JP2018074092A

JP2018074092A - 基板移送装置及び作業システム

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Publication number: JP2018074092A
Application number: JP2016215770A
Authority: JP
Inventors: 明亀田; Akira Kameda; 真一中里; Shinichi Nakazato
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2018-05-10

Abstract

【課題】フィルム状の部材から成る基板を変形させることなく吸着して移送することができる基板移送装置及びこれを備えた作業システムを提供することを目的とする。【解決手段】基板２を吸着して作業部１２に移送し或いは作業部１２から移送する基板移送装置１４が、移動自在な基体２１と、基体２１から水平方向に延びて設けられたアーム部２２と、アーム部２２に取り付けられ、多孔質部材３２の下面を吸着面２３Ｍとする吸着部２３と、真空源ＶＰが送給する真空圧を多孔質部材３２に供給することにより吸着部２３の吸着面２３Ｍに基板２を吸着する吸着力を発生させる真空圧供給路４４とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、基板を吸着して作業部に移送し或いは作業部から移送する基板移送装置及びこれを備えた作業システムに関するものである。

基板に対して作業を行う作業システムでは、基板に対して作業を施す一又は複数の作業部のほか、基板を吸着して作業部に移送し或いは作業部から移送する基板移送装置を備えている。基板移送装置は作業部に対して相対移動自在な基体と基板から水平方向に延びて設けられたアーム部を備えており、アーム部には基板を吸着する吸着部を備えている（例えば、特許文献１，２）。

特開２００１−２２８４５２号公報特開２０１４−４１８９０号公報

しかしながら、従来の作業システムでは、ガラス基板等の硬質で比較的重量のある基板を作業対象としていたことから、基板移送装置の吸着部は基板を強力に吸着保持できる構成となっていた。このため、例えばフレキシブル基板のように剛性が極めて小さく、かつ軽量であるフィルム状の部材から成る基板を作業対象とする場合に、従来の基板移送装置で基板を吸着すると、基板にしわや反り等の変形を生じさせるおそれがあるという問題点があった。

そこで本発明は、フィルム状の部材から成る基板を変形させることなく吸着して移送することができる基板移送装置及びこれを備えた作業システムを提供することを目的とする。

本発明の基板移送装置は、基板を吸着して作業部に移送し或いは前記作業部から移送する基板移送装置であって、前記作業部に対して相対移動自在な基体と、前記基体から水平方向に延びて設けられたアーム部と、前記アーム部に取り付けられ、多孔質部材の下面を吸着面とする吸着部と、真空源が送給する真空圧を前記多孔質部材に供給することにより前記吸着部の前記吸着面に前記基板を吸着する吸着力を発生させる真空圧供給路とを備えた。

本発明の作業システムは、上記本発明の基板移送装置と、前記基板移送装置が移送する前記基板に対して作業を施す複数の作業部を備えた。

本発明によれば、フィルム状の部材から成る基板を変形させることなく吸着して移送することができる。

本発明の一実施の形態における作業システムの概略構成を示す平面図本発明の一実施の形態における作業システムによる基板に対する作業の進行過程を示す図本発明の一実施の形態における作業システムが備える基板移送装置の上方斜視図本発明の一実施の形態における基板移送装置の一部の下方斜視図本発明の一実施の形態における基板移送装置が備える吸着部の上方斜視図本発明の一実施の形態における基板移送装置が備える吸着部の上方分解斜視図本発明の一実施の形態における基板移送装置の一部の断面側面図本発明の一実施の形態における基板移送装置を基板移動機構とともに示す側面図本発明の一実施の形態における作業システムの制御系統を示すブロック図（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施の形態における基板移送装置により基板を吸着する手順を説明する基板移送装置の側面図本発明の一実施の形態における基板移送装置の吸着部に基板を接触させた状態の一例を示す断面側面図（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施の形態における基板移送装置による基板の吸着状態の例を示す平面図本発明の一実施の形態の変形例における基板移送装置が備える吸着部の上方斜視図本発明の一実施の形態の変形例における基板移送装置が備える吸着部の上方分解斜視図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示す作業システム１は、基台１０に作業前基板載置部１１、３つの作業部１２、作業後基板載置部１３及び２つの基板移送装置１４を備えており、フィルム状の部材から成る基板２（例えばフレキシブル基板）に部品３を搭載して実装基板を製造する。本実施の形態では、作業者ＯＰから見た作業システム１の左右方向をＸ軸方向とし、作業者ＯＰから見た前後方向をＹ軸方向とする。また、上下方向をＺ軸方向とする。

