DE4446489C1 - Process for manipulating microcomponents and device for carrying out the process - Google Patents

Process for manipulating microcomponents and device for carrying out the process

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DE4446489C1
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Abstract

Described is a process for manipulating microcomponents or other lightweight components wherein a gripper, using adhesives applied between gripper surface and component, removes the latter from a magazine or the like and deposits it at a point of destination. To do this the gripper is positioned horizontally over the component and an adhesive is applied to the gripper surface. Gripper and component are then brought together far enough that the area between them is completely wetted. The amount of liquid between gripper surface and component can then be reduced as needed until an optimal adhesive force has been attained. The gripper with component is then moved to an assembly station and the aligned component is released, optionally following appropriate fixation. At the end of the joining operation the gripper is then lifted off the component and returned to its starting position.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ma­ nipulieren von Mikrobauteilen, bei dem ein Greifer unter Einsatz von Adhäsiven zwischen Greiferfläche und Bauteil dieses einer Zuführstation oder derglei­ chen Speichereinheit entnimmt, positioniert und zu einer Montagestation bzw. einem entsprechenden Be­ stimmungsort bewegt und dort absetzt.The invention relates to a method for Ma nipulate microcomponents using a gripper using adhesives between gripper surface and component of this a feed station or the like Chen storage unit removed, positioned and closed an assembly station or a corresponding Be location moves and drops there.

Das Bestücken gedruckter Leiterplatten mit Bauteilen der Mikroelektronik, das Handhaben empfindlicher mi­ kromechanischer Strukturen in der Feinwerktechnik und komplexe Montageabläufe in der Mikrosystemtechnik fordern erheblich verfeinerte Fertigungstechnologien und Handhabungseinrichtungen von möglichst universel­ ler Ausstattung und mit Anforderungen, die mit in der Vergangenheit eingesetzten Verfahren und Vorrichtun­ gen nicht mehr erfüllbar sind. Das Greifen eines Bauteiles für Montagezwecke oder einer Probe für Meß­ zwecke ist beispielsweise mit mechanischen Greifern nur dort ausführbar, wo die über die Greifermechanik noch vorgebbaren Abmessungstoleranzen und Greifkräfte in einer Größenordnung liegen, die signifikant nicht in die Bereiche derjenigen des Greifteiles fallen. Mit empfindlichen Oberflächenstrukturen, wie Membra­ nen, oder freitragenden Zungen versehene Mikrobautei­ le, wie sie beispielsweise in der minimal invasiven Chirurgie Anwendung finden, sind mit mechanischen Greifermechanismen herkömmlicher Art nicht manipu­ lierbar. Eine Vielzahl von hochmodernen Bestückungs­ systemen für das Manipulieren von mikroelektronischen Bauteilen mit häufig wechselnden Bauteilformen und -größen sowie auch unterschiedlichsten Werkstoffen er­ fordert geänderte, insbesondere verfeinerte Technolo­ gien.Equipping printed circuit boards with components microelectronics, handling sensitive mi cromechanical structures in precision engineering and complex assembly processes in microsystem technology demand significantly refined manufacturing technologies and handling devices from as universal as possible equipment and with requirements that are included in the Processes and devices used in the past conditions can no longer be fulfilled. Grasping one  Component for assembly purposes or a sample for measurement purpose is for example with mechanical grippers can only be carried out where it is via the gripper mechanism Dimensional tolerances and gripping forces that can still be specified are of an order of magnitude that are not significant fall in the range of that of the gripping part. With sensitive surface structures, such as Membra micro or self-supporting tongues le, for example in the minimally invasive Surgery are used with mechanical Gripper mechanisms of a conventional type not manipu can be used. A variety of state-of-the-art assembly equipment systems for manipulating microelectronic Components with frequently changing component shapes and -sizes as well as different materials calls for modified, especially refined, technology gien.

In der Vergangenheit wurde versucht, hier dadurch Abhilfe zu schaffen, daß etwa im Bereich der Be­ stückung gedruckter Leiterplatten mit Bauelementen der Mikroelektronik Sauggreifer eingesetzt wurden, mit denen die Bauelemente durch Vakuumbeaufschlagung ei­ nem Speicher entnommen, über die Handhabungszeit ge­ halten und am Bestimmungsort abgesetzt werden. Vaku­ umgreifer sind jedoch nur dort einsetzbar, wo die Bauteile weitgehend ebene Oberflächenstrukturen auf­ weisen und für die erforderlichen Druckdifferenzen unempfindlich sind, was beispielsweise für empfindli­ che Membranstrukturen nicht der Fall ist. Auch sind Vakuumgreifer nicht frei von punktuellen Druckinhomo­ genitäten in Form von Spannungs- und/oder Fügekraft­ spitzen an den Saugrohröffnungen. Eine exakte Greif­ kraftdosierung und hohe Positionierungsgenauigkeiten bei der Montage von Mikrobauelementen sind für die gegenwärtige und zukünftige Mikrofertigungstechnolo­ gie jedoch zwingend und unabwendbar. Die Komplexität der zu handhabenden Mikrostrukturen - wie auch die Vielfalt unterschiedlichster Einzelteile - nimmt ständig zu und damit auch die Gefahr ihrer Beschädi­ gung während der Handhabung und Montage. Die zu grei­ fenden Objekte können Abmessungen von nur wenigen Mikrometern bis hin zu etlichen Millimetern haben, wobei auch ihr an sich relativ geringes Gewicht in Größenordnungen schwanken kann. Die Verwendung von magnetischen oder elektrostatischen Kraftfeldern, die zwar hochgenau dosierbar sind, ist für die Handhabung der überwiegenden Mehrzahl von Mikrobauteilen nicht möglich.In the past it has been tried here To remedy that in the area of Be piece of printed circuit boards with components of Microelectronic suction pads were used with which the components by vacuum application taken from memory, ge over the handling time stop and be dropped off at the destination. Vacuum However, grippers can only be used where the Components largely flat surface structures point and for the required pressure differences are insensitive, for example for sensitive che membrane structures is not the case. Also are Vacuum grippers not free of selective pressure inhomo in the form of tension and / or joining force pointed at the intake manifold openings. An exact griffin force metering and high positioning accuracy when assembling micro components are for the  current and future microfabrication technology however, mandatory and inevitable. The complexity the microstructures to be handled - like that Variety of different parts - takes constantly increasing and with it the danger of their damage during handling and assembly. The gri Objects can have dimensions of just a few Micrometers up to several millimeters, with its relatively light weight in Orders of magnitude can fluctuate. The usage of magnetic or electrostatic force fields that Although they can be dosed with high precision, they are easy to handle the vast majority of microcomponents do not possible.

