DE102009059936A1 - Gripper for use in e.g. robot arm for contactlessly retaining silicon-based wafers to manufacture photovoltaic system, has suction heads movably held in suction head retainer orthogonal to plane of support device - Google Patents

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Abstract

The gripper has sucking areas embedded in a support device (10) and subjected to low pressure, where the sucking areas have suction heads (20), and a suction head retainer (22) is provided in the support device. The suction heads are movably held in the suction head retainer orthogonal to a plane of the support device, and a circular contact surface (42) is provided in a front side of the suction heads, where the front side is turned towards a silicon-based wafer (44). A suction chamber (46) is formed within the contact surface and attached to a suction channel (16). An independent claim is also included for a method for transporting flat components e.g. silicon-based wafers.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Greifer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The present invention relates to a gripper according to the preamble of claim 1.

Bei der Herstellung von Solarzellen, insbesondere für Photovoltaikanlagen, werden hochempfindliche, siliziumbasierte Wafer benötigt, die während des Produktionsprozesses teilweise in Einzelbehältern und teilweise in Sammelbehältern (bis zu 100 Stück) untergebracht werden. Weil die Wafer aber in sich biegsam sind und eine sehr empfindliche Oberfläche besitzen, muss vor allem beim Umsetzen der Wafer von einem Behälter in einen anderen höchste Sorgfalt angewandt werden.The production of solar cells, in particular for photovoltaic systems, requires highly sensitive, silicon-based wafers, which are partly housed in individual containers during the production process and partly in collection containers (up to 100 units). However, because the wafers are inherently flexible and have a very delicate surface, the utmost care must be taken in converting the wafers from one container to another.

Es sind gattungsgemäße Greifer bekannt, die über eine Trägervorrichtung und drei daran angebrachte Saugstellen verfügen und das Bauteil dementsprechend an drei Punkten ansaugen und halten. Dabei kann es vorkommen, dass nach dem Annähern des Greifers an das Bauteil nicht alle Saugstellen unmittelbar am Bauteil anliegen mit der Folge, dass entweder nicht alle Saugstellen greifen oder dass das Bauteil nicht parallel zur Trägervorrichtung des Greifers gehalten wird. Letzteres kann beim Absetzen des Bauteiles, insbesondere bei Sammelbehältern, zu Problemen führen. Auch kann es passieren, dass sich das in sich labile Bauteil zumindest während des Transportes verformt wird, was zu bleibenden Schäden führen kann und was zu Problemen beim Absetzen des Bauteiles führen kann.There are generic grippers are known which have a support device and three attached suction and suck the component accordingly at three points and hold. It may happen that after the approach of the gripper to the component not all suction located directly on the component with the result that either not all suction points grip or that the component is not held parallel to the carrier device of the gripper. The latter can lead to problems when settling the component, in particular collecting containers. It can also happen that the inherently labile component is deformed at least during transport, which can lead to permanent damage and which can lead to problems when settling the component.

Ein besonders häufig auftretendes Problem besteht darin, dass beim Ansaugen des Wafers dieser zumindest teilweise mit einem kleinen Ruck angesaugt wird, was zu Beschädigungen der Oberfläche führen kann.A particularly common problem is that when sucking the wafer this is at least partially sucked in with a small jolt, which can lead to damage to the surface.

Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass die Bauteile, insbesondere die Wafer, aber auch die Saugstellen, fertigungsbedingt Toleranzen aufweisen, weshalb nach der Annäherung des Greifers an den Wafer einzelne Saugstellen unmittelbar an diesem anliegen, während andere Saugstellen noch einen gewissen Abstand aufweisen. Wenn nun die Saugstellen mit Unterdruck beaufschlagt werden, wird der Wafer an allen Saugstellen angesaugt, was bei den beabstandeten Saugstellen zu einem gewissen ruckartigen Anlegen des Wafers führt. Auch kann der Wafer hierdurch in sich verformt werden, was zu bleibenden Schäden führen kann und was beim Absetzen des Wafers zu einem verkanten führen kann.In this case, the invention is based on the knowledge that the components, in particular the wafer, but also the suction points, manufacturing tolerances, which is why, after the approach of the gripper to the wafer single suction directly abut this, while other suction still have a certain distance. If now the suction points are subjected to negative pressure, the wafer is sucked at all suction points, resulting in the spaced suction points to a certain jerky application of the wafer. Also, the wafer can be deformed in this way, which can lead to permanent damage and what can lead to tilting when discontinuing the wafer.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Greifer der eingangs genannten Art zu schaffen, der fertigungsbedingte Toleranzen am Bauteil und/oder an der Saugstelle ausgleicht.On this basis, the present invention, the object of the invention to provide a gripper of the type mentioned, which compensates for manufacturing tolerances on the component and / or at the suction point.

Als technische Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Greifer der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Greifers sind den Unteransprüchen zu entnehmen.As a technical solution to this problem, a gripper of the type mentioned is proposed according to the invention with the features of claim 1. Advantageous developments of this gripper can be found in the dependent claims.

