ロボット製品

　ニデックインスツルメンツは1995年に液晶ガラスを搬送するロボットを開発し市場参入しました。現在、液晶ガラス搬送ロボットで80％超の世界市場シェアを獲得しています。この実績を大きく後押ししたニデックインスツルメンツの固有技術を紹介します。
　従来、ロボット制御には主にPID制御と呼ばれる制御アルゴリズムを使用しています。それは制御系が満たすべき目標値と実際の制御対象の挙動値との誤差をP(比例)・I(積分)・D(微分)という3項目の動作フィードバックを行い修正する方法です。これは、制御対象に対する厳格な検証を経ずに設計し、制御テストをくり返しながら制御パラメータを調整していく方法です。航空機の自動操縦をはじめ、加熱炉の温度調整、モータや油圧システムなどの各種機器・自動車・石油化学・電力などのさまざまな業種で独自進化を遂げながら使用されています。しかし、制御系が大規模化・高精度化、多様化していく中で、PID制御では仕様を満たせないケースが生じてきました。1995年ガラス搬送ロボットに参入した当時のガラスサイズは、360×465mm（G2）の大きさでした。その後、液晶市場の拡大に合わせてガラスサイズは飛躍的に拡大し、2004年には1500×1800mm（G6）の大きさになりましたが、ガラスサイズは大きくなる一方で厚みは、当初2mm以上であったものが1mm以下に薄くなっていきました。

　私たちは、新しく開発するロボット駆動制御の技術要件を以下のようにとらえました。
①　閉ループ特性：低くなった機械共振に適合した閉ループ特性
②　外乱応答特性：大きな負荷変動や外乱に対しても安定して動作するロバスト性
③　指令応答特性：効率向上のための指令応答特性の飛躍的向上
　ガラスサイズの拡大に合わせて私たちが提供するロボットも大型化しており、搬送中に発生する固有振動もそのサイズ変化に合わせ将来も変わり続けることを前提としました。さらに、液晶ガラス搬送には多くの搬送仕様があり、それぞれの搬送パターンにより制御動作に対して異なる負荷や外乱変化が発生することも前提としました。そして、大きなガラスであっても高速かつ位置精度高く搬送する必要があります。私たちは、従来のPID制御のようなパラメータ調整型制御ではこれら要求を解決できないと結論を出しました。
　そこで、私たちは制御対象を数学的に表現し、そのモデルに合った制御アルゴリズムを設計するという先進的制御理論に基づいて新たな制御方法を開発しました。しかも、ロバスト制御の観点から、制御対象の詳細なモデル化ではなくラフな数式モデルで表現することとし、そして不確かさと変動を設定した周波数帯域でロバスト性を発揮する外乱補償機能によって安定化させる方式を考案しました。その方式のもと、閉ループ特性を機械特性に応じた希望モデルに合わせ、さらにフィードフォワード制御により指令応答特性を刷新しました。　

その頃すでにニデックインスツルメンツは液晶ガラス搬送ロボットにおいて80%以上の市場シェアを有していましたので豊富な経験をもとに、なぜ3mを超えると完璧であるはずのモデルマッチング制御方式でも十分と言えないのか。モータメーカとしてモータ制御については追い込んでいる自負がありましたが完ぺきではなかったのです。

こうして、わたしたちは巨大ロボットで振動を抑制する新しいアルゴリズム『２慣性状態フィードバック制御方式』を開発しました。この新しい制振制御方式は以下のような特長があります。①　機械共振を考慮した閉ループモデル設定を可能とする②　ロボットアームの状態を推定しフィードバックすることでアーム振動を完全に抑制する③　減速機の角度伝達誤差まで含む外乱要素により発生する振動も抑制する④　大型搬送・振動抑制・高速移動・位置決め精度向上の矛盾した要求を解決する

　今、この革新的制御技術を他のロボットで活用していく開発が進んでいます。それは、ＰＬＰガラス搬送や、半導体ウエハ・テープフレーム搬送で使用するロボットで活用するものです。PLPガラス搬送では、ガラスサイズは液晶と比較すると小さいものの、PLPプロセスの影響や搭載されているICチップの重量によりPLPガラスに大きな反りが発生します。FOUPなどの挟ピッチカセットからPLPガラスを出し入れする時に、ロボットアームやPLPガラスの干渉問題を起こさないためにはロボットアームに対して高い制振性が求められます。半導体テープフレーム搬送は、半導体ICチップの重みでテープ部に大きな垂れが発生します。アームを伸ばした状態で狭いピッチのカセットにそのテープフレームを収納する際に、アームの振動を抑えることが強く求められます。　ニデックインスツルメンツが液晶ガラス搬送ロボットで開発し数多くの実績を重ねてきた先進的な制御技術は、高速搬送と極限を目指した制振性を実現することで、このような新たな半導体搬送の要求に対しても十分にこたえることができるものと考えております。

　半導体パッケージング工程に大変革を起こしたFO-PLP生産をニデックインスツルメンツは強力にサポートします。
FO-PLPの生産方法は、Mold firstとRDL firstの２つに大別できます。Mold firstでは、face-downとface-upに大別できます。いずれもパターニングが完成した数多くの半導体チップをCarrier上に並べ、後工程プロセスを実行するものです。最も普及しつつあるRDL firstでは、Carrierにガラスを使用します。工程間はPLP専用FOUPにガラスCarrieを収納して、PLP専用Load Portに搬送されます。Load Portでは、FOUPドアを開けEFEM内のガラス搬送ロボットがGlass Carrierを１枚づつ取り出しプロセス装置へ搬送します。

　ガラスCarrierに多数の半導体チップが搭載されます。PLP工程内にはモールドなど複数のプロセス工程が存在します。プロセス工程の影響と半導体チップの重みによりガラスCarrierに大きな反りが発生しますが、工程や搭載される製品ごとに反りの特性が異なります。ガラスCarrierをFOUPに出し入れする時、ロボットフォークやすくい上げたガラスCarrierが他のガラスCarrierに対して干渉しトラブルを発生させる可能性があります。　
　私たちは、液晶・OLEDガラス搬送ロボットにおいて世界１位の市場シェアを獲得しています。このガラス搬送においても反りとロボットフォークの振動が問題でした。その問題を我々の独自制振制御と高速搬送技術で解決しています。ニデックインスツルメンツは、長年作り上げてきたこのガラス搬送技術により、PLPのガラスCarrier搬送の問題を解決し、皆様に高品質・高スループット生産をお届けします。

PLP Carrierサイズは、510×515mmと600×600mmの２つをSEMI規格に制定予定です。

PLP関連では、以下のような複数のSEMI規格を開発中です。
PLP Glass Carrier：現在開発中
PLP Glass Carrier ID Marking：現在開発中
PLP FOUP：現在開発中
PLP Load Port：現在開発中
なお成立したSEMI規格は以下のURLで確認することが可能です。
日本語URL：http://www1.semi.org/jp/node/61402
英語URL：https://www.semi.org/en/Standards/StandardsPublications