WO2017013253A1 - Vorrichtung zur handhabung von flachen substraten - Google Patents

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WO2017013253A1
WO2017013253A1 PCT/EP2016/067556 EP2016067556W WO2017013253A1 WO 2017013253 A1 WO2017013253 A1 WO 2017013253A1 EP 2016067556 W EP2016067556 W EP 2016067556W WO 2017013253 A1 WO2017013253 A1 WO 2017013253A1
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WO
WIPO (PCT)
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substrate
suction head
suction
contact element
sensor
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/067556
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Allgaier
Harald Wanka
Matthias DREWS
Klaus Mang
Original Assignee
Asys Automatisierungssysteme Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Asys Automatisierungssysteme Gmbh filed Critical Asys Automatisierungssysteme Gmbh
Publication of WO2017013253A1 publication Critical patent/WO2017013253A1/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6838—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping with gripping and holding devices using a vacuum; Bernoulli devices

Definitions

  • the invention relates to a device for handling flat substrates, in particular printed circuit boards, Wavern, solar cells, glass substrates, glassubstratbasêt components, displays, Dünnschich- tide, in particular thin-film solar cells or the like, with a suction head for holding a substrate, wherein the suction head is an annular contact element for laying on the substrate, and with a suction device operatively connected to the vacuum device for generating a negative pressure in a suction space between the suction head and the substrate.
  • planar substrates can be handled by gripping means, which only at the top of the substrate and hold by generating a negative pressure, the substrate.
  • gripping devices have a suction head with an annular contact element which is pressed onto the surface of the substrate for gripping the substrate so that the annular contact element rests fully on the substrate.
  • a vacuum device By means of a vacuum device, a negative pressure in the pressure space between the suction head and the substrate can then be generated, through which the substrate is attracted to the suction head and thus gripped.
  • the contact element often leaves marks on the surface of the substrate and can not be placed anywhere on the substrate. In this case, a plurality of suction heads distributed over the substrate must be placed on the substrate, for which purpose the substrate must have a corresponding number of points, to each of which a suction head can be placed.
  • the invention is therefore based on the object to provide a device for handling flat substrates, which allows a secure gripping of the substrate without critical mechanical stress of the substrate, and without the substrate for this must have special precautions.
  • the object underlying the invention is achieved by a device having the features of claim 1.
  • This has the advantage that the gripping device acts on the substrate overall from only one side, that the substrate does not have to be engaged behind when lifting from a plane, and that at the same time mechanical stresses due to undesired deflections of the substrate are avoided.
  • the annular course of the contact element of the Outside edge contour of the substrate corresponds.
  • the suction head is thus at least in the region of the contact element at least as large as the substrate itself, so that the contact element extends when placed on the substrate at its outer edge along. Because the outer edge of substrates is often inoperative, this can be used well for supporting the contact element.
  • the substrate is thus almost completely charged with the negative pressure by the vacuum device.
  • the substrate as a whole is drawn against the suction head, wherein regions of the substrate are also pulled in the direction of the suction head, which are spaced from the contact element.
  • the negative pressure also ensures that bending of the substrate is prevented. This results in at most on the outer edge of the substrate imprints through the contact element. Elements already provided on the substrate are not influenced by the gripping device and mechanical stresses on the substrate are avoided.
  • the contact element has an elastically deformable sealing lip.
  • the elastic deformability of the sealing lip ensures that it adapts to the substrate, so that, for example, manufacturing tolerances are compensated by elastic deformation of the sealing lip.
  • the sealing lip ensures that the substrate is not damaged during the suction in the contact region of the contact element.
  • the sealing lip surrounds the outer edge of the substrate. It is provided that the sealing lip rests at least partially on the outside of the substrate. This will become the substrate kept guided on the suction head, whereby a secure holding and transporting the substrate is ensured.
  • the sealing lip has a centering bevel so that when placing the suction head on the substrate they are automatically aligned with each other to ensure the highest possible density of the contact element on or on the substrate.
  • the vacuum device has at least one device for determining a deflection of the substrate.
  • the deflection of the substrate By determining the deflection of the substrate can be ensured that a user can be pointed out, for example, to an excessive deflection in order to interrupt the gripping process when needed. At the same time, the quality of the substrate can be checked by means of this device. For example, in case of an unexpected deflection of the substrate, it can be assumed that the material used or the production of the substrate has been faulty.
  • the device has a pressure sensor for determining the negative pressure in the suction space between the suction head and the substrate. If, for example, an unexpected pressure profile is detected, then it can be concluded that a bending of the substrate must have taken place.
  • the pressure value determined by the pressure sensor is preferably used to ensure a predeterminable minimum vacuum and thus a secure gripping of the substrate.
  • the pressure sensor is assigned according to a first embodiment of the vacuum device and detected in particular in a connecting channel between the vacuum device and the suction head there prevailing negative pressure.
  • the vacuum device is designed in particular as a vacuum pump. According to a second embodiment, it is preferably provided that the pressure sensor is associated with the suction head to detect directly there the pressure where it is crucial for the secure gripping of the substrate.
  • the device has a spacing sensor which is arranged in particular in the suction head and detects a distance of the substrate from the outer edge of the substrate to the suction head at a distance from one another. By determining the distance, in particular by detecting a change in distance can be concluded in a simple manner to a bending of the substrate.
