(57)【要約】【課題】電子部品搭載における位置決め精度の誤差を防止することができる電子部品搭載装置および電子部品搭載方法ならびに位置決め精度の誤差の補正のための較正処理において用いられる較正用治具を提供すること。【解決手段】電子部品搭載装置において位置決め誤差較正のために用いられる較正用治具２７において、撮像焦点高さ位置が異なる基板認識カメラ２４および搭載ヘッド認識カメラ２２のいずれによっても較正マーク２９ａを認識可能とするために、プリズム２７ａ、２７ｃおよびブロック２７ｂと反射部２８ａ、２８ｂを組み合わせて較正マーク２９ａから基板認識カメラ２２に至る撮像光路長を基板認識高さＨ１の撮像光路長と等しく設定する。これにより、装置稼動時において装置可動部の熱伸縮による誤差を較正することができ、電子部品搭載における位置決め精度の誤差を防止することができる。【選択図】  図６
2005032988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板保持部の上面に基板認識高さで保持された基板に搭載ヘッドによって電子部品を搭載する電子部品搭載装置であって、撮像方向が下向きの固定焦点カメラを有し前記基板を上方から認識する基板認識手段と、撮像方向が上向きの固定焦点カメラを有し前記搭載ヘッドによって前記基板認識高さよりも高い部品認識高さで保持された電子部品を下方から認識する搭載ヘッド認識手段と、前記基板認識手段による基板認識結果と前記搭載ヘッド認識手段による部品認識結果とに基づいて前記電子部品を前記基板に対して相対的に位置決めする搭載位置決め手段と、共通の較正マークを前記基板認識手段および前記搭載ヘッド認識手段によって認識させることにより前記搭載位置決め手段による位置決め動作の誤差を較正するための較正用治具と、この較正用治具を前記基板認識手段および前記搭載ヘッド認識手段のそれぞれの認識位置へ相対的に移動させる治具移動手段とを備え、前記較正用治具は、撮像方向および撮像焦点高さが相異なる基板認識手段および搭載ヘッド認識手段のいずれによっても前記較正マークを認識可能にする撮像光路長設定手段を有することを特徴とする電子部品搭載装置。
【請求項２】
前記較正用治具は、形状・寸法が既知の較正マークと、この較正マークからそれぞれ基板認識手段およびまたは搭載ヘッド認識手段まで至る撮像光路の一部を構成する光路部とを含み、前記撮像光路長設定手段は前記光路部に所定の水平方向の光学的距離を隔てて配設された複数の反射面を備えたことを特徴とする請求項１記載の電子部品搭載装置。
【請求項３】
前記光路部は、前記複数の反射面の間に透明体を介在させて成ることを特徴とする請求項２記載の電子部品搭載装置。
【請求項４】
基板保持部の上面に基板認識高さで保持された基板に搭載ヘッドによって電子部品を搭載する電子部品搭載方法であって、前記基板を上方から基板認識カメラによって認識する基板認識工程と、前記搭載ヘッドによって前記基板認識高さよりも高い部品認識高さで保持された電子部品を下方から搭載ヘッド認識カメラによって認識する部品認識工程と、前記基板認識カメラによる基板認識結果と前記搭載ヘッド認識カメラによる部品認識結果とに基づいて搭載位置決め手段によって前記電子部品を前記基板に対して相対的に位置決めする位置決め動作を行わせて前記電子部品を基板に搭載する位置決め搭載工程と、共通の較正マークを前記基板認識手段および前記搭載ヘッド認識手段によって認識することにより前記位置決め動作の誤差を較正する較正工程とを含み、前記較正工程において、撮像方向および撮像焦点高さが相異なる基板認識手段および搭載ヘッド認識手段のいずれによっても前記較正マークを認識可能にする撮像光路長設定手段を有する較正用治具を、前記基板認識手段および前記搭載ヘッド認識手段のそれぞれの認識位置へ相対的に移動させることを特徴とする電子部品搭載方法。
【請求項５】
基板保持部の上面に基板認識高さで保持された基板に搭載ヘッドによって電子部品を搭載し、撮像方向が下向きの固定焦点カメラを有し前記基板を上方から認識する基板認識手段と、撮像方向が上向きの固定焦点カメラを有し前記搭載ヘッドによって前記基板認識高さよりも高い部品認識高さで保持された電子部品を下方から認識する搭載ヘッド認識手段と、前記基板認識手段による基板認識結果と前記搭載ヘッド認識手段による部品認識結果とに基づいて前記電子部品を前記基板に対して相対的に位置決めする搭載位置決め手段とを備えた電子部品搭載装置において、共通の較正マークを前記基板認識手段および前記搭載ヘッド認識手段によって認識することにより前記搭載位置決め手段による位置決め動作の誤差を較正するために用いられる較正用治具であって、撮像方向および撮像焦点高さが相異なる基板認識手段および搭載ヘッド認識手段のいずれによっても前記較正マークを認識可能にする撮像光路長設定手段を有することを特徴とする較正用治具。
【請求項６】
前記較正用治具は、形状・寸法が既知の較正マークと、この較正マークからそれぞれ基板認識手段およびまたは搭載ヘッド認識手段まで至る撮像光路の一部を構成する光路部とを含み、前記撮像光路長設定手段は前記光路部に所定の水平方向の光学的距離を隔てて配設された複数の反射面を備えたことを特徴とする請求項５記載の較正用治具。
【請求項７】