In Umgehung vorstehender Schwierigkeiten wurde be­ reits die Anwendung des sogenannten Prinzips der stoffschlüssigen Greifermechanismen vorgeschlagen, wobei der Stoffschluß zwischen Greiferkörper und Greifteil mittels Klebebändern, flüssigen Klebstoff­ dispersionen und dergleichen Hilfsmitteln hergestellt wird. Für die Auswahl geeigneter Adhäsive ist deren Haftkraft vorgebende Wechselwirkung zwischen den un­ terschiedlichen Materialien, also der Grenzfläche zwischen der Oberfläche des Greiferkörpers einerseits und der Grenzfläche der Oberfläche des Greifteiles andererseits, entscheidend. Ob also bei der Berührung der Oberfläche eine ausreichende Haftkraft durch das Adhäsiv entsteht, wird durch das Verhältnis der Ober­ flächenenergien der beteiligten Haftpartner, hier also Festkörper einerseits und Flüssigkeit anderer­ seits, bestimmt. Das Verhalten des fließfähigen Adhä­ sives auf der festen Grifffläche wird bestimmt durch die Differenz aus der bei der Benetzung freiwerdenden Adhäsionsarbeit und der entgegengerichteten Kohä­ sionsenergie des Adhäsives. Beim Lösen des Greiftei­ les vom Greiferkörper, dem sogenannten Kohäsions­ bruch, bleiben unvermeidlich Adhäsivreste auf der Greiferoberfläche und dem Greifteil zurück. Bei einem bekannten Verfahren wird als Adhäsiv eine Invert­ zuckerlösung verwendet, die zwischen Greiferkörper und Greifteil ungeregelt zugeführt wird. Die Verwendung von Invertzuckerlösung als Adhäsiv hat hier den Vor­ teil, daß für den Ablösevorgang des Greifteiles vom Greiferkörper bereits eine geringe Erhöhung der Tem­ peratur eine deutliche Erniedrigung der Viskosität dieses Adhäsives bringt und somit den Ablösevorgang vereinfacht. Dennoch ist bei der bekannten Verfah­ rensweise nicht zu verhindern, daß auf dem gegriffe­ nen Bauteil nach dem Lösen der Verbindung durch Kohä­ sionsbruch ein nicht unerheblicher Rest von Adhäsiv zurückbleibt. Verschmutzungen, möglicherweise Störun­ gen in der Funktionsweise sowohl des nach diesem Ver­ fahren montierten Mikrobauteiles als auch der Grei­ ferflächen lassen sich nicht verhindern, führen zu Stillstandzeiten und erhöhtem Service während des Montagebetriebes und möglicherweise sogar zu Funk­ tionsausfällen des montierten Bauteiles.To avoid the above difficulties, be is already using the so-called principle of cohesive gripper mechanisms proposed the material connection between the gripper body and Gripping part by means of adhesive tapes, liquid adhesive dispersions and the like becomes. For the selection of suitable adhesives is their Interaction between the un different materials, i.e. the interface between the surface of the gripper body on the one hand and the interface of the surface of the gripping part on the other hand, crucial. So whether at the touch the surface has sufficient adhesive force due to the Adhesive is created by the ratio of the upper surface energies of the detention partners involved, here that is, solids on the one hand and liquid on the other on the part, definitely. The behavior of the flowable adhesive sives on the fixed grip surface is determined by the difference from that released during wetting  Adhesion work and the opposite cohesion sion energy of the adhesive. When loosening the gripping egg les of the gripper body, the so-called cohesion break, adhesive residues inevitably remain on the Gripper surface and the gripping part back. At a known method is an invert as an adhesive used sugar solution between the gripper body and Gripping part is fed uncontrolled. The usage of invert sugar solution as an adhesive has the advantage here part that for the detachment of the gripping part from Gripper body already a slight increase in temperature temperature a significant reduction in viscosity this adhesive brings and thus the peeling process simplified. Nevertheless, in the known procedure Not to prevent that on the handles NEN component after loosening the connection by Kohä fracture a not inconsiderable residue of adhesive remains. Soiling, possibly malfunction conditions in the functioning of both according to this Ver drive mounted micro component as well as the Grei surfaces cannot be prevented, lead to Downtimes and increased service during the Assembly company and possibly even to radio failure of the assembled component.

