JP5810207B1 - 基板組立装置とそれを用いた基板組立方法 - Google Patents
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Abstract
Description
上基板と下基板は別工程で生産されるものであって、縦横方向に寸法差が生じる場合がある。特許文献1の基板組立装置は、寸法差によって生じる位置ずれを許容範囲内に抑え込むように位置合わせして上基板と下基板を貼り合わせる。
基板組立装置1は、ロボットハンド等の搬送装置200で運び込まれる上基板K1(ガラス基板)と下基板K2(ガラス基板)を真空中で貼り合わせて、液晶パネル等の基板を組み立てる装置である。基板組立装置1は制御装置100で制御される。
基板組立装置1は、架台1aと上フレーム2を有する。架台1aは設置面(床面等)に載置される。上フレーム2は架台1aの上方において上下動可能に備わっている。
上フレーム2は、架台1aに取り付けられる第1駆動機構(Z軸駆動機構20)にロードセル20dを介して取り付けられている。
また、上テーブル3及び下テーブル4はY軸方向及びX軸方向を縦横方向とする矩形となっている。
電動モータ20cは制御装置100で制御され、上フレーム2は制御装置100の演算にもとづいて変位(上下動)する。
また、上チャンバ5aにはフック6cが備わる。フック6cは支持軸6aの周囲において自在に上下動する。また、フック6cは支持軸6aの下端において係止部6bと係合する。
上シャフト2aは上チャンバ5を貫通する。上シャフト2aと上チャンバ5の間は真空シール(図示せず)で密封されている。
下チャンバ5bは上方(上フレーム2の側)が開口し、下テーブル4の下方及び側方を覆うように配置される。
また、前記したように、上テーブル3は複数の上シャフト2aを介して上フレーム2に固定される。このため、上テーブル3によって上基板K1と下基板K2が加圧されるときの荷重がロードセル20dで検出される。ロードセル20dの検出信号は制御装置100に入力される。
図2に示すように、上フレーム2には複数のサポートピン7が備わっている。サポートピン7は、上下方向に延設される管状部材であって、上テーブル3とは独立して上下動可能に備わっている。全てのサポートピン7は1つのサポートベース7aに取り付けられ、全てのサポートピン7が同時に上下動する。サポートベース7aは、上チャンバ5aと上テーブル3の間に配置される。サポートベース7aは図示しない上下動機構(ボールねじ機構等)で上下動する。この上下動機構は制御装置100で制御される。
図3に示すように、上フレーム2には複数の粘着ピン8が備わっている。粘着ピン8は、上下方向に延設される管状部材であって、上テーブル3及びサポートピン7とは独立して上下動可能に備わっている。粘着ピン8の上下動は、上部基板面3aに対する垂直動作になる。
粘着ピン8は上部基板面3aよりも上方に配置され、上テーブル3に対して下動した時に上部基板面3aから下方に突出する。また、粘着ピン8は上動して上部基板面3aから引き込まれる。本実施例では、上部基板面3aから粘着ピン8が突出していない状態、つまり、粘着ピン8の突出量がゼロ(又はそれ以下)の状態を、粘着ピン8が上部基板面3aから引き込まれた状態とする。そして、粘着ピン8は、下動して上部基板面3aから突出する。なお、粘着ピン8の突出量は、上部基板面3aからの粘着ピン8の突出量を示す(以下、同じ)。
また、粘着ピン8は中空の管状を呈し、中心に真空吸着孔8cが開口している。真空吸着孔8cは粘着ピンプレート8aの中空部として形成される負圧室8a1と連通する。粘着ピンプレート8aの負圧室8a1には第1吸引手段(真空ポンプP2)が接続される。したがって、粘着ピン8の真空吸着孔8cには負圧室8a1を介して第1吸引手段(真空ポンプP2)が接続される。
真空ポンプP2は制御装置100で制御される。上基板K1は、制御装置100の指令に応じて粘着ピン8に真空吸引されて粘着部8bに貼りつけられる。
上下動機構80は制御装置100で制御され、制御装置100の指令に応じて粘着ピンプレート8aと粘着ピン8が上下動する。