前記光路部は、前記複数の反射面の間に透明体を介在させて成ることを特徴とする請求項６記載の較正用治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップチップなどの電子部品を基板に搭載する電子部品搭載装置および電子部品搭載方法ならびに電子部品搭載装置において使用される較正用治具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を基板に搭載する際の所要位置精度の高度化に伴い、搭載時の電子部品と基板の位置ずれを画像認識によって補正する方法が広く用いられるようになっている。このような電子部品搭載装置として、供給部から電子部品を取出して表裏反転し所定の受け渡し位置に位置させる表裏反転装置と、表裏反転された電子部品を受け取って基板ステージに載置された基板に移送搭載する搭載ヘッドを備え、基板ステージに載置された基板と搭載ヘッドに保持された状態の電子部品とをそれぞれカメラで認識して搭載時の位置合わせを行う構成のものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２７２５７０１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述例に示す構成の電子部品搭載装置において、搭載ヘッドの移動距離、すなわち搭載ヘッドに保持された電子部品を認識する部品認識位置から搭載ヘッドが基板まで移動する距離が長い場合には、装置稼動時間の経過によって位置決め精度が低下する現象が生じる。この位置決め精度の低下は装置可動部の発熱によって搭載ヘッド移動機構のボールねじが熱伸縮することなどによって生じるものである。
【０００５】
この位置決め精度の変動を防止するためには、搭載ヘッドの移動において正確な移動量を検出しながら移動動作を行わせることにより位置決め精度を確保する方法が用いられる。しかしながら、ボールねじの移動量を検出する方法では、移動量検出手段として高精度のリニアスケールを配設する必要があり、設備費用の上昇が避けられない。
【０００６】
そこで本発明は、電子部品搭載における位置決め精度の誤差を防止することができる電子部品搭載装置および電子部品搭載方法ならびに位置決め精度の誤差の補正のための較正処理において用いられる較正用治具を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電子部品搭載装置は、基板保持部の上面に基板認識高さで保持された基板に搭載ヘッドによって電子部品を搭載する電子部品搭載装置であって、撮像方向が下向きの固定焦点カメラを有し前記基板を上方から認識する基板認識手段と、撮像方向が上向きの固定焦点カメラを有し前記搭載ヘッドによって前記基板認識高さよりも高い部品認識高さで保持された電子部品を下方から認識する搭載ヘッド認識手段と、前記基板認識手段による基板認識結果と前記搭載ヘッド認識手段による部品認識結果とに基づいて前記電子部品を前記基板に対して相対的に位置決めする搭載位置決め手段と、共通の較正マークを前記基板認識手段および前記搭載ヘッド認識手段によって認識させることにより前記搭載位置決め手段による位置決め動作の誤差を較正するための較正用治具と、この較正用治具を前記基板認識手段および前記搭載ヘッド認識手段のそれぞれの認識位置へ相対的に移動させる治具移動手段とを備え、前記較正用治具は、撮像方向および撮像焦点高さが相異なる基板認識手段および搭載ヘッド認識手段のいずれによっても前記較正マークを認識可能にする撮像光路長設定手段を有する。
【０００８】
請求項２記載の電子部品搭載装置は、請求項１記載の電子部品搭載装置であって、前記較正用治具は、形状・寸法が既知の較正マークと、この較正マークからそれぞれ基板認識手段およびまたは搭載ヘッド認識手段まで至る撮像光路の一部を構成する光路部とを含み、前記撮像光路長設定手段は前記光路部に所定の水平方向の光学的距離を隔てて配設された複数の反射面を備えた。
【０００９】
請求項３記載の電子部品搭載装置は、請求項１記載の電子部品装置装置であって、前記光路部は、前記複数の反射面の間に透明体を介在させて成る。
【００１０】
請求項４記載の電子部品搭載方法は、基板保持部の上面に基板認識高さで保持された基板に搭載ヘッドによって電子部品を搭載する電子部品搭載方法であって、前記基板を上方から基板認識カメラによって認識する基板認識工程と、前記搭載ヘッドによって前記基板認識高さよりも高い部品認識高さで保持された電子部品を下方から搭載ヘッド認識カメラによって認識する部品認識工程と、前記基板認識カメラによる基板認識結果と前記搭載ヘッド認識カメラによる部品認識結果とに基づいて搭載位置決め手段によって前記電子部品を前記基板に対して相対的に位置決めする位置決め動作を行わせて前記電子部品を基板に搭載する位置決め搭載工程と、共通の較正マークを前記基板認識手段および前記搭載ヘッド認識手段によって認識することにより前記位置決め動作の誤差を較正する較正工程とを含み、前記較正工程において、撮像方向および撮像焦点高さが相異なる基板認識手段および搭載ヘッド認識手段のいずれによっても前記較正マークを認識可能にする撮像光路長設定手段を有する較正用治具を、前記基板認識手段および前記搭載ヘッド認識手段のそれぞれの認識位置へ相対的に移動させる。
【００１１】
請求項５記載の較正用治具は、基板保持部の上面に基板認識高さで保持された基板に搭載ヘッドによって電子部品を搭載し、撮像方向が下向きの固定焦点カメラを有し前記基板を上方から認識する基板認識手段と、撮像方向が上向きの固定焦点カメラを有し前記搭載ヘッドによって前記基板認識高さよりも高い部品認識高さで保持された電子部品を下方から認識する搭載ヘッド認識手段と、前記基板認識手段による基板認識結果と前記搭載ヘッド認識手段による部品認識結果とに基づいて前記電子部品を前記基板に対して相対的に位置決めする搭載位置決め手段とを備えた電子部品搭載装置において、共通の較正マークを前記基板認識手段および前記搭載ヘッド認識手段によって認識することにより前記搭載位置決め手段による位置決め動作の誤差を較正するために用いられる較正用治具であって、撮像方向および撮像焦点高さが相異なる基板認識手段および搭載ヘッド認識手段のいずれによっても前記較正マークを認識可能にする撮像光路長設定手段を有する。
【００１２】
