(57)【要約】  フェースアップアライメント実装で基板（１）に実装した第１の実装部品（３Ａ，３Ｂ）の上に、フェースダウンアライメント実装で第２の実装部品（２０）を実装する場合に、第２の実装部品（２０）の機能部分の位置にばらつきがあっても精度良く実装するために、第１及び第２の実装部品を基板（１）に実装する際に、第２の実装部品（２０）の形状を下方から画像認識して、第２の実装部品の形状の画像認識結果に基づいて、複数の第１の実装部品（３Ａ，３Ｂ）を基板（１）に実装し、第２の実装部品（２０）を基板に実装された第１の実装部品（３Ａ，３Ｂ）の上に実装する。
2009025016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の実装部品を基板に実装するための部品実装装置であって、
該基板を載置する載置台と、
第１の実装部品を支持する第１の部品支持部と、
第２の実装部品を支持する第２の部品支持部と、
前記第１の部品支持部に支持された前記第１の実装部品を上方から画像認識すると共に、前記載置台に載置された基板の実装面を前記第１の部品支持部の上方から画像認識する第１のカメラと、
前記第２の部品支持部に支持された第２の実装部品を下方から画像認識する第２のカメラと
を有することを特徴とする部品実装装置。
【請求項２】
請求項１記載の部品実装装置であって、
前記第１の部品支持部は透明な材料で形成された吸着装置であり、前記第１のカメラは該吸着装置を透過して前記第１の実装部品及び前記基板の前記実装面を撮像することを特徴とする部品実装装置。
【請求項３】
請求項１記載の部品実装装置であって、
前記第１のカメラで撮像した画像における位置と、前記第２のカメラで撮像した画像における前記第１のカメラの画像の位置とが整合するように画像認識結果を補正するための位置合わせ用マークを有することを特徴とする部品実装装置。
【請求項４】
請求項３記載の部品実装装置であって、
前記第１のカメラと前記第２のカメラの各々は同軸照明装置を有し、
前記位置合わせ用マークは位置合わせ部材に形成された所定の形状の貫通孔あるいは所定の形状に光を透過しない部分を形成した透明部材であることを特徴とする部品実装装置。
【請求項５】
請求項４記載の部品実装装置であって、
前記位置合わせ部材は前記第２のカメラの上方に移動可能であり、且つ前記第１のカメラは前記位置合わせ部材の上方に移動可能であり、前記１のカメラと前記第２のカメラは前記位置合わせ用マークを間に挟んで対向して整列するよう構成されたことを特徴とする部品実装装置。
【請求項６】
第１の実装部品及び第２の実装部品を基板に実装する部品実装方法であって、
該第２の実装部品の形状を撮像して画像認識し、
前記第２の実装部品の形状の画像認識結果に基づいて、前記第１の実装部品を前記基板に実装し、
前記基板に実装された前記第１の実装部品の画像認識結果に基づいて、前記第２の実装部品を前記基板に実装する
ことを特徴とする部品実装方法。
【請求項７】
請求項６記載の部品実装方法であって、
複数の前記第１の実装部品と一つの前記第２の実装部品とを対応した位置に実装する際、
画像認識により検出した前記第２の実装部品の形状に基づいて、前記基板上の複数の前記第１の実装部品の互いの位置を決定しながら実装することを特徴とする部品実装方法。
【請求項８】
請求項７記載の部品実装方法であって、
前記第２の実装部品を支持してその裏面の形状を第２のカメラで撮像して形状を検出し、
前記第１の実装部品の一つを支持してその上面を第１のカメラで撮像して画像認識し、
前記基板の実装面を前記第１のカメラで画像認識し、
前記画像認識した前記第１の実装部品の一つを前記基板に実装し、
前記第１の実装部品の他の一つを支持してその上面を前記第１のカメラで撮像して画像認識し、
前記第２のカメラで検出した前記第２の実装部品の形状に基づいて、前記前記第１の実装部品の他の一つを前記基板に実装し、
前記基板上における前記第１の実装部品の位置の画像認識結果に基づいて、前記第２の実装部品を前記基板に実装する
ことを特徴とする部品実装方法。
【請求項９】
請求項８記載の部品実装方法であって、
前記第１の実装部品の前記一つを前期基板に実装した後に、実装位置を前記第１のカメラで検出し、
前記前記第１の実装部品の他の一つを前記基板に実装した後に、実装位置を前記第１のカメラで検出し、
該実装位置の検出結果を前記第２の実装部品の実装に反映することを特徴とする部品実装方法。
【請求項１０】
請求項６記載の部品実装方法であって、
前記第１の実装部品を第１のカメラで撮像した画像における位置と、前記第２の実装部品を第２のカメラで撮像した画像における位置とが整合するように画像認識結果の補正を行うことを特徴とする部品実装方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の部品実装方法であって、
前記第１のカメラと前記第２のカメラを対向させて、その間に位置合わせマークを配置し、該位置合わせマークを前記第１のカメラと前記第２のカメラとで画像認識することで前記補正を行うことを特徴とする部品実装方法。
【請求項１２】
請求項６記載の部品実装方法であって、
前記第２の実装部品を支持してその裏面の形状を第２のカメラで撮像して形状を検出した結果をデータで保存し、その後の他の第２の実装部品の実装の際に該データを用いることを特徴とする部品実装方法。
【請求項１３】
請求項６記載の部品の実装方法であって、