Bekannt - und in diesem Zusammenhang zu erwähnen - ist noch die Verwendung von Wasser als Adhäsiv bei einem speziellen Verfahren zum Vereinzeln und/oder zum Manipulieren flacher lappiger rauher Werkstücke gemäß DE-OS 24 04 863. Hier geht es jedoch nicht um das Handhaben von Mikrobauteilen mit den dafür spe­ ziellen Randbedingungen und erhöhten Anforderungen, sondern nur um das druckunabhängige Festhalten spe­ zieller großflächiger Teile an einem als Haftträger ausgebildeten Wasserkasten mit über die Bodenfläche verteilten feinen Bohrungen für eine genügenden Was­ seraustritt. Dabei dienen die Vielzahl enger Bohrun­ gen als Kapillare mit Rückhaltekraft für das Feuchte­ mittel. An der Oberseite der Platte, in der die Boh­ rungen eingearbeitet sind, befindet sich ein dünner engporiger Filz, in den ein gewisser Vorrat an Feuch­ temittel eingegeben werden kann. Das Wasser sickert durch den Filz hindurch in die Kapillaren hinein und bildet auf der Unterseite an jedem Kapillarenende einen kleinen Flüssigkeitstropfen. Während der Arbeit wird dieses Wasservolumen gleichmäßig verteilt und durch nachlaufendes Wasser ständig ergänzt. Der Filz dient dabei einer Dosierung des Zuflusses des Wassers zu den einzelnen Kapillaren und als Rückflußsperre für das Kapillarwasser. Zum Trennen des anhaftenden Werkstückes kann an einigen Stellen Blasluft einge­ blasen werden.Known - and to be mentioned in this context - is nor the use of water as an adhesive a special process for separating and / or for manipulating flat, lobed, rough workpieces according to DE-OS 24 04 863. However, this is not about the handling of micro components with the special boundary conditions and increased requirements,  but only to hold the pressure independently Partial large-scale parts on one as an adhesive backing trained water box with over the floor area distributed fine holes for a sufficient what exit. The large number of narrow holes serve as a capillary with retention force for moisture medium. At the top of the plate in which the Boh are incorporated, there is a thin one narrow-pored felt, in which a certain supply of moisture means can be entered. The water seeps through the felt into the capillaries and forms on the underside at each capillary end a small drop of liquid. During work this volume of water is evenly distributed and constantly supplemented by running water. The felt serves to meter the inflow of water to the individual capillaries and as a non-return valve for the capillary water. To separate the adhesive Blown air can enter the workpiece at some points will blow.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrun­ de, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahinge­ hend weiterzuentwickeln, daß eine rückstandsfreie rein adhäsive Kontaktierung und damit Handhabung von Mikrobauteilen praktisch beliebiger Art bei geregel­ ter Zu- und Abfuhr des Adhäsives und damit dosierba­ rer Kraftvorgabe möglich wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so auszubilden, daß die flüssige Trennschicht jegliche Beschädigungen des Mikrobauteiles verhindert, mit der Möglichkeit eines Toleranzausgleiches bei hoher Flexibilität in der Anwendbarkeit. The present invention is based on the object de, a process of the type mentioned at the beginning hend to develop further that a residue-free purely adhesive contacting and thus handling of Microcomponents of practically any kind with regulated ter supply and discharge of the adhesive and thus dosable rer force specification is possible, as well as a device to carry out the method so that the liquid interface any damage to the Microcomponent prevented with the possibility of one Tolerance compensation with high flexibility in the Applicability.  

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merk­ male für den Verfahrensablauf erreicht. Die Merkmale der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ergeben sich aus Anspruch 16.This object is achieved by the invention the note specified in claim 1 male reached for the process. The characteristics the device for performing the method result from claim 16.

Die übrigen Unteransprüche geben vorteilhafte Ausge­ staltungen und Weiterbildungen dieser Aufgabenlösun­ gen an.The other subclaims give advantageous results Events and further training in this task solution to.

