(57)【要約】【課題】  実装基板を加熱しながら実装する場合において、非常に高い精度で、短時間で位置補正し、実装基板に実装可能な電子部品の実装方法及び装置を提供する。【解決手段】  電子部品７を保持し実装基板３２の実装位置に実装する実装ヘッド３と、実装ヘッドに対向し実装基板及びキャリブレーション基板をそれぞれ吸着可能なステージ２と、実装ヘッド又はステージを相対的に上下方向と交差する横方向に移動する駆動機構８と、ステージに吸着されたキャリブレーション基板の少なくとも同一の実装位置対応箇所Ｇｉを含む領域４３の画像が同時に撮像可能な複数のカメラ４ａ，４ｂとを備える。複数のカメラから同時に撮像された複数の画像の実装位置対応箇所の情報から、電子部品の実装位置の補正量を算出する画像処理装置５を備え、補正量を基に電子部品を実装基板の実装位置に実装する。【選択図】図１
2018041802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリブレーション基板を用いて電子部品の実装位置の補正データを算出し、
前記補正データに基づく前記実装位置に、前記電子部品を実装温度まで加熱された実装基板に実装し、
前記電子部品が実装された前記実装基板を保証温度に加熱又は冷却する実装方法であって、
前記実装位置の補正データは、
前記キャリブレーション基板をステージに吸着し、
複数のカメラによって前記キャリブレーション基板の少なくとも同一の実装位置対応箇所を含む領域の画像を同時に撮像し、
前記複数のカメラで同時に撮像された複数の画像から、前記領域のうちの前記実装位置対応箇所の情報を基に、前記実装位置の補正量を算出することによって取得される、電子部品の実装方法。
【請求項２】
前記キャリブレーション基板を吸着した後、前記複数のカメラで前記画像を同時に撮像し、前記キャリブレーション基板の吸着を解除したのち再び吸着した後、前記複数のカメラで前記画像を同時に撮像することを行い、前記複数のカメラで前記複数回撮像された画像を基に前記実装位置の補正量を算出する請求項１に記載の電子部品の実装方法。
【請求項３】
電子部品を保持して実装基板の実装位置に実装する機能を備えた実装ヘッドと、
前記実装ヘッドに対向するように設けられて前記実装基板及びキャリブレーション基板をそれぞれ吸着可能なステージと、
前記実装ヘッド又は前記ステージを相対的に上下方向と交差する横方向に移動する駆動機構と、
前記ステージに吸着された前記キャリブレーション基板の少なくとも同一の実装位置対応箇所を含む領域の画像が同時に撮像できるように前記ステージに対し同じ高さに配置された、解像度、倍率、及び、焦点距離が同一の複数のカメラと、
を備えた電子部品の実装装置であって、
前記複数のカメラから同時に撮像された複数の画像の前記実装位置対応箇所の情報から、前記実装位置対応箇所に対応する前記電子部品の前記実装位置の補正量を算出する画像処理装置を備えて、
算出された前記実装位置の補正量を基に、前記実装ヘッドで保持した前記電子部品を、前記ステージに吸着された前記実装基板の前記実装位置に実装する電子部品の実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の実装位置を補正しながら電子部品を実装する電子部品の実装方法及び実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォン又はタブレット端末に代表される電子機器の小型化及び高性能化の進展に伴い、これらの端末に使用される半導体素子に代表される電子部品の高密度化、電極端子の多ピン化、及び、狭ピッチ化の流れが加速している。そのため、基板に電子部品を実装する実装装置においては、基板に高精度で実装することが求められている。
通常、基板に電子部品を高精度で実装するために、電子部品の実装装置は基板認識用のカメラを備えており、基板認識用のカメラによって基板を撮像することにより基板の位置を検出し、位置検出結果に基づいて部品搭載時の位置合わせが行われる。しかし、基板認識用カメラの光学系座標の位置は、必ずしも、制御データ上で示される位置にあるとは限らない。例えば、カメラを移動させるボールねじなどの移動機構の誤差が生じること、又は実装エリア内の各位置で温度差があるため熱膨張量に差が生じることにより、位置ずれを生じる。そのため、電子部品実装の対象となる実装エリア内の各位置での固有の位置ずれ量を求める、いわゆるキャリブレーションを行う機能を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