前記第１の実装部品又は前記第２の実装部品を部品トレイから拾い上げる際に、該部品トレイの領域を分割して部分毎に撮像して画像データを取得し、該画像データを合成して前記部品トレイの全体画像を作成し、該全体画像から前記第１の実装部品又は前記第２の実装部品の位置を検出することを特徴とする部品実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は部品実装装置及び方法に係り、特に部品の実装位置を画像認識により決定しながら部品を基板に実装する部品実装装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品や光学部品を基板に実装するための実装方法として、フェースアップアライメント実装とフェースダウンアライメント実装がある。フェースアップアライメント実装は、基板上の搭載位置と搭載物の表面（上面）とを画像認識して搭載物を搭載位置まで移動させる実装方法である。フェースダウンアライメント実装は、基板上の搭載位置と搭載物の裏面（下面）とを画像認識して搭載物を搭載位置まで移動させる実装方法である。【０００３】
フェースアップアライメント実装で用いる画像認識機構（カメラ、搭載物支持装置等）とフェースダウンアライメント実装で用いる画像認識機構（カメラ、搭載物支持装置等）とは、異なる配置構成であるため、フェースアップアライメント実装とフェースダウンアライメント実装は異なる実装装置を用いて行われる。【０００４】
図１はフェースアップアライメント実装装置の概略構成を示す斜視図である。搭載基板１はＸＹステージ２上に載置され、搭載物である光学部品３ＡはＺステージ４に取り付けられたヘッド５により支持される。ヘッド５はガラス等の透明な材料で形成されている。Ｚステージ４の上方にカメラ６が配置されており、Ｚステージ４を貫通する貫通孔４ａを通じて透明なヘッド５に支持されている光学部品３Ａの表面（上面）を画像認識することができる。また、カメラ６は、透明なヘッド５を介して搭載基板１の搭載面を画像認識することができる。カメラ６はＺ軸移動機構７により上下に移動可能であり、これによりカメラ６の焦点を光学部品３の表面に合わせたり、搭載基板１の搭載面に合わせたりすることができる。なお、図１において、搭載基板１の所定の位置には、フェースアップアライメント実装により他の光学部品３Ｂが既に搭載されている。【０００５】
図２はフェースダウンアライメント実装装置の概略構成を示す斜視図である。搭載基板１はＸＹステージ１２上に載置される。搭載基板１が載置された位置の上方に、カメラ１６が配置される。カメラ１６は、ＸＹステージ１２上の搭載基板１の搭載面を画像認識することができる。カメラ１６はＺ軸移動機構１７により上下に移動可能であり、これによりカメラ１６の焦点を搭載基板１の搭載面に合わせることができる。【０００６】
図２に示すフェースダウンアライメント実装装置では、カメラ１６から外れた位置にＺステージ１４が設けられ、Ｚステージ１４に搭載物支持ヘッド１５が取り付けられる。Ｚステージ１４はＺ軸移動機構１８により上下に移動可能である。また、ＸＹステージ１２上にカメラ１９が設けられており、ヘッド１５により支持された搭載物である光学部品２０の裏面（下面）をカメラ１９により画像認識することができる。なお、図２に示すフェースダウンアライメント実装は、光学部品２０を、搭載基板1に既に搭載された光学部品３Ａ，３Ｂの上に搭載するために行われる工程である。【０００７】
ここで、図1及び図２に示す実装装置を用いて光学部品３Ａ，３Ｂ，２０を搭載基板１に実装する工程について、図３〜図８を参照しながら説明する。【０００８】
図３は搭載基板１を示す図であり、図3（ａ）は搭載基板１の平面図、図３（ｂ）は搭載基板１の側面図である。搭載基板１には位置検出用のアライメントマーク１ａが設けられている。図４は光学部品３Ｂを搭載した後の搭載基板１を示す図であり、図４（ａ）は搭載基板１の平面図、図４（ｂ）は搭載基板１の側面図である。図５は光学部品３Ａを搭載した後の搭載基板１を示す図であり、図５（ａ）は搭載基板１の平面図、図５（ｂ）は搭載基板１の側面図である。図６は光学部品２０を搭載した後の搭載基板１を示す図であり、図６（ａ）は搭載基板１の平面図、図６（ｂ）は搭載基板１の側面図である。図７は図１に示すフェースアップアライメント実装装置を用いて光学部品３Ａ，３Ｂを搭載基板１に実装する工程のフローチャートである。図８は図２に示すフェースダウンアライメント実装装置を用いて光学部品２０を搭載基板１に実装する工程のフローチャートである。【０００９】
図７に示す実装工程では、光学部品３Ａ，３Ｂを搭載基板１に実装する。まず、ステップＳ１において、ＸＹステージ２上に載置された搭載基板１の搭載面に設けられているアライメントパターン１ａをカメラ６により画像認識して検出する。この際、カメラ６による画像認識は、Ｚステージ４の貫通孔４ａと透明なヘッド５を通して写る搭載基板１の搭載面の画像により行われる。【００１０】
次に、ステップＳ２において、光学部品３Ｂをヘッド５で吸着し保持する位置を決定する。光学部品３Ｂは、ＸＹステージ２上に設けられたれ部品トレイ（図示せず）に収容されており、ＸＹステージ２を移動してヘッド５の下に部品トレイを移動させて、カメラ６により光学部品３Ｂを画像認識することで、光学部品３Ｂの吸着位置を検出する。【００１１】
続いて、ステップＳ３において、ステップＳ２で検出した吸着位置に基づいて光学部品３Ｂをヘッド５で吸着し保持する。そして、ＸＹステージ２を移動して再び搭載基板１をヘッド５の下に配置する。次に、ステップＳ４において、カメラ６で搭載基板１の搭載面を画像認識し、光学部品３Ｂの搭載位置を算出する。そして、ステップＳ５において、算出した搭載位置がヘッド５に吸着されている光学部品３Ｂの真下になるようにＸＹステージ２を移動し、Ｚステージ４を駆動してヘッド５を下降させて光学部品３Ｂを搭載基板１に搭載する。図４に光学部品３Ｂが搭載基板１に実装された状態が示されている。そして、ステップＳ６において、カメラ６の画像認識に基づいて光学部品３Ｂが搭載された位置を検出する。【００１２】
次に、ステップＳ７において、光学部品３Ａの吸着位置を検出する。光学部品３Ａは、ＸＹステージ２上に設けられたれ部品トレイ（図示せず）に収容されており、ＸＹステージ２を移動してヘッド５の下に部品トレイを移動させて、部品トレイ内の光学部品３Ａをカメラ６により画像認識することで、光学部品３Ａの吸着位置を検出する。【００１３】