Ein nach dieser technischen Lehre ausgebildeter Greifer hat den Vorteil, dass durch den orthogonal zur Ebene der Trägervorrichtung verschiebbar in der Saugkopfaufnahme gehaltenen Saugkopf eventuelle Fertigungstoleranzen im Wafer und/oder in der Saugstelle ausgeglichen werden können. Dabei werden die Saugköpfe bei der Annäherung des Greifers an den Wafer ohne großen Widerstand entlang ihrer Längsachse mehr oder weniger weit in die Trägervorrichtung eingeschoben, so dass am Ende sämtliche Saugköpfe unmittelbar an dem flächigen Bauteil anliegen. Dies hat zur Folge, dass das flächige Bauteil während des Transportes nicht in sich verbogen wird, dass das Bauteil parallel zur Trägervorrichtung angeordnet ist und dass sämtliche Saugstellen an dem Bauteil angreifen, um einen sicheren und schonenden Transport des Wafers zu erreichen.A trained according to this technical teaching gripper has the advantage that eventual manufacturing tolerances in the wafer and / or in the suction point can be compensated by the orthogonal to the plane of the support device slidably held in the Saugkopfaufnahme suction. During the approach of the gripper to the wafer, the suction heads are pushed more or less far along their longitudinal axis into the carrier device without great resistance, so that all the suction heads abut directly against the planar component at the end. This has the consequence that the flat component is not bent during transport, that the component is arranged parallel to the carrier device and that all suction points attack on the component in order to achieve a safe and gentle transport of the wafer.

Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Saugkopf passgenau in die Saugkopfaufnahme einzupassen, so dass der Saugkopf entlang seiner Längsachse in der Saugkopfaufnahme geführt ist, ohne dabei zu verkanten.It has proven to be advantageous to fit the suction head accurately into the Saugkopfaufnahme, so that the suction head is guided along its longitudinal axis in the Saugkopfaufnahme, without tilting it.

An einer dem Wafer zugewandten Vorderseite des Saugkopfes ist eine umlaufende Anlagefläche ausgebildet, an der der Wafer während seines Transportes zur Anlage kommt. Dies hat den Vorteil, dass hierdurch eine definierte Anlagefläche zur Verfügung steht, die den Wafer plan parallel zur Trägervorrichtung aufnimmt.On a side facing the wafer front of the suction head, a circumferential contact surface is formed, at which the wafer comes to rest during its transport. This has the advantage that in this way a defined contact surface is available which receives the wafer plane parallel to the carrier device.

Innerhalb der Anlagefläche ist ein Saugraum ausgebildet, der an einem Saugkanal angeschlossen ist. Hierdurch kann im Saugraum ein Unterdruck aufgebaut werden, der den Wafer anzieht, wobei der Wafer gleichzeitig an der Anlagefläche des Saugkopfes anliegt. In diesem Zustand ist der Saugraum allseitig geschlossen und der im Saugraum aufgebaute Unterdruck hält den Wafer.Within the contact surface, a suction chamber is formed, which is connected to a suction channel. In this way, a negative pressure can be built up in the suction chamber, which attracts the wafer, wherein the wafer simultaneously rests against the contact surface of the suction head. In this state, the suction chamber is closed on all sides and the negative pressure built up in the suction chamber holds the wafer.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Saugkopf mittels einer Dichtung, vorzugsweise einem O-Ring, gegenüber der Saugkopfaufnahme abgedichtet. Hierdurch wird der an der Trägervorrichtung befindliche Saugkanal abgedichtet, damit im Saugkanal und im Saugraum der gewünschte Unterdruck ohne großen Aufwand erreicht werden kann.In an advantageous development of the suction head by means of a seal, preferably an O-ring, sealed against the Saugkopfaufnahme. As a result, the suction channel located on the carrier device is sealed so that the desired negative pressure can be achieved in the suction channel and in the suction chamber without much effort.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist an der Rückseite des Saugkopfes ein Anschlag ausgebildet, der an einer Rückwand der Trägervorrichtung zur Anlage kommt, sobald der Saugkopf maximal verschoben ist. Durch diesen Anschlag wird die Verschiebbarkeit des Saugkopfes begrenzt, wobei der Anschlag auch zum Verhindern des Verkantens des Saugkopfes beiträgt.In a preferred embodiment, a stop is formed on the back of the suction head, which comes to rest on a rear wall of the carrier device as soon as the suction head is displaced to the maximum. This attack is the Slidability of the suction head limited, the stop also contributes to preventing the tilting of the suction head.

An der Rückseite des Saugkopfes ist ein radial abstehender Vorsprung ausgebildet, der vorteilhafterweise umlaufend ausgebildet ist. Dieser Vorsprung kommt an der Trägervorrichtung zur Anlage, sobald sich der Saugkopf in seiner Ausgangsstellung befindet. Dies hat einerseits den Vorteil, dass der Saugkopf hierdurch formschlüssig an der Trägervorrichtung gehalten ist und nicht aus der Saugkopfaufnahme herausfallen kann.At the back of the suction head a radially protruding projection is formed, which is advantageously formed circumferentially. This projection comes to rest on the carrier device as soon as the suction head is in its starting position. On the one hand, this has the advantage that the suction head is thereby held in a form-fitting manner on the support device and can not fall out of the suction head receptacle.