図７Ａ及び図７Ｂは、特許文献１で提案されている電子部品の実装方法におけるキャリブレーションの説明図である。図７Ａ及び図７Ｂを用いて、実装位置のキャリブレーション方法において説明する。
図７Ａはキャリブレーション機能を備えた電子部品の実装装置の平面図である。特許文献１の電子部品の実装装置は、部品供給部１０５と、基板搬送部１０２と、基板搬送部１０２の上方には、実装ヘッド１０３と、実装ヘッド１０３と一体化し隣接して設けられたカメラ１０４とが配置され、実装ヘッド１０３とカメラ１０４とは一体となってＸ駆動軸１０６及びＹ駆動軸１０７によって、キャリブレーション基板１０１の上方に移動する。キャリブレーション基板１０１には、予め格子状に一定間隔のピッチで計測点Ｐｉの位置に認識マークが形成されており、基板搬送部１０２上の任意の位置に固定させる。
次に、Ｘ駆動軸１０６及びＹ駆動軸１０７を駆動させ、カメラ１０４をキャリブレーション基板１０１の計測点Ｐｉが認識される位置に１個ずつ移動させて、各計測点Ｐｉの認識マークを１個ずつ撮像及び認識する。
図７Ｂは、計測点Ｐｉにおける制御データとカメラ１０４とでの認識との位置ずれ量を示す説明図である。カメラ１０４が計測点Ｐｉの位置に移動された時、制御データ上では光学座標系の原点Ｏの位置に移動するように制御されるが、カメラ１０４による認識結果では、計測点Ｐｉは座標（Δｘｉ、Δｙｉ）の位置になる。この位置ズレ量（Δｘｉ、Δｙｉ）を計測点Ｐｉごとの固有の位置誤差とし、全計測点での位置誤差を取得することにより、キャリブレーション基板１０１全体のキャリブレーションデータを得ることができる。
特許文献１に記載の方法によれば、基板全体のキャリブレーションデータに基づき位置補正し実装することにより、基板に電子部品を高精度で実装できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−９４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電子部品の高精度実装を実装以降の工程でも維持するためには、例えばダイアタッチフィルム、ダイアタッチペースト、異方性導電性接着剤、又は、非導電接着剤などの熱硬化型材料を用いて、基板を加熱しながら実装することにより、十分な接着強度を確保することが必要になる。しかし、基板を加熱する場合、基板を固定する吸着ステージ内の温度分布が不均一なため、ステージ及びステージ近傍の機構部品には、それぞれ不均一な熱膨張が生じる。また、吸着ステージの吸着溝のレイアウトにより、吸着溝近傍の基板は収縮し、吸着溝が無い部分の基板は膨張する、といったように、基板の変形量が不均一になる。特に、大型の基板を用いて高温に加熱する場合、これらの傾向は顕著に見られる。
そのために、常温で特許文献１の方法でキャリブレーションを行い、基板の熱膨張係数に実装時の温度差を掛けて求めた熱膨張量を加味して位置補正し、加熱しながら実装した場合でも、常温に冷却すると、所定の実装位置からの位置ずれ量が大きくなる問題があった。また、ステージを加熱しながら特許文献１の方法でキャリブレーションを行うと、カメラ又はステージを駆動するボールねじの軸方向の隙間が熱膨張で不均一になるために、カメラ又はステージの停止位置が安定せず、各計測点の位置誤差が大きくなる問題があった。さらに、測定の精度を上げるためには、Ｘ駆動軸１０６及びＹ駆動軸１０７のそれぞれの動作速度を遅くし、それぞれの駆動軸の振動が収まった状態で測定しなければならず、基板全体のキャリブレーションに時間がかかり、生産現場に適用しにくい問題もあった。
さらに、カメラ又はステージの駆動による誤差を無くすために、キャリブレーション基板１０１の画像が視野全体に入るような１個の高画素及び高解像度のカメラ１０４を用い、キャリブレーション基板１０１の画像全体が映る位置にカメラ１０４を移動させ、画像を撮像して画像から計測点の座標を算出する場合においても、カメラ１０４の光軸に対しキャリブレーション基板１０１を完全な垂直方向に配置するのは困難である。カメラ１０４の光軸に対してキャリブレーション基板１０１は任意の角度で傾き、その傾きは、ステージの加熱によりさらに大きくなる。しかし、１個のカメラ１０４でキャリブレーション基板１０１の画像を常温時及び加熱時にそれぞれ撮像した場合、各計測点Ｐｉでの変位がカメラ１０４の光軸と加熱されたキャリブレーション基板１０１の傾きとによって生じるのか、あるいはキャリブレーション基板１０１自体の熱変形によって生じるものかを区別することができない。そのため、画像における各計測点Ｐｉの変位に基づき常温時と加熱時との差分で位置補正した場合、各計測点Ｐｉでの位置誤差が極めて大きくなる問題がある。
