(57)【要約】【課題】 小型化、高精度の部品実装装置を提供する。【解決手段】 基板２に、基板２と対向する位置に設けられたヘッドにより部品を実装する部品実装装置１において、基板２及び部品３を載置するステージ１２と、ステージ１２をステージ１２の主面と同一の平面上を駆動させるステージ駆動部１５、１６と、ステージ１２上の部品３を上記ヘッドに供給するチップ供給部１４と、上記ヘッドをステージ１２の主面に垂直な方向に駆動させるヘッド駆動部２０と、上記ヘッドをステージ１２の主面に垂直な方向を回転軸として回転させるヘッド回転駆動部２１と、ステージ１２上に固定され、上記ヘッドの表面画像を検出する第１のカメラ１８と、ステージ１２と対向する位置に固定されるステージ１２の表面画像を検出する第２のカメラ２２とを備えることを特徴とする。【選択図】 図１
2011061245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に、該基板と対向する位置に設けられたヘッドにより部品を実装する部品実装装置において、
上記基板及び上記部品を載置するステージと、
上記ステージを該ステージの主面と同一の平面上を駆動させるステージ駆動部と、
上記ステージ上の上記部品を上記ヘッドに供給する部品供給部と、
上記ヘッドを上記ステージの主面に垂直な方向に駆動させるヘッド駆動部と、
上記ヘッドを上記ステージの主面に垂直な方向を回転軸として回転させるヘッド回転駆動部と、
上記ステージ上に固定され、上記ヘッドの表面画像を検出する第１のカメラと、
上記ステージと対向する位置に固定される上記ステージの表面画像を検出する第２のカメラとを備えること
を特徴とする部品実装装置。
【請求項２】
上記ヘッド駆動部は、エアシリンダからなること
を特徴とする請求項１記載の部品実装装置。
【請求項３】
上記第１のカメラと対向する位置と上記ステージ上の少なくとも１箇所に原点マークを有し、
上記第１のカメラ又は上記第２のカメラは、上記原点マークを検出することにより、上記ステージと上記ヘッドの相対移動の基準点とすること
を特徴とする請求項１記載の部品実装装置。
【請求項４】
上記第１のカメラと上記第２のカメラとの間に配置され、一方の面及び他方の面方向から上記第１のカメラ及び上記第２のカメラにより検出可能な基準マークが設けられた認識パターン部と、上記認識パターン部の一方の面に接して設けられた第１のレンズと、上記認識パターン部の他方の面に接して設けられた第２のレンズとからなる位置調整手段を備えることを特徴とする請求項１記載の部品実装装置。
【請求項５】
基板に、該基板と対向する位置に設けられたヘッドにより部品を実装する部品実装方法において、
上記基板及び上記部品が載置されるステージを該ステージの主面と同一の平面上を駆動させるステージ駆動工程と、
上記ステージ上の上記部品を上記ヘッドに供給する部品供給工程と、
上記ヘッドを上記ステージの主面に垂直な方向に駆動させるヘッド駆動工程と、
上記ヘッドを上記ステージの主面に垂直な方向を回転軸として回転させるヘッド回転駆動工程と、
上記ステージ上に固定され、上記ヘッドの表面画像を検出する第１のカメラにより、上記ヘッドの表面画像を検出する第１の画像検出工程と、
上記ステージと対向する位置に固定される上記ステージの表面画像を検出する第２のカメラにより、上記ステージの表面画像を検出する第２の画像検出工程とを備えること
を特徴とする部品実装方法。
【請求項６】
上記ヘッド駆動工程は、エアシリンダを用いて上記ヘッドを上記ステージの主面に垂直な方向に駆動させること
を特徴とする請求項５記載の部品実装方法。
【請求項７】
さらに、上記第１のカメラ又は上記第２のカメラにより、上記第１のカメラと対向する位置又は上記ステージ上の少なくとも１箇所に設けられた原点マークを検出し、上記ステージと上記ヘッドの相対移動の基準点とする基準点検出工程を備えること
を特徴とする請求項５記載の部品実装方法。
【請求項８】
上記第１のカメラと上記第２のカメラとの間に配置され、一方の面及び他方の面方向から上記第１のカメラ及び上記第２のカメラにより検出可能な基準マークが設けられた認識パターン部と、上記認識パターン部の一方の面に接して設けられた第１のレンズと、上記認識パターン部の他方の面に接して設けられた第２のレンズとからなる位置調整手段により、上記第１のカメラ及び上記第２のカメラにより上記認識パターン部の上記基準マークを検出させ、上記第１のカメラ及び上記第２のカメラがともに上記認識パターン部の上記基準マークを検出した時の互いの位置に基づき、上記ステージと上記ヘッドとの相対位置関係を調整する位置調整工程を備えること
を特徴とする請求項５記載の部品実装方法。
【請求項９】
互いに対向して配置され、対向方向に対して垂直な方向に相対移動する第１の部材及び第２の部材と、
上記第１の部材に固定され、上記第２の部材の表面画像を検出する第１のカメラと、
上記第２の部材に固定され、上記第１の部材の表面画像を検出する第２のカメラとを有する移動システムに適用される上記第１の部材と上記第２の部材との位置合わせをするための位置調整装置において、
一方の面及び他方の面方向から上記第１のカメラ及び上記第２のカメラにより検出可能な基準マークが設けられた認識パターン部と、
上記認識パターン部の一方の面に接して設けられた第１のレンズと、
上記認識パターン部の他方の面に接して設けられた第２のレンズと
を備えることを特徴とする位置調整装置。
【請求項１０】
上記第１のレンズ及び上記第２のレンズは、それぞれ上記第１のカメラの焦点距離及び上記第２のカメラの焦点距離を、１／２以上、１未満の範囲内にすること
を特徴とする請求項９記載の位置調整装置。
【請求項１１】
互いに対向して配置され、対向方向に対して垂直な方向に相対移動する第１の部材及び第２の部材と、
上記第１の部材に固定され、上記第２の部材の表面画像を検出する第１のカメラと、
上記第２の部材に固定され、上記第１の部材の表面画像を検出する第２のカメラとを有する移動システムに適用される上記第１の部材と上記第２の部材との位置合わせをするための位置調整方法において、
一方の面及び他方の面方向から上記第１のカメラ及び上記第２のカメラにより検出可能な基準マークが設けられた認識パターン部と、上記認識パターン部の一方の面に接して設けられた第１のレンズと、上記認識パターン部の他方の面に接して設けられた第２のレンズとを備えた位置調整装置を、上記第１の部材と上記第２の部材との間に挿入する挿入工程と、
上記第１のカメラ及び上記第２のカメラにより上記認識パターン部の上記基準マークを検出する基準マーク検出工程と、
上記基準マーク検出工程により、上記第１のカメラ及び上記第２のカメラがともに上記認識パターン部の上記基準マークを検出した時の互いの位置に基づき、上記第１の部材と上記第２の部材との相対位置関係を調整する位置調整工程とを備えること
を特徴とする位置調整方法。
【請求項１２】
上記第１のレンズ及び上記第２のレンズが、それぞれ上記第１のカメラの焦点距離及び上記第２のカメラの焦点距離を、１／２以上、１未満の範囲内にする位置調整装置を用いて上記各工程を行うこと
を特徴とする請求項１１記載の位置調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品実装装置に関し、特に、マウントヘッドにより部品を保持してワーク上の所定の位置に部品を実装する部品実装装置及び部品実装方法、並びに、部品実装装置に用いられる位置調整装置及び位置調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体（ベアチップ）等の電子部品を基板に実装する際、フリップチップボンディング装置が使用される。フリップチップボンディング装置は、チップが載置されたトレーと、チップが実装される基板と、チップを実装するためのボンディングツールと、トレー上のチップをボンディングツールに受け渡すチップ反転アームとを有する。フリップチップボンディング装置は、チップ反転アームの先端部の吸着ヘッドによってトレー上の半導体チップを吸着し、この後、上記アームが１８０度反転して半導体ベアチップの表裏を逆転させる。このような状態でボンディングツールの吸着ヘッドによって半導体チップを吸着するとともに、ｘｙステージによって位置決めされた回路基板上の所定の位置に半導体チップをボンディングツールの吸着ヘッドによってマウントするようにしている。また、フリップチップボンディング装置は、ボンディングツールの吸着ヘッドに吸着保持された半導体チップを撮像するカメラと、回路基板上を撮像するカメラとを有しており、この２つのカメラからの画像により画像認識をし、半導体チップのマウントする位置を認識している。
【０００３】
ところで、フリップチップボンディング装置は、マウントされる半導体チップのマウント精度が重要視される。
【０００４】
そこで、従来のフリップチップボンディング装置は、このマウント精度を高精度なものとしつつ位置決めを行うための様々な部材が設けられており、装置自体が大型なものになり、また高価なものとなっていた。
【０００５】