Andererseits besteht hierdurch der Vorteil, dass durch diesen Vorsprung die Bewegungsfreiheit des Saugkopfes begrenzt wird. Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, weil hierdurch die Saugköpfe so dimensioniert und angeordnet werden können, dass deren Anlagefläche zumindest im Wesentlichen in einer virtuellen Ebene liegt. Durch die Verschiebbarkeit des Saugkopfes werden dann Fertigungstoleranzen am Wafer und/oder an der Saugstelle ausgeglichen. Dies führt zu dem Ergebnis, dass in einer bevorzugten Ausführungsform die Verschiebbarkeit des Saugkopfes lediglich einige Zehntelmillimeter beträgt, was aber vollkommen ausreichend ist, um die hier auftretenden Toleranzen auszugleichen.On the other hand, this has the advantage that the freedom of movement of the suction head is limited by this projection. This is particularly advantageous because in this way the suction cups can be dimensioned and arranged so that their contact surface is at least substantially in a virtual plane. Due to the displaceability of the suction head then manufacturing tolerances on the wafer and / or at the suction point are compensated. This leads to the result that in a preferred embodiment, the displaceability of the suction head is only a few tenths of a millimeter, but this is perfectly sufficient to compensate for the tolerances occurring here.

An der Rückseite des Saugkopfes ist ein Hohlraum ausgebildet, der mit Überdruck beaufschlagbar ist. Mit diesem Überdruck kann der Saugkopf wieder in seine Ausgangsposition zurückgeführt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass über diesen Überdruck auch ein Kraftschluss zwischen dem radial abstehenden Vorsprung des Saugkopfes und der Trägervorrichtung erreicht wird, mit dem ein Verdrehen des Saugkopfes in der Saugkopfaufnahme verhindert wird. Letzteres ist besonders dann von Vorteil, wenn der Wafer an einer einzigen Saugstelle, zum Beispiel der Zentralsaugstelle, anhaftet und außermittig aufgenommen ist, so dass die auftretenden Hebelkräfte durch den Kraftschluss mehr als kompensiert werden.At the back of the suction head, a cavity is formed, which is acted upon by overpressure. With this overpressure, the suction head can be returned to its original position. A further advantage is that a positive connection between the radially protruding projection of the suction head and the carrier device is achieved via this overpressure, with the twisting of the suction head is prevented in the Saugkopfaufnahme. The latter is particularly advantageous if the wafer adheres to a single suction point, for example the central suction point, and is picked up off-center, so that the lever forces that occur are more than compensated for by the frictional connection.

Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Anschlag an der Rückseite des Saugkopfes nur über einen Teil der Rückseite des Saugkopfes zu erstrecken, so dass der verbleibende Teil der Rückseite des Saugkopfes von der Rückwand der Trägervorrichtung beabstandet gehalten ist. Dies hat den Vorteil, dass hierdurch an der Rückseite des Saugkopfes eine Angrifffläche für den Überdruck geschaffen wird, so dass der Saugkopf auch dann in seine Normalposition zurückgeführt werden kann, selbst wenn sich dieser in seiner Maximalposition befindet.It has proved to be advantageous to extend the stop on the back of the suction head only over a part of the back of the suction head, so that the remaining part of the back of the suction head is kept at a distance from the rear wall of the support device. This has the advantage that this creates an attack surface for the overpressure on the rear side of the suction head, so that the suction head can then also be returned to its normal position, even if it is in its maximum position.

Die Tatsache, dass an der Rückseite des Saugkopfes ein Überdruck aufgebaut werden kann, hat weiterhin den Vorteil, dass gegebenenfalls hier ein Widerstand aufgebaut werden kann, der ein Verschieben des Saugkopfes aus seiner Normalposition heraus erschwert. Hierdurch ist es möglich, den Saugkopf in seiner Normalposition zu fixieren, falls die Anwendung dies erfordert.The fact that an overpressure can be built up on the rear side of the suction head furthermore has the advantage that, if necessary, a resistance can be built up which makes it difficult to move the suction head out of its normal position. This makes it possible to fix the suction head in its normal position, if required by the application.

In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Saugkopf zylindrisch auszuführen. Hierdurch wird ein unbeabsichtigtes Verkanten des Saugkopfes in der Saugkopfaufnahme vermieden.In another preferred embodiment, it has proven to be advantageous to perform the suction head cylindrical. As a result, an unintentional tilting of the suction head in the Saugkopfaufnahme is avoided.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Greifers ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung und den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter. Es zeigen:Further advantages of the gripper according to the invention will become apparent from the accompanying drawings and the embodiments described below. Likewise, according to the invention, the above-mentioned features and those which are still further developed can be used individually or in any desired combinations with one another. The mentioned embodiments are not to be understood as an exhaustive list, but rather have exemplary character. Show it:

1 eine geschnitten dargestellte Teilansicht eines erfindungsgemäßen Greifers, geschnitten entlang Linie I–I in 3 in einer Normalposition; 1 a sectioned partial view of a gripper according to the invention, taken along line I-I in 3 in a normal position;

2 eine geschnitten dargestellte Teilansicht eines erfindungsgemäßen Greifers, geschnitten entlang Linie I-I in 3 in einer Maximalposition; 2 a sectioned partial view of a gripper according to the invention, taken along line II in FIG 3 in a maximum position;

3 eine Unteransicht eines erfindungsgemäßen Greifers; 3 a bottom view of a gripper according to the invention;

4 einen erfindungsgemäßer Greifer gemäß 3 mit einem daran gehaltenen Wafer in einer ersten Position beim Einbringen des Wafers in einen Behälter; 4 an inventive gripper according to 3 with a wafer held thereon in a first position upon insertion of the wafer into a container;

5 einen erfindungsgemäßer Greifer gemäß 3 mit einem daran gehaltenen Wafer in einer zweiten Position beim Einbringen des Wafers in einen Behälter. 5 an inventive gripper according to 3 with a wafer held thereon in a second position upon insertion of the wafer into a container.

