JP2015135835A - 部品の位置合わせ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の部品の位置合わせを液体の表面張力を利用して確実に行うこと。【解決手段】第1基板10の第1表面には、複数の第1領域11と、それら以外の領域(第2領域12)とが存在する(a)。第1領域11は第2領域12と比べて「濡れ性」が高い。各第1領域11に液滴が付着される(b)。第2基板20の第2表面における「複数の第1領域11に対応するそれぞれの位置」に素子Eがそれぞれ配置される(c)。第1基板10の上下面が反転されて、水平の第1基板10が水平の第2基板20の上方に離れて位置される(d)。第1、第2基板10、20が、水平を維持した状態で、複数の部品Eが「対応する第1領域に付着する液滴」にそれぞれ接触するまで、相対的に近づけられる(e)。各液滴の表面張力によって、各素子Eが、第1基板10側に引き込まれて(持ち上げられて)、「対応する第1領域11における正確な位置」に移動する(f)。【選択図】図2
Description
本発明は、部品の位置合わせ装置に関し、特に、複数の小型の部品の位置合わせを液体の表面張力を利用して行うものに係る。
従来より、小型の部品の位置合わせを液体の表面張力を利用して行う技術が知られている(例えば、特許文献1を参照)。この文献には、以下の技術が記載されている。即ち、互いに位置合わせされる2つの部品の表面のそれぞれに、濡れ性が高い第1領域と濡れ性が低い第2領域とが設けられる。一方の部品の第1領域に水(水滴)が置かれた状態で他方の部品が一方の部品に近づけられて、他方の部品の第1領域がその水滴に接触する。この結果、その水滴の表面張力によって2つの部品の相対位置が変化して、2つの部品の位置合わせが完了する。
上記文献に記載の技術を応用することによって、以下のような「部品の位置合わせを行う手法」が考えられる。即ち、「互いに離れて位置する濡れ性が高い複数の第1領域と、前記複数の第1領域以外の領域である濡れ性が低い第2領域と、からなる第1表面」を備えた第1基板と、「前記複数の第1領域に対応する位置に複数の部品がそれぞれ配置された第2表面」を備えた第2基板と、が準備される。前記複数の第1領域は、第1表面上において、対応する部品が配置されるべき正確な位置にそれぞれ形成されている。
次いで、第1基板が、複数の第1領域のそれぞれに水滴が付着した状態、且つ、第1表面が鉛直方向の上方に向いた状態に置かれる。第2基板が、第2表面が第1基板の第1表面と離れて向かい合うように(即ち、第2表面が鉛直方向の下方に向くように)、第1基板の鉛直方向の上方に離れて配置される。この状態にて、第2基板が下方に向けて移動されて(即ち、第2表面が第1表面に近づけられて)、複数の部品が「対応する第1領域に付着する水滴」にそれぞれ接触させられる。この結果、各水滴の表面張力によって、各部品が第2基板から離れて対応する水滴(従って、第1基板側)にそれぞれ引き込まれる。この結果、各部品が第1基板上の「対応する第1領域における正確な位置」に移動し得、各部品の位置合わせが完了する。なお、第1基板上での位置合わせが完了した各部品は、その後、別途準備された粘着シートに転写されるなどして、その後の工程にて所定の検査等に供される。
ところで、上記の手法では、水滴が付着した第1表面が鉛直方向の上方を向いている。従って、水滴の表面張力によって各部品が対応する第1領域における正確な位置に移動していく過程において、重力が、部品に対して「部品を第1表面に近づける方向」に作用し続ける。このことに起因して、図7に示すように、部品が第1表面に対して傾き、部品の端部が第1表面の第2領域に接触しながら移動する事態が発生し得る(図中の白矢印を参照)。この結果、前記部品の端部に、部品の移動を妨げる方向の摩擦力が発生する。この摩擦力の存在によって、部品が「対応する第1領域における正確な位置」まで到達し得ず、この結果、部品の位置が「対応する第1領域における正確な位置」と異なる位置に合わされる事態が発生し得る(第1の問題)。なお、「傷に対して弱い部品」が使用される場合、この摩擦力の存在によって、部品に傷が付き易いという問題も発生し得る。