よって、前記したような様々な要因により、基板を加熱しながら電子部品を実装する場合に、位置ずれ誤差が大きくなり、高い精度での実装ができず、かつキャリブレーションを短時間で行うこともできなかった。
本発明は、前記課題を鑑み、基板を加熱しながら電子部品を実装する場合においても、位置ずれ誤差を大きく低減して非常に高い精度で実装でき、かつキャリブレーションを短時間で行うことが可能な電子部品の実装方法及び実装装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために、本発明の１つの態様にかかる電子部品の実装方法は、キャリブレーション基板を用いて電子部品の実装位置の補正データを算出し、
前記補正データに基づく前記実装位置に、前記電子部品を実装温度まで加熱された実装基板に実装し、
前記電子部品が実装された前記実装基板を保証温度に加熱又は冷却する実装方法であって、
前記実装位置の補正データは、
前記キャリブレーション基板をステージに吸着し、
複数のカメラによって前記キャリブレーション基板の少なくとも同一の実装位置対応箇所を含む領域の画像を同時に撮像し、
前記複数のカメラで同時に撮像された複数の画像から、前記領域のうちの前記実装位置対応箇所の情報を基に、前記実装位置の補正量を算出することによって取得される。
さらに、本発明の別の態様にかかる電子部品の実装装置は、電子部品を保持して実装基板の実装位置に実装する機能を備えた実装ヘッドと、
前記実装ヘッドに対向するように設けられて前記実装基板及びキャリブレーション基板をそれぞれ吸着可能なステージと、
前記実装ヘッド又は前記ステージを相対的に上下方向と交差する横方向に移動する駆動機構と、
前記ステージに吸着された前記キャリブレーション基板の少なくとも同一の実装位置対応箇所を含む領域の画像が同時に撮像できるように前記ステージに対し同じ高さに配置された、解像度、倍率、及び、焦点距離が同一の複数のカメラと、
を備えた電子部品の実装装置であって、
前記複数のカメラから同時に撮像された複数の画像の前記実装位置対応箇所の情報から、前記実装位置対応箇所に対応する前記電子部品の前記実装位置の補正量を算出する画像処理装置を備えて、
算出された前記実装位置の補正量を基に、前記実装ヘッドで保持した前記電子部品を、前記ステージに吸着された前記実装基板の前記実装位置に実装する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の前記態様によれば、基板を加熱しながら実装する場合であっても、毎回実装基板の認識マークを認識することなく、位置ずれ誤差を大きく低減して非常に高い精度で実装でき、かつ短時間で位置補正することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施の形態における電子部品の実装装置の構成を示す概略構成図
【図２】本発明の実施の形態における実装位置の補正量の算出方法を示す説明図
【図３Ａ】本発明の実施の形態におけるキャリブレーション基板のパターンの例を示す平面図
【図３Ｂ】図３Ａにおいて保証温度Ｔ１で第１カメラによって観察されたキャリブレーション基板のパターンを示す拡大平面図
【図３Ｃ】図３Ａにおいて保証温度Ｔ１で第２カメラによって観察されたキャリブレーション基板のパターンを示す拡大平面図
【図３Ｄ】図３Ａにおいて実装温度Ｔ２で第１カメラによって観察されたキャリブレーション基板のパターンを示す拡大平面図
【図３Ｅ】図３Ａにおいて実装温度Ｔ２で第２カメラによって観察されたキャリブレーション基板のパターンを示す拡大平面図
【図４】本発明の実施の形態における実装位置の補正量の算出方法の流れを示す工程フロー図
【図５】本発明の実施の形態における実装位置の補正量の算出方法を示すタイミングチャート
【図６Ａ】本発明の実施の形態における電子部品の実装装置の構成を示す概略構成図
【図６Ｂ】本発明の実施の形態の変形例における電子部品の実装装置の構成を示す概略構成図