Dadurch, daß der erfindungsgemäße Greifer als Adhä­ sionsgreifer ein Adhäsiv verwendet, welches rück­ standsfrei verdunstet, sind stoffbedingte Belastungen der mittels des Greifers manipulierten Mikrobauteile ausgeschlossen, und die Reinigung des Greiferkörpers bewegt sich im Bereich üblicher Serviceleistungen der Gesamtmontageeinheit. Der Adhäsionsgreifer kann als Greiferorgan weitgehend beliebiger Industrie-Roboter dienen, wobei die kraftschlüssige Verbindung zwischen Greiferfläche und Bauteil infolge der durch die Flüs­ sigkeit vorgegebenen Oberflächenspannung ohne unzu­ lässige Belastungen mit dem zu manipulierenden Bau­ teil verbunden ist. Die von der Flüssigkeit aufzu­ bringende Adhäsionskraft entspricht mindestens dem Gewicht des Bauteiles, wofür die gesamte Greiferflä­ che von der Flüssigkeit benetzbar ist. Das Bauteil kommt in der Regel nicht in direkte Berührung mit der Greiferfläche, die Flüssigkeit wirkt hier vielmehr als Puffer gegen Stoßberührung und zuverlässiges Hal­ teelement während der gesamten Transportbewegung. Die exakt dosierbare Zuführbarkeit und Rückführbarkeit der Flüssigkeit zu und von der Greiferfläche ermög­ licht die Einstellung exakt vorgebbarer Dicken der Flüssigkeitsschicht in Abhängigkeit von der Oberflä­ chenstruktur des Bauteiles, seiner Dimensionierung und seinem Gewicht. Ein weiterer vorteilhafter Para­ meter für die Einstellbarkeit der Haltekraft ist da­ durch gegeben, daß die Viskosität der Flüssigkeit, falls gewünscht, wahlweise verändert werden kann, beispielsweise durch Veränderung der Temperatur oder Beimischung anderer Flüssigkeiten. Die Auswahl der Art der Flüssigkeit selbst richtet sich einerseits nach der mechanischen Beanspruchung, andererseits nach der Anforderung der Rückstandsfreiheit auf dem Bauteil, da nach dem Greiferprinzip nach Abschluß eines Handhabungs- oder Montagevorganges feste Be­ standteile der Flüssigkeit auf dem Bauteil je nach vorliegenden Anforderungen wenigstens teilweise ver­ bleiben können oder vollständig durch Verdunsten ent­ fernt werden. Vorteilhafte Adhäsive, die in diesem Zusammenhang Anwendung finden, sind Wasser, organi­ sche Lösungsmittel mit OH-Gruppen wie Alkohole oder dergleichen Nichtklebstoffe. Besonders vorteilhaft ist für den erfindungsgemäßen Greifermechanismus auch, daß aufgrund des hygrostatischen Spannungszu­ standes der Flüssigkeitsschicht zwischen Greiferflä­ che und Bauteil die durch die Montage gegebenen Tole­ ranzen sich auf einfache Weise ausgleichen lassen, so daß auch für kleinste Bauteile die Gefahr von Beschä­ digungen ausgeschlossen werden kann. Das mittels des erfindungsgemäßen Adhäsionsgreifers ausführbare Ver­ fahren läßt sich praktisch für beliebige Bestückungs­ systeme einsetzen, wobei hierfür eine hohe Flexibili­ tät und Unabhängigkeit von Dimensionierung, Stoffei­ genschaft und andere Kennungen besonders hervorzuhe­ ben sind.The fact that the gripper according to the invention as Adhä sion gripper uses an adhesive, which back evaporated without standing, are substance-related loads the micro components manipulated by the gripper excluded, and cleaning the gripper body moves in the area of usual services of  Overall assembly unit. The adhesion gripper can be used as Gripper organ of largely any industrial robot serve, the non-positive connection between Gripper surface and component as a result of the rivers surface tension without excessive casual loads with the building to be manipulated part is connected. The liquid up adhesive force corresponds at least to that Weight of the component, for which the entire gripper surface surface is wettable by the liquid. The component usually does not come into direct contact with the Gripper surface, the liquid works much more here as a buffer against impact contact and a reliable Hal teelement during the entire transport movement. The precisely controllable feedability and traceability the liquid to and from the gripper surface the setting of precisely predeterminable thicknesses of the Liquid layer depending on the surface Chen structure of the component, its dimensioning and its weight. Another advantageous para There is a meter for the adjustability of the holding force given that the viscosity of the liquid, can be changed if desired, for example by changing the temperature or Addition of other liquids. The selection of the The type of liquid itself depends on the one hand after mechanical stress, on the other hand according to the requirement of no residue on the Component because after the gripper principle after completion a handling or assembly process fixed loading components of the liquid on the component depending on existing requirements at least partially ver can remain or completely by evaporation be removed. Advantageous adhesives in this Context find application are water, organi  cal solvents with OH groups such as alcohols or similar non-adhesives. Particularly advantageous is for the gripper mechanism according to the invention also that due to the hygrostatic tension level of the liquid layer between the gripper surface surface and component the toles given by the assembly satchels can be easily compensated, so that even for the smallest components there is a risk of damage damage can be excluded. That by means of Adhesive gripper according to the invention executable Ver can drive practically for any assembly use systems, whereby a high flexibility activity and independence from dimensioning, fabric property and other identifiers ben are.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen sollen der Grei­ fermechanismus und der Verfahrensablauf bei der Hand­ habung kleiner und oberflächenempfindlicher Bauteile näher erläutert werden. Hierbei zeigen schematisch:The Grei mechanism and the procedure at hand small and surface sensitive components are explained in more detail. Here show schematically:

Fig. 1 bis 3 den prinzipiellen Grundaufbau und das Funktionsprinzip des Adhäsions­ greifers, Fig. 1 to 3 the principal basic structure and operating principle of the adhesion gripper,

Fig. 4 bis 9 den Verfahrensablauf, Fig. 4 to 9 the process sequence,

Fig. 10 bis 20 Beispiele für spezielle Ausgestaltun­ gen des Greiferkörpers, und zwar: Fig. 10 to 20 examples of specific Ausgestaltun gen of the gripper body, namely:

Fig. 10 einen Greiferkörper (6) mit Zentrie­ rungsanschlag (9) für die genaue Zen­ trierung eines Bauteiles (8), Fig. 10 approximately stop a gripper body (6) with Zentrie (9) for the exact Zen-centering of a component (8),

Fig. 11 einen Greiferkörper (6) mit einer als Formnest ausgebildeten Greiferfläche, bei der mittels Randwulst (10) die Lage des Bauteiles (8) exakt definier­ bar ist, A gripper body (6) having a mold cavity configured as a gripper surface, wherein FIG. 11 by means of edge bead (10) the position of the component (8) exactly DEFINE bar,

