果将传感器设置在手臂上而导致原因手臂的回转半径产生变化，该变化如果造成手臂与周围设备干涉，则可调整手臂的缩臂程度来避免此问题。

综上所述，上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于传送晶片的手臂，所述手臂的末端用于可拆卸地连接用于承托晶片的机器人手指，其特征在于，所述手臂包括基座和设置于所述基座上的运动机构；所述基座通过转动关节连接至外部机构，以使所述基座能够相对于所述外部机构水平转动；所述运动机构包括导引臂和若干转动关节；所述若干转动关节用于驱动所述导引臂和所述机器人手指联动，并相对于所述基座做水平伸缩运动；

所述手臂还包括传感器，所述导引臂具有相对的第一端和第二端，所述传感器安装在所述导引臂的第一端，且所述机器人手指安装于所述导引臂上并朝向所述导引臂的第二端。

2.根据权利要求1所述的一种用于传送晶片的手臂，其特征在于，所述运动机构还包括两组臂部，每组臂部至少包括大臂、过渡臂和小臂；

在每组所述臂部中：所述大臂的前端通过一个转动关节与所述基座连接，以使所述大臂能够相对于所述基座水平转动；所述大臂的后端通过一个转动关节与所述小臂的前端连接，以使所述小臂能够相对于所述大臂水平转动；所述小臂的后端通过一个转动关节与所述过渡臂的前端连接，以使所述过渡臂能够相对于所述小臂水平转动；所述过渡臂的后端与所述导引臂连接；

其中，两组所述臂部中的两个所述过渡臂分别连接至所述导引臂的底部和顶部，且所述机器人手指可拆卸地安装在与所述导引臂的顶部连接的一个所述过渡臂上，或者所述机器人手指可拆卸地安装在所述导引臂上。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于传送晶片的手臂，其特征在于，所述导引臂的第一端具有两个延伸臂，两个所述延伸臂均与所述第一端的朝向相同，且所述传感器设置于两个所述延伸臂的端部。

4.根据权利要求3所述的一种用于传送晶片的手臂，其特征在于，所述传感器包括接收器和发射器，所述接收器设置在一个所述延伸臂的端部，所述发射器设置在另一个所述延伸臂的端部，且所述发射器和所述接收器之间形成信号通路。

5.根据权利要求1所述的一种用于传送晶片的手臂，其特征在于，所述传感器为光电传感器。

6.一种用于传送晶片的机器人，其特征在于，包括机器人手指以及如权利要求1-5中任一所述的一种用于传送晶片的手臂，所述手臂的末端连接所述机器人手指，以驱使所述机器人手指做水平运动。

7.根据权利要求6所述的一种用于传送晶片的机器人，其特征在于，所述机器人手指包括保持部和基部，所述保持部为叉状并形成用于保持晶片的保持区域，所述基部与所述手臂的末端可拆卸地连接，所述保持部上设置有多个凸出的平台，多个所述平台内形成有用于吸附晶片的吸附孔。

8.根据权利要求7所述的一种用于传送晶片的机器人，其特征在于，所述保持部上设置有三个所述平台，三个所述平台呈三角形布置。

9.根据权利要求8所述的一种用于传送晶片的机器人，其特征在于，每个所述平台通过胶垫与晶片形成软接触。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的一种用于传送晶片的机器人，其特征在于，所述机器人手指的材料为陶瓷。

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