例えば、図１２のような従来のフリップチップボンディング装置１００は、半導体チップ１０１が載置されたトレー１０２をｘｙ平面上を駆動させるための駆動源と、半導体チップ１０１が実装される基板１０３をｘｙ平面上を駆動させるための駆動源と、半導体チップ１０１を実装するためのボンディングツール１０４をｚ軸方向に駆動させるための駆動源と、トレー１０２上の半導体チップ１０１をボンディングツール１０４の吸着ヘッド１０５に受け渡すチップ反転アーム１０６を駆動させるための駆動源と、カメラユニット１０７を駆動させるための駆動源とが設けられている。さらに、このフリップチップボンディング装置１００のカメラユニット１０７は、図１３に示すように、筐体１０７ａ内に、ボンディングツール１０４の吸着ヘッド１０５に吸着保持された半導体チップ１０１を撮像するカメラ１１１と基板１０３上を撮像するカメラ１１２とがｙ方向に並設され、各カメラ１１１、１１２の撮像側に片面反射ミラー１１３、１１４がｙ軸に対してｘ方向に±４５度の角度で対向配置され、各ミラー１１３、１１４の中間に両面反射ミラー１１５がｙ軸に対してｚ方向に４５度の角度で配置された構成となっている。また、両面反射ミラー１１５に対しｚ方向の筐体１０７ａの両面には、画像取り込み用の開口部１１６、１１７が設けられている。
【０００６】
このような構成を有するフリップチップボンディング装置１００は、各部材を駆動させるための駆動源が多数設けられ、装置の大型化を招いていた。
【０００７】
さらに、マウント精度を高精度なものとするためには、例えば、カメラユニット１０７を駆動させる駆動軸にリニアスケールなどが用いられ、精度の高い位置決めを行っており、そのことも、装置の大型化及び高コスト化につながっていた。
【０００８】
また一方で、図１４に示すフリップチップボンディング装置１３０では、上述のようなカメラユニット１０７の代わりに、半導体チップ１０１が実装される基板１０３が載置されるステージ１３１にボンディングツール１０４の吸着ヘッド１０５に吸着された半導体チップ１０１を撮像するカメラ１３２と、基板１０３が載置されるステージ１３１と対向する位置に基板１０３を撮像するカメラ１３３とを設けた構成のものもある。この場合、マウント精度を高精度なものに保つには、マウントされる正確な位置を検出する２つのカメラ１３２、１３３の相対位置関係が重要となってくる。
【０００９】
２つのカメラの相対位置関係を認識する方法としては、２つのカメラの位置を合わせる方法が知られている。その方法は、例えば、図１５に示すように、２つのカメラ１３２、１３３が対向するような位置に移動し、その間に位置合わせ装置１３４が挿入され、表裏から同じ位置と認識できる対象を撮像することで、位置合わせを行う。
【００１０】
しかしながら、フリップチップボンディング装置１３０では、基板１０３を撮像するカメラ１３３が、基板１０３と焦点が合う距離Ｌ１に配置され、ボンディングツール１０４の吸着ヘッド１０５に保持された半導体チップ１０１を撮像するカメラ１３２が、半導体チップ１０１と焦点が合う距離Ｌ２に配置されている。上述の方法のように、２つのカメラ１３２、１３３の位置を合わせるための位置合わせ装置１３４を２つのカメラ間に挿入した場合、位置合わせ装置１３４は、カメラ１３２とは距離Ｌ２離間させ、カメラ１３３とは距離Ｌ１離間させる、又は、カメラに焦点距離調整手段を設ける必要がある。上記いずれの方法であっても、位置合わせのためにカメラをｚ方向に移動させ、また元の位置に戻す必要があり、移動に伴い精度が低下するという問題が生じていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−９１１３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、上述の問題点に鑑みて、従来からフリップチップボンディング装置と変わらない高精度を実現しつつ、装置の小型化、低コスト化を図ることができる部品実装装置及び部品実装方法を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、上述の部品実装装置等において、高精度を保つための位置合わせ作業において、その位置合わせの精度を向上させるために用いられる位置調整装置、及び位置調整方法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】
【００１４】
上述した目的を達成するために、本発明に係る部品実装装置は、基板に、該基板と対向する位置に設けられたヘッドにより部品を実装する部品実装装置において、上記基板及び上記部品を載置するステージと、上記ステージを該ステージの主面と同一の平面上を駆動させるステージ駆動部と、上記ステージ上の上記部品を上記ヘッドに供給する部品供給部と、上記ヘッドを上記ステージの主面に垂直な方向に駆動させるヘッド駆動部と、上記ヘッドを上記ステージの主面に垂直な方向を回転軸として回転させるヘッド回転駆動部と、上記ステージ上に固定され、上記ヘッドの表面画像を検出する第１のカメラと、上記ステージと対向する位置に固定される上記ステージの表面画像を検出する第２のカメラとを備えることを特徴とする。
【００１５】
また、上記第１のカメラと対向する位置と上記ステージ上の少なくとも１箇所に原点マークを有し、上記第１のカメラ又は上記第２のカメラは、上記原点マークを検出することにより、上記ステージと上記ヘッドの相対移動の基準点とするようにしてもよい。
【００１６】
さらに、上記第１のカメラと上記第２のカメラとの間に配置され、一方の面及び他方の面方向から上記第１のカメラ及び上記第２のカメラにより検出可能な基準マークが設けられた認識パターン部と、上記認識パターン部の一方の面に接して設けられた第１のレンズと、上記認識パターン部の他方の面に接して設けられた第２のレンズとからなる位置調整手段を備えるようにしてもよい。
【００１７】
本発明に係る部品実装方法は、基板に、該基板と対向する位置に設けられたヘッドにより部品を実装する部品実装方法において、上記基板及び上記部品が載置されるステージを該ステージの主面と同一の平面上を駆動させるステージ駆動工程と、上記ステージ上の上記部品を上記ヘッドに供給する部品供給工程と、上記ヘッドを上記ステージの主面に垂直な方向に駆動させるヘッド駆動工程と、上記ヘッドを上記ステージの主面に垂直な方向を回転軸として回転させるヘッド回転駆動工程と、上記ステージ上に固定され、上記ヘッドの表面画像を検出する第１のカメラにより、上記ヘッドの表面画像を検出する第１の画像検出工程と、上記ステージと対向する位置に固定される上記ステージの表面画像を検出する第２のカメラにより、上記ステージの表面画像を検出する第２の画像検出工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る位置調整装置は、互いに対向して配置され、対向方向に対して垂直な方向に相対移動する第１の部材及び第２の部材と、上記第１の部材に固定され、上記第２の部材の表面画像を検出する第１のカメラと、上記第２の部材に固定され、上記第１の部材の表面画像を検出する第２のカメラとを有する移動システムに適用される上記第１の部材と上記第２の部材との位置合わせをするための位置調整装置において、一方の面及び他方の面方向から上記第１のカメラ及び上記第２のカメラにより検出可能な基準マークが設けられた認識パターン部と、上記認識パターン部の一方の面に接して設けられた第１のレンズと、上記認識パターン部の他方の面に接して設けられた第２のレンズとを備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る位置調整方法は、互いに対向して配置され、対向方向に対して垂直な方向に相対移動する第１の部材及び第２の部材と、上記第１の部材に固定され、上記第２の部材の表面画像を検出する第１のカメラと、上記第２の部材に固定され、上記第１の部材の表面画像を検出する第２のカメラとを有する移動システムに適用される上記第１の部材と上記第２の部材との位置合わせをするための位置調整方法において、一方の面及び他方の面方向から上記第１のカメラ及び上記第２のカメラにより検出可能な基準マークが設けられた認識パターン部と、上記認識パターン部の一方の面に接して設けられた第１のレンズと、上記認識パターン部の他方の面に接して設けられた第２のレンズとを備えた位置調整装置を、上記第１の部材と上記第２の部材との間に挿入する挿入工程と、上記第１のカメラ及び上記第２のカメラにより上記認識パターン部の上記基準マークを検出する基準マーク検出工程と、上記基準マーク検出工程により、上記第１のカメラ及び上記第２のカメラがともに上記認識パターン部の上記基準マークを検出した時の互いの位置に基づき、上記第１の部材と上記第２の部材との相対位置関係を調整する位置調整工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の部品実装装置は、基板及び部品を載置するステージを駆動させるステージ駆動部と、ステージ上に固定されヘッドの表面画像を検出する第１のカメラと、ステージと対向する位置に固定されるステージの表面画像を検出する第２のカメラとを備えるので、駆動軸数を減らすことができ、装置自体の小型化を図ることができ、かつ、装置の低価格を実現することができる。また、本発明は、上述のように小型化を図ることができるので、ｘｙステージの移動距離を減らすことができ、熱膨張等による歪みの影響を大きく受けることなく実装することができ、高精度を保つことができる。
【００２１】