  • the distance sensor detects a distance of a substrate centrally with respect to the contact element.
  • the distance is detected at the point which usually moves at a correspondingly high negative pressure furthest in the direction of the suction head under deflection of the substrate.
  • bending of the substrate is particularly reliably detectable.
  • the distance sensor is designed as a contact-free operating sensor, in particular as a laser or ultrasonic sensor.
  • the contactless design of the sensor ensures that additional physical contact with the substrate is avoided, thereby ensuring damage to the substrate or the elements applied to the substrate during gripping is avoided.
  • the non-contact distance measurement enables it to be carried out at any point on the substrate, regardless of whether the point is installed or not.
  • the distance sensor has at least one movable measuring sensor which, in particular in the unused state, protrudes from the suction head beyond the contact element.
  • the sensor is thus also placed on the substrate when the suction head is seated on the substrate and, in particular, cushions when placed until the suction head is completely seated. Further adjustments of the probe are then effected only by a deflection of the substrate and can be evaluated accordingly.
  • the vacuum device has a pressure control device which regulates the negative pressure in dependence on the detected deflection of the substrate or in dependence on the detected distance or the detected change in distance. It is provided that the vacuum device regulates the negative pressure such that a deflection of the substrate is avoided.
  • the pressure regulating device which regulates the negative pressure as a function of the distance, it is possible in a simple manner to counteract a bending of the substrate by increasing or decreasing the negative pressure, depending on which direction the substrate bends through.
  • the vacuum device in particular the suction head, having an actuatable valve
  • the at its operation connects the suction chamber with the environment for pressure equalization.
  • actuating the valve a rapid pressure equalization between the suction chamber and the environment is possible, whereby the pressure level in the suction chamber can be changed in a short time. This is for example advantageous if the substrate bends suddenly. Opening the valve ensures that further deflection is prevented in the shortest possible time, thus ensuring the integrity of the substrate.
  • FIG. 1 shows a device for handling a flat substrate in a simplified sectional illustration.
  • the figure shows a simplified sectional view of a device 1 for handling flat or plate-shaped substrates.
  • a substrate 2 is exemplified, which is formed for example as a solar cell, wafer or circuit board, and on a bottom 3, for example, a printing or transporting device, rests.
  • the substrate 2 may also be formed as a glass substrate, glass substrate-based component, display, thin-film element or thin-film solar cell.
  • the substrate 2 may in each case be bare or equipped with one or more components.
  • the device 1 has a suction head 4, which, viewed in longitudinal section, has the contour of a hyperbolic funnel.
  • a contact element 6 which is annular, wherein the ring shape of the contact element 6 corresponds to the contour of an outer edge 7 of the substrate 2.
  • the contact element 6 is formed as elastically deformable sealing lip 8.
  • the sealing lip 8 has a centering bevel 9 which extends over the entire circumference of the contact element 6 and is designed such that the substrate 2 can always be arranged between the outermost points of the sealing lip 8.
  • the distance from opposite extreme points of the sealing lip 8 or the opening width of the sealing lip 8 is expediently always greater than the width of the substrate 2 at the free end of the sealing lip 8.
  • the suction head 4 can be placed in a simple manner on the substrate 2, as shown in the figure.
  • the centering bevel 9 helps to securely grasp the substrate 2 in such a way that the suction head 4 rests with the contact element 6 peripherally on the outer edge 7 of the substrate 2.
  • the suction head 4 is conveniently held by a robot arm or the like, which can spend the suction head 4 in different positions. If, according to an advantageous exemplary embodiment, the suction head 4 is supported on the robot arm or on the movement device and / or the substrate is displaceable on the bottom 3, the centering bevel 9 can also be used to automatically align the suction head 4 with the substrate 2.
  • the apparatus 1 further comprises a vacuum device 11, which is designed to set a negative pressure, that is to say a lower pressure in comparison to the ambient pressure outside the suction head 4, in a suction space 12 formed between the suction head 4 and the substrate 2.
  • the vacuum device 1 1 expediently conveys the volume of air in the suction chamber 12 when placing the suction head 4 on the wheel 2 out of the suction chamber 12, as indicated by an arrow 13.
  • the substrate 2 By generating the negative pressure in the suction chamber 12 it is achieved that the substrate 2 is sucked or attracted to the suction head 4, in particular against the contact element 6. By adjusting the negative pressure, the substrate 2 is thus gripped by the device 1 and can be moved by moving the suction head 4 and, for example, transported from a first device to a second device.
  • the annular profile of the contact element 6 corresponds to the outer edge 7 or the outer edge contour of the substrate 2, ensures that a mechanical contact between the suction head 4 and substrate 2 takes place only at the outer edge, whereby the remaining surface 10 of the substrate 2 is not mechanically a force is applied, which could lead to damage or contamination of the surface 10.
  • a distance sensor 15 and a pressure regulating device 16 are provided.
  • the distance sensor 15 is held centrally in the suction head 4 in the present case.
  • the suction head 4 has a plurality of, in particular three, struts 17 which are distributed over the circumference of the suction head 4 and which lead into the center of the suction head 4, where they open into a receiving ring 18 which has a receiving opening 19 for receiving the distance sensor 15 ,
  • the struts 17 are formed integrally with the suction head 4, in particular with its jacket wall.