また、一般に、第1表面上に形成される第1領域の形状は、位置合わせが行われる部品の平面形状(第1表面に垂直な方向からみた形状)の相似形とされる場合が多い。従って、微細な部品の位置合わせが行われる場合、第1領域の面積も極めて小さく設定される。この結果、第1領域に付着する水滴の量も極めて小さくなるので、第1領域に水滴が付着してからその水滴が蒸発によって消滅するまでの時間も極めて短くなる。このことに起因して、水滴の表面張力によって各部品が「対応する第1領域における正確な位置」に移動していく過程の途中で、蒸発によって水滴が消滅する場合が発生し得る。この場合、水滴が消滅した時点以降、水滴の表面張力の作用が働かない。従って、部品が「対応する第1領域における正確な位置」まで到達し得ず、この結果、部品の位置が「対応する第1領域における正確な位置」と異なる位置に合わされる事態が発生し得る(第2の問題)。
本発明に係る第1の「部品の位置合わせ装置」は、上記「第1の問題」を解決するものである。本発明に係る第1の「部品の位置合わせ装置」は、第1手段、及び、第2手段を備える。第1手段は、「上記複数の第1領域(濡れ性高い)と上記第2領域(濡れ性低い)とからなる第1表面」を備えた第1基板を、「前記複数の第1領域のそれぞれに液滴が付着した状態」、且つ、「前記第1表面が鉛直方向の下方に向いた状態」に置く。加えて、第1手段は、第2表面を備えた第2基板を、「前記第2表面上における前記複数の第1領域に対応する位置に複数の部品がそれぞれ配置された状態」、且つ、「前記第2表面が前記第1基板の第1表面と離れて向かい合うように前記第2表面が鉛直方向の上方に向いた状態」に置く。液体としては、水、水より蒸気圧が低い液体、水より蒸気圧が高い液体等が使用され得る。
第2手段は、前記第1、第2基板を、「前記第1、第2表面が鉛直方向の下方及び上方にそれぞれ向いた状態」を維持しながら相対的に近づけて、前記複数の部品を対応する前記第1領域に付着する液滴にそれぞれ接触させる。
上記第1の「部品の位置合わせ装置」によれば、液滴が付着した第1表面が鉛直方向の下方を向いている。従って、液滴の表面張力によって各部品が「対応する第1領域における正確な位置」に移動していく過程において、重力が、部品に対して「部品を第1表面から遠ざける方向」に作用し続ける。従って、上述した「部品の端部が第1表面の第2領域に接触しながら移動する事態(図7を参照)」が発生し難い(後述する図4を参照)。この結果、上述した摩擦力(図7を参照)が部品に作用しないので、液体の表面張力が、各部品を「対応する第1領域における正確な位置」に移動させるための力(復元力)として有効に活用され得、部品が「対応する第1領域における正確な位置」までスムーズに移動し得る。この結果、部品の位置が「対応する第1領域における正確な位置」に正確に合わされ得る。また、上述した摩擦力が部品に作用しないので、「傷に対して弱い部品」が使用される場合であっても、部品に傷が付き難い。
一方、本発明に係る第2の「部品の位置合わせ装置」は、上記「第2の問題」を解決するものである。この第2の「部品の位置合わせ装置」は、上述した第1の「部品の位置合わせ装置」に対して、
各部品が対応する第1領域に付着する液滴に接触する際の第1表面が如何なる方向(例えば、鉛直方向の上方、又は鉛直方向の下方)を向いていてもよい点、並びに、
液体として「水より蒸気圧が低い液体」が使用される点、
のみが異なる。
各部品が対応する第1領域に付着する液滴に接触する際の第1表面が如何なる方向(例えば、鉛直方向の上方、又は鉛直方向の下方)を向いていてもよい点、並びに、
液体として「水より蒸気圧が低い液体」が使用される点、
のみが異なる。