Fig. 12 eine weitere Ausbildungsform eines Greiferkörpers (6) mit Noppen (11) oder dergleichen Anschlägen für die Zentrierung des Bauteiles (8), Fig. 12 shows a further embodiment of a gripper body (6) with knobs (11) or the like stops for the centering of the part (8),

Fig. 13 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Greiferkörpers (6) mit mehreren in den Greiferkörper integrierten Schwin­ gungserzeugern (12), Fig. 13 shows a further embodiment of a gripper body (6) with several integrated in the gripper body oscillations supply generators (12)

Fig. 14 einen Greiferkörper (6) mit einer Mehrzahl von Zuführ- und/oder Absaug­ kanälen (4), Fig. 14 a gripper body (6) having a plurality of supply and / or suction channels (4),

Fig. 15 einen Greiferkörper (6) mit in diesen integrierten Sensoren (13) für die Überwachung des Flüssigkeitsmeniskus zwischen Greiferfläche (7) und Bauteil (8), Fig. 15 a gripper body (6) with integrated in these sensors (13) for monitoring the liquid meniscus between the gripper surface (7) and component (8),

Fig. 16 das Ausführungsbeispiels eines Grei­ ferkörpers (6) mit Meßkapillare (17) und zugeordnetem Sensor (18) zur Über­ wachung der Fügekraft zwischen Greifer und Bauteil, Fig. 16 shows the embodiment of a Grei ferkörpers (6) with measuring capillary (17) and an associated sensor (18) for the monitoring of the joining force between the hook and the component,

Fig. 17 einen Greiferkörper (6) mit Auswerfer (14), dessen Auswerferstifte (15) durch den Greiferkörper so hindurch­ geführt sind, daß sie mit den ausfahr­ baren Spitzen das Bauteil von der Greiferfläche abheben können, Fig. 17 a gripper body (6) with an ejector (14), the ejector pins are guided (15) by the gripper body through so that they can lift the component from the gripper surface with the deploying cash tips,

Fig. 18 eine weitere Ausführungsform mit Ab­ standsnoppen (11), senkrecht von der Greiferfläche (7) in Richtung auf das Bauteil (8) abstehend, um einen Mini­ malabstand zwischen Greifer und Bau­ teil herzustellen, Fig. 18 shows a further embodiment with Ab was knob (11) perpendicularly from the gripper surface (7) towards the part (8) projecting to a mini part Spacing between the gripper and construction to manufacture,

Fig. 19 eine Ausführungsform eines Greiferkör­ pers (6), bei dem die Ablösung des Bauteiles (8) mittels beweglicher, in die Greiferfläche integrierter Hebel­ organe (16), etwa Bimetallstreifen od. dgl., realisierbar ist, und Fig. 19 shows an embodiment of a Greiferkör pers ( 6 ), in which the detachment of the component ( 8 ) by means of movable, integrated in the gripper surface lever organs ( 16 ), such as bimetallic strips or the like, can be realized, and

Fig. 20 die Ausführungsform eines Greiferkör­ pers gemäß Fig. 14, bei der mittels der Pfeile die Möglichkeit angedeutet wird, durch die Kanäle (4) Druckluft od. dgl. zum Abheben des Bauteiles (8) hindurchzugeben., Through the channels od Fig. 20, the embodiment of a Greiferkör by the arrows, the possibility is indicated in the pers shown in FIG. 14, (4) compressed air. Like. To lift the component through release (8).

Nachfolgend soll anhand der Fig. 4 bis 9 der Ver­ fahrensablauf für die einzelnen Greiferphasen näher erläutert werden.The process sequence for the individual gripper phases will be explained in more detail below with reference to FIGS . 4 to 9.

