(57)【要約】【課題】発光素子の光軸を基準として、対象物に対して高精度に位置決めし、実装できる発光素子の装着方法を提供する。【解決手段】光軸が対向しかつ相互に固定の位置関係に配置された第１カメラと第２カメラとの間に吸着ヘッドを挿入し、第１カメラで吸着ヘッドのヘッド基準マークを撮像し、第２カメラで吸着ヘッドに吸着された発光素子の端面を撮像し、第３カメラで発光素子が発する光の光軸を撮像する。次に第１カメラと第２カメラとの間にステージを挿入し、第１カメラでステージ上に保持された基板を撮像し、第２カメラでステージのステージ基準マークを撮像する。両カメラからの画像情報を用いて発光素子と吸着ヘッドの相対位置、基板とステージの相対位置を算出し、吸着ヘッドとステージとを装着位置へ移動させ、ヘッド基準マークとステージ基準マークとを第１，第２のカメラで認識し、上記相対位置情報から吸着ヘッドとステージとを位置補正し装着する。
2005029658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着ヘッドの下端部に横方向への光軸を有する発光素子である第１部品を吸着し、この第１部品をステージ上に保持された第２部品に位置合わせして装着する方法において、
上記吸着ヘッドより上方に配置された第１光学系と、上記ステージより下方であって、第１光学系と光軸が略対向するように配置された第２光学系と、第１光学系と光軸の方向が略直交するように配置された第３光学系とを準備する工程と、
第１光学系と第２光学系との間に吸着ヘッドを挿入し、第１光学系で吸着ヘッドに付与され上方から認識できるヘッド基準マークを撮像するとともに、第２光学系で吸着ヘッドに吸着された第１部品を撮像し、かつ第１部品を発光させその光軸を第３光学系で認識する工程と、
第１光学系と第２光学系との間にステージを挿入し、第１光学系でステージ上に保持された第２部品を撮像するとともに、第２光学系でステージに付与され下方から認識できるステージ基準マークを撮像する工程と、
上記第１光学系，第２光学系および第３光学系からの画像情報を用いて第１部品と吸着ヘッドの相対位置、第２部品とステージの相対位置を算出する工程と、
上記吸着ヘッドとステージとを装着位置へ移動させた状態で、上記ヘッド基準マークとステージ基準マークとを上記第１，第２の光学系で認識し、これらの位置情報と上記相対位置情報とを用いて、第１部品と第２部品の位置が所定の関係となるように吸着ヘッドおよびステージの少なくとも一方を位置補正する工程と、
上記位置補正後、第１部品と第２部品とを装着する工程と、を備えたことを特徴とする発光素子の装着方法。
【請求項２】
上記第１光学系と第２光学系とを準備する工程は、第１光学系と第２光学系との間に上下両方から認識できる単一のキャリブレーションマークを挿入し、このキャリブレーションマークを第１光学系と第２光学系とで撮像することで、第１光学系と第２光学系の光軸ずれ量を測定する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子の装着方法。
【請求項３】
上記第１光学系と第３光学系とを準備する工程は、第１光学系と第３光学系との間に上方向と横方向からの相対位置関係が既知のキャリブレーションマークを挿入し、このキャリブレーションマークを第１光学系と第３光学系とで撮像することで、第１光学系と第３光学系の光軸ずれ量を測定する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子の装着方法。
【請求項４】
上記キャリブレーションマークは、上記吸着ヘッドまたはステージに設けられたマークであることを特徴とする請求項２または３に記載の発光素子の装着方法。
【請求項５】
上記第１部品を発光させその光軸を第３光学系で認識する工程において、
上記第１部品の発光状態を計測し、その発光状態が規格値から外れる場合には、後続の工程へ進まずに第１部品を不良品として排出することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の発光素子の装着方法。
【請求項６】
上記第１光学系、第２光学系および第３光学系は、上記ヘッド基準マークと第１部品とを撮像する工程、上記第２部品とステージ基準マークとを撮像する工程、上記吸着ヘッドおよびステージの少なくとも一方を位置補正する工程、および第１部品と第２部品とを装着する工程の間中、固定の位置関係に保持されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の発光素子の装着方法。