  • the vacuum device 1 1 does not necessarily have to be arranged in the extension of the central axis of the suction head 4. Rather, the vacuum device 1 1 can be arranged independently of the suction head 4 and connected for example by a hose connection or pipe connection with the suction head 4.
  • the arrangement shown in the figure is only to be understood as an example.
  • the distance sensor 15 is designed as a contact-free operating sensor, for example as a laser sensor or ultrasound sensor, which determines the distance or the distance to the surface 10 of the substrate 2.
  • the distance sensor 15 Due to the central arrangement of the distance sensor 15, the distance to the center of the surface 10 is detected, as shown by a dashed line.
  • the distance sensor 15 is aligned in such a way that it determines the distance in a perpendicular to the surface 10 of the substrate 2.
  • the distance sensor 15 detects a first distance A to the substrate 2. If the vacuum device 1 1 driven to generate a negative pressure in the suction chamber 12, the detected distance may change when the substrate 2 bends, as through the Line 14 indicated. In this case, a distance B is detected which is shorter than the distance A. In the present embodiment, the deflection and the associated changes in distance are exaggerated for better understanding.
  • the substrate 2 bends. It is hereby recognized that the substrate 2 bends in the direction of the suction head 4 when the distance is reduced, and that the substrate 2 deflects away in the direction away from the suction head 4 as the distance increases.
  • the reduction in distance means that the vacuum set in the suction chamber is too high.
  • the second case shows the Increasing the distance that the negative pressure is chosen too small, so that the substrate 2 by gravity from the suction head 4 downwardly deflects (not shown).
  • the device 1 further comprises a pressure control device 16, which is associated in particular with the vacuum device 11, as shown in the figure.
  • the pressure control device 16 is connected to the distance sensor 15 and regulates the negative pressure set by the vacuum device 11 in the suction chamber 12 as a function of the distance detected by the distance sensor 15 and thus in dependence on a bending of the substrate 2. Takes the currently detected distance the reference distance, the set negative pressure in the suction chamber 12 is reduced. If the currently determined distance increases compared to the reference distance, the negative pressure is increased. As a result, the respective deflection is advantageously counteracted.
  • the device 1 further comprises an actuatable valve 20, which is presently designed as a valve flap, and associated with a in the jacket wall of the suction head 4 associated opening 21 which leads into the suction chamber 12.
  • the valve flap 20 is preferably arranged on the outside of the suction head 4, so that it is pulled in the direction of the jacket wall by the negative pressure.
  • the valve 20 is actuated by an actuator 22 so that the opening 21 released and a pressure equalization between the environment and the suction chamber 12 can take place. This makes it possible to reduce the negative pressure in the suction chamber 12 in a short time.
  • a pressure sensor 23 which monitors the prevailing in the suction chamber 12 negative pressure. If a deviation from an expected pressure curve is determined on the basis of the determined pressure curve, then it is concluded that a deflection of the substrate 2 must have occurred, so that the pressure regulating device 16 regulates the negative pressure in the suction chamber 12 to avoid the deflection as a function of the pressure curve.
  • a device 1 which allows a secure gripping a substrate without special mechanical stress of the substrate, at the same time a gripping behind the substrate is not necessary and the substrate may already be equipped with electrical / electronic components, through the suction head 4th are not affected, because this rests only on the outer edge 7 of the substrate 2 by means of the contact element 6.
  • the control of the vacuum device 1 which in particular has a vacuum pump, can be done by regulating the pump power. Alternatively it can be provided that a fixed pump power is predetermined and a gas feed via a flow meter or by opening valves, such as is influenced by the valve element 20.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Vorrichtung (1) zur Handhabung von flachen Substraten (2), insbesondere Leiterplatten, Wavern oder Solarzellen, mit wenigstens einen Saugkopf (4) zum Halten eines Substrats (2), wobei der Saugkopf (4) ein ringförmiges Kontaktelement (6) zum Auflegen auf das Substrat (2) aufweist, und mit einer mit dem Saugkopf (4) wirkverbundenen Vakuumeinrichtung (11) zum Erzeugen eines Unterdrucks in einem Saugraum (12) zwischen dem Saugkopf (4) und dem Substrat (2). Es ist vorgesehen, dass der ringförmige Verlauf des Kontaktelements (6) einer Außenrandkontur des Substrats (2) entspricht.

Description

Vorrichtung zur Handhabung von flachen Substraten Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Handhabung von flachen Substraten, insbesondere Leiterplatten, Wavern, Solarzellen, Glassubstrate, glassubstratbasierte Bauelemente, Displays, Dünnschich- telemente, insbesondere Dünnschichtsolarzellen oder dergleichen, mit einem Saugkopf zum Halten eines Substrats, wobei der Saugkopf ein ringförmiges Kontaktelement zum Auflegen auf das Substrat aufweist, und mit einer mit dem Saugkopf wirkverbundenen Vakuumeinrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks in einem Saugraum zwischen dem Saugkopf und dem Substrat.
Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Zur Handhabung von flachen/ebenen Substraten, also von Substraten, die sich grundsätzlich in einer Ebene erstrecken, gegebenenfalls jedoch auch auf das Substrat bereits aufge- brachte Elemente, wie Leiterbahnen, Kontaktelemente oder elektrische/elektronische Bauteile aufweisen, finden bereits unterschiedliche Greifeinrichtungen Verwendung. Selbstverständlich ist es bekannt, ein Substrat durch eine Greifeinrichtung mechanisch an einer dafür vorgesehenen Stelle zu greifen und beispielsweise anzuheben, um es an einen anderen Ort zu verbringen. Nachteilig hierbei ist es, dass, wenn das Substrat von einer ebenen Oberfläche hochgehoben werden muss, dies mechanisch nur mit Greifern möglich ist, die im Randbereich des Substrats das Substrat hintergreifen und die Rückseite des Substrats unterstützen, wobei starke mechanische Belas- tungen und eventuell unerwünschte Substratdurchbiegungen die Folge sind. Auch ist es bekannt, dass ebene Substrate durch Greifeinrichtungen gehandhabt werden können, die nur an der Oberseite des Substrats aufliegen und durch Erzeugung eines Unterdrucks das Substrat halten. Dazu weisen derartige Greifeinrichtungen einen Saugkopf mit einem ringförmigen Kontaktelement auf, das zum Greifen des Substrats auf die Oberfläche des Substrats aufgedrückt wird, sodass das ringförmige Kontaktelement vollumfänglich auf dem Substrat aufliegt. Mittels einer Vakuumeinrichtung kann dann ein Unterdruck in dem Druckraum zwischen Saugkopf und Substrat erzeugt werden, durch welchen das Substrat an den Saugkopf angezogen und damit gegriffen wird. Nachteilig hierbei ist es, dass das Kontaktelement häufig Abdrücke auf der Oberfläche des Substrats hinterlässt und nicht überall auf das Substrat aufgesetzt werden kann. Es müssen dabei über das Substrat verteilt mehrere Saugköpfe auf das Substrat aufgesetzt werden, wozu das Substrat entsprechend viele Stellen aufweisen muss, an welchen jeweils ein Saug- köpf aufgesetzt werden kann.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Handhabung von flachen Substraten zu schaffen, die ein sicheres Greifen des Substrats ohne kritische mechanische Belastungen des Substrats erlaubt, und ohne dass das Substrat hierfür besondere Vorkehrungen aufweisen muss.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Diese hat den Vorteil, dass die Greifeinrichtung das Substrat insgesamt von nur einer Seite beaufschlagt, dass das Substrat beim Anheben von einer Ebene nicht hintergriffen werden muss, und dass gleichzeitig mechanische Belastungen aufgrund von unerwünschten Durchbiegungen des Substrats vermieden werden. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass der ringförmige Verlauf des Kontaktelements der Außenrandkontur des Substrats entspricht. Der Saugkopf ist damit zumindest im Bereich des Kontaktelements mindestens genauso groß wie das Substrat selbst, sodass sich das Kontaktelement beim Aufsetzen auf das Substrat an dessen Außenrand entlang erstreckt. Weil der Außenrand von Substraten häufig funktionslos ist, kann dieser gut zur Auflage des Kontaktelements genutzt werden. Das Substrat wird somit nahezu vollständig mit dem Unterdruck durch die Vakuumeinrichtung beaufschlagt. Dadurch wird das Substrat insgesamt gegen den Saugkopf gezogen, wobei auch Bereiche des Sub- strats in Richtung des Saugkopfs gezogen werden, die von dem Kontaktelement beabstandet sind. Durch den Unterdruck wird außerdem gewährleistet, dass ein Durchbiegen des Substrats verhindert wird. Damit entstehen höchstens am Außenrand des Substrats Abdrücke durch das Kontaktelement. Auf dem Substrat bereits vor- gesehene Elemente, werden durch die Greifeinrichtung nicht beein- flusst und mechanische Beanspruchungen des Substrats werden vermieden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kontaktelement eine elastisch verformbare Dichtlippe aufweist. Durch die elastische Verformbarkeit der Dichtlippe ist gewährleistet, dass sich diese an das Substrat anpasst, sodass beispielsweise Fertigungstoleranzen durch eine elastische Verformung der Dichtlippe kompensiert werden. Darüber hinaus gewährleistet die Dichtlippe, dass das Substrat beim Ansaugen im Kontaktbereich des Kontaktelements nicht beschädigt wird.