続いて、ステップＳ８において、ステップＳ７で検出した吸着位置に基づいて光学部品３Ａをヘッド５で吸着し保持する。そして、ＸＹステージ２を移動して再び搭載基板１をヘッド５の下に配置する。次に、ステップＳ９において、カメラ６で搭載基板１の搭載面を画像認識し、光学部品３Ａの搭載位置を算出する。この際、光学部品３Ａの搭載位置は、ヘッド５に吸着されている光学部品３Ａの位置及び搭載基板１上の光学部品３Ｂの位置に基づいて算出される。そして、ステップＳ９において算出した搭載位置がヘッド５に吸着されている光学部品３Ａの真下になるようにＸＹステージ２を移動し、Ｚステージ４を駆動してヘッド５を下降させて光学部品３Ａを搭載基板１に搭載する。図５に光学部品３Ａ，３Ｂが搭載基板１に実装された状態が示されている。【００１４】
以上の工程により、光学部品３Ａ，３Ｂが搭載基板１に実装される。最初に搭載した光学部品３Ｂの位置の検出結果に基づいて光学部品３Ａを搭載するので、光学部品３Ａ，３Ｂを精度の高い位置関係で搭載することができる。【００１５】
光学部品３Ａ，３Ｂを搭載基板１に実装したら、次に光学部品２０の実装工程に移る。ここで、光学部品２０はその裏面（下面）に、先に実装されている光学部品３Ａ，３Ｂと協働する機能部分を有しており、光学部品３Ａ，３Ｂとこの機能部分とが整列した状態となるように光学部品３Ａ，３Ｂの上に配置しなくてはならない。そこで、光学部品２０を搭載基板１に搭載するには、図２に示すフェースダウンアライメント実装装置を用いて、図８に示す実装工程により、光学部品２０の裏面（下面）を画像認識しながら行う。したがって、光学部品３Ａ，３Ｂを搭載基板１に実装したら、搭載基板１をフェースダウンアライメント実装装置のＸＹステージ１２に移載する必要がある。【００１６】
搭載基板１をフェースダウンアライメント実装装置のＸＹステージ１２に移載したら、まず、ステップＳ１１において、搭載すべき光学部品２０をヘッド１５により吸着して保持する。光学部品２０は、ＸＹステージ１２上に設けられたれ部品トレイ（図示せず）に収容されており、ＸＹステージ１２を移動してヘッド１５の下に部品トレイを移動させて、ヘッド１５により光学部品２０を保持する。この際、部品トレイに収容された光学部品２０の位置は予めカメラ１６で画像認識して画像データとして記憶されており、この画像認識結果の画像データにより光学部品２０の位置を検出してヘッド１５により保持することができる。【００１７】
ヘッド１５により光学部品２０を保持したら、ステップＳ１２において、カメラ１６により搭載基板１を画像認識し、先に搭載した光学部品３Ａの位置を検出する。さらに、ステップＳ１３において、先に搭載した光学部品３Ｂの位置も検出する。【００１８】
続いて、ステップＳ１４において、ヘッド１５に保持されている光学部品２０の裏面（下面）をカメラ１９により画像認識し、光学部品２０の現在の保持位置を検出する。そして、ステップＳ１５において、ステップＳ１２，Ｓ１３にて検出した光学部品３Ａ，３Ｂの検出結果に基づいて、光学部品２０の搭載位置を算出する。そして、ステップＳ１６において、ＸＹステージ１２を駆動して、算出した搭載位置がヘッド１５に保持されている光学部品２０に整列するようにＸＹステージ１２を移動し、Ｚステージ１４下降させて光学部品２０を搭載基板１に実装する。このとき、図６に示すように、光学部品２０の機能部分２０ａが光学部品３Ａ，３Ｂに整列した状態となる。【００１９】
以上のように、従来の実装方法では、まず光学部品３Ａ，３Ｂのフェースアップアライメント実装を行い、次に光学部品２０のフェースダウンアライメント実装を行う。すなわち、実装装置は異なるが、カメラ６，１６で上側から搭載基板１及び光学部品３Ａ，３Ｂの位置を画像認識し、且つカメラ１９で光学部品２０の裏面を画像認識し、これらの画像認識データにより光学部品２０の搭載位置を決定している。【００２０】
ここで、フェースダウンアライメント実装により、一つの半導体チップを基板に実装する際に、半導体チップの裏面を一台のカメラで画像認識し、且つ基板の搭載面をもう一台のカメラで画像認識して半導体チップの位置決めを行うチップボンディング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平７−１７９３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上述のように、フェースアップアライメント実装で複数の第１の実装部品（光学部品３Ａ，３Ｂに相当）を基板に実装した後、複数の第１の搭載部品に対応する機能部分を有する第２の搭載部品（光学部品２０に相当）をフェースダウンアライメント実装で基板（実装基板１）に実装する場合、複数の第１の搭載部品同士を位置精度よく基板に実装でき、且つ第２の実装部品を基板上の複数の第１の実装部品に対して精度よく位置決めすることができる。しかし、第２の実装部品における機能部分の位置には製造ばらつきがあり、第１の実装部品の相対的な位置精度を高めても、相対位置にばらつきのある第２の実装部品の機能部分の各々に対して第１の実装部品を精度良く配置できないといった問題が発生するおそれがある。【００２２】
また、フェースダウンアライメント実装を行う際に、基板の実装面を画像認識するカメラと、部品の裏面を認識するためのカメラとは別個のカメラであり、これらのカメラの位置・角度を精度よく補正して画像認識結果を組み合わせてもずれが生じないようにすることが難しいという問題もある。【００２３】
さらに、高精度の画像認識を行うためにカメラの解像度を上げると視野が狭くなってしまい、部品トレイ内に収容されている部品の位置を認識することが難しくなる。このため、広視野カメラを部品位置認識用に別に設けることは、実装装置の大型化及びコストアップを招くこととなる。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の総括的な目的は、上述の問題を解決した新規で有用な部品実装装置及び方法を提供することである。【００２５】