【請求項７】
上記装着位置における吸着ヘッドとステージとの位置補正工程は、
上記ヘッド基準マークとステージ基準マークとを上記第１，第２光学系で認識し、上記相対位置情報を用いて第１部品と第２部品の位置が所定の関係となるように吸着ヘッドとステージとを仮止めする工程と、
上記吸着ヘッドおよびステージの一方もしくは双方を接合のために加熱しながら、ヘッド基準マークとステージ基準マークを第１，第２光学系で連続的に撮像し、上記仮止め工程の相対位置関係を維持すべく吸着ヘッドとステージとを相対位置補正する工程と、を含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の発光素子の装着方法。
【請求項８】
上記第１部品と第２部品とを装着する工程において、第３光学系を用いて第１部品と第２部品との上下方向の相対距離を測定し、その接合隙間を補正しながら装着することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の発光素子の装着方法。
【請求項９】
横方向への光軸を有する発光素子である第１部品と第２部品とを位置合わせして装着する発光素子の装着装置において、
下端部に第１部品を吸着し、上方から認識できるヘッド基準マークを有する吸着ヘッドと、
上端部に第２部品を保持し、下方から認識できるステージ基準マークを有するステージと、
上記吸着ヘッドおよびステージをＸ，Ｙ，Ｚおよびθ方向に相対移動させる駆動機構と、
上記吸着ヘッドの上方に配置され、ステージに保持された第２部品とヘッド基準マークとを撮像する第１光学系と、
上記ステージの下方であって、第１光学系の光軸と略対向するように配置され、吸着ヘッドに吸着された第１部品とステージ基準マークとを撮像する第２光学系と、
第１光学系と光軸の方向が略直交するように配置され、第１部品を発光させた時の光軸を撮像する第３光学系と、
上記第１〜第３の光学系からの画像情報を用いて、第１部品と吸着ヘッドの相対位置、第２部品とステージの相対位置を算出する演算装置と、
上記吸着ヘッドとステージとを装着位置へ移動させた状態で、上記ヘッド基準マークとステージ基準マークとを上記第１，第２の光学系で認識し、これらの位置情報と上述の相対位置情報とを用いて、第１部品と第２部品の位置が所定の関係となるように吸着ヘッドとステージとを位置補正する制御装置と、を備えたことを特徴とする発光素子の装着装置。
【請求項１０】
上記吸着ヘッドおよびステージの少なくとも一方は、
部品吸着穴と、上記部品吸着穴の背後に設けられ、部品吸着穴と連通する中空部と、上記中空部の部品吸着穴と対向する面を閉鎖し、部品吸着穴を背後から透視可能な透明体と、上記中空部に接続されたエアー吸引通路と、上記部品吸着穴の近傍に固定された加熱用ヒータとを備え、
上記透明体を介して部品吸着穴をヘッド基準マークまたはステージ基準マークとして認識可能としたことを特徴とする請求項９に記載の発光素子の装着装置。
【請求項１１】
上記吸着ヘッドまたはステージは、上記駆動機構に対しブラケットを介して取り付けられており、
上記ブラケットには上記透明体を介して部品吸着穴を撮像するための第１または第２の光学系を挿入自在な空洞部が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の発光素子の装着装置。
【請求項１２】
上記第３光学系で第１部品の光軸を認識する際、上記第１部品を発光させるための電源装置を備えることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載の発光素子の装着装置。
【請求項１３】
上記第３光学系は第１部品および第２部品、または吸着ヘッドおよびステージを側方から撮像し、
上記演算装置は、第３光学系からの画像情報を用いて、第１部品と第２部品との上下方向の相対距離を算出し、