一例として、図4に示すように、上テーブル3に81個の粘着ピン8が備わる本実施例においては9個の粘着ピン8が1つの粘着ピンプレート8aに取り付けられる。そして、9個の粘着ピンプレート8aが1つの上テーブル3に対応して備わっている。また、1つの粘着ピンプレート8aに4つの上下動機構80が備わっている。例えば、矩形を呈する粘着ピンプレート8aの4隅に上下動機構80が備わっている。9個の粘着ピンプレート8aは上下動機構80によって、互いに独立して上下動可能になっている。
そして、上下動機構80は、粘着ピンプレート8aごとに設定される突出量で、粘着ピン8を上部基板面3aから突出させることができる。これによって、粘着ピン8は、粘着ピンプレート8aごとに設定される突出量で上部基板面3aから突出した状態で上基板K1(図1参照)を保持可能になっている。
図5の(a)に示すように、下テーブル4は上方が開口している下チャンバ5bの内側に収容されている。下テーブル4は下方と側面が下チャンバ5bで囲われている。下テーブル4と下チャンバ5bの間には、横方向(X軸方向)と縦方向(Y軸方向)のそれぞれに間隙Gx,Gyが形成されている。また、下テーブル4は下方が複数のXYθ移動ユニット40で支持される。図5の(a)には9個のXYθ移動ユニット40で支持された下テーブル4が図示されているが、下テーブル4を支持するXYθ移動ユニット40の数は限定されない。
また、下テーブル4には移動機構41が取り付けられている。移動機構41は、下テーブル4の端辺に連結される軸部41bと、軸部41bを軸線方向に変位させる駆動部41aとを有する。駆動部41aは、例えばボールねじ機構で軸部41bを軸線方向に変位させる。
X軸方向に延設される軸部41bは下テーブル4の端辺の中央部近傍に連結される。X軸方向に延設される軸部41bの変位によって下テーブル4がX軸方向(横方向)に変位する。
このように、3つの移動機構41が接続される下テーブル4は、X軸方向(横方向)の変位と、Y軸方向(縦方向)の変位と、Z軸周りの回転と、が可能になっている。
下テーブル4には4つの撮像装置10が備わり、それぞれの撮像装置10が撮像したデータ(画像データ)は制御装置100に入力される。なお、下テーブル4に備わる撮像装置10の数は限定されない。
上基板搬入工程で、制御装置100は上フレーム2を上動して上チャンバ5a及び上テーブル3を上動させる。これによって真空チャンバ5が開く。
搬送装置200によって上基板K1が上テーブル3と下テーブル4の間に搬送されると、制御装置100は、上基板K1に当たるまでサポートピン7を下動し、真空ポンプP1を駆動する。上基板K1がサポートピン7に真空吸引される。
搬送装置200が退出すると制御装置100は、サポートピン7を上動させて上基板K1を上テーブル3の上部基板面3aに密着させる。上部基板面3aは平面であるので上基板K1における撓み等の変形が補正される(撓み等の変形が除去される)。
そして制御装置100は、上下動機構80に指令を与えて粘着ピンプレート8aを下動させるとともに真空ポンプP2を駆動する。上基板K1は粘着ピンプレート8aとともに下動する粘着ピン8に真空吸引され、先端の粘着部8bが上基板K1に貼りつく。その後、制御装置100は、粘着ピン8に上基板K1が貼りついた状態の粘着ピンプレート8aを下動し、上基板K1を上部基板面3aから離反させる。
このとき、制御装置100は、粘着ピン8の突出量が、粘着ピンプレート8aごとに設定されている突出量となるように各粘着ピンプレート8aを下動する。
搬送装置200によって下基板K2が上テーブル3と下テーブル4の間に搬入されると、制御装置100は、リフタ42を上動して下基板K2を受け取る。搬送装置200が退出すると制御装置100はリフタ42を下動して下基板K2を下テーブル4の下部基板面4aに載置する。また、制御装置100は真空ポンプP3を駆動して下基板K2を下テーブル4の下部基板面4aに吸着させて保持する。
その後、制御装置100はZ軸駆動機構20を駆動して上フレーム2を下動し、上チャンバ5a及び上テーブル3を下動させる。上チャンバ5aと下チャンバ5bが係合して真空チャンバ5が閉じる。真空チャンバ5の内側には、上テーブル3と下テーブル4とサポートピン7と粘着ピン8が配置される。
制御装置100は、真空チャンバ5が閉じると真空ポンプP0を駆動して真空チャンバ5内を真空にする。真空ポンプP0の駆動で真空チャンバ5内が真空になるので、真空チャンバ5は、真空環境下で上テーブル3と下テーブル4とサポートピン7と粘着ピン8を収納する。
