一种真空溅射镀膜设备的基板抓取装置的制作方法

本实用新型是一种真空溅射镀膜设备的基板抓取装置，属于真空溅射镀膜技术领域。

背景技术：

在大尺寸基板的真空溅射镀膜制程中，基板往镀膜夹具上装夹与取下需要使用载有多个吸盘的机器人手臂来抓取基板。目前普遍存在的问题是基板在镀膜后会产生不同程度的不规则弯曲变形，导致机器人手臂上的部分吸盘与基板表面不能完好接触，无法达到期望的真空吸附效果。

基板的变形主要由以下因素导致：一、基板尺寸大、厚度小。以高世代平板显示生产线为代表的大尺寸基板边长已超过2m，厚度以0.4mm-0.7mm为主，面积大厚度小的基板表面形状与理想平面相差甚远，极易产生形变；二、基板在真空溅射镀膜工序的装夹方式特殊。因基板需要整面镀膜，装夹工具只可以在基板四个边缘上较窄的区域（一般为5~10mm）内实施夹持，基板周边以外的位置无支撑塑形措施。并且目前运行效率较高的旋转靶镀膜设备普遍要求基板及夹具处于竖立状态，在重力的作用下基板变形明显；三、镀膜后膜层的应力使基板弯曲变形，对于不同厚度、种类的膜层，应力及变形程度均有差异。

当基板抓取真空吸附不良时，在后续动作中会出现设备真空报警、基板破片、基板位置偏移等问题。真空镀膜设备对运转节奏的要求较高，一旦出现报警打乱生产节奏，重新调整一般需要10分钟左右的时间，因此对于例如2000片/天的镀膜设备来说，即使仅有1%的基板由于变形导致真空报警，也会导致200分钟左右的稼动率损失。另外基板破片、位置偏移等问题也是影响真空镀膜良率的主要原因之一，在某些严重的情形下，真空吸附不良还可能导致基板在抓取装置运动过程中飞出，产生安全隐患。

技术实现要素：

本实用新型提出的是一种真空溅射镀膜设备的基板抓取装置，其目的在于针对现有技术中真空溅射镀膜设备的基板抓取时机器人手臂上的部分吸盘与基板表面不能完好接触，无法达到期望的真空吸附效果，从而导致设备稼动率较低、易影响良率、存在安全隐患、镀膜良率较低等缺陷，提出了一种抓取动作更加稳定可靠，有效提高设备稼动率和镀膜良率的真空溅射镀膜设备的基板抓取装置。

本实用新型的技术解决方案：一种真空溅射镀膜设备的基板抓取装置，其结构包括机器人手臂1、真空吸盘2、测距传感器7、吸盘驱动单元8、小型伺服电机9、滚珠丝杆10、导轨11、滑块12、软管13；其中，所述真空吸盘2固定在滑块12上，滑块12通过滚珠丝杆10和导轨11配合与机器人手臂1连接，滚珠丝杆10与小型伺服电机9连接，调节真空吸盘2与基板表面垂直的方向上的相对距离，真空吸盘2的真空接口使用软管13与机器人手臂上的真空源连接，测距传感器7安装于吸盘旁边。

其工作方法，包括如下步骤：

1）初始设定：在基板前方约5cm处设定一个机器人手臂1的抓取动作路径途径位置即测距位置，并使所有真空吸盘2处于其可调行程的中间位置即吸盘原点；当机器人手臂1处于测距位置且所有真空吸盘2位于吸盘原点时，各个真空吸盘2与其所对应的基板理想平面的距离为d0。

2）基板抓取：抓取基板前机器人手臂2整体移动至测距位置，通过测距传感器7测得吸盘与基板间的距离d1，然后小型伺服电机9根据获得的距离信息对吸盘2的伸出量进行相应的增加或减少，若d1>d0，则吸盘向前移动，伸出量增加值为d1-d0；若d1<d0，则吸盘向后移动，伸出量减少值为d0-d1；机器人手臂1上的各个真空吸盘2经过位置调节后，形成与基板弯曲形状一致的位置分布，然后机器人手臂1整体前移使各个吸盘与基板完好吸附，完成吸真空动作。

本实用新型的有益效果：

1）提高设备稼动率。以产能为2000片/天，平均每周换型3次的镀膜设备为例，可提高稼动率约11%。

2）提高产品良率。在抓取时可以避免吸盘与基板间存在缝隙导致的吸附不良，以及吸盘压入量过大导致的产品划伤磨损破裂等品质问题，对于每一片基板，吸盘位置都可以进行针对性的调节，可以有效避免基板弯曲的个体差异带来的问题。降低来自基板磨损、划伤、破裂等方面的不良，使抓取良率约提高0.5~2%。