上記制御装置は、上記相対距離情報に基づいて、第１部品と第２部品との接合隙間を補正することを特徴とする請求項９ないし１２のいずれかに記載の発光素子の装着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、レーザチップやＬＥＤのような発光素子を基板などに実装する際に使用される発光素子の装着方法および装着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】一般に、電子部品を基板などに高精度にボンディングするには、電子部品にアライメントマークを付与しておき、このアライメントマークと基板のマークとを位置合わせして、電子部品をボンディングするのが通例である。しかし、部品に予めアライメントマークを付与することは、コスト上昇を招くとともに、アライメントマークを付与する際の誤差の影響によって、基板への位置精度も影響を受けるという問題がある。【０００３】電子部品の中でも、レーザチップやＬＥＤのような発光素子の場合、発光させた時の光軸を基準にして基板に対して接合するのが望ましい。
図１８は端面発光型のレーザチップ１００を導波路基板１０１に接合した例を示す。導波路基板１０１には光を通す導波路１０２が水平方向に形成され、この導波路１０２とレーザチップ１００の光軸とが同軸となるように位置合わせされ、導電性接合材１０３によって接合される。導波路基板１０１のレーザチップ１００を接合した部位と導波路１０２を間にして反対側の部位には、光ファイバー１０４が導波路１０２と軸心を合わせて取り付けられている。このようにしてレーザチップ１００が発生した光は光ファイバー１０４を通して光通信回線へ伝送される。
上記のようなレーザチップ１００と導波路基板１０１とを接合する際、導波路１０２とレーザチップ１００の光軸とが同軸となるように正確に位置合わせしなければならない。そのためには、レーザチップ１００の光軸を導波路基板１０１の導波路１０２に対して、Ｘ軸，Ｙ軸（光軸方向），Ｚ軸およびθ軸方向に位置合わせする必要がある。特に、Ｘ軸方向およびＺ軸方向には、ミクロンオーダーの位置精度が必要となる。【０００４】特許文献１では、ポスト上に位置決め板を基準にして中間チップを載置し、この中間チップ上にレーザチップを載置し、レーザチップを発光させてその発光方向から回転方向の補正を行った上で、ポストと中間チップとレーザチップの３者を同時にボンディングする方法が提案されている。しかし、この方法は、レーザチップを発光させて向きを認識し、その場で回転補正する方法であるため、粗い調整しかできず、もし高精度に向きを調整しようとすれば、時間を要する。また、レーザチップとポストとの相対的な位置関係が認識されていないので、導波路基板にレーザチップを実装する場合にこの方法を適用しても、高い位置精度は期待できない。
【特許文献１】特公平７−４６７４７号公報
【０００５】特許文献２では、中間ステージにレーザチップを載置し、発光させてその光軸のＸ，Ｙ，θ軸を計測し、その計測値に応じて発光方向を補正した上で、レーザチップをポストなどにボンディングする方法が提案されている。この場合は、レーザチップの発光方向は正確に認識できるが、接合対象物であるポストとの相対的な位置関係については認識されておらず、実装状態の位置や姿勢を保証できる訳ではない。特に、ボンディング時には圧力だけでなく加熱を行うことが多く、加熱接合時に熱変形などによる姿勢誤差が発生するため、実装状態の位置精度は高くない。
【特許文献２】特公平７−１０５５７５号公報
【０００６】特許文献３は、発光素子の発光中心と素子の外径基準点座標を画像認識する方法である。この方法は、上向きの光軸を有する発光素子を、その発光中心が等間隔になるように基板上に複数個実装する方法に関するものであり、複数の発光素子同士の位置関係は精度よく設定できても、基板には位置基準となるものがなく、発光素子と基板との実装状態での相対位置を保証できない。したがって、この方法を導波路基板にレーザチップを実装する場合に適用しても、導波路基板とレーザチップとの高い位置精度が得られない。