また、本発明の位置調整装置は、互いに対向して配置される第１のカメラ及び第２のカメラの位置合わせを、第１のカメラが固定されたｘｙステージのみを対向方向に対して垂直な方向（ｘｙ方向）にのみ移動させるので、位置合わせの精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る部品実装装置の平面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る部品実装装置の正面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る部品実装装置の側面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る部品実装装置の制御ユニット及び操作パネルの関係を示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る部品実装装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態に係る部品実装装置の他の実施の形態を説明するための模式図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る部品実装装置の他の実施の形態を説明するための模式図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る部品実装装置の他の実施の形態を説明するための模式図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る位置調整装置のカメラとの位置関係を説明するための模式図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る位置調整装置の斜視図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る位置調整装置の断面図である。
【図１２】従来の部品実装装置を示す模式図である。
【図１３】従来の部品実装装置のカメラユニットの概略構成を示す平面図、側面図、正面図である。
【図１４】他の従来の部品実装装置を示す模式図である。
【図１５】位置合わせ作業を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の部品実装装置１について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１〜図３に示すように、本発明の部品実装装置１は、架台１０を備え、架台１０の上面にベース１１が配されている。部品実装装置１は、ベース１１上に、ｘｙステージ１２と、フレーム１３と、チップ供給部１４とが取付けられている。
【００２４】
ｘｙステージ１２は、基板ｘモータ１５と基板ｙモータ１６とが取付けられており、ｘｙステージ１２上には、基板２が載置されるとともに、半導体チップ３が載置されるチップトレイ４が設けられている。さらに、ｘｙステージ１２上には、後述するボンディングツール１７に吸着保持される半導体チップ３に設けられたチップ認識用のチップマーク等を画像認識するための上方カメラ１８が取付けられている。ｘｙステージ１２は、基板ｘモータ１５及び基板ｙモータ１６の駆動によりｘｙ方向に移動する。
【００２５】
フレーム１３には、ボンディングツール１７と、ツールｚリニアガイド１９と、ツールｚリニアガイド１９に沿って、すなわちｚ軸方向にボンディングツール１７を駆動させるツールｚシリンダ２０と、ボンディングツール１７のｚ軸に対する回転位置、すなわちθ方向の位置を制御するツール制御機構２１と、後述するｘｙステージ１２の位置を認識するための原点マーク４１とが取付けられている。さらに、フレーム１３には、基板２に設けられた基板認識用の基板マーク等を画像認識するための下方カメラ２２が取付けられている。なお、下方カメラ２２は、上述に限らず、ボンディングツール１７等のｚ方向やｚ軸に対して回転するθ方向に駆動しない固定された位置、例えば、フレーム１３に固定された原点マーク４１で、ｘｙステージ１２と対向する位置であればその固定位置は限定されない。
【００２６】
チップトレイ４は、基板２に実装される半導体チップ３が載置される。基板ｘモータ１５は、ｘ軸に平行でｘｙステージ１２に連結された駆動軸と接続されており、モータを駆動させることにより、ｘｙステージ１２を駆動軸に沿ったｘ方向に移動させることができる。同様に、基板ｙモータ１６も、ｙ軸に平行でｘｙステージ１２に連結された駆動軸と接続されており、モータを駆動させることにより、ｘｙステージ１２を駆動軸に沿ったｙ方向に移動させることができる。
【００２７】
ボンディングツール１７は、ｘｙステージ１２と対向する位置に設けられており、ツールｚシリンダ２０の駆動により、ボンディングツール１７をツールｚリニアガイド１９に沿ってｚ方向に移動するとともに、ツール制御機構２１に設けられた回転角調整手段（図示せず）により、ツール回転軸２１ａの軸回り（図２中θ方向）に沿って回転する。ボンディングツール１７は、チップトレイ４上の半導体チップ３をチップ供給部１４を介して受け渡され、受け渡された半導体チップ３を基板２の所定の位置に実装する。ボンディングツール１７は、受け渡される半導体チップ３を吸着保持する吸着保持手段と、基板２に実装する際に、半導体チップ３を加熱するチップ加熱手段とを有しており、半導体チップ３を基板２の所定の位置に実装する。
【００２８】
ツールｚリニアガイド１９は、フレーム１３上で、ｚ軸と平行な方向に設けられたガイドであり、このガイドに沿って、ボンディングツール１７をｚ方向に移動させる。
【００２９】
ツールｚシリンダ２０は、エアシリンダからなり、ツール制御機構２１に連結されたボンディングツール１７をツールｚリニアガイド１９に沿ってｚ方向に移動させる。ツールｚシリンダ２０は、チップ供給部１４からボンディングツール１７に受け渡された半導体チップ３を基板２に実装する際のｚ方向の２点間（チップ供給部１４から半導体チップ３が供給されるｚ方向の上位置と、半導体チップ３を基板２に実装するｚ方向の下位置）を移動するものである。また、ツールｚシリンダ２０は、半導体チップ３を基板２に実装する際、半導体チップ３を基板２に加圧する。なお、ツールｚシリンダ２０は、上述のようにエアシリンダに限らず、２点間を移動させ、加圧するための駆動源であればよく、油圧シリンダ等を用いてもよい。
【００３０】
ツール制御機構２１は、ｚ軸と平行に設けられたツール回転軸２１ａの軸回りに沿ってボンディングツール１７を回転させる回転角調整手段を有している。ツール制御機構２１は、上方カメラ１８により画像認識された半導体チップ３の位置状態により回転角調整手段を制御し所定の回転位置に回転させる。
【００３１】
チップ供給部１４は、先端に吸着部が設けられたチップ反転アーム１４ａを有しており、このチップ反転アーム１４ａがｘｙステージ１２上に載置された半導体チップ３を吸着保持した後、反転し、ボンディングツール１７に受け渡す。
【００３２】
上方カメラ１８は、ｘｙステージ１２上、例えばチップトレイ４と基板２との間に設けられ、ボンディングツール１７に吸着保持される半導体チップ３に設けられたチップ認識用のチップマーク等を画像認識する。上方カメラ１８は、ｘｙステージ１２上に設けられているので、基板ｘモータ１５及び基板ｙモータ１６を駆動させ、ｘｙ平面上を移動することができる。上方カメラ１８は、焦点距離が固定されたカメラであり、その焦点距離はｘｙステージ１２と対向する位置に設けられたボンディングツール１７に吸着保持された実装前の半導体チップ３に焦点が合う距離である。
【００３３】
下方カメラ２２は、フレーム１３に固定され、基板２に設けられた基板認識用の基板マーク等を画像認識する。下方カメラ２２は、フレーム１３に固定されており移動することはできないが、ｘｙステージ１２を移動させることにより、所望とするｘｙステージ１２上の位置を撮像することができる。下方カメラ２２は、上方カメラ１８と同様に、焦点距離が固定されたカメラであり、その焦点距離はｘｙステージ１２上のチップトレイ４に載置された半導体チップ３や基板２に焦点が合う距離である。
【００３４】
図４は、このような部品実装装置１の制御系を示すブロック図であり、部品実装装置１は制御部２３を介して制御される。また、図４に示すように、制御部２３には操作パネル２４、上方カメラ１８、下方カメラ２２、表示モニタ２５、実装装置本体が接続されるようになっている。操作パネル２４は、制御部２３に対して動作モード指令と、半導体チップ３の実装するための温度、圧力、時間等の諸条件（圧着条件）と、半導体チップ３の形状、実装位置等の各種データとを供給する。一方、制御部２３から操作パネル２４に対しては、実装条件、異常事態の有無等のデータ及び状態表示のための情報が供給される。また、上方カメラ１８及び下方カメラ２２は、制御部２３に対して画像情報を供給する。この画像情報は制御部２３によって画像処理される。また制御部２３から画像処理結果が表示モニタ２５に供給され、その表示パネルによって表示が行なわれる。
【００３５】
また、制御部２３は、実装装置本体に対して動作指令を行なうとともに、半導体チップ３の加熱電力を供給する。実装装置本体からは、センサおよびエンコーダ等の出力信号が位置情報として与えられる。さらに、実装装置本体からは、搭載する半導体チップ３の温度及び圧力に関するデータが制御部２３に供給される。
【００３６】
次に、上述の構成を有する部品実装装置１の半導体チップ３を基板２に実装する動作について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。
【００３７】
まず、事前準備及び作業準備として、作業者は、操作パネル２４を操作して、平行度調整を行った後（ＳＴ１）、基板２をｘｙステージ１２の所定の位置にセットする（ＳＴ２）とともに、半導体チップ３が収納されたチップトレイ４をｘｙステージ１２上の所定の位置にセットする（ＳＴ３）。
【００３８】