３つの作業部１２はそれぞれ、基板２に対して所要の作業を施すＡＣＦ貼着部１２Ａ、部品搭載部１２Ｂ及び部品圧着部１２Ｃから成る。部品搭載部１２ＢはＡＣＦ貼着部１２Ａの右方に位置しており、部品圧着部１２Ｃは部品搭載部１２Ｂの右方に位置している。３つの作業部１２が基板２に対して施す一連の作業は、図２に示すように、基板２の端部に設けられた電極部２ａに接着部材としてのＡＣＦテープ４を貼着するＡＣＦ貼着作業、ＡＣＦ貼着作業を施した基板２のＡＣＦテープ４に部品３を搭載（仮圧着）する部品搭載作業、部品搭載作業を施した基板２に部品３を圧着（本圧着）する部品圧着作業から成る。

ＡＣＦ貼着作業はＡＣＦ貼着部１２Ａが実行し、部品搭載作業は部品搭載部１２Ｂが実行する。部品圧着作業は部品圧着部１２Ｃが実行する。作業前基板載置部１１には作業が施される前の基板２が載置され、作業後基板載置部１３には、３つの作業部１２によって一連の作業が施された基板２が載置される。

基板移送装置１４は、基板２を吸着して作業部１２に移送し或いは作業部１２から移送する装置である。図１及び図３において、２つの基板移送装置１４はそれぞれ、基台１０の前方領域をＸ軸方向に延びて設置された移動ベース１０Ｂ上に、左右に配置して設けられている。

図３において、各基板移送装置１４は、基体２１と、２つのアーム部２２と、各アーム部２２に取り付けられた複数の吸着部２３を備えている（図４も参照）。基体２１は移動ベース１０Ｂに対してＸ軸方向に移動自在（すなわち、３つの作業部１２のそれぞれに対して相対移動が自在）に設けられている。２つのアーム部２２はそれぞれ基体２１から水平方向（Ｙ軸方向）の後方に延びて設けられている。吸着部２３は各アーム部２２のそれぞれに２つずつ（合計で４つ）取り付けられている。各吸着部２３は、図５及び図６にも示すように、アーム部２２に、吸着部ベース２４及びばね部材としての複数のコイルばね２５Ｃを介して取り付けられている。

図４、図５、図６及び図７において、各アーム部２２には、溝部２２ｍがＹ軸方向に延びて設けられている。溝部２２ｍはアーム部２２を厚さ方向（Ｚ軸方向）に貫通している。各吸着部ベース２４は上面には、上方に延びた複数（ここでは２つ）の雄螺子部２４ａが設けられている。各雄螺子部２４ａは溝部２２ｍを上方に貫通しており、ナット２４ｂにより締め付けられている。吸着部ベース２４のアーム部２２に対するＹ軸方向の取付け位置は、ナット２４ｂを緩めて吸着部ベース２４をアーム部２２の長手方向に沿って移動（雄螺子部２４ａを溝部２２ｍ内で移動）させ、ナット２４ｂを再度締め直すことで、変更することができる。

図４、図５、図６及び図７において、各吸着部２３はホルダ３１と多孔質部材３２を備えている。ホルダ３１は下方に開口した開口部３１Ｋを有した中空の箱状の部材であり、多孔質部材３２はホルダ３１の開口部３１Ｋに収容されて下面を下方に露出させたブロック状の部材である。多孔質部材３２の下面以外の面はホルダ３１によって覆われている。下方に露出した多孔質部材３２の下面は、吸着部２３における基板２を吸着する吸着面２３Ｍとなっている。