In den 1–3 ist beispielhaft eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Greifers dargestellt, der an einem Roboterarm oder an einem Linearhandlingsystem befestigt werden kann. Dieser Greifer umfasst eine Trägervorrichtung 10 mit fünf Saugstellen, wobei mittig eine Zentralsaugstelle 12 und darum herum im jeweils gleichen Abstand (äquidistant) vier Nebensaugstellen 14 angeordnet sind. Diese vier Nebensaugstellen 14 sind untereinander ebenfalls äquidistant angeordnet. Die Zentralsaugstelle 12 ist an einem ersten Saugkanal 16 angeschlossen, während die Nebensaugstellen 14 mit den Nebensaugkanälen 18 verbunden sind.In the 1 - 3 an embodiment of a gripper according to the invention is shown by way of example, which can be attached to a robot arm or to a linear handling system. This gripper comprises a carrier device 10 with five suction points, where centrally a Zentralsaugstelle 12 and around it in the same distance (equidistant) four secondary suction 14 are arranged. These four secondary suction 14 are also arranged equidistantly among themselves. The central vacuum 12 is on a first suction channel 16 connected while the secondary suction 14 with the secondary suction channels 18 are connected.

Die Nebensaugkanäle 18 können unabhängig vom Saugkanal 16 mit Unterdruck beaufschlagt werden. Dies ermöglicht eine individuelle Ansteuerung der Nebensaugstellen 14 einerseits und der Zentralsaugstelle 12 andererseits, so dass die Zentralsaugstelle 12 mit Unterdruck versorgt werden kann, auch wenn die Nebensaugstellen 14 nicht mit Unterdruck beaufschlagt werden.The secondary suction channels 18 can be independent of the suction channel 16 subjected to negative pressure become. This allows individual control of the secondary suction 14 on the one hand and the central vacuum 12 on the other hand, so that the central vacuum 12 can be supplied with negative pressure, even if the secondary suction 14 should not be subjected to negative pressure.

In den 1 und 2 ist beispielhaft die Zentralsaugstelle 12 abgebildet. Es versteht sich, dass die Nebensaugstellen 14 genauso ausgebildet sind. In einer hier nicht dargestellten, alternativen Ausführungsform können die Saugstellen auch derart ausgebildet sein, dass der Wafer nach dem Bernoulliprinzip angesaugt wird.In the 1 and 2 is an example of the central vacuum 12 displayed. It is understood that the secondary suction 14 are designed in the same way. In an alternative embodiment not shown here, the suction points can also be designed such that the wafer is sucked in according to the Bernoulli principle.

Die Zentralsaugstelle 12 umfasst einen zylindrisch ausgebildeten Saugkopf 20, der in einer entsprechenden, in der Trägervorrichtung 10 eingelassenen Saugkopfaufnahme 22 gehalten ist.The central vacuum 12 comprises a cylindrically shaped suction head 20 in a corresponding, in the vehicle device 10 taken in suction head intake 22 is held.

An einer Rückwand 24 der Transportvorrichtung 10 ist quasi als Teil der Saugkopfaufnahme 22 ein Hohlraum 26 ausgebildet, dessen Breite größer als der Durchmesser der Saugkopfaufnahme 22 ist. Dieser Hohlraum 26 ist mit einer Druckleitung 28 verbunden und kann bei Bedarf mit einem Überdruck beaufschlagt werden. In der hier dargestellten Ausführungsform ist der Hohlraum 26 ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildet, kann jedoch in anderen Ausführungen auch andere Konturen annehmen.On a back wall 24 the transport device 10 is like a part of the suction head 22 a cavity 26 formed, whose width is greater than the diameter of the Saugkopfaufnahme 22 is. This cavity 26 is with a pressure line 28 connected and can be applied if necessary with an overpressure. In the embodiment illustrated here, the cavity is 26 also hollow cylindrical, but may assume other contours in other embodiments.

Der Saugkopf 20 besitzt an seiner Rückseite 30 einen radial abstehenden, umlaufenden Vorsprung 32, mit dem der Saugkopf 20 formschlüssig in der Trägervorrichtung 10 gehalten ist.The suction head 20 owns at its back 30 a radially projecting, circumferential projection 32 with which the suction head 20 positively in the carrier device 10 is held.