【図７Ａ】従来の電子部品の実装方法におけるキャリブレーションの説明図
【図７Ｂ】図７Ａのキャリブレーションのより詳細な説明図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における電子部品の実装装置の構成を示す概略構成図である。図１に示す本発明の電子部品の実装装置は、実装ヘッド３と、ステージ２と、駆動機構８と、カメラ４と、画像処理装置５とを少なくとも備えている。さらに、図１では、実装装置は、電子部品７の供給部３１を備えている。
この実装装置では、キャリブレーション基板１を用いて電子部品７の実装位置の補正データを算出し、補正データに基づく実装位置に、電子部品７を実装温度Ｔ２まで加熱された実装基板３２に実装し、電子部品７が実装された実装基板３２を保証温度Ｔ１に加熱又は冷却するものである。
実装ヘッド３は、電子部品７の供給部３１から電子部品７を保持（例えば吸着）し加熱及び加圧して実装基板３２（図６Ａ参照）に実装する機能を備えている。一例として、実装ヘッド３はＸ方向及びＺ方向に移動可能であり、ステージ２はＸ方向及びＹ方向に移動可能としている。
ステージ２は、実装ヘッド３に対向可能に設けられて、キャリブレーション基板１及び実装基板３２をそれぞれ個別に載置及び吸着可能としている。
ここで、キャリブレーション基板１の表面にはパターンが予め設けられており、パターンを有するキャリブレーション基板１が、ステージ２上に載置されて吸着される。ステージ２には、真空吸着、又は、メカ式固定又は静電吸着のいずれかの方法による基板固定機能が設けられている。パターンは、例えば、めっき、スパッタリング、蒸着、インク、又は、スプレーによって形成され、規則的なパターン又は不規則的なパターンが使用できる。
駆動機構８は、ステージ２の平面の表面に対して表面沿いの方向及び表面と直交する垂直方向に実装ヘッド３をそれぞれ独立して移動させる。一例として、駆動機構８は、実装ヘッド３をＸ方向及びＺ方向に移動可能としているが、これに限られるものではなく、実装ヘッド３をＹ方向及びＺ方向に移動可能としてもよいし、実装ヘッド３をＸ方向及びＹ方向及びＺ方向に移動可能としてもよい。また、駆動機構８は、実装ヘッド３を駆動する代わりに、ステージ２を表面沿いの方向、言い換えれば、上下方向と交差する横方向に移動させるようにしてもよい。
カメラ４は、第１カメラ４ａと第２カメラ４ｂとで構成する一対の画像撮像装置として機能する。第１カメラ４ａと第２カメラ４ｂは、ステージ２に吸着されたキャリブレーション基板１の少なくとも同一の実装位置対応箇所を含む領域の画像を同時に撮像する。実装装置の第１カメラ４ａ及び第２カメラ４ｂは、それぞれ、キャリブレーション基板１全体が同時に撮像できる位置に、キャリブレーション基板１に対して、キャリブレーション基板１の上方で互いに同じ高さでかつステージ表面に対して異なる角度で配置される。ここで、第１カメラ４ａと第２カメラ４ｂには、同一倍率及び同一焦点距離のレンズを用いかつ同一解像度の例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳなどの撮像素子を用いる。一対のカメラ４によって、キャリブレーション基板１のパターンの画像であって、少なくとも同一の実装位置対応箇所を含む領域の画像を同時に一括でそれぞれ撮像する。
画像処理装置５は、カメラ４で撮像された画像の情報から、実装位置対応箇所の位置座標に換算する機能を有している。
画像処理装置５は、一対のカメラ４により同時に撮像された２枚の画像を画像処理して、キャリブレーション基板１上の任意の点（例えば、実装位置対応箇所）ＧｉをＸ，Ｙ，Ｚ座標に換算して、最終的に、実装位置の補正量を取得する。ここで、キャリブレーション基板１上の任意の点Ｇｉに対して、２個の第１カメラ４ａと第２カメラ４ｂとで同時に撮像するため、第１カメラ４ａ及び第２カメラ４ｂ（の撮像素子）から任意の点（例えば、実装位置対応箇所）Ｇｉへ向かう直線とステージ表面との間でなす角度と、第１カメラ４ａ及び第２カメラ４ｂの距離（ステージ表面と平行な面での距離）とから、任意の点Ｇｉの位置座標を算出できる。ここで、任意の点Ｇｉのｉは、１以上の整数であり、キャリブレーション基板１の任意の点の総数以下の整数である。