Bevorzugt umgreift die Dichtlippe den Außenrand des Substrats. Dabei ist vorgesehen, dass die Dichtlippe zumindest bereichsweise an der Außenseite des Substrats anliegt. Dadurch wird das Substrat an dem Saugkopf geführt gehalten, wodurch ein sicheres Halten und Transportieren des Substrats gewährleistet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Dichtlippe eine Zentrierschräge aufweist, sodass beim Aufsetzen des Saugkopfes auf das Substrat diese automatisch zueinander ausgerichtet werden, um einen möglichst dichten Sitz des Kontaktelementes auf beziehungsweise an dem Substrat zu gewährleisten. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vakuumeinrichtung wenigstens eine Einrichtung zum Ermitteln einer Durchbiegung des Substrats aufweist. Durch das Ermitteln der Durchbiegung des Substrats kann gewährleistet werden, dass ein Benutzer beispielsweise auf eine zu starke Durchbiegung hingewiesen werden kann, um den Greifvorgang bei Bedarf zu unterbrechen. Gleichzeitig kann mittels dieser Einrichtung die Qualität des Substrats geprüft werden. So kann beispielsweise bei einer unerwarteten Durchbiegung des Substrats davon ausgegangen werden, dass das verwendete Material oder die Herstellung des Substrats fehlerhaft gewesen ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Einrichtung einen Drucksensor zum Ermitteln des Unterdrucks in dem Saugraum zwischen Saug- köpf und Substrat aufweist. Wird beispielsweise ein unerwarteter Druckverlauf erfasst, so kann darauf geschlossen werden, dass eine Durchbiegung des Substrats stattgefunden haben muss. Darüber hinaus wird der durch den Drucksensor ermittelte Druckwert bevorzugt dazu genutzt, einen vorgebbaren Mindestunterdruck und damit ein sicheres Greifen des Substrats zu gewährleisten.
Der Drucksensor ist gemäß einer ersten Ausführungsform der Vakuumeinrichtung zugeordnet und erfasst insbesondere in einem Verbindungskanal zwischen Vakuumeinrichtung und Saugkopf den dort vorherrschenden Unterdruck. Die Vakuumeinrichtung ist insbesondere als Vakuumpumpe ausgebildet. Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist bevorzugt vorgesehen, dass der Drucksensor dem Saugkopf zugeordnet ist, um direkt dort den Druck zu erfassten, wo er ausschlaggebend für das sichere Greifen des Substrats ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einrichtung einen insbesondere in dem Saugkopf angeordneten Abstandssensor aufweist, der einen Abstand des Substrats beabstandet von dem Außenrand des Substrats zu dem Saugkopf erfasst. Durch das Ermitteln des Abstands, insbesondere durch das Erfassen einer Abstandsänderung kann auf einfache Art und Weise auf eine Durchbiegung des Substrats geschlossen werden.
Bevorzug ist dabei vorgesehen, dass der Abstandssensor einen Ab- stand eines Substrats mittig in Bezug auf das Kontaktelement erfasst. Dadurch wird der Abstand an der Stelle erfasst, die sich üblicherweise bei einem entsprechend hohen Unterdruck am weitesten in Richtung des Saugkopfes unter Durchbiegung des Substrats bewegt. Damit ist an dieser Stelle ein Durchbiegen des Substrats be- sonders sicher erfassbar.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, dass der Abstandssensor als berührungsfrei arbeitender Sensor, insbesondere als Laser oder Ultraschallsensor ausgebildet ist. Durch die berührungsfreie Ausbildung des Sensors wird ge- währleistet, dass ein zusätzlicher Berührungskontakt mit dem Substrat vermieden wird, wodurch eine Beschädigung des Substrats o- der auf dem Substrat aufgebrachter Elemente beim Greifen sicher vermieden wird. Durch die berührungsfreie Abstandsmessung kann diese an jeder beliebigen Stelle des Substrats, unabhängig davon, ob die Stelle verbaut ist oder nicht, durchgeführt werden.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, dass der Abstandssensor wenigstens einen beweglichen Messfühler aufweist, der insbesondere im unbenutzten Zustand von dem Saugkopf über das Kontaktelement hinaus vorsteht. Der Messfühler wird damit beim Aufsitzen des Saugkopfes auf das Substrat ebenfalls auf das Substrat aufgesetzt und federt insbesondere beim Aufsetzen ein, bis der Saugkopf vollständig aufgesetzt ist. Weitere Verstellungen des Messfühlers werden dann nur noch durch eine Durchbiegung des Substrats bewirkt und können entsprechend ausgewertet werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist außerdem vorgesehen, dass die Vakuumeinrichtung eine Druckregeleinrichtung aufweist, die in Abhängigkeit von der erfassten Durchbiegung des Substrats beziehungsweise in Abhängigkeit des erfassten Abstands oder der erfassten Abstandsänderung den Unterdruck regelt. Dabei ist vorgesehen, dass die Vakuumeinrichtung den Unterdruck derart regelt, dass eine Durchbiegung des Substrats vermieden wird. Durch die Druckregeleinrichtung, die in Abhängigkeit des Abstands den Unterdruck regelt, ist es auf einfache Art und Weise möglich, einem Durchbiegen des Substrats durch Erhöhen oder Verringern des Unterdrucks, je nach dem in welche Richtung das Substrat sich durch- biegt, entgegen zu wirken.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Vakuumeinrichtung, insbesondere der Saugkopf, ein betätigbares Ventil aufweist, das bei seiner Betätigung den Saugraum mit der Umgebung zum Druckausgleich verbindet. Durch das Betätigen des Ventils ist ein schneller Druckausgleich zwischen Saugraum und Umgebung möglich, wodurch in kurzer Zeit das Druckniveau in dem Saugraum verändert werden kann. Dies ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn sich das Substrat plötzlich durchbiegt. Durch das Öffnen des Ventils wird gewährleistet, dass eine weitergehende Durchbiegung in kürzester Zeit unterbunden und damit die Unversehrtheit des Substrats gewährleistet wird. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigt die einzige
Figur eine Vorrichtung zum Handhaben eines flachen Substrats in einer vereinfachten Schnittdarstellung.