本発明のより具体的な目的は、第２の実装部品の機能部分の位置関係のばらつきを反映した状態で第１の実装部品を基板に搭載することで、第１の実装部品に対して第２の実装部品を位置精度よく配置することのできる部品実装装置及び方法を提供することである。【００２６】
上述の目的を達成するために、本発明の一つの局面によれば、複数の実装部品を基板に実装するための部品実装装置であって、該基板を載置する載置台と、第１の実装部品を支持する第１の部品支持部と、第２の実装部品を支持する第２の部品支持部と、第１の部品支持部に支持された第１の実装部品を上方から画像認識すると共に、載置台に載置された基板の実装面を第１の部品支持部の上方から画像認識する第１のカメラと、第２の部品支持部に支持された第２の実装部品を下方から画像認識する第２のカメラとを有することを特徴とする部品実装装置が提供される。【００２７】
また、本発明の他の面によれば、第１の実装部品及び第２の実装部品を基板に実装する部品実装方法であって、第２の実装部品の形状を撮像して画像認識し、第２の実装部品の形状の画像認識結果に基づいて、第１の実装部品を基板に実装し、基板に実装された第１の実装部品の画像認識結果に基づいて、第２の実装部品を前記基板に実装することを特徴とする部品実装方法が提供される。【００２８】
本発明による部品実装方法において、複数の第１の実装部品と一つの第２の実装部品とを対応した位置に実装する際、画像認識により検出した第２の実装部品の形状に基づいて、基板上の複数の第１の実装部品の互いの位置を決定しながら実装することがこのましい。【００２９】
また、第２の実装部品を支持してその裏面の形状を第２のカメラで撮像して形状を検出し、第１の実装部品の一つを支持してその上面を第１のカメラで撮像して画像認識し、基板の実装面を第１のカメラで画像認識し、画像認識した第１の実装部品の一つを基板に実装し、第１の実装部品の他の一つを支持してその上面を第１のカメラで撮像して画像認識し、第２のカメラで検出した第２の実装部品の形状に基づいて、前記第１の実装部品の他の一つを基板に実装し、基板上における第１の実装部品の位置の画像認識結果に基づいて、第２の実装部品を基板に実装することとしてもよい。【００３０】
本発明の他の目的、特徴及び利点は添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことにより、一層明瞭になるであろう。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、第１の実装部品の搭載位置を算出する際に、後から実装される第２の実装部品の形状をも考慮するため、第２の実装部品の形状・寸法に製造ばらつきがあっても、個々の第２の実装部品の形状に合わせた位置関係で第１の実装部品を基板に実装することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】フェースアップアライメント実装装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】フェースダウンアライメント実装装置の概略構成を示す斜視図である。
【図３】搭載基板を示す図であり、（ａ）は搭載基板の平面図、（ｂ）は搭載基板の側面図である。
【図４】一つの光学部品を搭載した後の搭載基板を示す図であり、（ａ）は搭載基板の平面図、（ｂ）は搭載基板の側面図である。
【図５】他の光学部品を搭載した後の搭載基板を示す図であり、（ａ）は搭載基板の平面図、（ｂ）は搭載基板の側面図である。
【図６】さらに他の光学部品を搭載した後の搭載基板を示す図であり、（ａ）は搭載基板の平面図、（ｂ）は搭載基板の側面図である。
【図７】フェースアップアライメント実装装置を用いて光学部品を搭載基板に実装する工程のフローチャートである。
【図８】フェースダウンアライメント実装装置を用いて光学部品を搭載基板に実装する工程のフローチャートである。
【図９】本発明の一実施例による部品実装装置の概略構成を示す斜視図である。
【図１０】光学部品を支持するためのヘッドの断面図である。
【図１１】上側のカメラにより位置合わせ用マークを検出する工程を示す図である。
【図１２】下側のカメラにより位置合わせ用マークを検出する工程を示す図である。
【図１３】図９に示す部品実装装置を用いて行われる実装工程のフローチャートである。
【図１４】光学部品の形状を一回だけ検出して以後の実装に、そのデータを用いる場合の実装工程のフローチャートである。
【図１５】光学部品が収容された部品トレイの平面図である。
【図１６】部品トレイ内の光学部品の位置を検出する処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００３３】
３Ａ，３Ｂ，２０  光学部品
２２  ＸＹステージ
２２ａ  載置台
２４，２９  Ｚステージ
２４ａ  貫通孔
２５，３０  ヘッド
２６，２８  カメラ
２７，３１  Ｚ軸移動機構
３２  位置合わせ機構
３３  移動機構
３４  位置合わせ板
３５  位置合わせ用マーク
４０  部品トレイ
４１  カメラ視野
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。【００３５】
まず、本発明の一実施例による部品実装装置について、図９を参照しながら説明する。図９は本発明の一実施例による部品実装装置の概略構成を示す斜視図である。【００３６】
図９に示す部品実装装置は、電子部品や光学部品等の実装部品を実装基板に実装するための装置であり、フェースアップアライメント実装とフェースダウンアライメント実装を一台の装置で連続して行うことができるように構成されている。図９に示す例では、実装部品として光学部品３Ａ，３Ｂ（第１の実装部品）及び光学部品２０（第２の実装部品）を搭載基板１に実装する。【００３７】