図４及び図７において、各吸着部２３が備えるホルダ３１の天井面には上下方向に貫通した貫通孔３１ｈが設けられている。貫通孔３１ｈにはホルダ３１の外部を延びる真空配管４１の一端側が繋がっている（図６及び図７）。真空配管４１の他端は基体２１に接続されている（図３）。

図３において、基体２１の内部には吸着制御弁４２が設けられている。吸着制御弁４２は、作業システム１の外部に設けられた真空源ＶＰから延びる真空供給管４３と各吸着部２３から延びる真空配管４１とを接続している。吸着制御弁４２は、真空源ＶＰから送給される真空圧を４つの吸着部２３に個別に供給する制御を行う。真空配管４１を通じて吸着部２３に真空圧が供給されると、その吸着部２３の吸着面２３Ｍに吸着力が発生する。この吸着力は吸着部２３が備える多孔質部材３２の細孔を通じて発生するものである。

このように本実施の形態において、真空供給管４３、吸着制御弁４２及び真空配管４１は、真空源ＶＰが送給する真空圧を多孔質部材３２に供給することにより吸着部２３の吸着面２３Ｍに基板２を吸着する吸着力を発生させる真空圧供給路４４（図８）となっている。

図３において、各基板移送装置１４の基体２１には移送装置移動機構１４Ｍが連結されている。各基板移送装置１４の移送装置移動機構１４Ｍを個別に作動させることで、２つの基板移送装置１４を互いに独立して、移動ベース１０Ｂ上をＸ軸方向に移動させることができる。

図１において、３つの作業部１２それぞれの前方位置には基板載置用のテーブル５０が設けられている。各作業部１２のテーブル５０は、図８に示すように、テーブル昇降機構５１によって基台１０に対して昇降自在であるとともに（図中に示す矢印Ａ）、テーブル前後移動機構５２によって基台１０に対して前後方向に移動自在となっている（図中に示す矢印Ｂ）。

図９において、作業システム１が備える制御装置６０は、ＡＣＦ貼着部１２Ａによる基板２へのＡＣＦテープ４の貼着作業、部品搭載部１２Ｂによる基板２への部品３の搭載作業及び部品圧着部１２Ｃによる基板２への部品３の圧着作業の各動作の制御を行う。また、制御装置６０は、各作業部１２が備えるテーブル昇降機構５１によるテーブル５０の昇降とテーブル前後移動機構５２によるテーブル５０の前後移動、各基板移送装置１４が備える吸着制御弁４２の作動と移送装置移動機構１４Ｍの作動の各制御を行う。

各作業部１２が備えるテーブル５０に載置された基板２を基板移送装置１４によって吸着するときには、制御装置６０は先ず、テーブル５０の前方に基板移送装置１４を位置させて、その基板移送装置１４が備える各吸着部２３を基板２の上方に位置させる（図１０（ａ））。そして、テーブル昇降機構５１を制御してテーブル５０を上昇させ（図１０（ｂ）中に示す矢印Ａ１）、基板２の上面を各吸着部２３の吸着面２３Ｍに接触させる（図１０（ｂ））。

本実施の形態では、前述したように、各吸着部２３は複数のコイルばね２５Ｃを介してアーム部２２に取り付けられている。このため、テーブル昇降機構５１によって上昇された基板２の上面の高さが吸着面２３Ｍの高さよりも高くなる場合であっても、コイルばね２５Ｃが押し縮められる（弾性変形する）ことによってその高さの差が吸収され、基板２に過大な負荷を与えることが防止される。また、基板２を吸着部２３に接触させる際に、各吸着部２３の吸着面２３Ｍと基板２の上面とが平行でなかった場合であっても、複数のコイルばね２５Ｃが互いに異なる長さに押し縮められる（弾性変形する）ことによって、吸着部２３の姿勢を基板２の姿勢に倣わせることができ、基板２の上面と各吸着部２３の吸着面２３Ｍとをしっかりと密着させることができる（図１１）。