前記「水より蒸気圧が低い液体」としては、グリセリンを含む液体(例えば、グリセリンの水溶液)を使用することが好適である。グリセリンは、表面張力が大きく、且つ、有毒ではない、という特性を有するからである。
上記第2の「部品の位置合わせ装置」によれば、液体として「水より蒸気圧が低い液体」が使用されるので、液体が水の場合と比べて、液滴が蒸発し難くなる(液滴の蒸発速度が遅くなる)。従って、例えば、第1領域の面積が極めて小さい場合であっても、上述した「液滴の表面張力によって各部品が「対応する第1領域における正確な位置」に移動していく過程の途中で、蒸発によって液滴が消滅する事態」が発生し難い。この結果、部品が「対応する第1領域における正確な位置」までスムーズに移動し得る。この結果、部品の位置が「対応する第1領域における正確な位置」に正確に合わされ得る。
上記第1、第2の「部品の位置合わせ装置」においては、前記各第1領域は、前記部品の平面形状に対して75〜150%の大きさの相似形を呈していることが好適である。また、前記部品の形状における代表長さ(長さ、幅、高さ等)は2mm以下である。「部品における液体と接触する表面」と液体との接触角は30°以下であることが好適である。また、第1領域と液体との接触角は30°以下であり、第2領域と液体との接触角は90°より大きいことが好適である。
図1は、本発明の実施形態に係る「部品の位置合わせ装置」を利用して位置合わせが完了した複数の素子Eが粘着シートに転写された場合の様子を示す。このように粘着シートに転写された複数の素子Eは、その後、例えば、素子Eの電気的な特性の検査等の所定の検査に供される。
以下、本発明に係る「部品の位置合わせ装置」の実施形態を利用して、図1に示すように「位置合わせが完了した複数の素子Eを粘着シートに転写する」際の処理の流れについて、図2〜図5を参照しながら説明する。
この処理は、図2に示すように進行していく。この処理を行う際、平板状の第1基板10、及び第2基板20の相対的な位置を制御する必要がある。この第1、第2基板10、20の相対的な位置の制御は、図3に示す駆動機構部によって行われる。この駆動機構部は、第1基板10を固定(保持)するスライダS1と、第2基板20を固定(保持)するスライダS2と、スライダS1を駆動するアクチュエータACT1と、スライダS2を駆動するアクチュエータACT2と、アクチュエータACT1、ACT2を制御するECUと、を備える。
スライダS1(S2)は、第1基板10の第1表面(第2基板20の第2表面)を水平に維持した状態で、第1基板10(第2基板20)を上下方向(z軸方向)、及び、水平方向(x−y平面方向)に平行移動できるようになっている。また、スライダS1(S2)は、第1基板10(第2基板20)を傾斜可能、或いは、その上下面(表裏)を反転可能となっている。
図2、及び図4を参照すると、図2(a)、図4(a)に示すように、第1基板10が準備される。第1基板10の第1表面(図2(a)では上面、長方形の平面)には、複数の第1領域11と、複数の第1領域以外の領域である第2領域12とが存在する。第1領域11は、第2領域12と比べて「濡れ性」が高い。
複数の第1領域11は、第1表面上において、縦横にマトリクス状(この例では、7×4)に整列して配置されている。複数の第1領域11は、第1表面上において、対応する素子Eが配置されるべき正確な位置にそれぞれ形成されている。各第1領域11は、素子Eの平面形状(z軸方向からみた正射影の形状)に対して75〜150%の大きさの相似形であることが好ましい。
第1基板10の第1表面(第1、第2領域11、12からなる表面)は、例えば、以下のように作製され得る。即ち、先ず、第1基板10の第1表面の全域に、公知の撥水性の表面処理を行う。これにより、第1表面の全域の濡れ性が低くなる。次いで、第1表面における複数の第1領域11に対応するそれぞれの領域に対して、公知の親水性の表面処理を行う。或いは、第1表面における複数の第1領域11に対応するそれぞれの領域に対して、「前記撥水性の表面処理により形成された撥水性の膜」を除去する公知の処理を行う。これにより、第1表面上に、複数の第1領域11(濡れ性が高い)と、第2領域12(濡れ性が低い)とが形成される。