図９に示す部品実装装置は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動可能なＸＹステージ２２を有する。ＸＹステージ２２上には、搭載基板１を載置する載置台２２ａが設けられる。搭載部品である光学部品３Ａ，３Ｂは、Z軸方向に移動可能なＺステージ２４に取り付けられたヘッド２５により支持される。ヘッド２５はガラス等の透明な材料で形成されている。Ｚステージ２４の上方に第１のカメラとしてカメラ２６が配置されており、Ｚステージ２４を貫通する貫通孔２４ａを通じて透明なヘッド２５に支持されている光学部品３Ａの表面（上面）を画像認識することができる。また、カメラ２６は、透明なヘッド２５を介して搭載基板１の搭載面を画像認識することができる。カメラ２６はＺ軸移動機構２７により上下に移動可能であり、これによりカメラ２６の焦点を光学部品３Ａの表面に合わせたり、搭載基板１の搭載面に合わせたりすることができる。なお、図９において、搭載基板１の所定の位置には、フェースアップアライメント実装により他の光学部品３Ｂが既に搭載されている。【００３８】
図１０は、光学部品３Ａ，３Ｂを支持するための上述のヘッド２５の断面図である。ヘッド２５は、上下に貫通した空間を有する部材２５ａと、部材２５ａの空間の上側を塞ぐように設けられた上板２５ｂと、部材２５ａの空間の下側を塞ぐように設けられた下板２５ｃとを有する。上板２５ｂと下板２５ｃは、例えばガラスのような透明な材料で形成される。部材２５ａはある程度剛性を有していればどのような材料でもかまわないが、例えばアルミニウムにより形成される。【００３９】
部材２５ａの内部の空間は上板２５ｂと下板２５ｃにより密閉される。部材２５ａには、その内部空間の空気を吸引するために吸引通路２５ｄが形成されている。また下板２５ｃには、内部空間に通じる吸着孔２５ｅが形成されている。吸引通路２５ｄから内部空間の空気を吸引することで、下板２５ｃの吸着孔２５ｅを介して光学部品３Ａ，３Ｂを吸着し保持することができる。【００４０】
上板２５ｂと下板２５ｃが透明な材料で形成されているため、ヘッド２５の上方から照射された光は、ヘッド２５を透過して光学部品３Ａ，３Ｂの表面（上面）に照射される。これによりヘッド２５より上方に配置されたカメラ２６で光学部品３Ａ，３Ｂの表面（上面）を撮像することができる。また、ヘッド２５を透過した光は、ヘッド２５の下方に配置された搭載基板１にも照射され、搭載基板１の搭載面をヘッド２５より上方に配置されたカメラ２６で撮像することができる。なお、ヘッド２５を介して照射する照明光は、ヘッド２５の上板２５及び下板２５ｃの表面において光の反射による干渉縞が発生しないように、白色光とすることが好ましい。【００４１】
なお、ヘッド２５は静圧軸受を用いてＺステージ２４に取り付けられており、光学部品３Ａ，３Ｂを吸着する際にヘッド２５を光学部品３Ａ，３Ｂに押し付ける圧力を低減している。これにより、ヘッド２５の押圧力により光学部品３Ａ，３Ｂが損傷したり機能が損なわれることを防止している。静圧軸受は周知の構造であり、その説明は省略する。【００４２】
ＸＹステージ２２には、光学部品２０の裏面を画像認識するための第２のカメラとしてカメラ２８が設けられる。カメラ２８の上方には、Z軸方向に移動可能なＺステージ２９が設けられ、Ｚステージ２９に実装部品支持用のヘッド３０が取り付けられる。Ｚステージ２９はＺ軸移動機構３１により上下に移動可能であり、これによりヘッド３０が上下に移動可能である。ヘッド３０は光学部品２０を支持するための機構を有している。図９に示す例ではヘッド３０は光学部品２０を把持して支持するが、ヘッド２５と同様に光学部品２０を吸着して保持する構成としてもよい。【００４３】
また、ＸＹステージ２２には、カメラ位置合わせユニット３２が設けられる。カメラ位置合わせユニット３２は、光学部品３Ａ，３Ｂの表面（上面）を画像認識する第１のカメラとしてのカメラ２６により撮像した画面上の位置と、光学部品２０の裏面（下面）を画像認識する第２のカメラとしてカメラ２８により撮像した画面上の位置とを精度よく整合させるための補正を行うための機構である。【００４４】
カメラ位置合わせユニット３２は、ＸＹステージ２２上を移動可能なように移動機構３３を介してＸＹステージ２２に取り付けられる。カメラ位置合わせユニット３２はＸＹステージ２２の上面に平行に張り出した位置合わせマーク部材３４を有する。位置合わせマーク部材３４には、位置合わせ用マーク３５が設けられている。位置合わせ用マーク３５は位置合わせマーク部材３４を貫通して形成された所定の形状の孔又はスリットである。孔又はスリットの平面形状は例えば十字型として、ＸＹ方向及び回転方向を容易に認識できるようにする。あるいは、円形の孔を複数個配列したものを位置合わせ用マークとしてもよい。【００４５】
ここで、上側のカメラ２６と下側のカメラ２８の位置合わせについて、図１１及び図１２を参照しながら説明する。図１１は上側のカメラ２６により位置合わせ用マーク３５を検出する工程を示す図であり、図１２は下側のカメラ２８により位置合わせ用マーク３５を検出する工程を示す図である。【００４６】
カメラ２６とカメラ２８を位置合わせするには、移動機構３３を駆動してカメラ位置合わせユニット３２を移動し、位置合わせマーク部材３４がカメラ２８の上に張り出すような位置にする。このときカメラ２８の視界に位置合わせ用マーク３５が入るように位置合わせマーク部材３４の位置を調整する。そして、ＸＹステージ２２を駆動して、カメラ２８をカメラ２６の真下に配置する。これにより、図１１に示すように、カメラ２８、位置合わせマーク部材３４、ヘッド２５、及びカメラ２６がＺ軸方向（垂直方向）に整列した状態となる。カメラ２６には同軸照明装置２６ａが組み込まれており、カメラの視野方向に照明光を照射することができる。同様に、カメラ２８には同軸照明装置２８ａが組み込まれており、カメラの視野方向に照明光を照射することができる。【００４７】