次に、制御部２３は、入力された部品データ及び加工条件に基づいて、チップ供給部１４を駆動させ、チップ反転アーム１４ａの吸着部により、チップトレイ４上の半導体チップ３を吸着保持させる（ＳＴ４）。その後、制御部２３は、チップ供給部１４を制御し、チップ反転アーム１４ａを１８０°反転させ（ＳＴ５）、半導体チップ３をボンディングツール１７に受け渡す（ＳＴ６）。
【００３９】
次に、制御部２３は、下方カメラ２２からの画像情報に基づいて、基板２上の基板マークを画像認識し、上方カメラ１８からの画像情報に基づいて、半導体チップ３上のチップマークを認識し、ツール制御機構２１及びｘｙステージ１２を駆動させ、半導体チップ３の実装される位置に補正する（ＳＴ７）。
【００４０】
次に、制御部２３は、ツールｚシリンダ２０を制御し、ボンディングツール１７をｚ方向に下降させ、半導体チップ３を基板２上に搭載させる（ＳＴ８）。また、制御部２３は、ツールｚシリンダ２０を制御し、ボンディングツール１７に保持された半導体チップを加圧する（ＳＴ９）。最後に、制御部２３は、ボンディングツール１７を制御し、半導体チップ３を加熱し、基板２上に実装する（ＳＴ１０）。
【００４１】
以上により、制御部２３は、半導体チップ３を基板２上に実装し、上記動作を繰り返すことにより、次の半導体チップ３を実装する。
【００４２】
以上のような構成を有する部品実装装置１は、ｘｙステージ１２上に基板２及び半導体チップ３が載置されたチップトレイ４が設けられているので、従来はチップトレイ４をｘｙ方向に駆動させるための２つの駆動源と基板２をｘｙ方向に駆動させるための２つの駆動源とで４つの駆動源が必要なのに対し、ｘ方向とｙ方向にそれぞれ駆動させる２つの駆動源（基板ｘモータ１５及び基板ｙモータ１６）のみで、所望とする位置に移動させることができ、駆動軸の軸数を減らすことができ、装置自体の小型化を図ることができる。部品実装装置１は、さらに、ｘｙステージ１２上に上方カメラ１８が設けられており、ｘｙステージ１２の駆動源（基板ｘモータ１５及び基板ｙモータ１６）を用いることにより上方カメラ１８をｘｙ平面の所望とする位置に移動させることができ、上方カメラ１８を所望とする位置に移動させるための駆動源を設ける必要がなく、さらに小型化を図ることができる。
【００４３】
また、部品実装装置１は、ｘｙステージ１２上でｘｙ平面上を移動する焦点距離が固定された上方カメラ１８とフレーム１３に固定された下方カメラ２２を用いるので、焦点距離を調整するフォーカス機能等を備える必要がなく、小型化を図ることができる。
【００４４】
また、部品実装装置１は、上述のように小型化を図ることができるので、ｘｙステージ１２の移動距離を減らすことができ、熱膨張等による歪みの影響を大きく受けることなく実装することができ、高精度を保つことができる。
【００４５】
続いて、部品実装装置１の位置合わせについて説明する。部品実装装置１は、上方カメラ１８及び下方カメラ２２により、実装する半導体チップ３の位置状態や基板２の位置状態を認識し修正することができる。部品実装装置１は、さらなる精度向上のために、フレーム１３で上方カメラ１８と対向する位置に設けられ、上方カメラ１８により画像認識可能な原点マーク４１が設けられている。部品実装装置１は、上方カメラ１８により原点マーク４１を画像認識し、その点を原点とすることにより、正確に上方カメラ１８の位置合わせを行うことができる。
【００４６】
原点マーク４１は、部品実装装置１のフレーム１３に固定されており、上方カメラ１８により画像認識でき、例えばドットパターンからなる。また、原点マーク４１は、移動距離の縮小によりさらなる精度向上が図れるように、実装作業上の重要な位置、例えば、ボンディングツール１７の近傍に設けられている。
【００４７】
次に、部品実装装置１の位置合わせ作業について説明する。部品実装装置１は、事前作業として、例えば、基板ｘモータ１５及び基板ｙモータ１６のトルクを検出することにより、粗原点を設定する。次に、部品実装装置１は、上方カメラ１８の位置合わせを行うために、原点マーク４１の画像認識を行う。このようにして認識された原点マーク４１の位置を基準として、部品実装装置１は、上述のように、チップ供給部１４によりボンディングツール１７に受け渡された半導体チップ３の状態を上方カメラ１８により画像認識するとともに、下方カメラ２２により基板２の位置を画像認識する（図６（Ａ））。また、下方カメラ２２により、基板２の所定の位置を認識し（図６（Ｂ））、上方カメラ１８により半導体チップ３の位置を認識し（図６（Ｃ））、実装される位置に基板２を移動させ（図６（Ｄ））、最終的に半導体チップ３を基板２の所定の位置に実装する（図６（Ｅ））。
【００４８】
なお、上述に限らず、原点マーク４１の他に同様のマークを、基準マークとして、フレーム１３に設け、この基準マークもカメラの位置合わせを行うことができる原点とすることも可能である。具体的には、図７に示すような部品実装装置５０であり、原点マーク４１の他に、基準マーク５１がフレーム１３に設けられている。このように、位置合わせのための基準点を原点マーク４１と基準マーク５１との２箇所に設けることにより、上方カメラ１８から近い位置にあるマークを画像認識することにより、位置合わせを行うことができるので、原点位置までの移動距離を短くすることができ、精度向上、作業効率の向上を図ることができる。また、原点マーク４１と基準マーク５１との位置関係を予め認識しておくと、ｘｙステージ１２の移動距離の校正を行うことができる。
【００４９】
さらに、基準マークを１つに限らず、格子状に配列された複数のドットパターンからなるものとして、カメラ近傍のマークを用いて、位置合わせを行うことにより、原点位置移動を短距離化することができ、精度向上、作業効率の向上を図ることができる。
【００５０】
さらに、半導体チップの位置認識と原点マーク４１の認識とを上方カメラ１８に処理させることに限らず、原点マーク４１を画像認識するための第３のカメラをｘｙステージ１２上に設けるようにしてもよい。具体的には、図８に示すような部品実装装置６０であり、第３のカメラ６１が設けられている。この第３のカメラ６１により認識される基準マーク６２は、図８（Ａ）に示すように、半導体チップ３を上方カメラ１８により画像認識する位置と同じである。つまり、第３のカメラ６１により認識される基準マーク６２の位置は、上方カメラ１８により半導体チップ３を画像認識するｘｙステージ１２の移動位置において、認識できる位置に設けられている。また、第３のカメラ６１により認識される原点マーク６３は、図８（Ｂ）に示すように、基板２をボンディングツール１７により半導体チップ３が実装される位置と同じである。つまり、第３のカメラにより認識される原点マーク６３の位置は、基板２に半導体チップ３が実装される位置にｘｙステージ１２を移動させた位置において、認識される位置に設けられている。
【００５１】
また、部品実装装置１のように、原点マーク４１をフレーム１３上に固定したことに限らず、例えば、ｘｙステージ１２上の所定の位置に原点マークを設け、下方カメラ２２により、位置合わせを行うようにしてもよい。
【００５２】
続いて、部品実装装置１に適用される位置調整装置について説明する。
【００５３】
位置調整装置３０は、図９に示すように、対向する位置に移動された上方カメラ１８及び下方カメラ２２の間に挿入される。また、位置調整装置３０は、図１０及び図１１に示すように、略円板状の筐体３１と、筐体３１の一方の面に取付けられた第１のレンズ３２と、他方の面に取付けられた第２のレンズ３３と、第１のレンズ３２と第２のレンズ３３との間に設けられた認識パターン部３４とから構成されている。また、位置調整装置３０は、第１のレンズ３２、認識パターン部３４、第２のレンズ３３が同一直線上になるように配置されている。
【００５４】
筐体３１は、図１０に示すように、略円板状の部材から形成されており、一方の面３１ａに第１のレンズ３２を嵌合するための嵌合溝３１ｂと、他方の面３１ｃに第２のレンズ３３を嵌合するための嵌合溝３１ｄとが設けられている。また、筐体３１の略中央部には、認識パターン部３４が設けられている。さらに、筐体３１は、他方の面３１ｃに、部品実装装置１の所定の位置に取付けるための段差３１ｅが設けられている。なお、筐体３１は、上述に限らず、認識パターン部３４が形成されるだけの薄板部を有するとともに、第１のレンズ３２及び第２のレンズ３３とを固定し、部品実装装置１の所定の箇所に取付けることができるものであれば、その形状は限定されない。
【００５５】
第１のレンズ３２及び第２のレンズ３３は、焦点距離を短くする凸レンズから形成されており、例えば、下方カメラ２２及び上方カメラ１８の焦点距離を１／２以上、１未満の範囲にするレンズである。第１のレンズ３２の焦点距離を１／２よりも小さくするレンズを用いると、上方カメラ１８と下方カメラ２２との間に挿入した際に、認識パターン部３４を認識することができなくなり、焦点距離が１であるレンズを用いると、レンズを設ける必要がなくなるためである。
【００５６】
認識パターン部３４は、筐体３１の略中央部の薄板部で、一方の面３１ａ及び他方の面３１ｃの両面から見えることができ、その位置が両面から同じと認識され得るようなピンホールが設けられている。認識パターン部３４は、例えば、板厚０．０１３ｍｍに対し、直径が０．１ｍｍのピンホールが設けられている。なお、認識パターン部３４は、一方の面３１ａ及び他方の面３１ｃの両面から見えることができ、その位置が両面から同じと認識され得るようなマーク等であり、カメラの被写界深度に対して小さい板厚に設けられた、例えば、ガラスにメッキしたパターン、エッジの薄いテーパ穴、薄いフィルム、ガラスの刻印等であってもよい。