次いで、図2(b)、図4(b)に示すように、第1基板10を、第1表面が鉛直方向の上方に向いた状態、且つ、各第1領域11に液滴が付着した状態に置く。この状態は、例えば、以下の手順によって実現され得る。即ち、先ず、第1基板10を、第1表面が鉛直方向の上方に向くように水平に置き、この状態で第1表面上の全域に液体を浸す。その後、第1基板10を傾ける。これにより、濡れ性の低い第2領域12上に付着していた液体のみが除去され、濡れ性の高い複数の第1領域11上に付着していた液体のみが残存する。その後、第1基板10を前記水平状態に戻す。
液体としては、例えば、「水より蒸気圧が低い液体」が使用される。「水より蒸気圧が低い液体」としては、グリセリンを含む液体(例えば、グリセリンの水溶液)を採用することが好適である。グリセリンは、表面張力が大きく、且つ、有毒ではない、という特性を有する。ここで、素子E(における液体と接触する表面)と液体との接触角は30°以下であることが好適である。また、第1領域11と液体との接触角は30°以下であり、第2領域12と液体との接触角は90°より大きいことが好適である。
次に、図2(c)に示すように、第2基板20が準備される。第2基板20を、第2表面(図2(c)では上面、長方形の平面)が鉛直方向の上方に向いた状態、且つ、第2表面における「複数の第1領域11に対応するそれぞれの位置」に素子Eがそれぞれ配置された状態に置く。第2表面上における各素子Eの位置は、「対応する第1領域11における正確な位置」から若干ずれていてもよい。その「ずれ量」は、素子Eの代表長さ(例えば、長さ、幅)の半分以下であることが好ましい。この例では、素子Eは直方体を呈している。
第2表面上における素子Eの整列・配置方法はどのようであってもよいが、図5に示す方法が採用されてもよい。図5に示す方法では、第2基板20の第2表面における複数の第1領域11に対応するそれぞれの領域に対して、素子Eを収容するためのポケットが形成される。各ポケットの平面形状(z軸方向からみた正射影の形状)は、素子Eの平面形状に対して若干大きめ(例えば、110〜130%)の相似形を呈していることが好適である。素子Eがポケットに収容された状態で素子Eの上面が第2表面から突出するように、各ポケットの深さは、素子Eの高さに対して小さめ(例えば、50〜70%)であることが好適である。
次いで、水平状態にある第2基板20の第2表面上に枠体が配置され、この枠体内に液体(例えば、アルコール)と複数の素子Eとが投入される。次に、この第2基板20が傾斜させられ、或いは振動させられる。この傾斜・振動によって、複数の素子Eが順にそれぞれのポケットに嵌まり込んでいく。その結果、図2(c)に示すように、第2表面上に複数の素子Eが整列・配置された第2基板20が得られる。図5に示す例では、第2表面上に複数のポケットが形成されているが、第2表面上にポケットが形成されていなくてもよい(即ち、第2表面が1つの平面であってもよい)。なお、「図2(a)(b)に示す工程」と「図2(c)に示す工程」の時間的前後は逆であってもよい。
再び、図2を参照すると、次に、図2(d)、図4(c)に示すように、第1基板10の上下面を反転し、水平の第1基板10を水平の第2基板20の上方に離れて位置させる。これにより、第1基板10は、「複数の第1領域11のそれぞれに液滴が付着した状態、且つ、第1表面が鉛直方向の下方に向いた状態」に置かれ、第2基板20は、「第2表面上における複数の第1領域11に対応する位置に複数の素子Eがそれぞれ配置された状態、且つ、第2表面が第1基板10の第1表面と離れて向かい合うように第2表面が鉛直方向の上方に向いた状態」に置かれる。なお、この状態では、図4(c)に示すように、各素子Eの位置が「対応する第1領域における正確な位置」から若干ずれている場合がある。このずれは、第2基板20の第2表面上に素子Eが配置された状態(図2(c)を参照)における、第2表面に対する素子Eの位置のずれに起因する。