まず、図１１に示すように、上側のカメラ２６から照明光を照射し、下側のカメラ２８で撮像する。照明光はＺステージ２４の貫通孔２４ａを通過し、透明なヘッド２５も通過して位置合わせマーク部材３４に照射される。位置合わせマーク部材３４の位置合わせ用マーク３５の部分のみ照明光が通過するので、下側のカメラ２８で位置合わせ用マーク３５を画像認識することができる。【００４８】
次に、図１２に示すように、下側のカメラ２８から照明光を照射し、上側のカメラ２６で撮像する。照明光は位置合わせマーク部材３４に照射される。位置合わせマーク部材３４の位置合わせ用マーク３５の部分のみ照明光が通過するので、上側のカメラ２６で位置合わせ用マーク３５を画像認識することができる。【００４９】
そこで、上側のカメラ２６で画像認識した位置合わせ用マーク３５の位置と、下側のカメラ２８で画像認識した位置合わせ用マーク３５位置とが同じ位置であると認識するように画像データを補正することにより、上側のカメラ２６で撮像した画像と下側のカメラ２８で撮像した画像との位置関係にずれが生じている場合は、そのずれを修正することができる。すなわち、上側のカメラ２６と下側のカメラ２８とで同じものを反対側から見た際に、同じ位置であると認識するようにデータ補正することで、上側のカメラ２６と下側のカメラ２８との位置合わせを精度良く行うことができる。【００５０】
次に、図９に示す部品実装装置を用いて行われる部品実装方法について説明する。図１３は図９に示す部品実装装置を用いて行われる実装工程のフローチャートである。【００５１】
図１３に示す実装工程では、光学部品３Ａ，３Ｂ及び光学部品２０を搭載基板１に実装する。まず、ステップＳ２１において、上述のカメラ位置合わせにより、第１のカメラ２６と第２のカメラ２８の位置合わせ補正を行う。次に、ステップＳ２２において、第２の実装部品である光学部品２０をヘッド３０で支持し、カメラ２８により光学部品２０の裏面を画像認識して形状を検出する。すなわち、カメラ２８により光学部品２０の裏面の機能部分２０ａの形状を検出し、機能部分２０ａの位置を算出してデータとして記憶する。【００５２】
次に、ステップＳ２３において、ＸＹステージ２２の載置台２２ａ上に載置された搭載基板１の搭載面に設けられているアライメントパターン１ａをカメラ２６により画像認識して検出する。この際、カメラ２６による画像認識は、Ｚステージ２４の貫通孔２４ａと透明なヘッド２５を通して写る搭載基板１の搭載面の画像により行われる。【００５３】
次に、ステップＳ２４において、光学部品３Ｂをヘッド２５で吸着し保持する位置を決定する。光学部品３Ｂは、ＸＹステージ２上に設けられたれ部品トレイ（図示せず）に収容されており、ＸＹステージ２２を移動してヘッド２５の下に部品トレイを移動させて、カメラ２６により光学部品３Ｂを画像認識することで、光学部品３Ｂの吸着位置を検出する。【００５４】
続いて、ステップＳ２５において、ステップＳ２４で検出した吸着位置に基づいて光学部品３Ｂをヘッド２５で吸着し保持する。そして、ＸＹステージ２２を移動して再び搭載基板１をヘッド２５の下に配置する。次に、ステップＳ２６において、ヘッド２５で吸着した光学部品３Ｂをカメラ２６により画像認識し、吸着された状態の光学部品３Ｂの位置を検出する。続いて、ステップＳ２７において、カメラ２６で搭載基板１の搭載面を画像認識し、光学部品３Ｂの搭載位置を算出する。【００５５】
そして、ステップＳ２８において、算出した搭載位置がヘッド２５に吸着されている光学部品３Ｂの真下になるようにＸＹステージ２２を移動し、Ｚステージ２４を駆動してヘッド５を下降させて光学部品３Ｂを搭載基板１に搭載する。そして、ステップＳ２９において、カメラ２６の画像認識に基づいて光学部品３Ｂが搭載された位置を検出する。【００５６】
なお、上述のステップＳ２６における光学部品３Ｂの画像認識と、ステップＳ２７における搭載基板１の画像認識は、一台のカメラ２６により行われる。具体的には、光学部品３Ｂの画像認識を行うときにはカメラ２６の焦点位置に光学部品３Ｂが位置するようにカメラ２６又はヘッド２５をＺ軸方向に移動し、搭載基板１を画像認識するときはカメラ２６の焦点位置に光学部品３Ｂが位置するようにカメラ２６をＺ軸方向に移動する。ここで、搭載基板１を画像認識するときはカメラ２６と搭載基板１との間に光学部品３Ｂが存在するため、光学部品３Ｂをなるべく焦点から遠い位置に移動し、例えば光学部品３Ｂを搭載基板１から焦点距離の半分以上離しておくことが好ましい。例えば、カメラ２６の焦点距離が６５ｍｍであった場合、搭載基板１を画像認識する際には、光学部品３Ｂを３２．５ｍｍ以上離れた位置に移動しておくことが好ましい。これにより、搭載基板１を撮像している際のカメラ２６の視野の中に光学部品３Ｂが入ったとしても、光学部品３Ｂには全く焦点が合わずにぼやけた状態となり、搭載基板１の画像認識を支障なく行うことができる。【００５７】
光学部品３Ｂの実装が完了したら、次に、ステップＳ３０において、光学部品３Ａの吸着位置を検出する。光学部品３Ａは、ＸＹステージ２２上に設けられたれ部品トレイ（図示せず）に収容されており、ＸＹステージ２２を移動してヘッド２５の下に部品トレイを移動させて、カメラ２６により光学部品３Ａを画像認識することで、光学部品３Ａの吸着位置を検出する。【００５８】
続いて、ステップＳ３１において、ステップＳ３０で検出した吸着位置に基づいて光学部品３Ａをヘッド２５で吸着し保持する。そして、ＸＹステージ２２を移動して再び搭載基板１をヘッド２５の下に配置する。次に、ステップＳ３２において、ヘッド２５で吸着した光学部品３Ａをカメラ２６により画像認識し、吸着された状態の光学部品３Ａの位置を検出する。【００５９】