請求項６記載の較正用治具は、前記較正用治具は、形状・寸法が既知の較正マークと、この較正マークからそれぞれ基板認識手段およびまたは搭載ヘッド認識手段まで至る撮像光路の一部を構成する光路部とを含み、前記撮像光路長設定手段は前記光路部に所定の水平方向の光学的距離を隔てて配設された複数の反射面を備えた。
【００１３】
本発明によれば、撮像方向および撮像焦点高さ位置が相異なる基板認識手段および搭載ヘッド認識手段のいずれによっても較正マークを認識可能とするための光路長設定手段を有する較正用治具を用いることにより、装置稼動時において適宜実行される較正処理によって装置可動部の熱伸縮による誤差を較正することができ、電子部品搭載における位置決め精度の誤差を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の斜視図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の正面図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の側面図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の部分斜視図、図５は本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の処理機能を示す機能ブロック図、図６（ａ）は本発明の一実施の形態の較正用治具の構成説明図、図６（ｂ）は本発明の一実施の形態の較正用治具の光路長の説明図、図７、図８は本発明の一実施の形態の電子部品搭載方法における搭載動作の説明図、図９，図１０は本発明の一実施の形態の電子部品搭載方法における位置決め誤差の較正処理のための認識動作の説明図である。
【００１５】
まず図１、図２を参照して電子部品搭載装置の構成を説明する。図１においてベース部１の上面には供給部２が配設されている。供給部２は、直動テーブルを組み合わせた構造のチップ保持部移動テーブル３の上面に、チップ保持部４を装着して構成されている。チップ保持部４には、電子部品であるチップ６が多数貼着されたウェハシート５が保持されている。
【００１６】
チップ６は外部接続用のバンプが形成されたバンプ付きチップであり、バンプ形成面を上向きにした姿勢で、下面側をウェハシート５に貼着されている。チップ保持部移動テーブル３を駆動することにより、チップ保持部４はウェハシート５に貼着されたチップ６とともに水平面内で移動する。
【００１７】
ベース部１上の供給部２に隣接した位置には、基台７が配置されており、基台７のトッププレート７ａ上には、基板保持部移動テーブル８が配設されている。基板保持部移動テーブル８は直動テーブルを組み合わせた構成となっており、上面にはチップ６が搭載される基板１０を保持する基板保持部９が装着されている。基板保持部移動テーブル８を駆動することにより、基板保持部９は保持した基板１０とともに水平面内で移動する。
【００１８】
供給部２の上方には、トッププレート７ａに保持されたチップ取出し移送機構１５が、チップ保持部４の上方に張り出した形で配設されている。チップ取出し移送機構１５は、複数（ここでは３つ）の取出し移送ヘッド１６を、水平な回動軸廻りに放射状に配列して回動自在にしたロータリ式のチップ取り出しユニットである。供給部２は、所定の供給位置にてこれらの取出し移送ヘッド１６にバンプ形成面を上向きにした姿勢のチップ６を供給する。
【００１９】
すなわちチップ取出し移送機構１５は、下向き姿勢の取出し移送ヘッド１６によって供給部２の供給位置から取出したチップ６を、以下に説明する搭載ヘッド１４による受け取り位置まで移送するとともに、この移送過程において、取出し移送ヘッド１６が回動軸廻りに回動することにより、チップ６の姿勢を表裏反転してバンプ形成面を下向きにする。
【００２０】
供給部２の背後側および基台７上には、側フレーム１１ａ、１１ｂがそれぞれ立設されており、側フレーム１１ａ、１１ｂの上部は天板１１ｃによって連結されている。側フレーム１１ａおよび側フレーム１１ｂの間には、搭載ヘッド１４を備えた搭載機構１２が設けられており、搭載ヘッド１４は、側フレーム１１ａ、１１ｂの間に架設された搭載ヘッド移動テーブル１３によって水平移動し、搭載ヘッド回転機構１４ａによって垂直軸廻りのθ方向に回転する。
【００２１】
供給部２から取出し移送ヘッド１６によって取出され、前述の受け取り位置まで移送されるとともに表裏反転されたチップ６は、バンプ形成面を下向きにしたフェイスダウン姿勢で搭載ヘッド１４によって受け取られる。そして、チップ６を受け取った搭載ヘッド１４が基板保持部９に保持された基板１０上に移動し、そこで搭載ヘッド１４が搭載動作を行うことにより、チップ６は基板１０にフェイスダウン姿勢で搭載される。
【００２２】
側フレーム１１ａには部品撮像部１７がチップ取出し移送機構１５の側面まで延出して設けられており、後述するように、供給部２から取出し移送ヘッド１６によってチップ６を取出す際には、また取出されたチップ６が搭載ヘッド１４によって受け取られた後には、部品撮像部１７によってそれぞれチップ６を撮像し、位置を認識する。
【００２３】
次に、図２，図３、図４を参照して各部の詳細構造を説明する。まずチップ取出し移送機構１５の構造を説明する。図３に示すように、トッププレート７ａの上面には、ブラケット１９を介して取出し移送ヘッドベース２０が回転軸２０ａ廻りに回転自在に保持されている。取出し移送ヘッドベース２０は、取出し移送ヘッドベース回転機構（図示省略）によって、所定の割り出し位置での停止や回転停止位置の微調整を含む任意の動作パターンで回転可能となっている。
【００２４】