次いで、図2(e)、図4(d)に示すように、第1、第2基板10、20を、複数の部品Eが「対応する第1領域に付着する液滴」にそれぞれ接触するまで、第1、第2表面が鉛直方向の下方及び上方にそれぞれ向いた状態を維持しながら、相対的に近づける。このとき、第1基板10のみが下降されても、第2基板20のみが上昇されても、第1基板10が下降され且つ第2基板20が上昇されてもよい。
この結果、図2(f)、図4(e)に示すように、各液滴の表面張力によって、各素子Eが第2基板20から離れて対応する液滴(従って、第1基板10側)にそれぞれ引き込まれる(持ち上げられる)。この結果、各素子Eが、第1基板10上の「対応する第1領域11における正確な位置」に移動する。例えば、図4(c)(d)に示すように、素子Eの位置が「対応する第1領域における正確な位置」から右に若干ずれている場合、図4(e)に白い矢印で示すように、素子Eは「対応する第1領域における正確な位置」まで左に移動する。ここで、上述のように、各第1領域11は、第1表面上において「対応する素子Eが配置されるべき正確な位置」にそれぞれ形成されている。従って、各素子Eは、「配置されるべき正確な位置」にそれぞれ配置される。このようにして、各素子Eの位置合わせが完了する。第1、第2基板10、20は、その後、第1、第2表面が鉛直方向の下方及び上方にそれぞれ向いた状態を維持しながら相対的に遠ざけられる。
そして、図2(g)に示すように、第1基板10上での位置合わせが完了した各素子Eは、その後、所定の検査等に供されるため、別途準備された粘着シートに転写される。その後、不要となった液体が洗い流される。この結果、図1に示した「位置合わせが完了した複数の素子Eが転写された粘着シート」が得られる。
以上、本発明に係る「部品の位置合わせ装置」の実施形態によれば、図2(d)(e)に示すように、液滴が付着した第1基板10の第1表面が鉛直方向の下方を向いている。従って、液滴の表面張力によって各素子Eが「対応する第1領域における正確な位置」に移動していく過程(図2(f)、図4(e)の白い矢印を参照)において、重力が、素子Eに対して「素子Eを第1表面から遠ざける方向」に作用し続ける。従って、上述した「部品の端部が第1表面の第2領域に接触しながら移動する事態(図7を参照)」が発生し難い。この結果、上述した摩擦力(図7を参照)が素子Eに作用しないので、液体の表面張力が、各素子Eを「対応する第1領域における正確な位置」に移動させるための力(復元力)として有効に活用され得、素子Eが「対応する第1領域における正確な位置」までスムーズに移動し得る。この結果、素子Eの位置が「対応する第1領域における正確な位置」に正確に合わされ得る。また、上述した摩擦力が素子Eに作用しないので、「傷に対して弱い素子」が使用される場合であっても、素子に傷が付き難い。
更には、液体として「水より蒸気圧が低い液体」が使用されている。従って、液体が水の場合と比べて、液滴が蒸発し難くなる(液滴の蒸発速度が遅くなる)。従って、例えば、素子Eのサイズが極めて小さくて第1領域11の面積が極めて小さい場合であっても、上述した「液滴の表面張力によって各素子Eが「対応する第1領域における正確な位置」に移動していく過程の途中で、蒸発によって液滴が消滅する事態」が発生し難い。この結果、素子Eが「対応する第1領域における正確な位置」までスムーズに移動し得る。この結果、素子Eの位置が「対応する第1領域における正確な位置」に正確に合わされ得る。
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、液体として、「水より蒸気圧が低い液体」が使用されているが、液体として、水、「水より蒸気圧が高い液体」等が使用されてもよい。