続いて、ステップＳ３３において、カメラ２６で搭載基板１の搭載面を画像認識し、光学部品３Ａの搭載位置を算出する。この際、光学部品３Ａの搭載位置は、ヘッド２５で吸着している光学部品３Ａの位置、搭載基板１上の光学部品３Ｂの位置及びステップＳ２２で検出した光学部品２０の形状（機能部品２０ａの位置）に基づいて算出される。そして、ステップＳ３３において算出した搭載位置がヘッド２５に吸着されている光学部品３Ａの真下になるようにＸＹステージ２２を移動し、Ｚステージ２４を駆動してヘッド２５を下降させて光学部品３Ａを搭載基板１に搭載する。【００６０】
以上のように、本実施例では、ステップＳ３３において光学部品３Ｂに対する光学部品３Ａの搭載位置を算出する際に、後から実装される光学部品２０の形状（機能部品２０ａの位置）をも考慮するため、光学部品２０の形状・寸法に製造ばらつきがあっても、個々の光学部品２０の形状に合わせた位置関係で光学部品３Ａ，３Ｂを実装することができる。具体的には、ステップＳ２２において光学部品２０の機能部品２０ａの間隔を予め検出しておき、その間隔に合うように光学部品３Ａ，３Ｂの間隔が決定されるので、機能部品２０ａの間隔が異なっていても、各光学部品２０に合わせて光学部品３Ａ，３Ｂを精度よく実装することができる。【００６１】
以上の工程により、光学部品３Ａ，３Ｂが搭載基板１に実装される。続いて、光学部品２０の実装工程に移るが、図９に示す部品実装装置はフェースダウンアライメント実装も行うことができるように構成されており、搭載基板１を移載する必要はなく、また、これまでの画像認識で得られた画像データや検出結果を、以後の工程においても使用することができる。具体的には、ステップＳ２２で検出した光学部品２０の保持位置、ステップＳ２３で検出した搭載基板１の位置、ステップＳ２９で検出した光学部品３Ｂの搭載位置、ステップＳ３２で検出した光学部品３Ａの搭載位置等を、光学部品２０の搭載工程でも用いることができる。【００６２】
光学部品２０の実装工程に移ると、まず、ステップＳ３５において、ステップＳ２２と同様にカメラの位置合わせが行われる。ここでのカメラの位置合わせは、ステップＳ２２の時点から時間が経ち、またカメラ２６，２８も移動したため、カメラの位置合わせ精度を確保するために行うものであり、不要であればステップＳ３５の処理は省略してもよい。【００６３】
そして、ステップＳ３６において、光学部品３Ａ，３Ｂの搭載位置検出結果に基づいて、光学部品２０の搭載位置を算出する。そして、ステップＳ３７において、ＸＹステージ２２を駆動して、算出した搭載位置がヘッド３０に保持されている光学部品２０に整列するようにＸＹステージ２２を移動し、Ｚステージ２４下降させて光学部品２０を搭載基板１に実装する。光学部品３Ａ，３Ｂは光学部品２０の機能部分２０ａの間隔に対応した位置に搭載されているので、光学部品２０の機能部分２０ａが光学部品３Ａ，３Ｂに精度よく整列した状態となる。【００６４】
なお、ステップＳ３４で光学部品３Ａを実装した後で、ステップＳ３６で光学部品２０の搭載位置を算出する前に、再度、光学部品３Ａ，３Ｂの搭載位置及び光学部品２０の保持位置を検出し、先に検出した位置からずれていないことを確認してもよい。【００６５】
上述の実施例では、第１の実装部品として２つの光学部品３Ａ，３Ｂを用い、対応する第２の実装部品として一つの光学部品２０を用いているが、一つの光学部品２０に対して３つ以上の光学部品を設ける場合にも本発明を適用することができる。すなわち、第２の実装部品の形状を画像認識した結果に基づいて、基板上での複数の第１の実装部品の互いの搭載位置を決定しながら複数の１実装部品を実装することで、第２の実装部品を複数の第１の実装部品に対して位置精度よく配置することができる。また、第２の実装部品として複数の光学部品２０を用い、且つ第１の実装部品として複数の光学部品３Ａ，３Ｂを用いることもできる。すなわち、第１の実装部品と第２の実装部品の数は上述の実施例で示す数に限定されない。【００６６】
上述の実装工程では、光学部品２０の形状を一つ毎に検出し、光学部品３Ａ，３Ｂの搭載位置を光学部品２０の形状に個別に合わせているが、光学部品２０の形状がロット内ではほとんどばらつかない場合は、そのロットにおける光学部品２０の形状を一回だけ検出して、そのデータを用いることとしてもよい。【００６７】
図１４は光学部品２０の形状を一回だけ検出して以後の実装にそのデータを用いる場合の実装工程のフローチャートである。図１４において、図１３に示すステップと同等なステップには同じステップ番号を付し、その説明は省略する。【００６８】
図１４に示す実装工程では、まず、ステップＳ４０にて、光学部品２０の形状を検出済みであるか否かを判定する。例えば、光学部品２０の一ロット分において、最初の光学部品２０を搭載する場合、光学部品２０の形状は検出していないため、ステップＳ４０でＮＯとなり、処理はステップＳ４１に進む。ステップＳ４１では、上述のステップＳ２２と同様に、光学部品２０の形状を検出する。続いて、ステップＳ４２において、ステップＳ４１で検出した光学部品２０の形状のデータを登録し保存する。以後、図１３に示すステップ２３に進み、ステップＳ２３からステップＳ３７までの処理を行って光学部品３Ａ，３Ｂ及び光学部品２０を搭載基板１に実装する。【００６９】
一方、ステップＳ４０で光学部品２０の形状を検出済みであると判定された場合、処理はステップＳ２３に進み、登録・保存されている光学部品の形状データを用いてステップＳ２３からステップＳ３７までの処理を行い、光学部品３Ａ，３Ｂ及び光学部品２０を搭載基板１に実装する。【００７０】
以上のように、例えば、光学部品２０のロットが変わった場合に、最初の光学部品２０の形状を検出し、そのデータを保存して同じロットの別の光学部品２０の実装にそのデータを用いることで、実装工程時間を短縮することができる。【００７１】