Der zylindrisch ausgebildete Saugkopf 20 ist so dimensioniert, dass er passgenau in die Saugkopfaufnahme 22 hineinpasst. Zwischen dem Saugkopf 20 und der Rückwand 24 der Trägervorrichtung 10 verbleibt dabei ein Freiraum im Hohlraum 26. Aufgrund dieses Freiraumes ist es dem Saugkopf 20 möglich, entlang einer Längsachse 36 axial verschoben zu werden. Hierdurch kann der Saugkopf 20 orthogonal zur Ebene der Trägervorrichtung 10 verschoben werden, wobei der Verschiebeweg einerseits durch den Vorsprung 32 und seine Anlage an der Trägervorrichtung 10 und andererseits durch die Rückwand 24 der Trägervorrichtung 10 begrenzt ist.The cylindrically shaped suction head 20 is dimensioned so that it fits exactly into the suction head 22 fits. Between the suction head 20 and the back wall 24 the carrier device 10 this leaves a free space in the cavity 26 , Because of this clearance, it is the suction head 20 possible, along a longitudinal axis 36 to be moved axially. This allows the suction head 20 orthogonal to the plane of the support device 10 be moved, the displacement on the one hand by the projection 32 and his attachment to the carrier device 10 and on the other hand through the back wall 24 the carrier device 10 is limited.

Im Zentrum der Rückseite 30 des Saugkopfes 20 ist ein gegenüber seiner Umgebung erhöhter Anschlag 38 ausgebildet, der eine zur Rückwand 30 der Trägervorrichtung 10 parallele Oberfläche aufweist. Der Anschlag 38 ist deutlich kleiner ausgebildet, als die Rückseite 30 des Saugkopfes 20. Hierdurch ist es möglich, dass bei einer Druckbeaufschlagung der Druckleitung 28 und dementsprechend des Hohlraumes 26 dieser Überdruck den Saugkopf 20 in seine Normalposition gemäß 1 drückt. Gleichzeitig hält dieser Überdruck den Saugkopf 20 in dieser Normalposition und verhindert ein unbeabsichtigtes Verschieben des Saugkopfes 20.In the center of the back 30 of the suction head 20 is a higher than its surroundings stop 38 formed, one to the rear wall 30 the carrier device 10 has parallel surface. The stop 38 is much smaller than the back 30 of the suction head 20 , This makes it possible that at a pressurization of the pressure line 28 and accordingly the cavity 26 this overpressure the suction head 20 according to its normal position 1 suppressed. At the same time this overpressure keeps the suction head 20 in this normal position and prevents unintentional displacement of the suction head 20 ,

An einer Vorderseite 40 des Saugkopfes 20 ist eine ringförmig umlaufende, plan ausgeführte Anlagefläche 42 ausgebildet, an der der Wafer 44 zur Anlage kommt. Im Inneren dieser ringförmigen Anlagefläche 42 ist im Saugkopf 20 ein Saugraum 46 ausgebildet, der über zwei im Saugkopf 20 ausgebildete Verbindungskanäle 48 mit dem Saugkanal 16, (bei den Nebensaugstellen 14 mit dem Nebensaugkanal 18) in der Trägervorrichtung 10 wirkverbunden ist. Dabei weist der Verbindungskanal 48 an seinem Übergang zum Saugkanal 16 ein Erweiterungsstück 52 mit vergrößertem Durchmesser auf, um sicherzustellen, dass der Saugkopf 20 sowohl in seiner Normalposition gemäß 1, als auch in seiner Maximalposition gemäß 2 stets vollen Kontakt mit dem Saugkanal 16 hat.At a front 40 of the suction head 20 is an annular circumferential, plan running contact surface 42 formed at the the wafer 44 comes to the plant. Inside this annular contact surface 42 is in the suction head 20 a suction room 46 formed over two in the suction head 20 trained connection channels 48 with the suction channel 16 , (at the secondary suction 14 with the secondary suction channel 18 ) in the carrier device 10 is actively connected. In this case, the connection channel 48 at its transition to the suction channel 16 an extension piece 52 with enlarged diameter on to make sure the suction head 20 both in its normal position according to 1 , as well as in its maximum position according to 2 always full contact with the suction channel 16 Has.

In einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform ist außen um die Anlagefläche herum eine Dichtung, insbesondere eine O-Ring-Dichtung oder eine V-Ring-Dichtung, vorgesehen, die den Saugkopf gegen den Wafer abdichten hilft, um einen verbesserten Unterdruck aufzubauen.In another embodiment, not shown here, a seal, in particular an O-ring seal or a V-ring seal, is provided around the contact surface, which helps to seal the suction head against the wafer in order to build up an improved negative pressure.

In Richtung der Längsachse 36 gesehen, ist sowohl vor dem Erweiterungsstück 52 als auch hinter dem Erweiterungsstück 52 je eine Dichtung, beispielsweise eine O-Ring Dichtung 54, eine V-Ring-Dichtung oder eine andere Gummidichtung, vorgesehen, über den der Saugkanal 16 abgedichtet wird. Insbesondere der hinter dem Verbindungskanal 48 angeordnete O-Ring 54 dichtet darüber hinaus ebenfalls den Hohlraum 26 ab.In the direction of the longitudinal axis 36 seen, is both in front of the extension piece 52 as well as behind the extension piece 52 each a seal, such as an O-ring seal 54 , a V-ring seal or other rubber seal, provided over which the suction channel 16 is sealed. In particular, behind the connection channel 48 arranged O-ring 54 also seals the cavity beyond 26 from.