取出し移送ヘッドベース２０には、３つの取出し移送ヘッド１６が回転軸２０ａを中心にして放射状に３等配位置に配置されている。取出し移送ヘッド１６は、取出し移送ヘッド昇降・回転機構１６ａによって、それぞれのヘッド軸方向（取出し移送ヘッドベース２０の法線方向）に進退するとともに、ヘッド軸廻りに回転できるようになっている。それぞれの取出し移送ヘッド１６は、先端部に吸着ノズルを備えており、この吸着ノズルによってチップ６を吸着して保持する。
【００２５】
図２，図３に示すように、取出し移送ヘッド１６が垂直下向き方向に位置した状態では、取出し移送ヘッド１６は供給部２に設定された所定の供給位置［Ａ］に位置し、この状態で取出し移送ヘッド昇降・回転機構１６ａによって取出し移送ヘッド１６を下降させるとともに、吸着ノズルから真空吸引することにより、取出し移送ヘッド１６はウェハシート５上のチップ６のバンプ形成面を真空吸着により保持する。そしてこの状態で取出し移送ヘッド１６を上昇させることにより、チップ６は供給部２から取出される。
【００２６】
このようにしてチップ６を保持した取出し移送ヘッド１６を、反時計回りに６０度回動させることにより、取出し移送ヘッド１６はチップ有無検出位置［Ｂ］に移動する。チップ有無検出位置［Ｂ］の外側にはチップ有無検出センサ２６が配設されており、チップ有無検出センサ２６は取出し移送ヘッド１６の吸着ノズルにおけるチップ６の有無を検出する。
【００２７】
チップ有無検出位置［Ｂ］からさらに６０度反時計廻りに回動した位置は、プリセンタ認識位置［Ｃ］となっている。プリセンタ認識位置［Ｃ］の外側にはプリセンタ認識カメラ２３が配設されており（図４も参照）、プリセンタ認識カメラ２３は取出し移送ヘッド１６に保持されたチップ６を撮像する。すなわちプリセンタ認識カメラ２３は、取出し移送動作の途中において取出し移送ヘッド１６に保持されたチップ６を撮像する取出しヘッド撮像手段となっている。そしてこの撮像結果を認識処理することにより、取出し移送ヘッド１６に保持された状態のチップ６の位置が認識される。
【００２８】
プリセンタ認識位置［Ｃ］からさらに反時計廻りに６０度回動した位置、すなわち垂直上方向の位置は、搭載ヘッド１４が取出し移送ヘッド１６からチップ６を受取る受取り位置［Ｄ］となっており、チップ６を保持した取出し移送ヘッド１６が上向きに位置した状態で、取出し移送ヘッド１６を昇降させることにより、搭載ヘッド１４は取出し移送ヘッド１６に保持されたチップ６をフェイスダウン姿勢で受け取る。なお、搭載ヘッド１４を昇降させることによってチップ６を受け取ってもよい。
【００２９】
この搭載ヘッド１４によるチップ受取り動作においては、プリセンタ認識位置［Ｃ］におけるチップ６の位置認識結果に基づいて、チップ取出し移送機構１５、搭載ヘッド駆動機構（搭載ヘッド移動テーブル１３、搭載ヘッド回転機構１４ａおよび搭載ヘッド昇降機構）を制御することにより、チップ６と搭載ヘッド１４との相対的な位置決めが行われる。すなわち、Ｘ方向については取出し移送ヘッドベース２０の回転停止位置の微調整によって、Ｙ方向については搭載ヘッド移動テーブル１３による搭載ヘッド１４の移動によって、またθ方向については、搭載ヘッド回転機構１４ａによって、それぞれの方向についての位置合わせが行われる。
【００３０】
次に部品撮像部１７について説明する。図４に示すように、部品撮像部１７には供給部認識カメラ２１、搭載ヘッド認識カメラ２２が撮像光軸を水平にした姿勢で配置されており、供給部認識カメラ２１、搭載ヘッド認識カメラ２２は、固定焦点カメラであり、それぞれ取出し移送ヘッドベース２０の側面まで水平方向に延出した供給部撮像光学系２１ａ、搭載ヘッド撮像光学系２２ａを備えている。供給部撮像光学系２１ａ、搭載ヘッド撮像光学系２２ａはともに撮像口からの撮像光軸を直角に屈折させる機能を有したＬ型の撮像光学系である。
【００３１】
供給部撮像光学系２１ａの撮像口（供給部撮像口２１ｂ）は供給位置［Ａ］の垂直上方に位置しており、供給位置［Ａ］からの撮像光を供給部認識カメラ２１に入射させる。これにより供給部認識カメラ２１は、供給部２のウェハシート５において供給位置［Ａ］に位置したチップ６を上方から撮像する。供給部認識カメラ２１および供給部撮像光学系２１ａは、供給部２のチップ６を撮像する供給部撮像手段を構成する。そしてこの供給部撮像手段による供給位置のチップ６の撮像は、３つの取出し移送ヘッド１６がいずれもが供給位置［Ａ］から外れた位置を回動している状態、すなわち供給部撮像手段による撮像を妨げない位置に移動した状態で行われる。
【００３２】
また搭載ヘッド撮像光学系２２ａの撮像口（搭載ヘッド撮像口２２ｂ）は、撮像方向を上向きにして受取り位置［Ｄ］の垂直下方に位置しており、受取り位置［Ｄ］からの撮像光を搭載ヘッド認識カメラ２２に入射させる。これにより搭載ヘッド認識カメラ２２は、受取り位置［Ｄ］において搭載ヘッド１４に保持された状態のチップ６を撮像する。搭載ヘッド認識カメラ２２および搭載ヘッド撮像光学系２２ａは、搭載ヘッド撮像手段を構成する。そしてこの搭載ヘッド撮像手段によるチップ６の撮像は、３つの取出し移送ヘッド１６がいずれもが受取り位置［Ｄ］から外れた位置を回動している状態、すなわち搭載ヘッド撮像手段による撮像を妨げない位置に移動した状態で行われる。
【００３３】
そして上記構成において、供給部撮像光学系２１ａ、搭載ヘッド撮像光学系２２ａは、供給位置［Ａ］と受取り位置［Ｄ］が同一垂直線上に位置していることから、上下に重なった位置にある。すなわち、供給部撮像手段および搭載ヘッド撮像手段は、それぞれの撮像口が上下方向に重なるように配置されている。これにより、チップ６を２つの異なる位置において認識するための２つの認識手段を上下に重ねて配置することを可能としており、２つの認識手段を並列配置していた従来装置と比較して、装置のコンパクト化が実現される。
【００３４】