【特許文献３】特開２０００−１５０９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】本発明の目的は、発光素子の光軸を基準として、対象物に対して高精度に位置決めし、実装できる発光素子の装着方法および装着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、吸着ヘッドの下端部に横方向への光軸を有する発光素子である第１部品を吸着し、この第１部品をステージ上に保持された第２部品に位置合わせして装着する方法において、上記吸着ヘッドより上方に配置された第１光学系と、上記ステージより下方であって、第１光学系と光軸が略対向するように配置された第２光学系と、第１光学系と光軸の方向が略直交するように配置された第３光学系とを準備する工程と、第１光学系と第２光学系との間に吸着ヘッドを挿入し、第１光学系で吸着ヘッドに付与され上方から認識できるヘッド基準マークを撮像するとともに、第２光学系で吸着ヘッドに吸着された第１部品を撮像し、かつ第１部品を発光させその発光位置によって第１部品の光軸を第３光学系で認識する工程と、第１光学系と第２光学系との間にステージを挿入し、第１光学系でステージ上に保持された第２部品を撮像するとともに、第２光学系でステージに付与され下方から認識できるステージ基準マークを撮像する工程と、上記第１光学系，第２光学系および第３光学系からの画像情報を用いて第１部品と吸着ヘッドの相対位置、第２部品とステージの相対位置を算出する工程と、上記吸着ヘッドとステージとを装着位置へ移動させた状態で、上記ヘッド基準マークとステージ基準マークとを上記第１，第２の光学系で認識し、これらの位置情報と上記相対位置情報とを用いて、第１部品と第２部品の位置が所定の関係となるように吸着ヘッドおよびステージの少なくとも一方を位置補正する工程と、上記位置補正後、第１部品と第２部品とを装着する工程と、を備えたことを特徴とする発光素子の装着方法を提供する。【０００９】請求項９に記載の発明は、横方向への光軸を有する発光素子である第１部品と第２部品とを位置合わせして装着する発光素子の装着装置において、下端部に第１部品を吸着し、上方から認識できるヘッド基準マークを有する吸着ヘッドと、上端部に第２部品を保持し、下方から認識できるステージ基準マークを有するステージと、上記吸着ヘッドおよびステージをＸ，Ｙ，Ｚおよびθ方向に相対移動させる駆動機構と、上記吸着ヘッドの上方に配置され、ステージに保持された第２部品とヘッド基準マークとを撮像する第１光学系と、上記ステージの下方であって、第１光学系の光軸と略対向するように配置され、吸着ヘッドに吸着された第１部品とステージ基準マークとを撮像する第２光学系と、第１光学系と光軸の方向が略直交するように配置され、第１部品を発光させた時の光軸を撮像する第３光学系と、上記第１〜第３の光学系からの画像情報を用いて、第１部品と吸着ヘッドの相対位置、第２部品とステージの相対位置を算出する演算装置と、上記吸着ヘッドとステージとを装着位置へ移動させた状態で、上記ヘッド基準マークとステージ基準マークとを上記第１，第２の光学系で認識し、これらの位置情報と上述の相対位置情報とを用いて、第１部品と第２部品の位置が所定の関係となるように吸着ヘッドとステージとを位置補正する制御装置と、を備えたことを特徴とする発光素子の装着装置を提供する。【００１０】請求項１に係る装着方法の一例を説明する。
まず、第１光学系と第２光学系と第３光学系とを準備する。ここで光学系とは、カメラ単体だけでなく、ミラーやレンズなどを含むことができ、１つの光学系が１つのカメラを備えたものに限らず、２つまたは３つの光学系を１つのカメラで構成することも可能であり、逆に１つの光学系を複数のカメラで構成することも可能である。
第１光学系は吸着ヘッドの上方に光軸を下方に向けて配置されており、第２光学系はステージの下方に光軸を上方に向けて配置されている。第１光学系と第２光学系の光軸は略対向しており、互いに既知の位置関係にある。第３光学系は、第１光学系と光軸の方向が略直交するように配置されたものであり、撮像視野の少なくとも一部は第１光学系の視野を含むように配置されているのがよい。なお、対象とする第１部品と第２部品のサイズが想定視野より大きくなる場合には、第１光学系と第２光学系とを一体のまま平面方向に移動可能とするのがよい。
次に、第１光学系と第２光学系との間に吸着ヘッドを挿入し、第１光学系で吸着ヘッドに付与され上方から認識できるヘッド基準マークを撮像するとともに、第２光学系で吸着ヘッドに吸着された第１部品を撮像し、かつ第１部品を発光させその光軸を第３光学系で同時撮像する。つまり、第１光学系でヘッド基準マークのＸ，Ｙ座標（Ｙ軸は光軸の方向）を認識し、第２光学系で第１部品のＹ座標を認識し、第３光学系で発光した第１部品の光軸のＸ，Ｚ座標を認識できる。なお、Ｚ座標については、必ずしも認識しなくてもよい。このようにして、３つの光学系の撮像データから吸着ヘッドと第１部品の発光中心とのＸ，Ｙ方向の相対位置を求めることができる。