なお、下基板K2は、基板組立装置1(上テーブル3と下テーブル4の間)に搬入される前に、別の工程でシール剤、液晶、スペーサ及びペースト材など必要な物質が塗布されている。
貼り合せ位置調整工程で、制御装置100は、移動機構41を駆動して下テーブル4を変位させて貼り合せ位置を調整する。貼り合せ位置調整工程の詳細は後記する。
貼り合せ工程で制御装置100はZ軸駆動機構20を駆動して、上フレーム2をさらに下動して上テーブル3と粘着ピンプレート8a(粘着ピン8)を下動させる。これによって、粘着ピン8で保持されている上基板K1と、下テーブル4で保持されている下基板K2が貼り合わされる。制御装置100は、ロードセル20dから入力される検出信号によって、上基板K1と下基板K2が貼り合わさったことを検知すると、その時点で上下動機構80を駆動して粘着ピン8を上部基板面3aから引き込む。このとき、制御装置100は真空ポンプP2を停止するとともにガス供給手段8dを駆動して真空吸着孔8cにガスを供給し、上基板K1を粘着部8bから剥離させる。そして、制御装置100はZ軸駆動機構20を駆動して上フレーム2をさらに下動し、上テーブル3で上基板K1及び下基板K2を押圧する。制御装置100は、ロードセル20dから入力される検出信号によって、上テーブル3と下テーブル4の間に所定の荷重が生じたと判定したときに上フレーム2の下動を停止する。
真空チャンバ5の内部は真空であり、上基板K1と下基板K2は真空チャンバ5内の真空環境下において所定の荷重で貼り合わされる。このときの加圧によって、下基板K2にあらかじめ塗布されているシール剤が適宜押圧され、シール剤で囲まれた枠内に塗布される液晶部分の真空が保持される。
その後、上基板K1と下基板K2の位置がずれないように、図示しないUV(紫外線)照射装置から照射される紫外線でシール剤が仮硬化される。
搬出工程で制御装置100は、真空状態にある真空チャンバ5の内部に窒素ガスなどの気体を注入して真空チャンバ5内を大気圧まで昇圧する。真空チャンバ5の内部が大気圧まで昇圧することによって、あらかじめ基板(下基板K2)に塗布されているスペーサや液晶の量によって決定されるギャップ(セルギャップ)になるまで、上基板K1と下基板K2が均一に押圧(加圧プレス)される。制御装置100はガス供給手段8dを駆動して真空吸着孔8cにガスを供給する。この時点で粘着ピン8は上基板K1を保持していないので、真空吸着孔8cに供給されたガスは真空チャンバ5内に供給される。制御装置100は、図示しない気圧センサで真空チャンバ5内の気圧を計測し、真空チャンバ5内の気圧が大気圧まで昇圧した時点でガス供給手段8dを停止する。そして、制御装置100は上フレーム2を上動する。これによって真空チャンバ5が開放される。
その後、貼り合わされた上基板K1と下基板K2が搬送手段200で基板組立装置1から搬出される。
図7は上基板と下基板の貼り合せ位置を調整するためのマーキングを示す図であって、(a)は上基板に付される上マークを示す図、(b)は下基板に付される下マークを示す図である。また、図8,9は上基板の上マークと下基板の下マークのずれを調整する状態を示す図であって、図8の(a)はXY軸方向のずれを示す図、(b)はXY軸方向のずれが調整された状態を示す図である。また、図9の(a)はZ軸周りのずれを示す図、(b)はZ軸周りのずれが調整された状態を示す図である。
第2上マークMk1aは第1上マークMk1よりもサイズの小さい黒四角である。また、第2下マークMk2aは第1下マークMk2と同じ大きさか、第1下マークMk2よりもサイズの大きな四角枠形状である。
なお、図5の(a)に示す下テーブル4の位置合わせ窓4bは、上基板K1及び下基板K2の基準位置に対応して形成されている。
なお、図5の(a)に示す下テーブル4の撮像窓4cは、上基板K1に付けられる第2上マークMk1a、及び、下基板K2に付けられる第2下マークMk2aの位置に対応して形成されている。
制御装置100は、貼り合せ位置調整工程において、最初に、第2上マークMk1aが第2下マークMk2aの枠内に配置されるように下テーブル4を変位させる。このとき、制御装置100は、図示しない第2の撮像装置から入力される画像データにもとづいて下テーブル4を変位させ、2つの第2上マークMk1aを、それぞれ第2下マークMk2aの枠内に配置する。制御装置100は、2つの第2上マークMk1aが第2下マークMk2aの枠内に入ったとき、上基板K1に対する下基板K2の位置の粗調整が終了したと判定する。