基板２の上面と各吸着部２３の吸着面２３Ｍとが接触したら、制御装置６０は吸着制御弁４２を作動させて、各吸着部２３の吸着面２３Ｍに吸着力を発生させる。これにより基板２は各吸着部２３に吸着され、制御装置６０がテーブル昇降機構５１を作動させてテーブル５０を下降させると（図１０（ｃ）中示す矢印Ａ２）、基板２はテーブル５０から離間し、基板移送装置１４によって保持された状態となる（図１０（ｃ））。

上記のようにして吸着部２３に基板２を吸着させると、基板２は多孔質部材３２の下面に密着した状態で多孔質部材３２の細孔の内部側に吸引されることになるが、多孔質部材３２の細孔はその孔径がおよそ６０μ程度であり、基板２の厚さに比較して十分に小さいことから、基板２の表面が細孔の内部に引っ張り込まれることはなく、基板２にしわは反り等の変形が生じたりすることはない。また、基板２にボイドが発生したりすることもない。基板移送装置１４によって保持した基板２をテーブル５０に載置するときには、これとは逆の手順を実行する。

本実施の形態における作業システム１において、基板移送装置１４によって基板２を吸着する際には、複数（４つ）の吸着部２３の一部又は全部を選択的に使用するようにし、基板２のサイズに応じた適切な吸着ができるようにする。すなわち、本実施の形態における基板移送装置１４では、複数の吸着部２３は基板２のサイズに応じて選択的に使用される。

具体的には、図１２（ａ）に示すように、吸着対象とする基板２のサイズ（詳細にはＹ軸方向のサイズ）が比較的小さく、後方（アーム部２２の先端側）に位置する２つの吸着部２３（後方吸着部２３Ａとする）のみで安定的にその基板２を吸着できる場合には、前方（アーム部２２の基端側）に位置する２つの吸着部２３（前方吸着部２３Ｂとする）を使用せず、２つの後方吸着部２３Ａのみで基板２を吸着する。この場合、２つの後方吸着部２３Ａの吸着面２３Ｍにのみ吸着力が発生し、２つの前方吸着部２３Ｂの吸着面２３Ｍには吸着力を発生しないように制御装置６０が吸着制御弁４２を制御する。なお、ここでは２つの後方吸着部２３Ａを使用して基板２を吸着しているが、１つの後方吸着部２３Ａで基板２を安定的に吸着できるのであれば、その１つの後方吸着部２３Ａのみで基板２を吸着するようにしてもよい。

図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）に示すように、吸着対象とする基板２のサイズが比較的大きく、２つの後方吸着部２３Ａのみでは安定的にその基板２を吸着できない場合には、２つの後方吸着部２３Ａだけでなく、２つの前方吸着部２３Ｂも使用して基板２を吸着する。この場合、基板２のサイズに応じて２つの後方吸着部２３Ａと２つの前方吸着部２３Ｂそれぞれの位置を調整したうえで、２つの後方吸着部２３Ａの吸着面２３Ｍと２つの前方吸着部２３Ｂの吸着面２３Ｍそれぞれに吸着力が発生するように制御装置６０が吸着制御弁４２を制御する。

このようにアーム部２２に取り付けられた複数の吸着部２３のうちから選択した１又は複数の吸着部２３の吸着面２３Ｍに選択的に吸着力を発生させるようになっており、基板２を吸着する箇所を基板２のサイズに応じて適切に設定することができる。このため本実施の形態における基板移送装置１４によれば、確実かつ安定的に基板２を吸着保持して移送することが可能である。

また、アーム部２２に取り付けられた複数の吸着部２３のうちの一部がアーム部２２に対して移動自在な構成となっており、基板２を吸着する箇所を基板２のサイズに応じて適切に設定することができる。この点からも、本実施の形態における基板移送装置１４によれば、確実かつ安定的に基板２を吸着保持して移送することが可能である。