次に、第１光学系と第２光学系との間にステージを挿入し、第１光学系でステージ上に保持された第２部品を撮像し、第２光学系でステージに付与され下方から認識できるステージ基準マークを撮像する。第１光学系の画像情報から第２部品の位置を認識し、第２光学系の画像情報からステージ（ステージ基準マーク）の位置を認識することで、第２部品とステージのＸ，Ｙ方向の相対位置を算出できる。
なお、吸着ヘッドと第１部品とを撮像する工程と、ステージと第２部品とを撮像する工程は、いずれを先にしてもよい。
上記のように、第１〜第３の光学系からの画像情報を用いて第１部品と吸着ヘッドのＸ，Ｙ方向の相対位置、第２部品とステージのＸ，Ｙ方向の相対位置を算出できる。
次に、吸着ヘッドとステージとを装着位置へ移動させた状態で、ヘッド基準マークとステージ基準マークとを第１，第２の光学系で認識し、これらの位置情報と上述の相対位置情報とを用いて、第１部品と第２部品の位置が所定の関係となるように吸着ヘッドとステージとを位置補正する。この状態で第１部品と第２部品とを装着すれば、実装状態における両部品の相対位置を保証でき、高精度に位置合わせした状態で装着することができる。
なお、本発明において、「位置」という用語は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の位置およびθ方向の向きを総称的に表す。したがって、位置には姿勢も含まれる。【００１１】本発明方法では、装着作業中の位置保証を、ヘッドとステージの双方に設けた基準マークを撮像しながら行なうため、軸機構として必要な精度を位置分解能だけとすることができ、高精度な再現性を必要としない。そのため、安価な軸機構を採用することができる。また、熱変形やロストモーションなどの再現性誤差は、装着作業中に補正が可能である。その結果、サブミクロンオーダーの位置精度が要求される電子部品の実装においても、本発明は適用可能である。
第１，第２，第３の光学系は常時固定の位置関係に保持しておく必要はなく、少なくとも撮像時において、既知の位置関係にあればよい。例えばヘッドまたはステージの挿入時に一時的にいずれかの光学系を退避させ、その後で元の位置に復帰させてもよい。この場合の光学系の移動機構は、再現性のある機構を用いる必要がある。
さらに、位置合わせ作業を第１〜第３の光学系で撮像しながら実施できるので、装着作業中における第１，第２部品間のずれをも検知できる。したがって、例えばバンプ接合工法などにおいて、ヒータの熱によってヘッドやステージが熱変形を起こしても、この熱変形を随時認識して第１，第２部品の位置を補正できるため、加熱条件下でも精度のよい位置決めが可能である。【００１２】レーザチップのような発光素子を導波路基板などに接合する場合には、発光素子の光軸と導波路基板とのＸ軸方向（Ｙ軸が光軸方向の場合）およびＺ軸方向の位置精度が重要である。Ｚ軸方向については、例えば導波路基板に台座を設け、発光素子の底面から光軸までの高さ、台座の高さ、導波路の光軸高さなどを予め高精度に加工しておけば、Ｚ方向の光軸を一致させることは可能である。しかし、Ｘ方向の位置精度については、予め基板に当たり面などを設けても、光軸の位置と発光素子の側端面との精度は必ずしも高くないので、Ｘ方向の精度を保証することはできない。
本発明では、第３光学系で第１部品（発光素子）の光軸のＸ方向の位置を認識しており、第２部品のＸ，Ｙ方向の位置は第１，第２光学系によって認識しているので、第２部品に対して第１部品をＸ方向に正確に位置決めできる。【００１３】請求項２のように、第１光学系と第２光学系とを準備する工程として、第１光学系と第２光学系との間に上下両方から認識できる単一のキャリブレーションマークを挿入し、このキャリブレーションマークを第１光学系と第２光学系とで撮像することで、第１光学系と第２光学系の光軸ずれ量を測定する工程を含むようにしてもよい。
第１光学系と第２光学系の光軸が同軸で正確に対向するように予め調整しておいても、時間経過や温度変化などによって光軸のずれが生じることが避けられず、またサブミクロンオーダーのような高精度な位置精度を保つことは難しい。そこで、第１光学系と第２光学系とで上下両方から同一マークを認識することで、双方の光学系の光軸のずれ量を求め、この光軸ずれ量を用いて、第１部品と吸着ヘッドの相対位置の算出、第２部品とステージの相対位置の算出、さらには吸着ヘッドとステージとの位置補正などを行えば、誤差が加算されず、精度のよい位置合わせが可能となる。