そして、本実施例の制御装置100は、第1上マークMk1が第1下マークMk2の枠内に配置される状態のとき、第1上マークMk1と第1下マークMk2が所定の位置関係にあると判定する。
制御装置100は、多値化処理等の画像処理で第1上マークMk1と第1下マークMk2の位置や形状を抽出する。
本実施例の制御装置100(図1参照)は、図8の(b)、及び図9の(b)に示すように、第1上マークMk1(黒四角)が第1下マークMk2(四角枠)の枠内に配置されたときに、上基板K1と下基板K2のずれが規定範囲内にあると判定する。
第1上マークMk1及び第1下マークMk2は、それぞれ上基板K1及び下基板K2の基準位置に付される。このため、図10の(a)に示すように、上基板K1と下基板K2に寸法差(寸法誤差)がないとき、4つの第1上マークMk1が、全て第1下マークMk2の中心に配置されるように構成されている。
本実施例の制御装置100(図1参照)は、図10の(b)に示すように、4つの第1上マークMk1の全てが第1下マークMk2の中心でなくても、つまり、上基板K1と下基板K2にマークピッチずれが生じた状態であっても、4つの第1上マークMk1の全てが第1下マークMk2の枠内に配置されたときに、上基板K1と下基板K2のずれが規定範囲内と判定する。
そこで、本実施例の基板組立装置1の制御装置100(図1参照)は、図6に示す上基板搬入工程(STEP1)で粘着ピン8を下動するとき、粘着ピンプレート8aごとに下動の変位量を変えて上基板K1と下基板K2のずれを低減する。これによって、上基板K1と下基板K2のマークピッチずれが効果的に補正される。
なお、図11の(a),(b)においては、第1下マークMk2の位置を破線で示している。
上基板K1がこのように湾曲すると、上基板K1の端部が中心に微小に寄るので端部近傍に付けられる第1上マークMk1が中心に微小に寄る。したがって、第1上マークMk1が第1下マークMk2の中心に近づいた状態で上基板K1が粘着ピン8に保持される。
したがって、上基板K1や下基板K2の生産ロットごとに、粘着ピン8の突出量が設定されると、第1上マークMk1を第1下マークMk2の中心に近づけることができる。
このようにして設定された突出量が制御装置100(図1参照)に入力されると、制御装置100は、上基板搬入工程(図6参照)において、各粘着ピンプレート8aに取り付けられている粘着ピン8の突出量が設定された突出量になるように、各粘着ピンプレート8aをそれぞれ下動する。
また、図11の(b)はX軸方向で粘着ピン8の突出量が変わっているが、Y軸方で粘着ピン8の突出量が変わった状態にすることも可能である。
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。
図12は設計変更例を示す図であって、(a)は1つの粘着ピンプレートに取り付けられた粘着ピンの突出量が異なる状態を示す図、(b)は1つの粘着ピンに1つの上下動機構が備わる構成を示す図である。
この場合、粘着ピン8のそれぞれに真空ポンプP2(図3参照)が接続される構成とすれば、各粘着ピン8で上基板K1を真空吸引できる。
例えば、X軸方向(またはY軸方向)に延設される長尺形状の粘着ピンプレート8aに、粘着ピン8が一列に配置される構成であってもよい。
また、1つの粘着ピンプレート8aに備わる粘着ピン8の数も限定されない。粘着ピンプレート8aごとに異なった数の粘着ピン8が備わる構成であってもよい。
3 上テーブル
3a 上部基板面
4 下テーブル
4a 下部基板面
5 真空チャンバ
5a 上チャンバ
5b 下チャンバ
8 粘着ピン
8a 粘着ピンプレート(ベース部)
8b 粘着部
8c 真空吸着孔
8d ガス供給手段
10 撮像装置
20 Z軸駆動機構(第1駆動機構)
41 移動機構
43 吸引孔
80 上下動機構(第2駆動機構)
100 制御装置
K1 上基板
K2 下基板
Mk1 第1上マーク(上マーク)
Mk2 第1下マーク(下マーク)
P2 真空ポンプ(第1吸引手段)
P3 真空ポンプ(第2吸引手段)
Claims (6)
- 下基板を保持する下部基板面を有する下テーブルと、
前記下部基板面に対向する上部基板面を有する上テーブルと、