【００５７】
上述のような構成を有する位置調整装置３０は、上方カメラ１８及び下方カメラ２２の中間点に配され、上方カメラ１８、下方カメラ２２、認識パターン部３４とが同一直線上になるような位置に配置され、位置を調整する。具体的には、部品実装装置１においては、下方カメラ２２は、フレーム１３に固定されているので、認識パターン部３４は下方カメラ２２の下側に配され、ｘｙステージ１２を駆動することにより、ｘｙステージ１２上の上方カメラ１８を、下方カメラ２２、認識パターン部３４、上方カメラ１８が同一直線上になるように、それぞれのカメラからの画像情報を画像認識しながら、補正移動させる。上方カメラ１８、認識パターン部３４、下方カメラ２２が同一直線上になるように、ｘｙステージ１２のみを移動させ、位置合わせすることにより、上方カメラ１８及び下方カメラ２２の位置合わせを調整する。
【００５８】
以上のような構成を有する位置調整装置３０によれば、互いに対向して配置される上方カメラ１８及び下方カメラ２２の位置合わせを、上方カメラ１８が固定されたｘｙステージ１２のみを対向方向に対して垂直な方向（ｘｙ方向）にのみ移動させるので、位置合わせの精度を向上させることができる。
【００５９】
また、部品実装装置１は、下方カメラ２２がフレーム１３に固定されており、上方カメラ１８がｘｙ方向にのみ移動可能なｘｙステージ１２上に固定されているので、カメラの位置合わせを精度よく行うことによって、マウント精度の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１、５０、６０  部品実装装置、２  基板、３  半導体チップ、４  チップトレイ、１０  架台、１１  ベース、１２  ｘｙステージ、１３  フレーム、１４  チップ供給部、１４ａ  チップ反転アーム、１５  基板ｘモータ、１６  基板ｙモータ、１７  ボンディングツール、１８  上方カメラ、１９  ツールｚリニアガイド、２０  ツールｚシリンダ、２１  ツール制御機構、２２  下方カメラ、２３  制御部、２４  操作パネル、２５  表示モニタ、３０  位置調整装置、３１  筐体、３１ａ  一方の面、３１ｂ、３１ｄ  嵌合溝、３１ｃ  他方の面、３２  第１のレンズ、３３  第２のレンズ、３４  認識パターン部、４１  原点マーク、５１、６２  基準マーク、６１  第３のカメラ、６３  原点マーク
【図１】
2011061245.tif 000003
【図２】
2011061245.tif 000004
【図３】
2011061245.tif 000005
【図４】
2011061245.tif 000006
【図５】
2011061245.tif 000007
【図６】
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【図７】
2011061245.tif 000009
【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】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年1月6日(2011.1.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マウントヘッドにより部品を保持してワーク上の所定の位置に部品を実装する部品実装装置等に用いられる位置調整装置及び位置調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体チップ（ベアチップ）等の電子部品を基板に実装する際、フリップチップボンディング装置が使用される。フリップチップボンディング装置は、半導体チップが載置されたトレーと、半導体チップを実装する基板（回路基板）と、半導体チップを基板上に実装するためのボンディングツールと、トレー上の半導体チップをボンディングツールに受け渡すチップ反転アームとを有する。フリップチップボンディング装置は、チップ反転アームの先端部に設けた吸着ヘッドによってトレー上の半導体チップを吸着保持し、この後、上記チップ反転アームが１８０度反転して半導体チップの表裏を逆転させる。このような状態でボンディングツールの吸着ヘッドによって半導体チップを吸着保持するとともに、ｘｙステージによって位置決めされた基板上の所定の位置に半導体チップをボンディングツールの吸着ヘッドによってマウントするようにしている。また、フリップチップボンディング装置は、ボンディングツールの吸着ヘッドに吸着保持された半導体チップを撮像するカメラと、基板上を撮像するカメラとを有しており、この２つのカメラからの画像により画像認識をし、半導体チップのマウントする位置を認識している。
【０００３】
ところで、フリップチップボンディング装置は、基板上にマウントされる半導体チップのマウント精度が重要視される。
【０００４】
そこで、従来のフリップチップボンディング装置は、このマウント精度を高精度なものとしつつ位置決めを行うための様々な部材が設けられており、装置自体が大型なものになり、また高価なものとなっていた。
【０００５】
例えば、図１２のような従来のフリップチップボンディング装置１００は、半導体チップ１０１が載置されたトレー１０２をｘｙ平面上に駆動させるための駆動機構と、半導体チップ１０１を実装する基板１０３をｘｙ平面上に駆動させるための駆動機構と、半導体チップ１０１を基板１０３上に実装するためのボンディングツール１０４をｚ軸方向に駆動させるための駆動機構と、トレー１０２上の半導体チップ１０１をボンディングツール１０４の吸着ヘッド１０５に受け渡すチップ反転アーム１０６を駆動させるための駆動機構と、カメラユニット１０７を駆動させるための駆動機構とが設けられている。さらに、このフリップチップボンディング装置１００のカメラユニット１０７は、図１３に示すように、筐体１０７ａ内に、ボンディングツール１０４の吸着ヘッド１０５に吸着保持された半導体チップ１０１を撮像するカメラ１１１と基板１０３上を撮像するカメラ１１２とがｙ方向に並設され、各カメラ１１１、１１２の撮像側に相対する片面反射ミラー１１３、１１４がｙ軸に対してｘ方向に±４５度の角度で対向配置され、各ミラー１１３、１１４の中間に両面反射ミラー１１５がｙ軸に対してｚ方向に４５度の角度で配置された構成となっている。また、両面反射ミラー１１５に対しｚ方向の筐体１０７ａの両面には、画像取り込み用の開口部１１６、１１７が設けられている。
【０００６】
このような構成を有するフリップチップボンディング装置１００は、各部材をそれぞれ駆動させるための駆動機構が多数設けられ、装置の大型化を招いていた。
【０００７】
さらに、フリップチップボンディング装置１００は、半導体チップ１０１のマウント精度を高精度なものとするために、例えば、カメラユニット１０７を駆動させる駆動軸にリニアスケールなどが用いられて精度の高い位置決めを行っており、そのことも、装置の大型化及び高コスト化につながっていた。
【０００８】
また一方で、図１４に示すフリップチップボンディング装置１３０では、上述のようなカメラユニット１０７の代わりに、半導体チップ１０１が実装される基板１０３が載置されるステージ１３１にボンディングツール１０４の吸着ヘッド１０５に吸着保持された半導体チップ１０１を撮像するカメラ１３２と、基板１０３が載置されるステージ１３１と対向する位置に基板１０３を撮像するカメラ１３３とを設けた構成のものもある。フリップチップボンディング装置１３０は、半導体チップ１０１のマウント精度を高精度なものに保つためマウント位置を検出する２つのカメラ１３２、１３３の相対位置関係が重要となってくる。
【０００９】
２つのカメラの相対位置関係を認識する方法としては、２つのカメラの位置を合わせる方法が知られている。その方法は、例えば、図１５に示すように、２つのカメラ１３２、１３３が対向するような位置に移動し、その間に位置合わせ装置１３４が挿入され、表裏から同じ位置と認識できる対象を撮像することで、位置合わせを行う。
【００１０】
フリップチップボンディング装置１３０では、基板１０３を撮像するカメラ１３３が、基板１０３と焦点が合う距離Ｌ１に配置され、ボンディングツール１０４の吸着ヘッド１０５に吸着保持された半導体チップ１０１を撮像するカメラ１３２が、半導体チップ１０１と焦点が合う距離Ｌ２に配置されている。フリップチップボンディング装置１３０においては、上述の方法のように２つのカメラ１３２、１３３の位置を合わせるための位置合わせ装置１３４をこれら２つのカメラ１３２、１３３間に挿入した場合、位置合わせ装置１３４を、カメラ１３２とは距離Ｌ２離間させ、カメラ１３３とは距離Ｌ１離間させる、又は、カメラに焦点距離調整手段を設ける必要がある。上記いずれの方法であっても、位置合わせのためにカメラをｚ方向に移動させ、また元の位置に戻す必要があり、移動に伴い精度が低下するという問題が生じていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−９１１３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、駆動機構を簡易化して小型化、低コスト化を図った部品実装装置等に好適に用いられ部品の実装位置を高精度に位置合わせ可能とする位置調整装置、及び位置調整方法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】
【００１３】