キャリブレーションマークの挿入位置のＺ軸方向高さは、望ましくは接合面の高さとするのがよい。
なお、キャリブレーションは、部品装着時に毎回行なうのが最も高精度を維持できるが、部品装着の設定回数毎あるいは設定時間毎に行なってもよい。【００１４】請求項３のように、第１光学系と第３光学系とを準備する工程は、第１光学系と第３光学系との間に上方向と横方向からの相対位置関係が既知のキャリブレーションマークを挿入し、このキャリブレーションマークを第１光学系と第３光学系とで撮像することで、第１光学系と第３光学系の光軸ずれ量を測定する工程を含むものでもよい。
第１光学系と光軸と第３光学系の光軸とをほぼ直交させる必要があるが、その直交方向の光軸ずれ量を測定する方法として、上方向と横方向からの相対位置関係が既知のキャリブレーションマークを第１光学系と第３光学系との間に挿入し、そのキャリブレーションマークを撮像することで、光軸ずれ量を容易に認識できる。この光軸ずれ量を用いて、第１部品と吸着ヘッドの相対位置の算出などを行えば、誤差が加算されず、精度のよい位置合わせが可能となる。【００１５】請求項４のように、第１光学系と第２光学系の光軸ずれ量を測定するためのキャリブレーションマーク、あるいは第１光学系と第３光学系との光軸ずれ量を測定するためのキャリブレーションマークとしては、吸着ヘッドまたはステージに設けられたマークとしてもよい。
キャリブレーションマークを吸着ヘッドやステージとは別の部材に設けたマークとしてもよいが、キャリブレーションマークを吸着ヘッドまたはステージに設ければ、キャリブレーション用の別部材が不要となり、構造が簡単になるという利点がある。
なお、キャリブレーションマークは複数の光学系から同時に認識できる必要がある。
そのため、吸着ヘッドまたはステージに設けられた上下貫通穴や、透明体（ガラス板）などに設けたマークなどをキャリブレーションマークとして用いることができる。【００１６】請求項５のように、第１部品を発光させその光軸を第３光学系で認識する工程において、第１部品の発光状態を計測し、その発光状態が規格値から外れる場合には、後続の工程へ進まずに第１部品を不良品として排出するのがよい。
発光素子である第１部品の選別工程を別に行ってもよいが、請求項５のように光軸測定の際に選別工程を同時に行えば、工程数を削減でき、生産性を高めることができる。【００１７】請求項６のように、第１光学系、第２光学系および第３光学系を位置合わせの全過程において、互いの光学系の光軸がずれないように常時保持しておくのがよい。
このように常時相対位置が固定された第１〜第３光学系を用いて位置の認識を行なえば、光学系を相互に移動させる場合に比べて、移動機構による誤差の影響を少なくできるので、位置決め精度を上げることが可能であり、かつ高度な移動機構を必要としない。【００１８】請求項７のように、装着位置における吸着ヘッドとステージとの位置補正工程が、ヘッド基準マークとステージ基準マークとを第１，第２光学系で認識し、相対位置情報を用いて第１部品と第２部品の位置が所定の関係となるように吸着ヘッドとステージとを仮止めする工程と、吸着ヘッドおよびステージの一方もしくは双方を接合のために加熱しながら、ヘッド基準マークとステージ基準マークを第１，第２光学系で連続的に撮像し、仮止め工程の相対位置関係を維持すべく吸着ヘッドとステージとを相対位置補正する工程と、を含むようにしてもよい。
この場合には、装着作業途中における熱変形に対する連続的な位置補正を行なうので、熱変形があっても常に精度よく第１部品と第２部品とを位置決めし、装着することができる。【００１９】請求項８のように、第１部品と第２部品とを装着する工程において、第３光学系を用いて第１部品と第２部品との上下方向の相対距離を測定し、その接合隙間を補正しながら装着するのがよい。
例えば、第２部品が水平方向の導波路を有する導波路基板の場合、第１部品（発光素子）の端面の光軸と導波路とのＺ方向の位置合わせも重要である。特に、加熱によって接合する場合には、熱変形量が大きく、再現性も期待できないため、予め熱変形量を予測することができないからである。