次に、上述の実装工程において、光学部品３Ａ，３Ｂ及び光学部品２０を部品トレイから取り出す際にトレイ内の部品の位置を検出する処理について説明する。図１５は光学部品が収容された部品トレイの平面図である。図１５において、一例として複数の光学部品３Ａが収容された部品トレイ４０が示されている。ここで、光学部品３Ａを画像認識するカメラ２６の視野４１は、解像度を上げるために部品トレイ４０全体の大きさよりかなり小さくなっている。この場合、図１５の矢印で示すように、部品トレイ４０全体をカメラで走査して光学部品３Ａを画像認識することとなる。【００７２】
図１６は部品トレイ４０内の光学部品３Ａの位置を検出する処理のフローチャートである。まず、ステップＳ５１において、部品トレイ４０の端からカメラ２６の視野の走査を開始する。ステップＳ５２において、カメラ２６の視野の走査を続けながら視野に入った光学部品３Ａの画像を取得する。次に、ステップＳ５３において、一列の走査が終了したか判定する。一列の走査が終了していなければ、処理はステップＳ５２に戻り、カメラ２６の視野の走査を続けながら光学部品３Ａの位置検出を続行する。【００７３】
ステップＳ５３で一列の走査が終了したと判定した場合には、処理はステップＳ５４に進み、走査した一列分の画像を保存する。次に、ステップＳ５５において、カメラ２６の視野を横方向に移動し、視野を次の列に合わせる。続いて、ステップＳ５６において、部品トレイ４０全体の視野の走査が終了したか否かが判定される。部品トレイ４０全体の視野の走査が終了していない場合は、処理はステップＳ５１に戻って現在のカメラ２６の視野の位置から一列の走査を行う。部品トレイ４０全体の視野の走査が終了したと判定された場合は、処理はステップＳ５７に進み、一列毎に得られた複数の画像を一つの画像に合成する処理を行い、部品トレイ４０全体の画像を得る。続いて、ステップＳ５８において、合成して得られた部品トレイ４０全体の画像から、各光学部品３Ａの位置を検出する。【００７４】
以上のように、カメラの視野より大きな部品トレイを走査する際に、カメラの視野を走査して得られた複数の画像を一つの画面に合成してから、部品トレイ４０内の複数の光学部品３Ａの各々位置を一括して検出する。これにより、カメラ視野の一列の走査で一部しか写らない光学部品３Ａがあっても、次の列の走査での画像と合成することで、合成画面上では一つの光学部品３Ａとなる。例えば、カメラ視野の一列の走査毎に光学部品３Ａを検出し、半分しか写らなかった光学部品３Ａを一つの光学部品３Ａとして認識するか否かを決定する処理を行うよりも、画像を合成してから一括に光学部品を検出するほうが、処理が簡単になるという利点がある。また、部品トレイの画像認識用に別個に広視野カメラを設ける必要がなく、装置のコストアップを抑えることができる。【００７５】
本発明は具体的に開示された実施例に限られず、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な変形例、改良例を考えることができる。
【図１】
2009025016.tif 000003
【図２】
2009025016.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2009025016.tif 000016
【図１５】
2009025016.tif 000017
【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年2月3日(2010.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の実装部品及び第２の実装部品を基板に実装する部品実装方法であって、
該第２の実装部品の形状を撮像して画像認識し、
前記第２の実装部品の形状の画像認識結果に基づいて、前記第１の実装部品を前記基板に実装し、
前記基板に実装された前記第１の実装部品の画像認識結果に基づいて、前記第２の実装部品を前記基板に実装する
ことを特徴とする部品実装方法。
【請求項２】
請求項１記載の部品実装方法であって、
複数の前記第１の実装部品と一つの前記第２の実装部品とを対応した位置に実装する際、
画像認識により検出した前記第２の実装部品の形状に基づいて、前記基板上の複数の前記第１の実装部品の互いの位置を決定しながら実装することを特徴とする部品実装方法。
【請求項３】
請求項２記載の部品実装方法であって、
前記第２の実装部品を支持してその裏面の形状を第２のカメラで撮像して形状を検出し、
前記第１の実装部品の一つを支持してその上面を第１のカメラで撮像して画像認識し、
前記基板の実装面を前記第１のカメラで画像認識し、
前記画像認識した前記第１の実装部品の一つを前記基板に実装し、
前記第１の実装部品の他の一つを支持してその上面を前記第１のカメラで撮像して画像認識し、
前記第２のカメラで検出した前記第２の実装部品の形状に基づいて、前記前記第１の実装部品の他の一つを前記基板に実装し、
前記基板上における前記第１の実装部品の位置の画像認識結果に基づいて、前記第２の実装部品を前記基板に実装する
ことを特徴とする部品実装方法。
【請求項４】
請求項１記載の部品実装方法であって、
前記第１の実装部品を第１のカメラで撮像した画像における位置と、前記第２の実装部品を第２のカメラで撮像した画像における位置とが整合するように画像認識結果の補正を行うことを特徴とする部品実装方法。
【請求項５】
請求項１記載の部品実装方法であって、
前記第２の実装部品を支持してその裏面の形状を第２のカメラで撮像して形状を検出した結果をデータで保存し、その後の他の第２の実装部品の実装の際に該データを用いることを特徴とする部品実装方法。
【国際調査報告】
2009025016.tif 000019
2009025016.tif 000020
2009025016.tif 000021
2009025016.tif 000022