この方法によれば、第１カメラ４ａと第２カメラ４ｂとがキャリブレーション基板１に対して撮像した画像情報を基に、画像処理装置５で高い精度で位置座標を算出することが可能になる。また、撮像のタイミングが、同時ではなく、２つの第１及び第２カメラ４ａ，４ｂで時間的にずれると、キャリブレーション基板１の振動又は揺れ又は温度変化などによって、算出された位置のばらつきが大きくなる。これに対して、２つの第１及び第２カメラ４ａ，４ｂで同時に撮像することにより、前記ばらつきを無くして、高い精度で位置を算出することが可能になる。
本実施の形態によれば、キャリブレーション基板１に対して第１及び第２カメラ４ａ，４ｂを傾けて設置できるようになり、実装装置の限られた空間の中に２つの第１及び第２カメラ４ａ，４ｂを配置する自由度が増え、実装装置の設計が容易になるといった効果もある。
本発明の実施の形態における実装方法において使用する実装位置の補正データは、
キャリブレーション基板１をステージ２に吸着し、
複数のカメラ４ａ，４ｂによってキャリブレーション基板１の少なくとも同一の実装位置対応箇所Ｇｉを含む領域４３の画像を同時に撮像し、
複数のカメラ４ａ，４ｂで同時に撮像された複数の画像から、領域４３のうちの実装位置対応箇所Ｇｉの情報を基に、実装位置の補正量を算出するものである。以下、詳細に説明する。
図２は、本発明の実施の形態における実装位置の補正量の算出方法を示す説明図である。実装温度Ｔ２よりも低い保証温度Ｔ１で電子部品７間の距離が一定間隔になるように、実装温度Ｔ２で実装位置を補正しながら電子部品７を実装基板３２に実装する方法について説明する。以下に、保証温度Ｔ１での電子部品７間の間隔が、Ｘ方向及びＹ方向でそれぞれＰｘ及びＰｙになる場合について述べる。
まず、保証温度Ｔ１で第１カメラ４ａ及び第２カメラ４ｂによってキャリブレーション基板１全体の画像を同時に撮像した後、画像処理装置５において、第１カメラ４ａで撮像されたキャリブレーション基板１の画像を、Ｘ方向及びＹ方向でそれぞれＰｘ及びＰｙの間隔で格子状に区切る。
次に、画像処理装置５において、第１カメラ４ａにおける格子４２の全頂点において頂点近傍の領域の画像と同等の画像（例えば、図３Ａ等について後述するように、パターンが互いに類似する領域の画像）を、第２カメラ４ｂで同時に撮像された画像から例えばパターンマッチングなどの処理により検出し、第２カメラ４ｂで撮像された画像において、第１カメラ４ａで撮像された画像をＸ方向及びＹ方向でそれぞれＰｘ及びＰｙの間隔で区切った格子４２の頂点に相当する座標を算出する。格子の全頂点において、第１カメラ４ａ及び第２カメラ４ｂで算出された座標を基に、絶対座標を画像処理装置５で算出する。ここで、格子の頂点Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１で囲まれた四角形Ａ１Ｂ１Ｃ１Ｄ１の重心位置を点Ｇｉ１とする。ここで、一例として、各重心位置は、実装基板３２の実装位置に対応する実装位置対応箇所である。
次に、実装温度Ｔ２においても、保証温度Ｔ１と同様に、キャリブレーション基板１全体の画像を第１カメラ４ａ及び第２カメラ４ｂで１枚ずつ同時に撮像した後、画像処理装置５で画像処理を行い、格子の頂点を絶対座標に画像処理装置５で変換する。画像処理装置５において、輝度分布解析などの画像処理手法により、保証温度Ｔ１における四角形Ａ１Ｂ１Ｃ１Ｄ１が、実装温度Ｔ２において四角形Ａ２Ｂ２Ｃ２Ｄ２へ変形することを捉えた後、四角形Ａ２Ｂ２Ｃ２Ｄ２の重心位置Ｇｉ２を算出する。画像処理装置５において、実装温度Ｔ２における重心位置Ｇｉ２と保証温度Ｔ１における重心位置Ｇｉ１との差が、実装位置対応箇所の補正量、言い換えれば、実装基板３２での実装位置の補正量になる。
このようにして、位置補正量を画像処理装置５で算出することができる。
よって、半導体素子などの電子部品７を、円形又は矩形等の実装基板３２に、Ｘ方向及びＹ方向でそれぞれＰｘ及びＰｙの間隔で格子状に配列されるように、実装温度Ｔ２で実装する場合、格子状の四角形の重心位置に、上述の位置補正量を加えた位置を実装位置として実装すればよい。実装後に、実装温度Ｔ２から保証温度Ｔ１に実装基板３２を戻した場合、電子部品７の中心間の距離は、Ｘ方向及びＹ方向でそれぞれＰｘ及びＰｙで等間隔になる。
この実装方法によれば、実装温度Ｔ２でのキャリブレーション基板１の変形量を全実装位置において算出するため、実装基板３２に電子部品７を等間隔で実装することが可能になる。