そこで、請求項８のように、光軸測定用の第３光学系を用いて、第１部品と第２部品との上下方向の相対距離を測定し、リアルタイムで補正すれば、第１部品の第２部品に対する実装高さを正確に制御することができる。【００２０】請求項１０のように、吸着ヘッドおよびステージの少なくとも一方は、部品吸着穴と、部品吸着穴の背後に設けられ、部品吸着穴と連通する中空部と、中空部の部品吸着穴と対向する面を閉鎖し、部品吸着穴を背後から透視可能な透明体と、中空部に接続されたエアー吸引通路と、部品吸着穴の近傍に固定された加熱用ヒータとを備え、上記透明体を介して部品吸着穴をヘッド基準マークまたはステージ基準マークとして認識可能としたものでもよい。
すなわち、部品吸着穴は第１部品または第２部品を吸着する穴であり、部品と最も近い位置にある。そのため、部品吸着穴をヘッド基準マークまたはステージ基準マークとして使用すれば、吸着ヘッドやステージに熱変形があっても、部品との相対位置ずれ量が最も少なくて済む。
また、ヘッド（またはステージ）の背後から透明体を介して基準マークである部品吸着穴を透視可能であるから、実装途中でもヘッド（またはステージ）の背後から光学系によって容易に撮像することができる。つまり、実装途中におけるヘッド（またはステージ）の位置を正確に認識することができるので、精度の高い位置決めが可能となる。
第１部品と第２部品とを熱と圧力とをかけて装着する場合に、加熱ヒータを部品と最も近い位置、すなわち部品吸着穴の近傍に設けれることで、部品に対して熱を最も効率良く伝えることができ、接合性能の向上を図ることができる。
なお、ヘッド（またはステージ）を加熱すると、周囲の空気の揺らぎによって光学系による撮像画像に歪みが発生し、誤差の原因になる。しかし、請求項１０の構造の吸着ヘッドまたはステージを使用した場合、ヒータの熱によって中空部も加熱されるが、中空部はエアー吸引通路からのエアー吸引によって減圧された状態にあるので、空気の密度が低く、揺らぎが少ない。そのため、透明体および中空部を介して部品吸着穴を撮像したとき、揺らぎによる誤差が少なく、精度のよい撮像データを得ることができる。【００２１】請求項１１のように、吸着ヘッドまたはステージを駆動機構に対しブラケットを介して取り付け、このブラケットに透明体を介して部品吸着穴を撮像するための第１または第２の光学系を挿入自在な空洞部を形成するのがよい。
ヘッド（またはステージ）は駆動機構によってＸ，Ｙ，Ｚあるいはθ軸方向に駆動されるが、このヘッドを駆動機構に片持ち構造で支持した場合には、透明体の背後は開放されているので、透明体の背後にカメラやミラーなどを配置するのは容易である。しかし、片持ち支持構造のヘッドは、第１部品と第２部品とを接合した時の加圧力によって撓む可能性があるため、高精度の接合が難しい。これに対し、ヘッドの背後をブラケットを介して駆動機構などに支持した場合には、加圧力が作用した場合でも撓みにくく、高精度の接合が可能になる。しかし、ブラケットが邪魔になって背後にカメラなどを配置しにくい。そこで、ヘッドの背後、特に透明体の背後に空洞部を持つブラケットで支持することにより、カメラがブラケットと干渉せず、部品吸着穴を容易に撮像できるとともに、ヘッド（またはステージ）を駆動機構に安定して支持できる。
なお、本発明において光学系とは、カメラのほか、ミラーやプリズムなどを用いて画像をカメラに向かって反射させる機能を持つ部分を含む。したがって、空洞部にはカメラ以外のミラーやプリズム、レンズなどの撮像用光学系のみが挿入されてもよい。【００２２】請求項１２のように、第３光学系で第１部品の光軸を認識する際、第１部品を発光させるための電源装置を備えるのがよい。
電源装置としては、吸着ヘッドまたはステージと干渉しないように、横方向に退避できる構造のものがよい。第１部品が表裏面に電極を有する発光素子の場合には、吸着ヘッドに吸着された発光素子の表裏面に電源装置の一対のプローブを同時に接触させることができない。そのため、例えば吸着ヘッドの吸着面に電極を設け、この電極と発光素子の一方の電極を接触させ、吸着ヘッドの電極と発光素子の他方の電極とに電源装置の一対のプローブを接触させることで、発光素子を容易に発光させることができる。
【発明の効果】
【００２３】以上の説明で明らかなように、本発明によれば、吸着ヘッドと第１部品との相対位置、第２部品とステージとの相対位置を第１〜第３光学系を用いて認識した上で、第１部品と第２部品とを実装するので、実装状態における両部品の相対位置を正確に認識でき、高精度な実装が可能である。特に、第１部品はその光軸を基準として吸着ヘッドとの相対位置を認識するので、第２部品に対しても光軸を基準として高精度に実装することができる。