次に搭載ヘッド１４について説明する。図４に示すように、搭載ヘッド１４は移動ベース１３ａに装着されており、移動ベース１３ａは搭載ヘッド移動テーブル１３によってＹ方向に水平移動する。搭載ヘッド移動テーブル１３は、図７に示すように、モータ１３ｂ、送りねじ１３ｃおよび移動ベース１３ａに結合されたナット部材（図示省略）より成る直動機構を備えている。
【００３５】
移動ベース１３ａには、搭載ヘッド１４とともに較正用治具２７が一体移動可能に配置されており、搭載ヘッド移動テーブル１３を駆動することにより、較正用治具２７は基板認識手段および搭載ヘッド認識手段のそれぞれの認識位置へ移動する。すなわち、搭載ヘッド移動テーブル１３は、較正用治具２７を基板認識手段および搭載ヘッド認識手段のそれぞれの認識位置へ相対的に移動させる治具移動手段となっている。較正用治具２７の構造および機能については後述する。
【００３６】
搭載ヘッド１４は搭載ヘッド回転機構１４ａによってヘッド軸廻りの回転が可能となっており、内蔵された搭載ヘッド昇降機構によって昇降可能となっている。受取り位置［Ｄ］において取出し移送ヘッド１６からチップ６を受け取った搭載ヘッド１４は、搭載ヘッド移動テーブル１３によって基板保持部９に保持された基板１０上に移動し、ここで保持したチップ６を基板１０に搭載する。
【００３７】
基板保持部９の上方には、固定焦点カメラである基板認識カメラ２４が固定位置に配設されている。基板認識カメラ２４は固定焦点位置カメラであり、水平方向に延出した撮像方向が下向きの基板撮像光学系２４ａを備えている。基板保持部移動テーブル８によって基板１０を基板認識カメラ２４による撮像位置まで移動させることにより、基板撮像光学系２４ａは基板１０の上方に位置するようになっている。この状態で基板認識カメラ２４によって基板１０を撮像することにより、基板１０におけるチップ６の搭載点［Ｅ］が撮像され、この撮像結果を認識処理することにより、搭載点［Ｅ］の位置が認識される。
【００３８】
搭載ヘッド１４によるチップ６の基板１０への搭載動作においては、このようにして求められた基板１０の搭載点［Ｅ］の位置認識結果と、搭載ヘッド認識カメラ２２によってチップ６を撮像することにより求められたチップ６の位置認識結果に基づいて、チップ６が基板１０に対して相対的に位置決めされる。この位置決めは、ＸＹ方向については、基板保持部移動テーブル８によって基板１０を移動させて、搭載点［Ｅ］を搭載ヘッド１４による搭載位置の直下まで移動させることにより、またθ方向については、搭載ヘッド回転機構１４ａによって搭載ヘッド１４をθ回転させることにより行われる。
【００３９】
次に図５を参照して、電子部品搭載装置の制御系の処理機能について説明する。供給部認識カメラ２１、プリセンタ認識カメラ２３、搭載ヘッド認識カメラ２２、基板認識カメラ２４は、それぞれ第１の部品認識部３１、第２の部品認識部３２、第３の部品認識部３３および基板認識部３４に接続されている。第１の部品認識部３１、第２の部品認識部３２、第３の部品認識部３３および基板認識部３４は、それぞれ供給部認識カメラ２１、プリセンタ認識カメラ２３、搭載ヘッド認識カメラ２２、基板認識カメラ２４によって得られた撮像データを画像処理することにより、撮像対象の位置を認識する。
【００４０】
前述の基板撮像手段および基板認識部３４は、撮像方向が下向きの固定焦点カメラを有し基板を上方から認識する基板認識手段を構成し、また前述の搭載ヘッド撮像手段および第３の部品認識部３３は、撮像方向が上向きの固定焦点カメラを有し搭載ヘッド１４によって基板認識高さよりも高い部品認識高さで保持されたチップ６を下方から認識する搭載ヘッド認識手段を構成する。
【００４１】
基板認識手段および搭載ヘッド認識手段の認識対象には較正用治具２７に設けられた較正マークが含まれており、第３の部品認識部３３、基板認識部３４は、搭載ヘッド認識カメラ２２、基板認識カメラ２４によって撮像した較正用治具２７の位置認識を行う。これらの位置認識情報は、較正マーク認識結果記憶部３７に送られ記憶される。
【００４２】
第１の部品認識部３１、第２の部品認識部３２、第３の部品認識部３３および基板認識部３４によって得られた認識結果は、制御部３０に送られる。制御部３０にはこれらの認識結果を受けて各駆動機構に必要な位置決め指令を出力するための制御プログラムが備えられており、これらの制御プログラムを実行することにより、以下に説明する位置決め制御が行われる。
【００４３】
以下認識対象項目毎に個別に説明する。第１の部品認識部３１によるウェハシート５上のチップ６の認識結果は、第１の位置決め制御手段３５に送られる。第１の位置決め制御手段３５は、供給位置［Ａ］にあるチップ６の認識結果に基づいてチップ６を取出し移送ヘッド１６に対して相対的に位置決めする際の移動量（Ｘ１）、（Ｙ１）、（θ１）を算出する。
【００４４】
これらの移動量のうち、（Ｘ１）、（Ｙ１）は駆動回路４１に出力される。そして駆動回路４１がこの移動量（Ｘ１）、（Ｙ１）と制御部３０からの制御指令に基づいてチップ保持部移動テーブル３を駆動することにより、ＸＹ方向の位置合わせが行われる。また移動量（θ１）は駆動回路４２に出力される。そして駆動回路４２が、移動量（θ１）と制御部３０からの制御指令に基づいて、取出し移送ヘッド昇降・回転機構１６ａを駆動することにより、必要に応じてθ方向の位置合わせが行われる。すなわち、第１の位置決め制御手段３５およびチップ保持部移動テーブル３は、供給部撮像手段の撮像結果を認識処理して求められたチップ６の位置認識結果に基づいて、取り出し移送ヘッド１６に対してチップ６を相対的に位置決めする取り出し位置決め手段を構成する。
【００４５】
第２の部品認識部３２による認識結果は、第２の位置決め制御手段３６に送られる。第２の位置決め制御手段３６は、プリセンタ認識位置［Ｃ］における取出し移送ヘッド１６に保持されたチップ６の位置ずれ量を示すデータに基づき、受け取り位置［Ｄ］において取出し移送ヘッド１６に保持された状態にあるチップ６を搭載ヘッド１４に相対的に位置決めする際の移動量（Ｘ２）、（Ｙ２）、（θ２）を示すデータを出力する。