Nachfolgend wird der Vorgang des Ansaugens des Wafers 44 wie folgt beschrieben:
Der Greifer wird über einen hier nicht dargestellten Roboterarm mit seiner Trägervorrichtung 10 an den Wafer 44 herangeführt. Dabei wird angestrebt, dass die Trägervorrichtung 10 mit ihrer Zentralsaugstelle 12 und mit ihren vier Nebensaugstellen 14 so parallel wie möglich an den Wafer 44 herangeführt wird und dass die Zentralsaugstelle 12 im Schwerpunkt des Wafers 44 an diesem zur Anlage kommt. In dieser Phase sind die Hohlräume 26 mit Überdruck beaufschlagt, so dass die Saugköpfe 20 in ihrer Normalposition gemäß 1 verharren.The following is the process of sucking the wafer 44 described as follows:
The gripper is connected via a robot arm, not shown here, with its carrier device 10 to the wafer 44 introduced. It is desirable that the carrier device 10 with its central vacuum 12 and with her four secondary suction pads 14 as parallel as possible to the wafer 44 is introduced and that the central vacuum 12 in the center of gravity of the wafer 44 at this comes to the plant. At this stage are the cavities 26 subjected to overpressure, so that the suction cups 20 in their normal position according to 1 remain.

Aufgrund von fertigungsbedingten Toleranzen kann es beim Annähern der Saugköpfe 20 an den Wafer 44 vorkommen, dass nicht alle Saugköpfe 20 den Wafer 44 gleichzeitig erreichen. Selbst wenn hier nur Toleranzen von einigen Zehntelmillimetern vorhanden sind, so kann dieser Abstand beim Ansaugen des Wafers 44 bereits Beschädigungen an diesem hervorrufen.Due to production-related tolerances, it can when approaching the suction cups 20 to the wafer 44 Occur that not all suction cups 20 the wafer 44 reach at the same time. Even if only tolerances of a few tenths of a millimeter are present here, this distance may be the suction of the wafer 44 already cause damage to this.

Unmittelbar bevor der erste Saugkopf 20 den Wafer 44 erreicht, wird ein hier nicht dargestelltes Ventil geöffnet und der Überdruck im Hohlraum 26 aufgelöst. Gleichzeitig werden die Nebensaugkanäle 18 und mit Unterdruck beaufschlagt. Falls auch die Zentralsaugstelle 12 aktiviert werden soll, so wird auch der Saugkanal 16 mit Unterdruck beaufschlagt.Immediately before the first suction head 20 the wafer 44 reached, a not shown here valve is opened and the pressure in the cavity 26 dissolved. At the same time, the secondary suction channels 18 and subjected to negative pressure. If so, the central vacuum 12 should be activated, so is the suction channel 16 subjected to negative pressure.

Gelangt ein Saugkopf 20 etwas eher an den Wafer 44 als ein anderer Saugkopf 20, so wird dieser Saugkopf 20 axial entlang der Längsachse 36 verschoben, bis sämtliche Saugköpfe 20 am Wafer 44 anliegen.If a suction head 20 a little bit closer to the wafer 44 as another suction head 20 , so this suction head 20 axially along the longitudinal axis 36 moved until all suction cups 20 on the wafer 44 issue.

Die Zentralsaugstelle 12 kann dabei parallel mit den Nebensaugstellen 14 in analoger Weise betrieben werden. Alternativ kann die Zentralsaugstelle 12 aber auch erst aktiviert, d. h. mit Unterdruck beaufschlagt werden, wenn die Nebensaugstellen 14 den Wafer 24 ergriffen haben. In diesem Fall weist der Hohlraum 26 der Zentralsaugstelle 12 während dieses gesamten Vorganges kein Überdruck auf.The central vacuum 12 can be parallel with the secondary suction 14 be operated in an analogous manner. Alternatively, the central vacuum 12 but also activated only, ie be subjected to negative pressure when the Nebensaugstellen 14 the wafer 24 have seized. In this case, the cavity points 26 the central vacuum 12 no overpressure during this entire process.

Nachdem also sämtliche Saugstellen am Wafer 44 anliegen und diesen halten, wird der Hohlraum 26 sämtlicher Saugstellen 12, 14 mit Überdruck beaufschlagt, um die Saugköpfe 20 wieder in ihrer Normalposition zu bringen. Während des Transportvorganges bleibt der Überdruck im Hohlraum 26 erhalten, um ein unkontrolliertes Verschieben der Saugköpfe 20 während des Transportvorganges zu verhindern.So after all the suction points on the wafer 44 abut and hold this, the cavity becomes 26 all suckling points 12 . 14 pressurized to the suction cups 20 to return to its normal position. During the transport process, the overpressure remains in the cavity 26 get to an uncontrolled moving the suction cups 20 to prevent during the transport process.

Nachdem der Wafer mit dem hier beschriebenen Greifer zu dem gewünschten Behältnis gebracht wurde, wird der Wafer in der Ebene einer Halterung des Behältnisses in dieses eingeführt. Diese Halterung umfasst zwei Hinterschneidungen aufweisende Aufnahmetaschen 56 und. eine Anlagefläche 58.After the wafer has been brought to the desired container with the gripper described here, the wafer is inserted in the plane of a holder of the container in this. This holder comprises two undercut receiving pockets 56 and. a contact surface 58 ,