この図２の補正量の算出を、より具体的に、キャリブレーション基板１に適用する例について説明する。図３Ａは、本発明の実施の形態におけるキャリブレーション基板１のパターンの例を示す平面図である。キャリブレーション基板１上の四角形Ａ１Ｂ１Ｃ１Ｄ１の１つの頂点Ａ１近傍には、不規則パターンの一例として斑点模様のパターン４０が形成されている。
まず、保証温度Ｔ１において、第１カメラ４ａ及び第２カメラ４ｂによって同時に撮像されて、それぞれ、頂点Ａ１近傍の画像としては、図３Ｂ及び図３Ｃのように観察される。この図３Ｂにおいて、図３Ｂの実線の枠４１で囲まれた領域４３のパターンの重心位置をＡ１ａとして画像処理装置５で算出する。ここで、この枠４１で囲まれた領域４３とは、実装位置対応箇所の例である重心位置Ａ１ａを含む領域である。
次に、図３Ｃにおいて、図３Ｂの実線の枠４１で囲まれた領域４３の斑点模様のパターンと同等の斑点模様のパターンを画像処理装置５でパターンマッチングなどにより検出し、その重心位置をＡ１ｂとして画像処理装置５で算出する。これらのパターンは、実装温度Ｔ２において、加熱又は吸着固定によりキャリブレーション基板１自体が変形すると、その表面のパターンも、キャリブレーション基板１自体の変形に追従して変形する。
次に、実装温度Ｔ２において、第１カメラ４ａ及び第２カメラ４ｂによって同時に撮像されて、それぞれ、頂点Ａ１近傍の画像としては、図３Ｄ及び図３Ｅのように観察される。ここで、図３Ｂ及び図３Ｃにて実線の枠４１で囲まれた領域４３のパターンは、それぞれ、図３Ｄ及び図３Ｅの実線の枠４１で囲まれた領域４３に移動する。重心位置は、それぞれ、Ａ１ａ、Ａ１ｂからＡ２ａ、Ａ２ｂになる。２つの第１及び第２カメラ４ａ，４ｂではそれぞれ異なった方向に変位したように見えるが、重心位置Ａ１ａ、Ａ１ｂ、Ａ２ａ、Ａ２ｂの座標と、第１カメラ４ａ及び第２カメラ４ｂ間の距離と、第１カメラ４ａ及び第２カメラ４ｂからキャリブレーション基板１に向けてステージ２の表面との間でなすそれぞれの角度とから、頂点Ａ１、Ａ２の絶対座標を画像処理装置５で算出し、その差分を頂点Ａ１の変位量（ΔＸ、ΔＹ）として画像処理装置５で導出するため、高い精度で変位量（位置座標の補正量）を画像処理装置５で算出することができる。頂点Ａ１と同様に、キャリブレーション基板１上の格子の全頂点を画像処理装置５で解析することにより、各頂点の座標の変位量（位置座標の補正量）を画像処理装置５で導出することができる。なお、デジタル画像相関法を画像処理装置５で用いた場合について説明したが、この手法に限られない。一般的な画像解析法を画像処理装置５で用いてもよい。
図４は、本発明の実施の形態における実装位置の補正量の算出方法の流れを示す工程フロー図である。図５は、本発明の実施の形態における実装位置の補正量の算出方法を示すタイミングチャートである。図６Ａは、実施の形態における電子部品の実装装置の構成を示す概略構成図である。図１及び図４及び図５及び図６Ａに基づき、実装補正量の算出方法を説明する。
まず、ステップＳ１では、基板収納ユニット（図示せず）に収納されたキャリブレーション基板１を基板収納ユニットから搬送ジグ（図示せず）を用いて取り出し、ステージ２上に載置する。ここで、ステージ２によるキャリブレーション基板１の真空吸着は行わない。キャリブレーション基板１は、例えば、シリコン、ガラス、ステンレス、又は銅から成る。キャリブレーション基板１の外形寸法は、例えば２００ｍｍ×２００ｍｍ〜６００ｍｍ×６００ｍｍであり、キャリブレーション基板１の表面には例えば斑点状のパターンが形成されている。
次に、ステップＳ２では、キャリブレーション基板１の温度が保証温度Ｔ１になった時間ｔ１１において、第１カメラ４ａ及び第２カメラ４ｂを用いてキャリブレーション基板１全体の画像Ｃ１１Ａ、Ｃ１１Ｂを同時に撮像する。ここで、保証温度Ｔ１は例えば２５℃である。
その後、ステップＳ３では、ステージ２を少なくとも実装温度Ｔ２まで加熱した後、ステージ２の多数の吸着溝２ａに連結された真空吸着装置１０をＯＮしてキャリブレーション基板１をステージ２に吸着させて、キャリブレーション基板１をステージ２に固定する。
次いで、ステップＳ４では、キャリブレーション基板温度が実装温度Ｔ２になった時間ｔ２１において、第１カメラ４ａ及び第２カメラ４ｂを用いてキャリブレーション基板１全体の画像Ｃ２１Ａ、Ｃ２１Ｂを同時に撮像する。ステップＳ２及びステップＳ４でそれぞれ撮像された画像のデータを画像処理装置５に取り込む。第１カメラ４ａ及び第２カメラ４ｂにより同時に撮像されたそれぞれの画像には、少なくとも、同一の実装位置対応箇所を含む領域の画像を含んでおればよい。