【００４６】
これらのデータのうち、移動量（Ｘ２）は駆動回路４３に送られ、移動量（Ｙ２）は駆動回路４５に出力され、さらに移動量（θ２）は駆動回路４６に出力される。駆動回路４３が移動量（Ｘ２）と制御部３０からの制御指令に基づいて取出し移送ヘッドベース回転機構１８を駆動することにより、取出し移送ヘッドベース２０の回転停止位置が位置ずれ量に応じて微調整され、これによりＸ方向の位置合わせが行われる。そして駆動回路４５，４６がそれぞれ移動量（Ｙ２）、（θ２）に基づいて搭載ヘッド移動テーブル１３、搭載ヘッド回転機構１４ａを駆動することにより、Ｙ方向、θ方向の位置合わせが行われる。
【００４７】
したがって、第２の位置決め制御手段３６、取出し移送ヘッドベース回転機構１８、搭載ヘッド移動テーブル１３および搭載ヘッド回転機構１４ａは、取り出しヘッド撮像手段の撮像結果を認識処理して求められたチップ６の位置認識結果に基づいて搭載ヘッド駆動機構およびまたは取り出し移送手段を制御することにより、受取り位置［Ｄ］にて搭載ヘッド１４を取り出しヘッド１６に保持されたチップ６に対して相対的に位置合わせするプリセンタ位置決め手段を構成する。
【００４８】
次に、第３の部品認識部３３の認識結果のうち、搭載ヘッド１４に保持されたチップ６の位置認識情報は第３の位置決め制御手段３８に送られ、また較正マークの位置認識情報も較正マーク認識結果記憶部３７から第３の位置決め制御手段３８に送られる。第３の位置決め制御手段３８には、基板認識部３４からも基板１０の搭載点［Ｅ］の認識結果が送られ、また較正マークの位置認識情報も較正マーク認識結果記憶部３７から第３の位置決め制御手段３８に送られる。
【００４９】
第３の位置決め制御手段３８では、搭載ヘッド１４に対するチップ６の位置ずれと、基板１０の搭載点［Ｅ］の位置ずれを加え合わせ、さらに較正マーク認識結果記憶部３７に記憶された較正マークの位置情報に基づいた較正結果を加味して、搭載ヘッド１４がチップ６を基板１０に搭載する際の移動量（Ｘ３）、（Ｙ３）、（θ３）のデータを出力する。
【００５０】
Ｘ方向、Ｙ方向の移動量（Ｘ３）、（Ｙ３）は駆動回路４４に送られ、この移動量（Ｘ３）、（Ｙ３）のデータと制御部３０からの制御指令に基づいて基板保持部移動テーブル８が駆動される。またθ方向の移動量（θ３）は駆動回路４６に出力され、この移動量（θ３）のデータと制御部３０からの制御指令に基づいて搭載ヘッド回転機構１４ａが駆動される。また制御部３０からの制御指令は駆動回路４７に出力され、この駆動指令に従って搭載ヘッド昇降機構２５を駆動することにより、搭載ヘッド１４は基板保持部９上の基板１０に対して昇降する。
【００５１】
したがって第３の位置決め制御手段３８、基板保持部移動テーブル８および搭載ヘッド回転機構１４ａは、基板認識手段による基板認識結果と搭載ヘッド認識手段による部品認識結果とに基づいて、搭載ヘッド１４に保持されたチップ６を基板保持部９に保持された基板１０に対して相対的に位置決めする搭載位置決め手段を構成する。
【００５２】
次に搭載位置決め手段による位置決め動作の誤差の較正処理およびこの較正処理に使用される較正用治具２７について説明する。この位置決め動作の誤差は、主に装置稼動状態における搭載ヘッド移動テーブル１３の送りねじ１３ｃの熱伸縮に起因して発生し、稼働時における機器各部の発熱状態によって経時変動する。以下に説明する較正用治具２７を用いた較正処理においては、共通の較正マークを基板認識手段と搭載ヘッド認識手段とによって認識させることにより当該時点における上述の熱伸縮を定量的に検出し、検出された熱伸縮量を第３の位置決め制御手段３８に対して出力する。そして第３の位置決め制御手段３８は、この熱伸縮量に応じた補正値を（Ｙ３）、場合によっては（Ｘ３）に加味して、駆動回路４４に対して出力する。
【００５３】
次に図６を参照して、較正治具２７の構造および機能について説明する。図６（ａ）に示すように、較正用治具２７は、透明体であるガラス材料で製作された２つの２等辺３角柱形状のプリズム２７ａ、２７ｃ（等辺寸法ａ）および方形ブロック２７ｂ（幅寸法ｂ×高さ寸法ａ）を平行四辺形ブロック形状に組み合わせた構成となっている。３角プリズム２７ａ、２７ｃの斜辺部表面には鏡面膜が形成されており、これらの鏡面膜はプリズム内部側で光を全反射する反射部２８ａ、２８ｂとなっている。なお較正用治具２７は、必ずしもプリズムとブロックの組み合わせの構成である必要はなく、１つの透明体を加工して一体的に製作されたものであってもよい。
【００５４】
一方側の３角プリズム２７ｃの下辺外面には、光を透過しない膜状材で形成された標的膜２９が貼着されている。標的膜２９の中央部には、膜状材にクロス形状のスリットを加工することにより、光を透過可能な較正マーク２９ａが形成されている。ここで、較正マーク２９ａは、予め設定された既知の形状・サイズに加工されている。
【００５５】
プリズム２７ａの上辺の中点は、上方から較正マーク２９ａを撮像する際の撮像点Ｐとなっている。すなわち、較正マーク２９ａから較正用治具２７内を進む光は、プリズム２７ａ内を直上に進み、反射部２８ｂによって水平方向に全反射される。そしてこの光はブロック２７ｂを水平に透過し、さらにプリズム２７ａで反射部２８ａによって直上方向へ全反射されることにより、撮像点Ｐに到達する。較正マーク２９ａから撮像点Ｐまでの距離、すなわち光路長Ｌは、Ｌ＝２ａ＋ｂで表される。
【００５６】
ここで、反射部２８ａ、２８ｂを所定の角度（ここでは搭載ヘッド認識カメラ２２または基板認識カメラ２４の撮像光軸に対して４５度）に設定して固定する必要があるが、透明体（ここではガラス）を所定の精度で加工してその両端に反射部２８ａ、２８ｂを貼付け等して設けるようにすると、反射部２８ａ、２８ｂの角度の設定および固定が容易になるので望ましい。なお較正用治具２７を透明体で形成すると、光学的な光路長は実際の光路長を透明体の屈折率ｎで除したＬ／ｎとなる。