Wie in den 4 und 5 dargestellt ist, wird der Wafer vom Roboterarm schräg in diese Halterung eingeführt und im letzten Moment so gedreht, dass der Wafer in die Aufnahmetaschen 56 eingreift und an der Anlagefläche 58 zur Anlage kommt. Während dieses Drehvorganges werden alle Nebensaugstellen 14 druckentlastet, so dass diese wirkungslos werden und den Wafer 44 nicht länger erhalten. Während dieser Zeit wird der Wafer ausschließlich durch die Zentralsaugstelle 12 gehalten. Sollte der Wafer während dieses Drehvorganges unbeabsichtigterweise an irgendeiner Stelle einen Stoß erfahren, so kann der Wafer 44 ausweichen, ohne durch den Stoß eine signifikante Beschädigung zu erfahren, denn durch die Anordnung der Zentralsaugstelle 12 im Schwerpunkt des Wafers 44 und durch die drehbewegliche Lagerung des Saugkopfes 20 in der Saugkopfaufnahme 22, nicht zuletzt durch die zylindrische Ausbildung des Saugkopfes 20, wird dem Stoß auf dem Wafer 44 kein nennenswerter Widerstand entgegengebracht, der eine Beschädigung des Wafers 44 verursachen könnte.As in the 4 and 5 is shown, the wafer is introduced by the robot arm obliquely into this holder and rotated at the last moment so that the wafer into the receiving pockets 56 engages and on the contact surface 58 comes to the plant. During this turning process, all secondary suction 14 Relieves pressure, so that these are ineffective and the wafer 44 no longer received. During this time, the wafer is exclusively through the central vacuum 12 held. If the wafer accidentally experiences a shock at any point during this turning operation, the wafer may 44 Dodge without experiencing a significant damage by the impact, because by the arrangement of Zentralsaugstelle 12 in the center of gravity of the wafer 44 and by the rotatable mounting of the suction head 20 in the suction head receptacle 22 , not least by the cylindrical design of the suction head 20 , gets the bump on the wafer 44 There is no significant resistance to damage to the wafer 44 could cause.

Nachdem der Wafer 44 in den Aufnahmetaschen 56 und an der Anlagefläche 58 anliegt, wird auch die Zentralsaugstelle 12 entlastet, womit der Wafer 44 freigegeben wird. Nun kann der Greifer aus dem Behältnis herausgezogen werden und den nächsten Wafer transportieren.After the wafer 44 in the receiving pockets 56 and at the contact surface 58 is also the central vacuum 12 relieved, bringing the wafer 44 is released. Now, the gripper can be pulled out of the container and transport the next wafer.

Beim Herausholen des Wafers 44 aus dem Behältnis mit den Aufnahmetaschen 56 und der Anlagefläche 58 wird, wie oben beschrieben verfahren. Das heißt, dass beim Herausholen des Wafers 44 zumindest alle vier Nebensaugstellen 14 aktiviert sind, bevor der hier nicht dargestellte Roboterarm seine Drehbewegung zur Entnahme des Wafers durchführt. Gegebenenfalls kann auch die Zentralsaugstelle 12 aktiviert sein.When retrieving the wafer 44 from the container with the receiving pockets 56 and the contact surface 58 will proceed as described above. That is, when retrieving the wafer 44 at least all four secondary suction 14 are activated before the robot arm, not shown here performs its rotational movement for removal of the wafer. Optionally, the central vacuum 12 be activated.

Sollte es nicht möglich sein, den Wafer 44 mit der Zentralsaugstelle 12 in seinem Schwerpunkt zu erfassen, so kann die Zentralsaugstelle 12 auch an einer beliebigen anderen Stelle am Wafer 44 angreifen. In diesem Fall wird der Hohlraum 26 vor dem Abschalten der Nebensaugstellen 14 mit einem Überdruck beaufschlagt. Dieser Überdruck drückt den Saugkopf 20 mit seinem Vorsprung 32 gegen die Trägervorrichtung 10 und bewirkt mit dem dabei auftretenden Kraftschluss, dass der Saugkopf 20 in seiner Position fixiert wird. Hierdurch ist es möglich, den Wafer 44 auch bei einer außermittigen Aufnahme durch die Zentralsaugstelle 12 und nach dem Abschalten der Nebensaugstellen 14 in der gewünschten Position zu halten, denn die durch die außermittige Aufnahme am Wafer 44 auftretenden Hebelkräfte werden vom Überdruck mehr als kompensiert.Should not be possible, the wafer 44 with the central vacuum 12 in its center of gravity, so can the central vacuum 12 also at any other place on the wafer 44 attack. In this case, the cavity becomes 26 before switching off the secondary suction 14 subjected to an overpressure. This overpressure presses the suction head 20 with his lead 32 against the carrier device 10 and causes with the occurring adhesion that the suction head 20 is fixed in its position. This makes it possible for the wafer 44 even with an off-center recording by the central vacuum 12 and after switching off the secondary suction 14 in the desired position, because of the off-center recording on the wafer 44 occurring lever forces are more than compensated by the overpressure.

Auch ist es möglich, den Überdruck im Hohlraum 26 mittels eines hier nicht dargestellten Reglers unter Last stufenlos zu dosieren, so dass hierdurch eine kontrollierte Drehbewegung des Wafers 44 gegenüber dem Greifer ermöglicht wird.It is also possible to control the overpressure in the cavity 26 to meter continuously under load by means of a regulator, not shown here, so that thereby a controlled rotational movement of the wafer 44 opposite the gripper is made possible.