本実施の形態における作業システム１に外部から基板２が投入されると、その基板２は、図示しない基板搬入装置によって作業前基板載置部１１に載置される。作業前基板載置部１１に基板２が載置されると、その基板２を２つの基板移送装置１４のうちの左側に位置する基板移送装置１４（以下、左側の基板移送装置１４と称する）が吸着して、ＡＣＦ貼着部１２Ａのテーブル５０に載置（移載）する。ＡＣＦ貼着部１２Ａはテーブル５０を後方に移動させて基板２にＡＣＦ貼着作業を施し、ＡＣＦ貼着作業が終了したら、テーブル５０を前方に移動させる。

ＡＣＦ貼着部１２Ａがテーブル５０を前方に移動させたら、そのテーブル５０に載置されている基板２（ＡＣＦ貼着作業後の基板２）を左側の基板移送装置１４が吸着して右方に移動し、部品搭載部１２Ｂのテーブル５０に載置する。部品搭載部１２Ｂはテーブル５０を後方に移動させて基板２に部品搭載作業を施し、部品搭載作業が終了したら、テーブル５０を前方に移動させる。

部品搭載部１２Ｂがテーブル５０を前方に移動させたら、そのテーブル５０に載置されている基板２（部品搭載作業後の基板２）を２つの基板移送装置１４のうちの右側に位置する基板移送装置１４（以下、右側の基板移送装置１４と称する）が吸着して右方に移動し、部品圧着部１２Ｃのテーブル５０に載置する。部品圧着部１２Ｃはテーブル５０を後方に移動させて基板２に部品圧着作業を施し、部品圧着作業が終了したら、テーブル５０を前方へ移動させる。

部品圧着部１２Ｃがテーブル５０を前方へ移動させたら、そのテーブル５０に載置されている基板２（部品圧着作業後の基板２）を右側の基板移送装置１４が吸着して右方に移動し、作業後基板載置部１３に載置する。作業後基板載置部１３に載置された部品圧着後の基板２は、図示しない基板搬出装置によって作業システム１の外部に搬出される。

作業システム１が備える左右の２つの基板移送装置１４はそれぞれ別個に移動させることができるので、２つの基板移送装置１４が行う上記の基板２の移送作業はそれぞれ独立して行うことができる。このため２つの基板移送装置１４により２枚の基板２の移送動作を同時並行的に行うことができ、実装基板の生産効率の向上を図ることができる。

以上説明したように、本実施の形態における作業システム１では、基板移送装置１４は、多孔質部材３２の下面を吸着面２３Ｍとする吸着部２３を有して成り、吸着面２３Ｍを基板２に面接触させて吸着するようになっている。多孔質部材３２の下面を吸着面２３Ｍとする基板２の吸着では、基板２の吸着力は多孔質部材３２の細孔を通じて発生するため、ガラス基板等の硬質の基板と比較して厚さが小さく、剛性が極めて小さい基板２を吸着した場合であっても基板２に変形が生じない。このため本実施の形態における作業システム１（基板移送装置１４）によれば、フィルム状の部材から成る基板２を変形させることなく吸着して作業部１２に移送し或いは作業部１２から移送することができる。

これまで本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上述の実施の形態に示したものに限定されない。例えば、上述の実施の形態では、基体２１が各作業部１２に対して移動する構成であったが、基体２１は作業部１２に対して相対的に移動自在であればよく、基体２１に対して作業部１２が移動する構成であってもよい。

上述の実施の形態におけるアーム部２２の数と各アーム部２２に取り付けられた吸着部２３の数は一例であり、特に限定されない。吸着部２３はアーム部２２に対して固定されていてもよいが、本実施の形態に示したように、複数の吸着部２３の少なくとも１つがアーム部２２に対して移動自在な構成であれば、基板２のサイズに応じた適切な箇所の吸着が可能となるので、好ましい。２つのアーム部２２はその間隔が可変な構成であってもよく、このような構成であれば、基板２のサイズに応じた吸着を、より適切に行うことができる。