Aus einem Flüssigkeitsspeicher 1 gemäß Fig. 1 wird eine vorzugsweise bei Verdunstung rückstandsfreie Flüssigkeit dem oder den Zuführungskanälen 4 und von diesen der Greiferfläche 7 (siehe Fig. 2) zugeführt und als Haltekraft für das Bauteil 8 der physikali­ sche Effekt der Adhäsion genutzt. Zur Aufnahme des zu greifenden Bauteiles wird über eine ansonsten nicht näher dargestellte Zuführungseinheit eine exakt defi­ nierte Menge Flüssigkeit im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4ff über nur einen Zuführ-/Absaugkanal 4 zuge­ führt, die zunächst als Flüssigkeitstropfen 5 an der Greiferfläche 7 sich um die untere Öffnung des Kanals 4 herum ansammelt. Während dieser Annäherungsphase, in der sich der Greiferkörper 6 auf das zu manipulie­ rende Bauteil 8 zubewegt, wird somit zunächst der mittlere Bereich des Bauteiles in Kontakt mit der Flüssigkeit gebracht und die Annäherung zwischen Greiferfläche 7 und Bauteil 8 so lange fortgesetzt, bis die gesamten Oberflächen, soweit sie ein­ ander übergreifen, benetzt sind, so wie es in Fig. 5 mit dem Bezugszeichen 5′ dargestellt ist. Im schwim­ menden Abstand zur Greiferfläche 7 kann nunmehr durch die Oberflächenspannung das Bauteil 8 in einer nachfolgenden Zentrierungsphase, wie Fig. 6 zeigt, in zwei Freiheitsgraden genau zum Greifer zentriert wer­ den. Nach erfolgter Zentrierung kann zur Erhöhung der Greifkraft Flüssigkeit abgesaugt werden, wie in Fig. 7 mit dem nach oben gerichteten Pfeil innerhalb des Kanals 4 vereinfacht dargestellt ist, und damit wird definiert das Bauteil näher an die Greiferfläche 7 herangeführt. Der Verfahrensschritt wird so ausge­ führt, daß der Abstand zwischen Greiferfläche 7 und Bauteil 8, also die Dicke der Flüssigkeitsschicht, eine optimale, vorzugsweise maximale Greiferkraft garantiert. Nunmehr kann das Bauteil mittels des Greifers, wie in Fig. 8 wiederum symbolisch verein­ facht dargestellt, auf einem Basisteil 9 positioniert bzw. in einem sogenannten Fügevorgang fixiert werden.From a liquid reservoir 1 according to FIG. 1, a residue-free liquid, preferably in the case of evaporation, is fed to the feed channel (s) 4 and from this the gripper surface 7 (see FIG. 2) and the physical effect of adhesion is used as holding force for the component 8 . For receiving the component to be gripped, an exactly not defined amount of liquid is supplied in the exemplary embodiment according to FIG. 4ff via only one supply / suction channel 4 via an otherwise not shown supply unit, which initially acts as liquid drops 5 on the gripper surface 7 around the lower one Opening of channel 4 accumulates around. During this approach phase, in which the gripper body 6 moves towards the component 8 to be manipulated, the middle region of the component is thus first brought into contact with the liquid and the approach between the gripper surface 7 and component 8 continues until the entire surfaces , as far as they overlap another, are wetted, as shown in Fig. 5 with the reference numeral 5 '. In the floating distance to the gripper surface 7 , the component 8 can now be centered in two subsequent degrees of freedom to the gripper by the surface tension in a subsequent centering phase, as shown in FIG. 6. After centering has been carried out, liquid can be sucked off to increase the gripping force, as is shown in simplified form in FIG. 7 with the upward arrow within the channel 4 , and thus the component is brought closer to the gripper surface 7 . The method step is carried out so that the distance between gripper surface 7 and component 8 , ie the thickness of the liquid layer, guarantees an optimal, preferably maximum gripper force. Now the component can be positioned on a base part 9 or fixed in a so-called joining process by means of the gripper, as again symbolically shown in FIG. 8.

In der Zentrierphase läßt sich zur Ausrichtung des Bauteiles 8 relativ zum Greiferkörper 6 wahlweise, wie in den Fig. 10 bis 14 beispielsweise angege­ ben, unterschiedlich vorgehen. Vorteilhafte Hilfsmit­ tel in diesem Zusammenhang können mechanische An­ schläge 9, wie Stifte 11 od. dgl., sein, aber auch die spezielle Formgebung der Greiferfläche, die Erzeugung von Flüssigkeitsschwingungen durch in den Greiferkör­ per 6 eingebaute Vibratoren 12 oder die Vorgabe der Strömungsrichtung der Flüssigkeit zwischen Greifer­ fläche 7 und Bauteil 8, etwa über geeignete Ansteue­ rung einer Mehrzahl von Kanälen 4.In the centering phase, the alignment of the component 8 relative to the gripper body 6 can optionally, as shown in FIGS . 10 to 14, for example, proceed differently. Advantageous auxiliaries in this context may be mechanical impacts 9 , such as pins 11 or the like, but also the special shape of the gripper surface, the generation of liquid vibrations by built-in vibrators 12 in the gripper body 6 or the specification of the flow direction of the liquid between gripper surface 7 and component 8 , for example via suitable control of a plurality of channels 4 .

Nach Beendigung des Fügevorganges bzw. der Montage gemäß Fig. 8 wird in einer sogenannten Lösephase der Greifer vom Bauteil getrennt, wofür Hilfsmittel gemäß Fig. 17 bis 20 eingesetzt werden können, also etwa nadelförmige Auswerfer gemäß Fig. 17 oder Noppen als Abstandshalter entsprechend Fig. 18, aber auch die Verwendung beweglicher Hebel, etwa in Form von Bime­ tallstreifen od. dgl., entsprechend Fig. 19, aber auch durch Vibrationen gemäß Fig. 13 oder Einleitung eines Luftstoßes gemäß Fig. 20. Fig. 9 zeigt nach dem Ab­ lösen des Greifer eine verbliebene Restflüssigkeit 5′′. In diesem Ausführungsbeispiel wurde durch Mani­ pulation des flüssigen Mediums über eine Volumenände­ rung mit gleichzeitig Adhäsionskraftverringerung der Flüssigkeitsfilm vor dem Ablösen verkleinert bzw. seine Dicke so weit herabgesetzt, daß Adhäsionskräfte mit nur noch geringer Restwirkung vorliegen. Die ver­ bleibende Restkraft kann durch geeigneten Druckstoß über die Flüssigkeitskanäle entweder mittels sehr kurzfristigem Flüssigkeitsstoß oder auch mittels Druckluft, wie in Fig. 20 schematisch angedeutet, aufgehoben werden. Der Flüssigkeitsspiegel zwischen Greiferfläche und Bauteil ist durch Zurückziehen der Flüssigkeit über den Kanal oder durch Beheizen des Greiferkörpers und damit Verdunsten der Flüssigkeit zu beseitigen oder auf ein Minimum zu verringern.After the joining process or the assembly according to FIG. 8 has ended, the gripper is separated from the component in a so-called release phase, for which aids according to FIGS. 17 to 20 can be used, i.e. needle-shaped ejectors according to FIG. 17 or knobs as spacers according to FIG. 18, but also the use of movable levers, for example in the form of bimetallic strips or the like, corresponding to FIG. 19, but also by vibrations according to FIG. 13 or initiation of an air blast according to FIG. 20. FIG. 9 shows after the release the gripper a remaining liquid 5 ''. In this embodiment, the liquid film was reduced by manipulation of the liquid medium via a volume change with a simultaneous reduction in the adhesive force before detachment, or its thickness was reduced to such an extent that adhesive forces are present with only a small residual effect. The remaining residual force can be canceled by a suitable pressure surge across the liquid channels either by means of a very short fluid surge or by means of compressed air, as indicated schematically in FIG. 20. The liquid level between the gripper surface and the component must be removed or reduced to a minimum by withdrawing the liquid via the channel or by heating the gripper body and thus evaporating the liquid.