Claims (11)

Greifer zur nahezu berührungslosen Aufnahme von flächigen Bauteilen wie siliziumbasierten Wafern (44), mit einer Trägervorrichtung (10), in der mindestens eine mit Unterdruck beaufschlagbare Saugstelle (12, 14) eingelassen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugstelle (12, 14) einen Saugkopf (20) umfasst, dass in der Trägervorrichtung (10) eine Saugkopfaufnahme (22) ausgebildet ist und dass der Saugkopf (20) orthogonal zur Ebene der Trägervorrichtung (10) verschiebbar in der Saugkopfaufnahme (22) gehalten ist.Gripper for almost non-contact mounting of flat components such as silicon-based wafers ( 44 ), with a carrier device ( 10 ), in which at least one vacuum point ( 12 . 14 ), characterized in that the suction point ( 12 . 14 ) a suction head ( 20 ) that in the carrier device ( 10 ) a suction head receptacle ( 22 ) is formed and that the suction head ( 20 ) orthogonal to the plane of the support device ( 10 ) displaceable in the suction head receptacle ( 22 ) is held. Greifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugkopf (20) passgenau in der Saugkopfaufnahme (22) geführt ist. Gripper according to claim 1, characterized in that the suction head ( 20 ) precisely in the suction head receptacle ( 22 ) is guided. Greifer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer dem Wafer (44) zugewandten Vorderseite des Saugkopfes (20) eine umlaufende Anlagefläche (42) ausgebildet ist, an der der Wafer (44) während seines Transportes zur Anlage kommt, und dass innerhalb der Anlagefläche (42) ein Saugraum (46) ausgebildet ist, der an einen Saugkanal (16) angeschlossen ist.Gripper according to one of the preceding claims, characterized in that on one of the wafers ( 44 ) facing the front of the suction head ( 20 ) a circumferential contact surface ( 42 ) is formed, at which the wafer ( 44 ) comes to rest during its transport and that within the contact area ( 42 ) a suction space ( 46 ), which is connected to a suction channel ( 16 ) connected. Greifer nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugkopf (20) mittels mindestens einer Dichtung, insbesondere einem O-Ring (54) gegenüber der Saugkopfaufnahme (22) abgedichtet ist.Gripper according to at least one of the preceding claims, characterized in that the suction head ( 20 ) by means of at least one seal, in particular an O-ring ( 54 ) opposite the suction head receptacle ( 22 ) is sealed. Greifer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Rückseite (30) des Saugkopfes (20) ein Anschlag (38) ausgebildet ist, der an einer Rückwand (24) der Trägervorrichtung (10) zur Anlage kommt, sobald der Saugkopf (20) maximal verschoben ist.Gripper according to one of the preceding claims, characterized in that on a rear side ( 30 ) of the suction head ( 20 ) an attack ( 38 ) formed on a rear wall ( 24 ) the carrier device ( 10 ) comes to rest as soon as the suction head ( 20 ) is shifted maximum. Greifer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Anschlag (38) nur über einen Teil der Rückseite (30) des Saugkopfes (20) erstreckt, so dass der verbleibende Teil der Rückseite (30) des Saugkopfes (20) von der Rückwand (24) der Trägervorrichtung (10) beabstandet gehalten ist.Gripper according to claim 5, characterized in that the stop ( 38 ) only over part of the back side ( 30 ) of the suction head ( 20 ), so that the remaining part of the back ( 30 ) of the suction head ( 20 ) from the back wall ( 24 ) the carrier device ( 10 ) is kept at a distance. Greifer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Rückseite (30) des Saugkopfes (20) ein insbesondere umlaufend ausgebildeter Vorsprung (32) ausgebildet ist, der an der Trägervorrichtung (10) zur Anlage kommt, sobald sich der Saugkopf (20) in seiner Ausgangstellung befindet.Gripper according to one of the preceding claims, characterized in that on a rear side ( 30 ) of the suction head ( 20 ) a particularly peripherally formed projection ( 32 ) formed on the carrier device ( 10 ) comes to rest, as soon as the suction head ( 20 ) is in its initial position. Greifer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Rückseite (30) des Saugkopfes (20) ein mit Überdruck beaufschlagbarer Hohlraum (26) ausgebildet ist.Gripper according to one of the preceding claims, characterized in that on a rear side ( 30 ) of the suction head ( 20 ) a pressurizable cavity ( 26 ) is trained. Greifer nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugkopf (20) zylindrisch ausgebildet ist.Gripper according to at least one of the preceding claims, characterized in that the suction head ( 20 ) is cylindrical. Verfahren zum Transportieren von flächigen Bauteilen wie siliziumbasierte Wafer mittels einem an einem Roboterarm oder einem Linearhandlingsystem angebrachten Greifer, insbesondere nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in einer Zentralsaugstelle (12) oder ein in einer Nebensaugstelle (14) gehaltener Saugkopf (20) mittels Überdruck gegen verdrehen oder axiales verschieben fixiert wird.Method for transporting flat components such as silicon-based wafers by means of a gripper attached to a robot arm or a linear handling system, in particular according to at least one of the preceding claims, characterized in that a gripper in a central suction ( 12 ) or one in a secondary absorbent ( 14 ) held suction head ( 20 ) is fixed by means of overpressure against twisting or axial displacement. Verfahren Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck unter Last veränderbar ist.Method according to claim 10, characterized in that the overpressure under load is variable.
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