前記上部基板面に対する垂直動作で前記上部基板面から突出して上基板を保持する複数の粘着ピンと、
前記下テーブル及び前記上テーブル及び前記粘着ピンを真空環境下で収納可能な真空チャンバと、
前記粘着ピンと前記上テーブルを前記下テーブルに向かって進行させる第1駆動機構と、
1つ以上の前記粘着ピンが取り付けられる複数のベース部と、
複数の前記ベース部を独立して、前記上部基板面に対して垂直動作させる第2駆動機構と、
前記粘着ピンに開口している真空吸着孔に接続される第1吸引手段と、
前記下部基板面に形成される吸引孔につながった第2吸引手段と、を有し、
前記粘着ピンは、前記ベース部ごとに設定される突出量で前記上部基板面から突出して前記上基板を保持し、
前記真空チャンバ内の真空環境下において、前記第1駆動機構が駆動して前記粘着ピンが保持する前記上基板を前記下基板に貼り合せ、前記下基板と前記上基板が貼り合わさった時点で前記第2駆動機構が駆動して前記粘着ピンが前記上部基板面から引き込まれるとともに前記第1駆動機構が駆動して前記上テーブルで前記上基板及び前記下基板を押圧することを特徴とする基板組立装置。 - 前記粘着ピンで前記上基板が保持された状態で、前記上基板と前記下基板の貼り合せ位置を調整することを特徴とする請求項1に記載の基板組立装置。
- 前記下テーブルを前記下部基板面に沿って変位させる移動機構と、
前記上基板に付される上マークと前記下基板に付される下マークを撮像する撮像装置と、
前記撮像装置から入力される画像データを画像処理して前記上マークと前記下マークを抽出する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、抽出した前記上マークと前記下マークの位置にもとづいて前記移動機構に指令を与え、前記上マークと前記下マークが所定の位置関係となるように前記下テーブルを変位させて前記上基板と前記下基板の貼り合せ位置を調整することを特徴とする請求項2に記載の基板組立装置。 - 前記粘着ピンは、前記真空吸着孔が開口した管状部材であって先端に粘着部を有し、
前記上基板を真空吸引して前記粘着部に貼りつけて保持することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の基板組立装置。 - 前記真空吸着孔に所定のガスを供給するガス供給手段を備えることを特徴とする請求項4に記載の基板組立装置。
- 上基板と下基板を押圧する上テーブルと下テーブルを真空環境下で収納可能な真空チャンバが上チャンバと下チャンバに分離した状態で前記上テーブルと前記下テーブルの間に搬入された上基板に向かって、前記上テーブルの上部基板面から複数の粘着ピンを突出させるとともに、前記粘着ピンの真空吸着孔に接続される第1吸引手段を駆動して、複数の前記粘着ピンで前記上基板を真空吸引し、前記粘着ピンの先端に備わる粘着部に前記上基板を貼りつける上基板搬入工程と、
前記下テーブルの下部基板面に形成される吸引孔につながった第2吸引手段を駆動して、前記上テーブルと前記下テーブルの間に搬入された下基板を前記下部基板面に吸着させた後に、前記上チャンバと前記下チャンバを係合して前記真空チャンバを閉じて当該真空チャンバ内を真空にする下基板搬入工程と、
複数の前記粘着ピンの前記粘着部に貼りついた状態の前記上基板に付されている上マークと、前記下部基板面に吸着した状態の下基板に付されている下マークが所定の位置関係となるように、前記下テーブルを前記下部基板面に沿って変位させる貼り合せ位置調整工程と、
前記上基板が貼りついた状態の前記粘着ピンを、前記下基板を保持している前記下テーブルに向かって進行させて前記上基板と前記下基板を貼り合せた後に前記粘着ピンを前記上部基板面から引き込み、さらに前記上テーブルを前記下テーブルに向かって進行させて、前記上テーブルで前記上基板及び前記下基板を押圧する貼り合せ工程と、
前記真空チャンバ内を大気圧まで昇圧して前記真空チャンバを開放する搬出工程と、を含み、
前記上基板搬入工程では、1つ以上の前記粘着ピンが取り付けられる複数のベース部を、前記上部基板面に対して独立して垂直動作させ、前記ベース部ごとに設定される突出量で前記粘着ピンが前記上部基板面から突出した状態で、前記粘着部に前記上基板を貼りつけることを特徴とする基板組立方法。
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