上述した目的を達成するために、本発明に係る位置調整装置は、互いに対向して配置され、対向方向に対して直交する方向に相対移動する第１の部材及び第２の部材との位置合わせを行う。位置調整装置は、上記第１の部材の上記第２の部材との対向面に固定されて上記第２の部材の対向面を撮像する第１のカメラと、上記第２の部材の上記第１の部材との対向面に固定されて上記第１の部材の対向面を撮像する第２のカメラとの間に、上記第１の部材と上記第２の部材が相対する位置に移動された状態において同一直線上に位置するように配置される。位置調整装置は、一方の面方向から上記第１のカメラにより撮像されるとともに他方の面方向から上記第２のカメラにより撮像される基準マークが設けられた認識パターン部と、上記認識パターン部の一方の面に接して設けられて上記第１のカメラの焦点距離を短縮化する第１のレンズと、上記認識パターン部の他方の面に接して設けられて上記第２のカメラの焦点距離を短縮化する第２のレンズとを備える。位置調整装置は、上記第１のカメラの画像情報と上記第２のカメラの画像情報に基づいて、上記第１の部材と上記第２の部材との位置合わせが行われるようにする。
【００１４】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る位置調整方法は、位置調整装置を用いて、互いに対向して配置され、対向方向に対して直交する方向に移動される第１の部材及び第２の部材との位置合わせを行う。位置調整方法は、位置調整装置が、上記第１の部材の上記第２の部材との対向面に固定されて上記第２の部材の対向面を撮像する第１のカメラと、上記第２の部材の上記第１の部材との対向面に固定されて上記第１の部材の対向面を撮像する第２のカメラとの間に、上記第１の部材と上記第２の部材が相対する位置に移動された状態において同一直線上に位置するように配置する。位置調整方法は、位置調整装置が、一方の面方向から上記第１のカメラにより撮像されるとともに他方の面方向から上記第２のカメラにより撮像される基準マークが設けられた認識パターン部と、上記認識パターン部の一方の面に接して設けられて上記第１のカメラの焦点距離を短縮化する第１のレンズと、上記認識パターン部の他方の面に接して設けられて上記第２のカメラの焦点距離を短縮化する第２のレンズとを備える。位置調整方法は、上記位置調整装置を上記第１の部材と上記第２の部材との間に配置する挿入工程と、上記第１のカメラ及び上記第２のカメラによりそれぞれ上記認識パターン部の上記基準マークを検出する基準マーク検出工程と、上記基準マーク検出工程において上記第１のカメラ及び上記第２のカメラがともに上記認識パターン部の上記基準マークを検出した時の互いの位置に基づいて上記第１の部材と上記第２の部材との相対位置関係を調整する位置調整工程とを備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、第１の部材の第２の部材との対向面に固定されて第２の部材の対向面を撮像する第１のカメラと、第２の部材の第１の部材との対向面に固定されて第１の部材の対向面を撮像する第２のカメラとの間に配置される位置調整装置が、第１のカメラと第２のカメラにより相対する面方向から撮像される基準マークが設けられた認識パターン部と、第１のカメラと第２のカメラの焦点距離をそれぞれ短縮化する第１のレンズと第２のレンズとを備えることにより、小型化、低コスト化を図るとともに高精度の位置決めを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】位置調整装置を備える部品実装装置の平面図である。
【図２】部品実装装置の正面図である。
【図３】部品実装装置の側面図である。
【図４】部品実装装置の制御ユニット及び操作パネルの関係を示すブロック図である。
【図５】部品実装装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】他の部品実装装置の模式図である。
【図７】他の部品実装装置の模式図である。
【図８】他の部品実装装置の模式図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る位置調整装置のカメラとの位置関係を説明するための模式図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る位置調整装置の斜視図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る位置調整装置の断面図である。
【図１２】従来の部品実装装置を示す模式図である。
【図１３】従来の部品実装装置のカメラユニットの概略構成を示す平面図、側面図、正面図である。
【図１４】他の従来の部品実装装置を示す模式図である。
【図１５】位置合わせ作業を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る位置調整装置３０を備える部品実装装置１について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１〜図３に示すように、部品実装装置１は、架台１０を備え、架台１０の上面にベース１１が配されている。部品実装装置１は、ベース１１上に、ｘｙステージ１２と、フレーム１３と、チップ供給部１４とが取付けられている。
【００１８】
ｘｙステージ１２には、基板ｘモータ１５と基板ｙモータ１６とが取付けられており、主面上に基板２が載置されるとともに、半導体チップ（部品）３が載置されるチップトレイ４が設けられている。さらに、ｘｙステージ１２には、後述するボンディングツール１７（マウントヘッド）に吸着保持される半導体チップ３に設けられたチップ認識用のチップマーク等を画像認識するための上方カメラ（第１のカメラ）１８が取付けられている。ｘｙステージ１２は、基板ｘモータ１５及び基板ｙモータ１６の駆動によりｘｙ方向に移動する。
【００１９】
フレーム１３には、ボンディングツール１７と、ツールｚリニアガイド１９と、ツールｚリニアガイド１９に沿って、すなわちｚ軸方向にボンディングツール１７を駆動させるツールｚシリンダ２０と、ボンディングツール１７のｚ軸に対する回転位置、すなわちθ方向の位置を制御するツール制御機構（マウントヘッド駆動部）２１と、後述するｘｙステージ１２の位置を認識するための原点マーク４１とが取付けられている。さらに、フレーム１３には、基板２に設けられた基板認識用の基板マーク等を画像認識するための下方カメラ（第２のカメラ）２２が取付けられている。なお、下方カメラ２２は、上述に限らず、ボンディングツール１７等のｚ方向やｚ軸に対して回転するθ方向に移動されない固定された位置、例えば、フレーム１３に固定された原点マーク４１の近傍位置で、ｘｙステージ１２と対向する位置であればその固定位置は限定されない。
【００２０】
チップトレイ４は、基板２に実装される半導体チップ３が載置される。基板ｘモータ１５は、ｘ軸に平行でｘｙステージ１２に連結された駆動軸と接続されており、モータを駆動させることにより、ｘｙステージ１２を駆動軸に沿ったｘ方向に移動させる。同様に、基板ｙモータ１６も、ｙ軸に平行でｘｙステージ１２に連結された駆動軸と接続されており、モータを駆動させることにより、ｘｙステージ１２を駆動軸に沿ったｙ方向に移動させる。
【００２１】
ボンディングツール１７は、ｘｙステージ１２と対向する位置に設けられており、ツールｚシリンダ２０の駆動により、ツールｚリニアガイド１９に沿ってｚ方向に移動するとともに、ツール制御機構２１に設けられた回転角調整手段（図示せず）により、ツール回転軸２１ａの軸回り（図２中θ方向）に沿って回転する。ボンディングツール１７は、チップトレイ４上の半導体チップ３をチップ供給部１４を介して受け渡され、受け渡された半導体チップ３を基板２の所定の位置に実装する。ボンディングツール１７は、受け渡される半導体チップ３を吸着保持する吸着保持手段と、基板２に実装する際に、半導体チップ３を加熱するチップ加熱手段とを有しており、半導体チップ３を基板２の所定の位置に実装する。
【００２２】
ツールｚリニアガイド１９は、フレーム１３上で、ｚ軸と平行な方向に設けられたガイドであり、このガイドに沿って、ボンディングツール１７をｚ方向に移動させる。
【００２３】
ツールｚシリンダ２０は、エアシリンダからなり、ツール制御機構２１に連結されたボンディングツール１７をツールｚリニアガイド１９に沿ってｚ方向に移動させる。ツールｚシリンダ２０は、チップ供給部１４からボンディングツール１７に受け渡された半導体チップ３を基板２に実装する際のｚ方向の２点間（チップ供給部１４から半導体チップ３が供給されるｚ方向の上位置と、半導体チップ３を基板２に実装するｚ方向の下位置）で移動させるものである。また、ツールｚシリンダ２０は、半導体チップ３を基板２に実装する際、半導体チップ３を基板２に加圧させる。なお、ツールｚシリンダ２０は、上述のようにエアシリンダに限らず、２点間を移動させ、加圧するための駆動源であればよく、油圧シリンダ等を用いてもよい。
【００２４】
ツール制御機構２１は、ｚ軸と平行に設けられたツール回転軸２１ａの軸回りに沿ってボンディングツール１７を回転させる回転角調整手段を有している。ツール制御機構２１は、上方カメラ１８による撮像画像に基づいて画像認識された半導体チップ３の位置状態により回転角調整手段を制御しボンディングツール１７を所定の回転位置に回転させる。
【００２５】
チップ供給部１４は、先端に吸着部が設けられたチップ反転アーム１４ａを有しており、このチップ反転アーム１４ａがｘｙステージ１２上のチップトレイ４に載置された半導体チップ３を吸着保持した後、反転し、ボンディングツール１７に受け渡す。