また、図6に示すように、第1、第2基板10、20が近づけられる際、上記実施形態と比べて、第1、第2基板10、20の上下の位置関係が逆になっていてもよい(図6(d)〜(g)を参照)。即ち、第1基板10が「複数の第1領域11のそれぞれに液滴が付着した状態、且つ、第1表面が鉛直方向の上方に向いた状態」に置かれ、第2基板20が「第2表面上における複数の第1領域11に対応する位置に複数の素子Eがそれぞれ配置された状態、且つ、第2表面が第1基板10の第1表面と離れて向かい合うように第2表面が鉛直方向の下方に向いた状態」に置かれていてもよい。なお、この場合、各素子Eが第2表面から剥離しないように、各素子Eは第2表面に軽く接着されている。
この図6に示す例においても、上記実施形態と同様、液体として「水より蒸気圧が低い液体」が使用される。この結果、上述と同様、素子Eのサイズが極めて小さくて第1領域11の面積が極めて小さい場合であっても、上述した「液滴の表面張力によって各素子Eが「対応する第1領域における正確な位置」に移動していく過程の途中で、蒸発によって液滴が消滅する事態」が発生し難い。この結果、素子Eの位置が「対応する第1領域における正確な位置」に正確に合わされ得る。
10…第1基板、11…第1領域、12…第2領域、20…第2基板、液滴…W、素子…E
Claims (6)
- 互いに離れて位置する濡れ性が高い複数の第1領域と、前記複数の第1領域以外の領域である濡れ性が低い第2領域と、からなる第1表面を備えた第1基板を、前記複数の第1領域のそれぞれに液滴が付着した状態、且つ、前記第1表面が鉛直方向の下方に向いた状態に置くとともに、第2表面を備えた第2基板を、前記第2表面上における前記複数の第1領域に対応する位置に複数の部品がそれぞれ配置された状態、且つ、前記第2表面が前記第1基板の第1表面と離れて向かい合うように前記第2表面が鉛直方向の上方に向いた状態に置く、第1手段と、
前記第1、第2基板を、前記第1、第2表面が鉛直方向の下方及び上方にそれぞれ向いた状態を維持しながら相対的に近づけて、前記複数の部品を対応する前記第1領域に付着する液滴にそれぞれ接触させる、第2手段と、
を備えた、部品の位置合わせ装置。 - 互いに離れて位置する濡れ性が高い複数の第1領域と、前記複数の第1領域以外の領域である濡れ性が低い第2領域と、からなる第1表面を備えた第1基板を、前記複数の第1領域のそれぞれに水より蒸気圧が低い液体の液滴が付着した状態に置くとともに、第2表面を備えた第2基板を、前記第2表面上における前記複数の第1領域に対応する位置に複数の部品がそれぞれ配置された状態、且つ、前記第2表面が前記第1基板の第1表面と離れて向かい合う状態に置く、第1手段と、
前記第1、第2基板を、前記第1、第2表面が向かい合う状態を維持しながら相対的に近づけて、前記複数の部品を対応する前記第1領域に付着する液滴にそれぞれ接触させる、第2手段と、
を備えた、部品の位置合わせ装置。 - 請求項2に記載の部品の位置合わせ装置において、
前記水より蒸気圧が低い液体は、グリセリンを含む液体である、部品の位置合わせ装置。 - 請求項3に記載の部品の位置合わせ装置において、
前記水より蒸気圧が低い液体は、グリセリンの水溶液である、部品の位置合わせ装置。 - 請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の部品の位置合わせ装置において、
前記各第1領域は、前記部品の平面形状に対して75〜150%の大きさの相似形を呈している、部品の位置合わせ装置。 - 請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の部品の位置合わせ装置において、
前記部品の形状における代表長さは2mm以下である、部品の位置合わせ装置。
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