3）机器人手臂对于不同程度的变形基板均可实现吸盘与基板表面有效接触，从而使基板抓取动作更加稳定可靠，减少真空吸附不良导致的基板飞出等安全隐患。

附图说明

附图1是现有真空溅射镀膜设备的基板抓取装置结构示意图。

附图2是本实用新型真空溅射镀膜设备的基板抓取装置结构示意图。

附图3是本实用新型真空溅射镀膜设备的基板抓取装置侧视图。

附图4是真空吸盘驱动单元结构示意图。

图中1是机器人手臂、2是真空吸盘、3是扭曲基板、4是真空吸盘驱动单元、9是小型伺服电机、10是滚珠丝杆、11是导轨、12是滑块、13是软管。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型技术方案进一步说明

如附图1所示，现有技术方案中的吸盘是用螺栓等方式固定在机器人手臂上的，机器人手臂一般为叉状，使用轻质高强度材料如碳纤维等制作，内部含有真空通路，在真空吸盘安装孔处使用带真空通路的中空螺栓将吸盘与手臂固定，为了应对基板变形，吸盘的伸出量可以通过改变垫片的厚度等方式来调节。

但是吸盘伸出量在生产过程中不可实时调节，因而存在以下问题：

1.换型动作耗时长，易出错。因受基板材质、厚度、镀膜工艺参数的影响，不同型号的产品在表面弯曲特征上常有明显区别。现有方案通过改变垫片厚度等方式来应对型号区别带来的基板弯曲差异，这种调节经常在实施后还需要多次校正来达到可接受的效果，调节时间较长。而真空溅射镀膜的特点是要求设备尽可能连续生产，若停机调节时间过长，机器需要做几十分钟至几小时的预打靶来使设备达到品质稳定的状态，材料及动力浪费相当可观。

2.对真空吸附的改善效果较差。即使对于同一型号同一批次的基板，由于基板品质一致性上的差异、夹具之间的形变、弹性的差异以及基板镀膜过程中不可控的震动等原因，其个体之间的弯曲情况也是有差异的。现有方案应对这些个体差异的能力较差，真空吸附不良仍时有发生。如前文所述，即使1%的发生概率也会对稼动率造成较大影响。

3.对产品品质造成影响。在现有方式下为了尽量避免吸盘接触不到基板，一般需要增加吸盘伸出量使吸盘在基板表面的自然位置上增加一些压入量，基板在部分吸盘处所受压力较大，易导致划伤、磨损、破裂等品质不良。

综上所述现有方案存在设备稼动率较低、易影响良率、存在安全隐患等缺点。

如附图2、3、4所示，本实用新型提出了一种真空溅射镀膜设备的基板抓取装置，其特点是可以检测吸盘与基板之间的距离，并且吸盘位置可以做出实时的反馈调整。

其结构为：真空吸盘2固定在滑块12上，滑块12通过滚珠丝杆10、导轨11与机器人手臂1连接，其位置在与基板表面垂直的方向上可以通过小型伺服电机9来调节，以上部件构成了真空吸盘驱动单元8，吸盘的真空接口使用软管13与机器人手臂上的真空源连接，可在需要的限度内自由拉伸与压缩。在紧靠吸盘的位置增加测距传感器7。

其工作原理是：首先是初始设定部分，在基板前方约5cm处设定一个机器人手臂的抓取动作路径途径位置（下文中称为“测距点位”），并使所有吸盘处于其可调行程的中间位置（下文中称为“吸盘原点”）。当机器人手臂处于测距点位且所有吸盘位于吸盘原点时，各个吸盘与其所对应的基板理想平面的距离为d0，d0是后续吸盘位置调节的参考值，根据实际情况设定并存储于设备主机中。然后是连续生产中的基板抓取部分，在抓取基板前机器人手臂整体移动至测距位置，通过测距传感器7测得吸盘与基板间的距离d1，然后小型伺服电机9根据获得的距离信息对吸盘2的伸出量进行相应的增加或减少，若d1>d0，则吸盘向前移动，伸出量增加值为d1-d0；若d1<d0，则吸盘向后移动，伸出量减少值为d0-d1。机器人手臂1上的各个吸盘经过位置调节后，形成与基板弯曲形状一致的位置分布，然后机器人手臂1整体前移使各个吸盘与基板完好吸附，完成吸真空动作。