【００２６】
上方カメラ１８は、ｘｙステージ１２上、例えばチップトレイ４と基板２との間に設けられ、ボンディングツール１７に吸着保持される半導体チップ３に設けられたチップ認識用のチップマーク等を撮像する。上方カメラ１８は、ｘｙステージ１２上に設けられているので、基板ｘモータ１５及び基板ｙモータ１６を駆動させてｘｙステージ１２を介して、ｘｙ平面上を移動することができる。上方カメラ１８は、焦点距離が固定されたカメラであり、その焦点距離がｘｙステージ１２と対向する位置に設けられたボンディングツール１７に吸着保持された実装前の半導体チップ３に焦点が合う距離である。
【００２７】
下方カメラ２２は、フレーム１３に固定され、基板２に設けられた基板認識用の基板マーク等を撮像する。下方カメラ２２は、フレーム１３に固定されており移動することはできないが、ｘｙステージ１２を移動させることにより、所望とするｘｙステージ１２上の位置を撮像することができる。下方カメラ２２は、上方カメラ１８と同様に、焦点距離が固定されたカメラであり、その焦点距離はｘｙステージ１２上のチップトレイ４に載置された半導体チップ３や基板２に焦点が合う距離である。
【００２８】
図４は、このような部品実装装置１の制御系を示すブロック図であり、部品実装装置１は制御部２３を介して制御される。また、図４に示すように、制御部２３には操作パネル２４、上方カメラ１８、下方カメラ２２、表示モニタ２５、実装装置本体が接続されるようになっている。操作パネル２４は、制御部２３に対して動作モード指令と、半導体チップ３を実装するための温度、圧力、時間等の諸条件（圧着条件）と、半導体チップ３の形状、実装位置（機種データ）等の各種データを供給する。一方、制御部２３から操作パネル２４に対しては、実装条件、異常事態の有無等のデータ及び状態表示のための情報が供給される。また、上方カメラ１８及び下方カメラ２２は、制御部２３に対して画像情報を供給する。この画像情報は制御部２３によって画像処理される。また制御部２３から画像処理結果が表示モニタ２５に供給され、その表示パネルによって表示が行なわれる。
【００２９】
また、制御部２３は、実装装置本体に対して動作指令を行なうとともに、ボンディングツール１７に半導体チップ３を加熱する電力を供給する。実装装置本体からは、制御部２３にセンサおよびエンコーダ等の出力信号が位置情報として与えられる。さらに、実装装置本体からは、実装する半導体チップ３の温度及び圧力に関するデータが制御部２３に供給される。
【００３０】
次に、上述の構成を有する部品実装装置１の半導体チップ３を基板２に実装する動作について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。
【００３１】
まず、事前準備及び作業準備として、作業者は、操作パネル２４を操作して、平行度調整を行った後（ＳＴ１）、基板２をｘｙステージ１２の所定の位置にセットする（ＳＴ２）とともに、半導体チップ３が収納されたチップトレイ４をｘｙステージ１２上の所定の位置にセットする（ＳＴ３）。
【００３２】
次に、制御部２３は、入力された部品データ及び加工条件に基づいて、チップ供給部１４を駆動させ、チップ反転アーム１４ａの吸着部により、チップトレイ４上の半導体チップ３を吸着保持させる（ＳＴ４）。その後、制御部２３は、チップ供給部１４を制御し、チップ反転アーム１４ａを１８０°反転させ（ＳＴ５）、半導体チップ３をボンディングツール１７に受け渡す（ＳＴ６）。
【００３３】
次に、制御部２３は、下方カメラ２２からの画像情報に基づいて、基板２上の基板マークを画像認識し、上方カメラ１８からの画像情報に基づいて、半導体チップ３上のチップマークを認識し、ツール制御機構２１及びｘｙステージ１２を駆動させ、半導体チップ３の実装される位置に補正する（ＳＴ７）。
【００３４】
次に、制御部２３は、ツールｚシリンダ２０を制御し、ボンディングツール１７をｚ方向に下降させ、半導体チップ３を基板２上に搭載させる（ＳＴ８）。また、制御部２３は、ツールｚシリンダ２０を制御し、ボンディングツール１７に保持された半導体チップを加圧する（ＳＴ９）。最後に、制御部２３は、ボンディングツール１７を制御し、半導体チップ３を加熱し、基板２上に実装する（ＳＴ１０）。
【００３５】
以上により、制御部２３は、半導体チップ３を基板２上に実装し、上記動作を繰り返すことにより、次の半導体チップ３を実装する。
【００３６】
以上のような構成を有する部品実装装置１は、ｘｙステージ１２上に基板２及び半導体チップ３が載置されたチップトレイ４が設けられているので、従来はチップトレイ４をｘｙ方向に駆動させるための２つの駆動源と基板２をｘｙ方向に駆動させるための２つの駆動源とで４つの駆動源が必要なのに対し、ｘ方向とｙ方向にそれぞれ駆動させる２つの駆動源（基板ｘモータ１５及び基板ｙモータ１６）のみで、所望とする位置に移動させることができ、駆動軸の軸数を減らすことができ、装置自体の小型化を図ることができる。部品実装装置１は、さらに、ｘｙステージ１２上に上方カメラ１８が設けられており、ｘｙステージ１２の駆動源（基板ｘモータ１５及び基板ｙモータ１６）を用いることにより上方カメラ１８をｘｙ平面の所望とする位置に移動させることができ、上方カメラ１８を所望とする位置に移動させるための駆動源を設ける必要がなく、さらに小型化を図ることができる。
【００３７】
また、部品実装装置１は、ｘｙステージ１２上でｘｙ平面上を移動する焦点距離が固定された上方カメラ１８とフレーム１３に固定された下方カメラ２２を用いるので、焦点距離を調整するフォーカス機能等を備える必要がなく、小型化を図ることができる。
【００３８】
また、部品実装装置１は、上述のように小型化を図ることができるので、ｘｙステージ１２の移動距離を減らすことができ、熱膨張等による歪みの影響を大きく受けることなく実装することができ、高精度を保つことができる。
【００３９】
続いて、部品実装装置１の位置合わせについて説明する。部品実装装置１は、上方カメラ１８及び下方カメラ２２により、実装する半導体チップ３の位置状態や基板２の位置状態を認識し修正することができる。部品実装装置１は、さらなる精度向上のために、フレーム１３で上方カメラ１８と対向する位置に設けられ、上方カメラ１８により撮像されて画像認識可能な原点マーク４１が設けられている。部品実装装置１は、上方カメラ１８からの画像情報に基づいて原点マーク４１を画像認識し、その点を原点とすることにより、正確に上方カメラ１８の位置合わせを行うことができる。
【００４０】
原点マーク４１は、部品実装装置１のフレーム１３に固定されており、上方カメラ１８からの画像情報に基づいて画像認識される、例えばドットパターンからなる。また、原点マーク４１は、移動距離の縮小によりさらなる精度向上が図れるように、実装作業上の重要な位置、例えば、ボンディングツール１７の近傍に設けられている。
【００４１】
次に、部品実装装置１の位置合わせ作業について説明する。部品実装装置１は、事前作業として、例えば、基板ｘモータ１５及び基板ｙモータ１６のトルクを検出することにより、粗原点を設定する。次に、部品実装装置１は、上方カメラ１８の位置合わせを行うために、原点マーク４１の画像認識を行う。このようにして認識された原点マーク４１の位置を基準として、部品実装装置１は、上述のように、チップ供給部１４によりボンディングツール１７に受け渡された半導体チップ３の状態を上方カメラ１８からの画像情報に基づいて画像認識するとともに、下方カメラ２２からの画像情報に基づいて基板２の位置を画像認識する（図６（Ａ））。また、下方カメラ２２からの画像情報に基づいて、基板２の所定の位置を認識し（図６（Ｂ））、上方カメラ１８からの画像情報に基づいて半導体チップ３の位置を認識し（図６（Ｃ））、実装される位置に基板２を移動させ（図６（Ｄ））、最終的に半導体チップ３を基板２の所定の位置に実装する（図６（Ｅ））。
【００４２】
なお、上述に限らず、原点マーク４１の他に同様のマークを、基準マークとして、フレーム１３に設け、この基準マークもカメラの位置合わせを行うことができる原点とすることも可能である。具体的には、図７に示すような部品実装装置５０であり、原点マーク４１の他に、基準マーク５１がフレーム１３に設けられている。このように、位置合わせのための基準点を原点マーク４１と基準マーク５１との２箇所に設けることにより、上方カメラ１８から近い位置にあるマークを撮像して画像認識することにより、位置合わせを行うことができるので、原点位置までの移動距離を短くすることができ、精度向上、作業効率の向上を図ることができる。また、原点マーク４１と基準マーク５１との位置関係を予め認識しておくと、ｘｙステージ１２の移動距離の校正を行うことができる。
【００４３】
さらに、基準マークを１つに限らず、格子状に配列された複数のドットパターンからなるものとして、カメラ近傍のマークを用いて、位置合わせを行うことにより、原点位置移動を短距離化することができ、精度向上、作業効率の向上を図ることができる。
【００４４】