上述の実施の形態では、吸着部ベース２４から下方に延びて設けられた複数のコイルばね２５Ｃそれぞれの下端をホルダ３１の上面に直接取り付けた構成例を示したが、図１３及び図１４の変形例に示すように、コイルばね２５Ｃとホルダ３１の間に板ばね２５Ｂを介装するようにしてもよい。図１３及び図１４ではホルダ３１の上面に矩形枠状の板ばね２５Ｂを複数のクリップ部材３１Ｃによって保持し、吸着部ベース２４から下方に延びて設けられた各コイルばね２５Ｃの下端を板ばね２５Ｂの上面に取り付けたものである。このようにばね部材がコイルばね２５Ｃと板ばね２５Ｂの組み合わせから成る構成であれば、コイルばね２５Ｃだけでなく板ばね２５Ｂの弾性変形によっても、テーブル昇降機構５１によって上昇された基板２の上面の高さと吸着面２３Ｍの高さとの差が吸収されるので、基板２に過大な負荷を与えることを防止する効果をより一層高めることができる。

また、上述の実施の形態では、基板２を吸着部２３に接触させる際、各吸着部２３の吸着面２３Ｍと基板２の上面とが平行でなかった場合に、吸着部２３の姿勢を基板２の姿勢に倣わせる構成としてばね部材を採用していたが、吸着部ベース２４とホルダ３１との間にユニバーサルジョイントを介装する構成を採用してもよい。この場合、アーム部２２と吸着部ベース２４との間に、テーブル昇降機構５１によって上昇された基板２の上面の高さと吸着面２３Ｍとの高さの差を吸収するためのばね部材が設置されることが好ましい。

また、上述の実施の形態では、基板移送装置１４が吸着して移送する基板２は剛性の小さいフィルム状の部材から成るものであるとしていたが、基板２は必ずしもフィルム状の部材から成るものに限られない。更に、作業システム１が備える作業部１２は基板２に対して作業を行うものであればよく、上述の実施の形態に示したものに限定されない。

フィルム状の部材から成る基板を変形させることなく吸着して移送することができる基板移送装置及びこれを備えた作業システムを提供する。

１作業システム
２基板
１２作業部
１４基板移送装置
２１基体
２２アーム部
２３吸着部
２３Ｍ吸着面
２５Ｃコイルばね
２５Ｂ板ばね
３２多孔質部材
４４真空圧供給路
ＶＰ真空源

Claims

基板を吸着して作業部に移送し或いは前記作業部から移送する基板移送装置であって、
前記作業部に対して相対移動自在な基体と、
前記基体から水平方向に延びて設けられたアーム部と、
前記アーム部に取り付けられ、多孔質部材の下面を吸着面とする吸着部と、
真空源が送給する真空圧を前記多孔質部材に供給することにより前記吸着部の前記吸着面に前記基板を吸着する吸着力を発生させる真空圧供給路とを備えたことを特徴とする基板移送装置。
前記吸着部はばね部材を介して前記アーム部に取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の基板移送装置。
前記ばね部材はコイルばねと板ばねの組み合わせから成ることを特徴とする請求項２に記載の基板移送装置。
前記アーム部に複数の前記吸着部が取り付けられており、前記複数の吸着部から選択した１又は複数の吸着部の前記吸着面に選択的に吸着力を発生させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板移送装置。
前記アーム部に複数の前記吸着部が取り付けられており、前記複数の吸着部の少なくとも１つは前記アーム部に対して移動自在であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の基板移送装置。
前記基板はフィルム状の部材から成ることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の基板移送装置。
請求項１〜６のいずれかに記載の基板移送装置と、
前記基板移送装置が移送する前記基板に対して作業を施す複数の作業部を備えたことを特徴とする作業システム。