【００５７】
なお、較正用治具２７の高さ位置を決定する際には、図６（ｂ）に示すように、較正用治具２７の下面の較正マーク２９ａの高さ位置を、搭載ヘッド認識カメラ２２による撮像焦点高さ（部品認識高さＨ１）と同一高さに設定する。そして部品認識高さＨ１と基板認識カメラ２４による撮像焦点高さ（基板認識高さＨ２）との差ΔＨに基づいて、較正用治具２７のサイズが決定される。
【００５８】
すなわち較正用治具２７のａ、ｂ寸法を適宜設定することにより光学的光路長をΔＨに応じて決定し、較正マーク２９ａから較正用治具２７の内部を経て基板認識カメラ２４に至る撮像光路長が、基板認識カメラ２４から基板認識高さＨ１までの撮像光路長に等しくなるようにする。
【００５９】
較正マーク２９ａを上方から撮像する際には、図６（ｂ）に示すように、基板認識カメラ２４の垂直な撮像光軸を、較正用治具２７の撮像点Ｐに合わせる。これにより、較正マーク２９ａからプリズム２７ａ、２７ｃ、ブロック２７ｂを透過して撮像点Ｐに到達し、更に基板認識カメラ２４に至る撮像光路が形成される。したがって、プリズム２７ａ、２７ｃ、ブロック２７ｂは、較正マーク２９ａからそれぞれ基板認識手段およびまたは搭載ヘッド認識手段まで至る撮像光路の一部を構成する光路部となっている。そしてこの光路部は、反射部２８ａ、２８ｂの反射面の間に透明体であるガラスを介在させた構成となっている。
【００６０】
また較正マーク２９ａを下方から撮像する際には、搭載ヘッド認識カメラ２２の撮像光軸を直接較正マーク２９ａに合わせる。これにより、同一の較正マーク２９ａを較正用治具２７の高さ方向位置を変えることなく、撮像高さ位置が異なる搭載ヘッド認識カメラ２２および基板認識カメラ２４によって撮像することが可能となる。すなわち、上述の較正用治具２７を用いることにより、それぞれの認識手段の撮像光路長に差がある場合にあっても、較正マーク２９ａから基板認識カメラ２４に至る撮像光路長を、固定焦点カメラである基板認識カメラ２４の固有の撮像光路長に設定することができる。
【００６１】
すなわち、較正用治具２７において、プリズム２７ａ、２７ｃ、ブロック２７ｂより成る光路部およびこの光路部に前述の撮像焦点高さの差ΔＨに基づいて決定される所定の水平方向の光学的距離を隔てて配設された複数の反射部２８ａ、２８ｂの反射面は、撮像焦点高さが異なる基板認識手段および搭載ヘッド認識手段のいずれによっても較正用治具２７の高さ方向位置を変えることなく、共通の較正マーク２９ａを認識可能にする撮像光路長設定手段となっている。
【００６２】
この電子部品搭載装置は上記のように構成されており、以下、図７〜図１０を参照して、供給部２から取出し移送ヘッド１６によってチップ６を取出し、このチップ６を受け取った搭載ヘッド１４によって、基板保持部９の上面に基板認識高さで保持された基板１０に搭載する電子部品搭載方法を示している。
【００６３】
まず、図７に示すように、基板保持部９の上面に基板認識高さで保持された基板１０を、上方から基板認識カメラ２４によって撮像して搭載点［Ｅ］の位置を認識する（基板認識工程）。これと並行して、搭載ヘッド１４によって基板認識高さよりも高い部品認識高さで保持されたチップ６を下方から搭載ヘッド認識カメラ２２によって撮像して位置を認識する（部品認識工程）。この部品認識工程での搭載ヘッド認識カメラ２２による撮像は、取出し移送ヘッド１６を回動させて、受取り位置「Ｄ」から搭載ヘッド認識カメラ２２による撮像を妨げない位置に移動させた状態で行われる。
【００６４】
次いで、図８に示すように、搭載ヘッド移動テーブル１３を駆動して搭載ヘッド１４を基板保持部９の上方に移動させる。そして基板認識カメラ２４による基板認識結果と、搭載ヘッド認識カメラ２２による部品認識結果とに基づいて、搭載位置決め手段によってチップ６を基板１０に対して相対的に位置決めする位置決め動作を行わせて、チップ６を基板１０の搭載点［Ｅ］に搭載する（位置決め搭載工程）。
【００６５】
上述のチップ取り出し、基板認識、部品認識および位置決め搭載を反復実行する過程において、搭載ヘッド移動テーブル１３の送りねじ１３ｃは可動機構部の発熱によって熱膨張する。このため、モータ１３ｂを指令パルス数だけ回転させても、搭載ヘッド１４が基板保持部９上に到達する位置は熱膨張の度合いによって変動し、位置決め動作の誤差を生じる。
【００６６】
この誤差を位置決め動作において補正するため、以下に説明する較正処理が所定インターバルで実行される。この較正処理は、較正用治具２７に設けられた共通の較正マーク２９ａを基板認識手段および搭載ヘッド認識手段によって認識することにより、前記位置決め動作の誤差を較正する（較正工程）ものであり、この較正工程においては、図９，図１０に示す認識動作が行われる。
【００６７】
図９は、搭載ヘッド認識手段による認識動作を示している。ここでは移動テーブル１３ａをチップ取出し移送機構１５の上方に移動させて較正用治具２７の下面の較正マーク２９ａを搭載ヘッド撮像光学系２２ａの上方に位置させ、搭載ヘッド認識カメラ２２によって較正マーク２９ａを撮像する。また図１０は、基板認識手段による認識動作を示している。ここでは移動テーブル１３ａを基板保持部９の上方に移動させて較正用治具２７の撮像点Ｐを基板撮像光学系２４ａの下方に位置させ、基板認識カメラ２４によって較正マーク２９ａを撮像する。
【００６８】