その後、ステップＳ５では、キャリブレーション基板１をステージ２から取り外して基板収納ユニットに収納する。
その後、ステップＳ３及びステップＳ４と同様の工程を繰り返す場合には、ステップＳ８で、ステップＳ１と同様に、基板収納ユニットに収納されたキャリブレーション基板１を基板収納ユニットから搬送ジグを用いて取り出し、ステージ２上に搭載した後、ステップＳ３〜ステップＳ５を行う。例えば、ステップＳ３及びステップＳ４を２回行うときには、時間ｔ２２、ｔ２３において、第１カメラ４ａ及び第２カメラ４ｂを用いてキャリブレーション基板１全体の画像Ｃ２２Ａ、Ｃ２２Ｂ、画像Ｃ２３Ａ、Ｃ２３Ｂをそれぞれ同時に撮像したのち、それらを画像処理装置５に取り込む。ここで、実装温度Ｔ２は例えば１５０℃である。
次に、ステップＳ６では、画像処理装置５を用い、画像Ｃ１１ＡとＣ１１Ｂ、画像Ｃ２１ＡとＣ２１Ｂｌ、画像Ｃ２２ＡとＣ２２Ｂ、画像Ｃ２３ＡとＣ２３Ｂを格子４２の頂点座標に変換した後、上述の重心位置の算出方法に基づき、保証温度Ｔ１かつ時間ｔ１１における実装位置対応箇所の位置座標（Ｘ１Ｇｉ，Ｙ１Ｇｉ）及び、実装温度Ｔ２かつ時間ｔ２１、ｔ２２、ｔ２３における実装位置対応箇所の位置座標（Ｘ２Ｇｉ１，Ｙ２Ｇｉ１）、（Ｘ２Ｇｉ２，Ｙ２Ｇｉ２）、（Ｘ２Ｇｉ３，Ｙ２Ｇｉ３）を画像処理装置５で導出する。さらに、画像処理装置５において、実装位置対応箇所の位置座標（Ｘ２Ｇｉ１，Ｙ２Ｇｉ１）、（Ｘ２Ｇｉ２，Ｙ２Ｇｉ２）、（Ｘ２Ｇｉ３，Ｙ２Ｇｉ３）を平均化して実装温度Ｔ２での実装位置対応箇所の位置座標（Ｘ２Ｇｉ，Ｙ２Ｇｉ）とする。
さらに、ステップＳ７では、実装温度Ｔ２における実装位置対応箇所の位置座標（Ｘ２Ｇｉ，Ｙ２Ｇｉ）から、保証温度Ｔ１における実装位置対応箇所の位置座標（Ｘ１Ｇｉ，Ｙ１Ｇｉ）を引き、実装位置対応箇所ごとの位置補正量（Δｘｉ，Δｙｉ）を画像処理装置５で算出する。
以上が、画像処理装置５による位置補正量の導出方法である。
なお、前記の実施の形態では、保証温度Ｔ１では１回、実装温度Ｔ２では３回の事例を示したがこれに限られない。実装温度Ｔ２においても１回の場合、短時間で位置補正量を導出することができる。
また、キャリブレーション基板１の吸着、取り外しを繰り返し、画像を取り込む回数を増やすことにより、さらに位置補正精度が向上する効果がある。また、キャリブレーション基板１は、基板収納ユニットを用い、搬送ジグでキャリブレーション基板１を吸着する方法を述べたがこれに限られない。手作業でキャリブレーション基板１をステージ２から取り外し、ステージ２に載置吸着しても同じ効果が得られる。
実装基板３２を加熱する場合、実装基板３２が反るだけでなく、実装工程において実装基板３２をステージ２に吸着する時、吸着位置にばらつきがあるため、載置及び吸着ごとに実装基板３２の変形にばらつきがある。キャリブレーション基板１の吸着、取り外しを繰り返し、画像を複数回取り込むことにより、実装位置対応箇所の位置のばらつきを考慮に入れた平均値が算出でき、位置補正精度が一層向上する効果がある。
また、保証温度Ｔ１又は実装温度Ｔ２の温度が高温の場合、輻射熱によりキャリブレーション基板近傍の空気が加熱され空気の温度ばらつきが生じ、カメラ４で画像を取り込む際に陽炎のように空気がゆらぎ画像が歪む。このような場合、複数回画像を取り込んで平均化してもよい。このように構成すれば、キャリブレーション基板１が高温であっても、高い位置補正精度を確保することができる。
次に、前記位置補正量の導出方法を用いて、電子部品を実装基板３２に実装する方法について説明する。実装時に、実装温度Ｔ２で各実装位置の設計座標（ｘｉ，ｙｉ）に、上述の方法で画像処理装置５で求めた位置補正量（Δｘｉ，Δｙｉ）を加えた座標（ｘｉ＋Δｘｉ，ｙｉ＋Δｙｉ）の位置に実装することにより、保証温度Ｔ１に戻した時に、各実装位置の座標は（ｘｉ，ｙｉ）になる。