Die Figur zeigt in einer vereinfachten Schnittdarstellung eine Vorrich- tung 1 zur Handhabung von flachen beziehungsweise plattenförmi- gen Substraten. Dazu ist beispielhaft ein Substrat 2 dargestellt, das beispielsweise als Solarzelle, Waver oder Leiterplatte ausgebildet ist, und auf einem Boden 3, beispielsweise einer Druck- oder Transporteinrichtung, aufliegt. Auch kann das Substrat 2 als Glassubstrat, glassubstratbasiertes Bauelement, Display, Dünnschichtelement o- der Dünnschichtsolarzelle ausgebildet sein. Das Substrat 2 kann dabei in jedem Fall unbestückt oder mit einem oder mehreren Bauteilen bestückt ausgebildet sein beziehungsweise vorliegen.
Die Vorrichtung 1 weist einen Saugkopf 4 auf, der im Längsschnitt gesehen die Kontur eines hyperbolischen Trichters aufweist. An seinem freien, die Trichteröffnung 5 aufweisenden Ende weist der Saugkopf 4 ein Kontaktelement 6 auf, das ringförmig ausgebildet ist, wobei die Ringform des Kontaktelements 6 der Kontur eines Außenrands 7 des Substrats 2 entspricht. Das Kontaktelement 6 ist dabei als elastisch verformbare Dichtlippe 8 ausgebildet. Die Dichtlippe 8 weist an ihrem freien, dem Substrat 2 zugewandten Ende eine sich über den gesamten Umfang des Kontaktelements 6 erstreckende Zentrierschräge 9 auf, die derart ausgebildet ist, dass das Substrat 2 stets zwischen den äußersten Punkten der Dichtlippe 8 angeordnet werden kann. Der Abstand von gegenüberliegenden äußersten Punkten der Dichtlippe 8 beziehungsweise die Öffnungsweite der Dichtlippe 8 ist an dem freien Ende der Dichtlippe 8 zweckmäßigerweise stets größer als die Breite des Substrats 2.
Der Saugkopf 4 ist auf einfache Art und Weise auf das Substrat 2 aufsetzbar, wie in der Figur gezeigt. Die Zentrierschräge 9 hilft dabei, das Substrat 2 sicher derart zu fassen, dass der Saugkopf 4 mit dem Kontaktelement 6 umfänglich auf dem Außenrand 7 des Substrats 2 aufliegt. Der Saugkopf 4 wird zweckmäßigerweise durch einen Roboterarm oder dergleichen gehalten, der den Saugkopf 4 in verschiedene Positionen verbringen kann. Ist der Saugkopf 4 gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel mit Spiel an dem Roboterarm be- ziehungsweise an der Bewegungseinrichtung gelagert und/oder das Substrat auf dem Boden 3 verschiebbar, so kann durch die Zentrierschräge 9 außerdem eine automatische Ausrichtung von Saugkopf 4 zu Substrat 2 erfolgen.
Durch die vorteilhafte Ausbildung des Kontaktelements 6 ist gewähr- leistet, dass das Kontaktelement 6 nicht nur auf der Oberfläche 10 des Substrats 2 aufliegt, sondern das Substrat 2 auch an seinem Rand umgreift. Dadurch ist ein besonders dichtes Aufliegen des Kontaktelements 6 auf dem Substrat 2 gewährleistet. Die Vorrichtung 1 weist weiterhin eine Vakuumeinrichtung 1 1 auf, die dazu ausgebildet ist, in einem zwischen dem Saugkopf 4 und dem Substrat 2 gebildeten Saugraum 12 einen Unterdruck, also einen im Vergleich zum außerhalb des Saugkopfs 4 vorliegenden Umge- bungsdruck niedrigeren Druck einzustellen. Dazu fördert die Vakuumeinrichtung 1 1 zweckmäßigerweise das in dem Saugraum 12 beim Aufsetzen des Saugkopfes 4 auf das Rad 2 befindliche Luftvolumen aus dem Saugraum 12 hinaus, wie durch einen Pfeil 13 angedeutet. Durch das Erzeugen des Unterdrucks in dem Saugraum 12 wird erreicht, dass das Substrat 2 an den Saugkopf 4, insbesondere gegen das Kontaktelement 6 angesaugt beziehungsweise angezogen wird. Durch das Einstellen des Unterdrucks wird somit das Substrat 2 durch die Vorrichtung 1 gegriffen und kann durch Bewegen des Saugkopfes 4 mitbewegt und beispielsweise von einer ers- ten Einrichtung zu einer zweiten Einrichtung transportiert werden.