すなわち、この認識動作においては、それぞれ基板認識高さＨ１および部品認識高さＨ２に固定焦点カメラの焦点が合わされ、撮像焦点高さが相異なる基板認識手段および搭載ヘッド認識手段のいずれによっても、較正マーク２９ａを認識可能にする撮像光路長設定手段を有する較正用治具２７を、基板認識手段および搭載ヘッド認識手段のそれぞれの認識位置へ相対的に移動させるようにしている。この例では、搭載ヘッド移動テーブル１３が、較正用治具２７を基板認識手段および搭載ヘッド認識手段のそれぞれの認識位置へ相対的に移動させるマーク移動手段として機能している。
【００６９】
そして搭載ヘッド認識カメラ２２および基板認識カメラ２４の撮像結果は、それぞれ第３の部品認識部３３、基板認識部３４によってによって認識処理され、認識結果は較正マーク認識結果記憶部３７に記憶される。そして第３の位置決め制御手段３８はこれらの認識結果に基づき、搭載ヘッド移動テーブル１３の送りねじの熱伸縮量を検出し、搭載位置決め制御に際してはこれらの熱伸縮量分を補正した上で搭載ヘッド１４に保持されたチップ６を基板保持部９に保持された基板１０に対して相対的に位置決めする。
【００７０】
なお、前述のように較正マーク２９ａは、光を透過しない標的膜２９にスリットを加工した構成となっていることから、較正マーク画像取得の上で次のような効果を得る。すなわち、基板認識カメラ２４には焦点距離が比較的大きい固定焦点カメラが用いられているため焦点深度が大きい場合が多い。このため図１０に示す撮像動作時には、較正マーク２９ａのみならず、下方に位置する基板１０にも焦点が合った状態となり、取得対象の較正マーク２９ａの画像の背景に不要なノイズが含まれてしまう場合がある。このような場合においても、前述のような構成の較正マーク２９ａを用いることにより、暗色の背景画像中に較正マーク２９ａの部分が明色で現れる形態の、ノイズを含まない明瞭な画像が取得される。なお、基板と較正マークの双方に焦点が合ってしまうという問題がない場合には、較正マークを、光を透過するガラス板等に光を透過しないマークを付した構成としてもよい。
【００７１】
上記説明したように、本実施の形態の電子部品搭載装置においては、搭載ヘッド移動テーブル１３のボールねじ１３ｃの熱伸縮による位置決め精度の変動を防止するために、搭載ヘッド認識カメラ２２および基板認識カメラ２４によって共通の較正マーク２９ａを認識する較正処理を実行することによりボールねじ１３ｃの熱伸縮を検出して、搭載位置決め動作時に必要な補正を行うようにしている。
【００７２】
これにより、搭載ヘッドの移動において正確な移動量を検出しながら移動動作を行わせることにより位置決め精度を確保する方法において用いられる高精度のリニアスケールを配設する必要がなく、設備費用の上昇を招くことなく位置決め精度の誤差発生を防止することができる。
【００７３】
なお本実施の形態に示す較正用治具２７は、搭載ヘッド認識カメラ２２，基板認識カメラ２４のように撮像方向が反対で撮像焦点高さが相異なる２つの認識手段によって共通の較正マークを認識する用途であり、較正用治具２７を２つの認識手段による認識位置に相対的に移動させる治具移動手段を備えたものであれば、本実施の形態に示す電子部品搭載装置以外の構成の電子部品搭載装置にも適用可能である。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、撮像方向および撮像焦点高さが相異なる基板認識手段および搭載ヘッド認識手段のいずれによっても較正マークを認識可能とするための光路長設定手段を有する較正用治具を用いることにより、装置稼動時において適宜実行される較正処理によって装置可動部の熱伸縮による誤差を較正することができ、電子部品搭載における位置決め精度の誤差を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の正面図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の側面図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の部分斜視図
【図５】本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の処理機能を示す機能ブロック図
【図６】（ａ）本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の較正用治具の構成説明図
（ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品搭載装置の較正用治具の光路長の説明図
【図７】本発明の一実施の形態の電子部品搭載方法における搭載動作の説明図
【図８】本発明の一実施の形態の電子部品搭載方法における搭載動作の説明図
【図９】本発明の一実施の形態の電子部品搭載方法における位置決め誤差の較正処理のための認識動作の説明図
【図１０】本発明の一実施の形態の電子部品搭載方法における位置決め誤差の較正処理のための認識動作の説明図
【符号の説明】
２  供給部
６  チップ
９  基板保持部
１０  基板
１４  搭載ヘッド
１７  部品撮像部
２１  供給部認識カメラ
２２  搭載ヘッド認識カメラ
２３  プリセンタ認識カメラ
２４  基板認識カメラ
２７  較正用治具
２９ａ  較正マーク
【図１】
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【図２】
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【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】
2005032988.tif 000009
【図８】
2005032988.tif 000010
【図９】
2005032988.tif 000011
【図１０】
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