Claims (25)

1. Verfahren zum Manipulieren von Mikrobauteilen, bei dem ein Greifer unter Einsatz von Adhäsiven zwischen Greiferfläche und einem zu handhabenden Bauteil dieses einem Speicher od. dgl. entnimmt, zu einem Bestimmungsort, etwa einer Montagesta­ tion, bewegt und dort wieder freigibt, mit folgendem Arbeitsablauf:
  • a) bevor oder während der Greifer über dem zu handhabenden Bauteil waagerecht positio­ niert wird, wird der Greiferfläche eine definierte Menge einer im wesentlichen rückstandsfrei verdunstenden Flüssigkeit als Adhäsiv zugeführt,
  • b) Greifer und Bauteil werden nachfolgend so weit aufeinander zu bewegt, bis die Flüs­ sigkeit die Fläche zwischen ihnen vollstän­ dig benetzt, wobei sich zwischen den Form­ elementen der Greiferfläche und des Bautei­ les durch die Oberflächenspannung des Adhä­ sivs ein definierter Flüssigkeitsfilm aus­ bildet, durch den das Bauteil zum Greifer ausgerichtet bzw. zentriert wird,
  • c) die Flüssigkeitsmenge zwischen Greiferflä­ che und Bauteil wird nunmehr reduziert, bis ein optimale Adhäsionskräfte vorgebender Dickenabstand zwischen Greifer und Bauteil erreicht ist,
  • d) anschließend wird der Greifer mit dem Bau­ teil zur Montagestation oder dergleichen Bestimmungsort bewegt, dort genau positio­ niert, ausgerichtet und das Bauteil, gegebenenfalls nach geeigneter Fixierung, freigegeben,
  • e) nach Beendigung dieses Fügevorganges wird der Greifer vom Bauteil abgehoben und in die Ausgangsstellung zurückgeführt.
1. A method for manipulating microcomponents, in which a gripper, using adhesives between the gripper surface and a component to be handled, removes it from a memory or the like, moves it to a destination, for example an assembly station, and releases it there, with the following workflow :
  • a) before or during the gripper is positioned horizontally over the component to be handled, the gripper surface is supplied with a defined amount of an essentially residue-free evaporating liquid as an adhesive,
  • b) The gripper and component are subsequently moved towards each other until the liquid completely wets the surface between them, a defined liquid film being formed between the shaped elements of the gripper surface and the component by the surface tension of the adhesive the component is aligned or centered on the gripper,
  • c) the amount of liquid between the gripper surface and the component is now reduced until an optimum thickness gap between the gripper and the component is reached,
  • d) the gripper is then moved with the construction part to the assembly station or the like destination, positioned exactly there, aligned and the component, if appropriate after suitable fixation, released,
  • e) after this joining process has been completed, the gripper is lifted off the component and returned to the starting position.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtung zwi­ schen Greiferfläche und Bauteil mittels mechani­ scher Anschläge und Flüssigkeitsfilm vorgenommen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the alignment between the gripper surface and component by means of mechanical shear stops and liquid film becomes. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierung zwi­ schen Greiferfläche und Bauteil durch Vorgabe eines Formnestes oder dergleichen Flächenkennung auf der Greiferfläche vorgegeben wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the centering between gripper surface and component by default a mold nest or similar area identifier is specified on the gripper surface. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fügevorgang mit Kontakt zwischen Füge- und Basisteil mittels Vibration erfolgt.4. The method according to claim 1, characterized in that the joining process with Contact between joining and base part by means of Vibration occurs. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierung durch geeignete Strömungsvorgabe des Adhäsives vorgenommen wird.5. The method according to claim 1, characterized in that the centering through suitable flow specification of the adhesive is made. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierung des Bauteiles am Greifer mittels optischer, kapazi­ tiver oder anderer Sensoren überprüft wird. 6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the centering of the Component on the gripper by means of optical, capacitive tive or other sensors is checked.   7. Verfahren nach Anspruch i oder einem der Ansprü­ che 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösen des Grei­ fers vom Bauteil nach dessen fixierender Montage mittels fester nadelförmiger oder weicher nop­ penförmiger Auswerfer bzw. Abstandshalter er­ folgt.7. The method according to claim i or one of the claims che 2 to 6, characterized in that the loosening of the Grei away from the component after its fixing assembly by means of fixed needle-shaped or soft nop pen-shaped ejector or spacer follows. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösen des Bau­ teiles vom Greifer über in die Flüssigkeit mit­ tels gesonderter Kanäle eingeleitete Luft erfolgt.8. The method according to claim 1 to 6, characterized in that the loosening of the building some from the gripper into the liquid Air introduced through separate channels. 9. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprü­ che 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Fixieren des Bauteiles durch weitgehende Entfernung der Flüssigkeit zwischen Greiferfläche und Bauteil die Adhäsionskräfte zumindest so weit verringert werden, daß die endgültige Trennung zwischen Bauteil und Greiferfläche nur noch durch das Einleiten geringer Restkräfte erfolgen kann.9. The method according to claim 1 or one of the claims che 2 to 6, characterized in that after fixing of the component by largely removing the Liquid between gripper surface and component the adhesive forces are reduced at least as much that the final separation between Component and gripper surface only through that Initiation of low residual forces can take place. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit durch Beheizung des Greifers entfernt wird.10. The method according to claim 9, characterized in that the liquid is removed by heating the gripper. 11. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösen des Bau­ teiles vom Greifer über in die Flüssigkeit ein­ geleitete Druckstöße durch Ultraschall od. dgl. erfolgt. 11. The method according to at least one of the above Expectations, characterized in that the loosening of the building some from the gripper into the liquid conducted pressure surges by ultrasound or the like he follows.   12. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgtem Füge­ vorgang der Greifer einer Vibrationsbewegung unterworfen wird, die zum Ablösen des Bauelemen­ tes von der Greiferfläche führt.12. Proceed according to at least one of the preceding the claims characterized in that after joining operation of the grippers of a vibration movement is subjected to the replacement of the construction elements leads from the gripper surface. 13. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösen des Grei­ fers vom Bauteil durch Auslösen chemischer oder physikalischer Reaktionen, bei denen sich die Oberflächenspannung oder Viskosität des Adhäsivs verändert, unterstützt wird.13. Proceed according to at least one of the preceding the claims characterized in that the loosening of the Grei away from the component by triggering chemical or physical reactions in which the Surface tension or viscosity of the adhesive is changed, supported. 14. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Vorgaben der Greifkräfte durch die Wahl unter­ schiedlicher Flüssigkeiten bzw. Viskosität vor­ genommen wird.14. Proceed according to at least one of the preceding the claims characterized in that different Specifications of the gripping forces by choosing from different liquids or viscosity is taken. 15. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein gegebenenfalls erforderlicher Ausgleich für die während der Handhabung verdunstende Flüssigkeitsmenge über kommunizierende Vorratsbehälter vorgenommen wird.15. Proceed according to at least one of the preceding the claims characterized in that an optionally compensation required during the Handling evaporating amount of liquid over communicating storage container made becomes. 16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüche 1 bis 15, bestehend aus einem Flüssigkeitsspeicher (1) einer Zu-/Abführeinrichtung (2) und einem Grei­ fer (3), wobei der Greiferkörper (6) wenigstens einen Zuführ-/Absaugkanal (4) aufweist für eine im wesentlichen rückstandsfrei verdunstbare Flüssigkeit als Adhäsiv zwischen Greiferfläche (7) und Bauteil (8).16. An apparatus for performing the method according to claims 1 to 15, consisting of a liquid reservoir ( 1 ) a supply / discharge device ( 2 ) and a gripper ( 3 ), the gripper body ( 6 ) at least one supply / suction channel ( 4 ) for an essentially residue-free evaporable liquid as an adhesive between gripper surface ( 7 ) and component ( 8 ). 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (8) zen­ trierende Anschläge (9) am Greiferkörper (6) vorgesehen sind.17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the component ( 8 ) zen trating stops ( 9 ) on the gripper body ( 6 ) are provided. 18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Greiferfläche (7) ein zentrierendes Formnest mit umlaufender Randwulst (10) bildet.18. The apparatus according to claim 16, characterized in that the gripper surface ( 7 ) forms a centering mold cavity with peripheral edge bead ( 10 ). 19. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Noppen (11) oder dergleichen Anschläge an der Greiferfläche (7) vorgesehen sind.19. The apparatus according to claim 16, characterized in that knobs ( 11 ) or the like stops are provided on the gripper surface ( 7 ). 20. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in den Greiferkörper (6) wenigstens ein Schwingungserzeuger (12) in­ tegriert ist.20. The apparatus according to claim 16, characterized in that in the gripper body ( 6 ) at least one vibration generator ( 12 ) is integrated. 21. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Zuführ-/Absaugkanälen (4) durch den Greiferkör­ per (6) hindurchgeführt ist.21. The apparatus according to claim 16, characterized in that a plurality of feed / suction channels ( 4 ) through the gripper body by ( 6 ) is passed. 22. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Sen­ sor (13) in den Greiferkörper (6) integriert ist. 22. The apparatus according to claim 16, characterized in that at least one sensor ( 13 ) is integrated in the gripper body ( 6 ). 23. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auswerfer (14) mit Auswerferstiften (15) dem Greiferkörper (6) zugeordnet ist.23. The device according to claim 16, characterized in that an ejector ( 14 ) with ejector pins ( 15 ) is assigned to the gripper body ( 6 ). 24. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß bewegliche Greifer­ organe (16) wie Hebel od. dgl. in die Greiferflä­ che (7) des Greiferkörpers (6) eingefügt sind.24. The device according to claim 16, characterized in that movable gripper members ( 16 ) such as levers or the like. In the Greiferflä surface ( 7 ) of the gripper body ( 6 ) are inserted. 25. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Greiferkörper (6) mit wenigstens einer Meßkapillare (17) ver­ sehen ist, der ein Sensor (18) zugeordnet ist.25. The device according to claim 16, characterized in that the gripper body ( 6 ) with at least one measuring capillary ( 17 ) is seen ver, which is assigned a sensor ( 18 ).
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