さらに、半導体チップの位置認識と原点マーク４１の認識とを上方カメラ１８で撮像して画像認識する処理に限らず、原点マーク４１を画像認識するための第３のカメラをｘｙステージ１２上に設けるようにしてもよい。具体的には、図８に示すような部品実装装置６０であり、第３のカメラ６１が設けられている。この第３のカメラ６１により認識される基準マーク６２は、図８（Ａ）に示すように、半導体チップ３を上方カメラ１８により撮像する画像の位置と同じである。つまり、第３のカメラ６１からの画像情報に基づいて認識される基準マーク６２の位置は、上方カメラ１８からの画像情報に基づいて半導体チップ３を画像認識するｘｙステージ１２の移動位置において、認識できる位置に設けられている。また、第３のカメラ６１により認識される原点マーク６３は、図８（Ｂ）に示すように、基板２をボンディングツール１７により半導体チップ３が実装される位置と同じである。つまり、第３のカメラにより認識される原点マーク６３の位置は、基板２に半導体チップ３が実装される位置にｘｙステージ１２を移動させた位置において、認識される位置に設けられている。
【００４５】
また、部品実装装置１のように、原点マーク４１をフレーム１３上に固定したことに限らず、例えば、ｘｙステージ１２上の所定の位置に原点マークを設け、下方カメラ２２により、位置合わせを行うようにしてもよい。
【００４６】
続いて、部品実装装置１に適用される位置調整装置３０について説明する。
【００４７】
位置調整装置３０は、図９に示すように、対向する位置に移動された上方カメラ１８及び下方カメラ２２の間に挿入される。また、位置調整装置３０は、図１０及び図１１に示すように、略円板状の筐体３１と、筐体３１の一方の面に取付けられた第１のレンズ３２と、他方の面に取付けられた第２のレンズ３３と、第１のレンズ３２と第２のレンズ３３との間に設けられた認識パターン部３４とから構成されている。また、位置調整装置３０は、第１のレンズ３２、認識パターン部３４、第２のレンズ３３が同一直線上になるように配置されている。
【００４８】
筐体３１は、図１０に示すように、略円板状の部材から形成されており、一方の面３１ａに第１のレンズ３２を嵌合するための嵌合溝３１ｂと、他方の面３１ｃに第２のレンズ３３を嵌合するための嵌合溝３１ｄとが設けられている。また、筐体３１の略中央部には、認識パターン部３４が設けられている。さらに、筐体３１は、他方の面３１ｃに、部品実装装置１の所定の位置に取付けるための段差３１ｅが設けられている。なお、筐体３１は、上述に限らず、認識パターン部３４が形成されるだけの薄板部を有するとともに、第１のレンズ３２及び第２のレンズ３３とを固定し、部品実装装置１の所定の箇所に取付けることができるものであれば、その形状は限定されない。
【００４９】
第１のレンズ３２及び第２のレンズ３３は、下方カメラ２２及び上方カメラ１８の焦点距離を短くする凸レンズから形成されており、例えば、下方カメラ２２及び上方カメラ１８の焦点距離を１／２以上、１未満の範囲にするレンズである。第１のレンズ３２の焦点距離を１／２よりも小さくするレンズを用いると、上方カメラ１８と下方カメラ２２との間に挿入した際に、認識パターン部３４を認識することができなくなり、焦点距離が１であるレンズを用いると、レンズを設ける必要がなくなるためである。
【００５０】
認識パターン部３４は、筐体３１の略中央部の薄板部で、一方の面３１ａ及び他方の面３１ｃの両面から見えることができ、その位置が両面から同じと認識され得るようなピンホールが設けられている。認識パターン部３４は、例えば、板厚０．０１３ｍｍに対し、直径が０．１ｍｍのピンホールが設けられている。なお、認識パターン部３４は、一方の面３１ａ及び他方の面３１ｃの両面から見えることができ、その位置が両面から同じと認識され得るようなマーク等であり、カメラの被写界深度に対して小さい板厚に設けられた、例えば、ガラスにメッキしたパターン、エッジの薄いテーパ穴、薄いフィルム、ガラスの刻印等であってもよい。
【００５１】
上述のような構成を有する位置調整装置３０は、上方カメラ１８及び下方カメラ２２の中間点に配され、上方カメラ１８、下方カメラ２２、認識パターン部３４とが同一直線上になるような位置に配置され、上方カメラ１８と下方カメラ２２との位置が調整されるようにする。具体的には、部品実装装置１においては、下方カメラ２２がフレーム１３に固定されているので、認識パターン部３４が下方カメラ２２の下側に配され、ｘｙステージ１２を駆動することにより、ｘｙステージ１２上の上方カメラ１８を、下方カメラ２２、認識パターン部３４、上方カメラ１８が同一直線上になるように、それぞれのカメラからの画像情報を画像認識しながら、補正移動させる。部品実装装置１は、位置調整装置３０を用いて、上方カメラ１８、認識パターン部３４、下方カメラ２２が同一直線上になるように、ｘｙステージ１２のみを移動させ、位置合わせすることにより、上方カメラ１８及び下方カメラ２２の位置合わせを調整する。
【００５２】
以上のような構成を有する位置調整装置３０によれば、互いに対向して配置される上方カメラ１８及び下方カメラ２２の位置合わせを、上方カメラ１８が固定されたｘｙステージ１２のみを対向方向に対して垂直な方向（ｘｙ方向）にのみ移動させるので、位置合わせの精度を向上させることができる。
【００５３】
また、部品実装装置１は、下方カメラ２２がフレーム１３に固定されており、上方カメラ１８がｘｙ方向にのみ移動可能なｘｙステージ１２上に固定されているので、位置調整装置３０により上方カメラ１８と下方カメラ２２の位置合わせを精度よく行うことによって、マウント精度の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００５４】
１、５０、６０  部品実装装置、２  基板、３  半導体チップ（部品）、４  チップトレイ、１０  架台、１１  ベース、１２  ｘｙステージ、１３  フレーム、１４  チップ供給部、１４ａ  チップ反転アーム、１５  基板ｘモータ、１６  基板ｙモータ、１７  ボンディングツール（マウントヘッド）、１８  上方カメラ（第１のカメラ）、１９  ツールｚリニアガイド、２０  ツールｚシリンダ、２１  ツール制御機構（マウントヘッド駆動部）、２２  下方カメラ（第２のカメラ）、２３  制御部、２４  操作パネル、２５  表示モニタ、３０  位置調整装置、３１  筐体、３１ａ  一方の面、３１ｂ、３１ｄ  嵌合溝、３１ｃ  他方の面、３２  第１のレンズ、３３  第２のレンズ、３４  認識パターン部、４１  原点マーク、５１、６２  基準マーク、６１  第３のカメラ、６３  原点マーク
【手続補正２】
【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】
互いに対向して配置され、対向方向に対して直交する方向に相対移動する第１の部材及び第２の部材との位置合わせを行う位置調整装置において、
上記第１の部材の上記第２の部材との対向面に固定されて上記第２の部材の対向面を撮像する第１のカメラと、上記第２の部材の上記第１の部材との対向面に固定されて上記第１の部材の対向面を撮像する第２のカメラとの間に、上記第１の部材と上記第２の部材が相対する位置に移動された状態において同一直線上に位置するように配置され、
一方の面方向から上記第１のカメラにより撮像されるとともに他方の面方向から上記第２のカメラにより撮像される基準マークが設けられた認識パターン部と、
上記認識パターン部の一方の面に接して設けられて上記第１のカメラの焦点距離を短縮化する第１のレンズと、
上記認識パターン部の他方の面に接して設けられて上記第２のカメラの焦点距離を短縮化する第２のレンズとを備え、
上記第１のカメラの画像情報と上記第２のカメラの画像情報に基づいて上記第１の部材と上記第２の部材との位置合わせを行う位置調整装置。
【請求項２】
上記第１のレンズは、上記第１のカメラの焦点距離を１／２以上１未満の範囲内とするとともに、上記第２のレンズは、上記第２のカメラの焦点距離を１／２以上１未満の範囲内とする請求項１記載の位置調整装置。
【請求項３】
固定部材とされた上記第１の部材又は上記第２の部材いずれか一方の部材に固定された上記第１のカメラ又は上記第２のカメラに対して、同一直線上に位置するようにして固定配置される請求項１記載の位置調整装置。
【請求項４】
位置調整装置を用いて、互いに対向して配置され、対向方向に対して直交する方向に移動される第１の部材及び第２の部材との位置合わせを行う位置調整方法において、
上記位置調整装置が、上記第１の部材の上記第２の部材との対向面に固定されて上記第２の部材の対向面を撮像する第１のカメラと、上記第２の部材の上記第１の部材との対向面に固定されて上記第１の部材の対向面を撮像する第２のカメラとの間に、上記第１の部材と上記第２の部材が相対する位置に移動された状態において同一直線上に位置するように配置され、
一方の面方向から上記第１のカメラにより撮像されるとともに他方の面方向から上記第２のカメラにより撮像される基準マークが設けられた認識パターン部と、
上記認識パターン部の一方の面に接して設けられて上記第１のカメラの焦点距離を短縮化する第１のレンズと、
上記認識パターン部の他方の面に接して設けられて上記第２のカメラの焦点距離を短縮化する第２のレンズとを備え、
上記位置調整装置を上記第１の部材と上記第２の部材との間に配置する挿入工程と、
上記第１のカメラ及び上記第２のカメラによりそれぞれ上記認識パターン部の上記基準マークを検出する基準マーク検出工程と、
上記基準マーク検出工程において、上記第１のカメラ及び上記第２のカメラがともに上記認識パターン部の上記基準マークを検出した時の互いの位置に基づき、上記第１の部材と上記第２の部材との相対位置関係を調整する位置調整工程とを備える
位置調整方法。
【請求項５】
上記第１のレンズが上記第１のカメラの焦点距離を１／２以上１未満の範囲内とするとともに、上記第２のレンズが上記第２のカメラの焦点距離を１／２以上１未満の範囲内とする上記位置調整装置を用いる請求項４記載の位置調整方法。