一例として、具体的な実施例に基づいて説明する。外形寸法が直径３００ｍｍ、厚みが０．７ｍｍ、線膨張係数が８ｐｐｍ/℃［すなわち、μｍ/℃/ｍ］でありガラスから成る円形の実装基板３２に、電子部品７たる半導体素子を実装する場合について説明する。半導体素子は１０ｍｍ×１０ｍｍで厚みが０．３ｍｍであり、設計上の半導体素子間の実装ピッチ間隔は１５ｍｍである。それぞれ画素数５００万画素の第１カメラ４ａ及び第２カメラ４ｂを用いて、キャリブレーション基板１上のパターンの変化を、３０℃でステージ２での吸着ＯＦＦの状態及び１５０℃でステージ２での吸着ＯＮの状態でそれぞれ同時に撮像した。画像処理装置５での画像解析により、３０℃と１５０℃とでは最大１３０〜１６０μｍの位置ズレが発生することがわかった。１５ｍｍピッチの実装位置における位置補正量を画像処理により画像処理装置５で求め、位置補正量を加算した位置である実装位置に、加熱又は冷却により１５０℃に維持した実装基板３２へ、図６Ａの実装装置で実装を行った。
その後、実装基板３２をステージ２から取り外して、電子部品の実装位置の設計値に対する位置ズレ量を、３０℃で、測定顕微鏡を用いて測定した。その結果、実装位置２００点に対し、実装位置ズレ量が、ｘ、ｙ方向において、共に±３μｍ以内に収まることを確認した。また、画像は３０℃で１枚、１５０℃で３枚、２つの第１及び第２カメラ４ａ，４ｂで同時に撮像したが、１枚当たり１０ｍｓ以内と短時間で撮像できた。
以上の実施の形態では、カメラ４が２個のカメラ４ａ、４ｂで構成される場合について説明したが、これに限られない。３個以上のカメラ４を用いても構わない。例えば、図６Ｂは、本発明の実施の形態の変形例における電子部品の実装装置の構成を示す概略構成図である。カメラ４がカメラ第１〜第３カメラ４ａ、４ｂ、４ｃの３個のカメラで構成される点で図１の実装装置とは異なっている。障害物６は、例えば柱、又は、間仕切りなどから成る。キャリブレーション基板１上の実装位置対応箇所の１つの例である点Ｇｉａは、第１カメラ４ａ及び第２カメラ４ｂで同時に撮像する。キャリブレーション基板１上の実装位置対応箇所の別の例である点Ｇｉｂは障害物６によって遮られて第１カメラ４ａからは撮像できないが、第２カメラ４ｂと第３カメラ４ｃとの位置からは同時に撮像できる。第１カメラ４ａと第２カメラ４ｂとによって撮像できない領域を、第３カメラ４ｃで補うことによって、キャリブレーション基板１全体の実装位置の補正量を算出することができ、キャリブレーション基板１全体において高精度に実装することが可能になる。特に、図１の実装装置の場合よりも、一層大きな実装基板３２に適用できる効果がある。
以上のように、本発明の実施の形態によれば、実装基板３２を加熱しながら電子部品７を実装する場合において、実装基板３２に認識マークを設けなくても、位置ずれ誤差を大きく低減して非常に高い精度で、かつ、短時間で位置補正（キャリブレーション）して実装基板３２に高精度で実装することが可能になる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、不規則パターンとしては、例えば、斑点に限らず、任意の形状、模様、又は図柄などの不規則パターンであってもよい。任意の不規則パターンの場合には、いずれの箇所からでも、実装位置対応箇所を算出することができる利点がある。また、不規則パターンの代わりに、任意の形状、模様、又は図柄などの規則パターンなどとしてもよい。
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０００９】
本発明の前記態様に係る電子部品の実装方法及び実装装置は、基板を加熱しながら電子部品を非常に高い精度で実装でき、かつキャリブレーションを短時間で行うことができる効果を有し、高速大容量メモリ、アプリケーションプロセッサ、ＣＰＵ、又は、高周波通信モジュールなどの半導体素子の実装方法及び実装装置において特に有用である。
【符号の説明】
【００１０】
１、１０１  キャリブレーション基板
２  ステージ
２ａ  吸着溝
３、１０３  実装ヘッド
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、１０４  カメラ
５  画像処理装置
６  障害物
７  電子部品
８  駆動機構
１０  真空吸着装置
３１  電子部品の供給部
３２  実装基板
４０  斑点パターン
４１  枠
４２  格子
４３  領域
１０２  基板搬送部
１０５  部品供給部
１０６  Ｘ駆動軸
１０７  Ｙ駆動軸
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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