Dadurch, dass der ringförmige Verlauf des Kontaktelements 6 dem Außenrand 7 beziehungsweise der Außenrandkontur des Substrats 2 entspricht, ist gewährleistet, dass ein mechanischer Kontakt zwischen Saugkopf 4 und Substrat 2 nur an dessen Außenrand erfolgt, wodurch die übrige Oberfläche 10 des Substrats 2 nicht mechanisch mit einer Kraft beaufschlagt wird, die zu einer Beschädigung oder Verunreinigung der Oberfläche 10 führen könnte. Dadurch, dass sich der Saugraum 12 über das gesamte Substrat 2, abgesehen vom Außenrand 7, erstreckt, ist mittels der Vakuumeinrichtung 1 1 ein Saugdruck einstellbar, der sich auf das gesamte Substrat 2 auswirkt. Dadurch wird das Substrat 2 beispielsweise auch in Bereichen in Richtung des Saugkopfes 4 gezogen, die weiter beabstandet zu dem Außenrand 7, beispielsweise mittig in dem Substrat verortet sind. Wird ein zu hoher Unterdruck eingestellt, kann es passieren, dass sich das Substrat in Richtung des Saugkopfes 4 verformt beziehungsweise durchbiegt, wie durch eine gestrichelte Linie 14, die die Oberfläche 10 des Substrats 2 im durchgebogenen Zustand zeigt, dargestellt. Bei einer derartigen Durchbiegung des Substrats 2 wird das Substrat 2 mechanisch stark belastet, was zu bleibenden Schäden oder Beeinträchtigungen des Substrats 2 führen kann.
Um das Durchbiegen des Substrats 2 zu verhindern, sind daher gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Abstandssensor 15 sowie eine Druckregeleinrichtung 16 vorgesehen. Der Abstandssensor 15 ist in dem Saugkopf 4 vorliegend mittig gehalten. Dazu weist der Saugkopf 4 mehrere, insbesondere drei über den Umfang des Saugkopfes 4 verteilt angeordnete Streben 17 auf, die in die Mitte des Saugkopfes 4 führen, wo sie in einen Aufnahmering 18 ein- münden, der eine Aufnahmeöffnung 19 zur Aufnahme des Abstandssensors 15 aufweist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Streben 17 einstückig mit dem Saugkopf 4, insbesondere mit dessen Mantelwand ausgebildet sind. Durch die verteilte Anordnung der Streben 17 verbleiben Strömungswege für die mittels der Vakuum- einrichtung 1 1 abzusaugende Luft aus dem Saugraum 12. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Vakuumeinrichtung 1 1 nicht unbedingt in der Verlängerung der Mittelachse des Saugkopfes 4 angeordnet sein muss. Vielmehr kann die Vakuumeinrichtung 1 1 unabhängig von dem Saugkopf 4 angeordnet und beispielsweise durch eine Schlauchverbindung oder Rohrverbindung mit dem Saugkopf 4 verbunden sein. Die in der Figur dargestellte Anordnung ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Der Abstandssensor 15 ist vorliegend als berührungsfrei arbeitender Sensor ausgebildet, beispielsweise als Lasersensor oder Ultraschallsensor, der den Abstand oder die Entfernung zur Oberfläche 10 des Substrats 2 ermittelt. Durch die mittige Anordnung des Ab- Standssensors 15 wird der Abstand zum Mittelpunkt der Oberfläche 10 erfasst, wie durch eine gestrichelte Linie gezeigt. Der Abstandssensor 15 ist dazu derart ausgerichtet, dass er den Abstand in einer Senkrechten zur Oberfläche 10 des Substrats 2 ermittelt.
Ist der Sensorkopf 4 auf das Substrat 2 aufgesetzt, so liegt das Sub- strat noch eben auf dem Boden 3 auf. In diesem Zustand erfasst der Abstandssensor 15 einen ersten Abstand A zu dem Substrat 2. Wird die Vakuumeinrichtung 1 1 angesteuert, um in dem Saugraum 12 einen Unterdruck zu erzeugen, kann sich der erfasste Abstand verändern, wenn sich das Substrat 2 durchbiegt, wie durch die Linie 14 angedeutet. In diesem Fall wird ein Abstand B erfasst, der kürzer ist als der Abstand A. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zum besseren Verständnis die Durchbiegung und die damit einhergehenden Abstandsänderungen übertrieben dargestellt.
Wird mittels des Abstandssensors 15 somit ermittelt, dass sich der ursprüngliche Abstand A, der beispielsweise als Referenzabstand vorgegeben oder beim Aufsetzen des Saugkopfes 4 auf das Substrat 2 ermittelt wird, verändert, so wird darauf erkannt, dass sich das Substrat 2 durchbiegt. Dabei wird darauf erkannt, dass sich das Substrat 2 in Richtung des Saugkopfes 4 durchbiegt, wenn der Ab- stand sich verkleinert, und dass sich das Substrat 2 in Richtung vom Saugkopf 4 weg, durchbiegt, wenn sich der Abstand vergrößert. Im ersten Fall bedeutet die Abstandsverkleinerung, dass der im Saugraum eingestellte Unterdruck zu hoch ist. Im zweiten Fall zeigt die Abstandsvergrößerung, dass der Unterdruck zu klein gewählt ist, sodass sich das Substrat 2 schwerkraftbedingt von dem Saugkopf 4 nach unten durchbiegt (nicht dargestellt).
Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Druckregeleinrichtung 16 auf, die insbesondere der Vakuumeinrichtung 1 1 zugeordnet ist, wie in der Figur gezeigt. Die Druckregeleinrichtung 16 ist mit dem Abstandssensor 15 verbunden und regelt den durch die Vakuumeinrichtung 1 1 eingestellten Unterdruck in dem Saugraum 12 in Abhängigkeit von dem mittels des Abstandssensors 15 erfassten Abstands und damit in Abhängigkeit von einer Durchbiegung des Substrats 2. Nimmt der aktuell erfasste Abstand gegenüber dem Referenzabstand ab, so wird der eingestellte Unterdruck im Saugraum 12 verringert. Nimmt der aktuell ermittelte Abstand gegenüber dem Referenzabstand zu, so wird der Unterdruck erhöht. Dadurch wird der jeweiligen Durchbiegung vorteilhaft entgegengewirkt.
Die Vorrichtung 1 weist weiterhin ein betätigbares Ventil 20 auf, das vorliegend als Ventilklappe ausgebildet ist, und einer in der Mantelwand des Saugkopfes 4 zugeordneten Öffnung 21 , die in den Saugraum 12 führt, zugeordnet ist. Die Ventilklappe 20 ist vorzugsweise auf der Außenseite des Saugkopfes 4 angeordnet, sodass sie in Richtung der Mantelwand durch den Unterdruck gezogen wird. Um die Druckverhältnisse im Saugraum schnell zu beeinflussen, um beispielsweise eine kritische Durchbiegung zu verhindern, wird das Ventil 20 durch einen Aktuator 22 betätigt, sodass die Öffnung 21 freigegeben und ein Druckausgleich zwischen Umgebung und Saugraum 12 stattfinden kann. Hierdurch ist es möglich, in kurzer Zeit den Unterdruck in dem Saugraum 12 zu verringern. Alternativ oder zusätzlich zu dem Abstandssensor 15 kann an dem Saugkopf 4 auch ein Drucksensor 23 vorgesehen sein, der den im Saugraum 12 vorherrschenden Unterdruck überwacht. Wird anhand des ermittelten Druckverlaufs eine Abweichung von einem erwarte- ten Druckverlauf ermittelt, so wird darauf geschlossen, dass eine Durchbiegung des Substrats 2 stattgefunden haben muss, sodass in Abhängigkeit des Druckverlaufs die Druckregeleinrichtung 16 den Unterdruck in dem Saugraum 12 zur Vermeidung der Durchbiegung regelt. Insgesamt wird somit eine Vorrichtung 1 geboten, die ein sicheres Greifen eines Substrats ohne besondere mechanische Belastungen des Substrats erlaubt, wobei gleichzeitig ein Hintergreifen des Substrats nicht notwendig ist und das Substrat auch bereits mit elektrischen/elektronischen Komponenten bestückt sein kann, die durch den Saugkopf 4 nicht beeinträchtigt werden, weil dieser nur an dem Außenrand 7 des Substrats 2 mittels des Kontaktelements 6 aufliegt. Die Regelung der Vakuumeinrichtung 1 1 , die insbesondere eine Vakuumpumpe aufweist, kann durch eine Regelung der Pumpenleistung erfolgen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass eine feste Pumpenleistung vorgegeben ist und eine Gaseinspeisung über ein Flussmesser oder durch sich öffnende Ventile, wie beispielsweise durch das Ventilelement 20 beeinflusst wird.

Claims

Ansprüche
1 . Vornchtung (1 ) zur Handhabung von flachen Substraten (2), insbesondere Leiterplatten, Wavern oder Solarzellen, mit wenigstens einen Saugkopf (4) zum Halten eines Substrats (2), wobei der Saugkopf (4) ein ringförmiges Kontaktelement (6) zum Auflegen auf das Substrat (2) aufweist, und mit einer mit dem Saugkopf (4) wirkverbundenen Vakuumeinrichtung (1 1 ) zum Erzeugen eines Unterdrucks in einem Saugraum (12) zwischen dem Saugkopf (4) und dem Substrat (2), dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Verlauf des Kontaktelements (6) einer Außenrandkontur des Substrats (2) entspricht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (6) eine elastisch verformbare Dichtlippe (8) aufweist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (8) den Außenrand des Substrats (2) umgreift.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumeinrichtung (1 1 ) wenigstens eine Einrichtung zum Ermitteln einer Durchbiegung des Substrats (2) aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen Druck- sensor (23) zum Ermitteln des Unterdrucks in dem Saugraum (12) aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (23) dem Saugkopf (4) zugeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen in dem Saugkopf (4) angeordneten Abstandssensor (15) aufweist, der einen Abstand des Substrats (2) beabstandet von dem Außenrand (7) des Substrats (2) zu dem Saugkopf (4) erfasst.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandssensor (15) in Bezug auf das Kontaktelement (6) mittig angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandssensor (15) als berührungsfrei arbeitender Sensor, insbesondere Laser- oder Ultraschallsensor, ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandssensor (15) einen beweglichen Messfühler aufweist, der insbesondere im unbenutzten Zustand von dem Saugkopf (4) über das Kontaktelement (6) hinaus vorsteht.
1 1 .Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumeinrichtung (1 1 ) eine Druckregeleinrichtung (16) aufweist, die in Abhängigkeit von dem erfassten Abstand den Unterdruck in dem Saugraum (12) regelt.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumeinrichtung (1 1 ), insbesondere an dem Saugkopf (4), ein betätigbares Ventil
(20) aufweist, das bei seiner Betätigung den Saugraum (12) mit der Umgebung zum Druckausgleich verbindet.
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