また、上記のように複数の光学系で吸着ヘッドと第１部品との相対位置、第２部品とステージとの相対位置を認識し、装着するので、吸着ヘッドとステージとを駆動する軸機構として必要な精度を位置分解能だけとすることができ、高精度な再現性を必要としない。そのため、安価な軸機構を採用しながら、極めて高精度な装着を行なうことができる。
さらに、装着作業を第１，第２の光学系で上下から撮像し、かつ側方から第３光学系で撮像しながら実施できるので、熱変形やロストモーションなどの再現性誤差は、装着作業中に補正が可能である。そのため、加熱条件下でも精度のよい位置決めが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】以下に、実施例を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【実施例１】
【００２５】図１〜図３は本発明にかかる装着方法を用いた実装装置の第１実施例を示す。ここでは、第１部品として端面発光型のレーザチップＰを、第２部品として基板Ｂを使用した。
この実施例の実装装置は、ヘッド部１ａ、ステージ部１ｂ、第１カメラ２０、第２カメラ２１、第３カメラ２２、制御装置２５などで構成されている。【００２６】ヘッド部１ａは、レーザチップＰを吸着する吸着ヘッド２と、吸着ヘッド２をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に駆動する駆動機構７，８，９とを備えている。吸着ヘッド２は図２に示すように、図示しない真空吸引装置と接続された吸引穴３を備えており、吸引穴３の先端に下面に開口する部品吸着穴４が設けられ、この部品吸着穴４にレーザチップＰが吸着される。吸着ヘッド２の上面、特に部品吸着穴４とほぼ対応する位置にヘッド基準マーク５が設けられている。基準マーク５は、θ軸方向の位置の再現性を見るため、図３に示すように複数の点状マークとしてもよいし、方向性のある形状（例えば長方形など）としてもよい。また、レーザチップＰの端面には発光部Ｐ１が設けられ、この発光部Ｐ１からレーザ光が横方向に向かって発光される。
なお、吸着ヘッド２にレーザチップＰを加熱するための加熱手段を設けてもよい。
吸着ヘッド２はＺ軸駆動機構７を介してＸ軸駆動機構８に取り付けられ、さらにＸ軸駆動機構８はＹ軸駆動機構９に連結されている。そのため、吸着ヘッド２はＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の任意の位置に移動することができる。
吸着ヘッド２は、図示しない供給位置でレーザチップＰを吸着し、実装位置へ運んで基板Ｂに実装することができる。【００２７】ステージ１１の先端部には、図４に示すように、第１カメラ２０と第２カメラ２１の光軸ずれ量、第１カメラ２０と第３カメラ２２の光軸ずれ量を認識するためキャリブレーションマーク６ａ，６ｂを有する透明体６が設けられている。キャリブレーションマーク６ａは上下両方から認識できるマークであり、例えば透明体６の上面または下面にメッキなどの薄膜法で形成されたマークなどで構成されている。キャリブレーションマーク６ｂは側方から認識できるマークであり、例えば透明体６の側面に薄膜形成されたマークなどで構成されている。両方のキャリブレーションマーク６ａ，６ｂは一定の位置関係に設定されている。
なお、キャリブレーションマーク６ａ，６ｂは上記のような透明体６に形成する場合に限らず、非透明部材に穴などを形成することでキャリブレーションマークとしてもよい。また、キャリブレーションマークをステージ１１ではなく、吸着ヘッド２に設けてもよい。【００２８】ステージ部１ｂは、基板Ｂを保持するステージ１１と、このステージ１１をＸ，Ｙ，θ軸方向に駆動する駆動機構１５，１６，１７とを備えている。ステージ１１も、図２に示すように、図示しない真空吸引装置と接続された吸引穴１２を備えており、この吸引穴１２の先端に上面に開口する部品吸着穴１３が設けられ、この部品吸着穴１３で基板Ｂが吸着保持される。ステージ１１の下面、特に部品吸着穴１３とほぼ対応する背面位置にステージ基準マーク１４が設けられている。この基準マーク１４も、ヘッド基準マーク５と同様に、図３に示すような複数の点状マークとしてもよいし、方向性のある形状（例えば長方形など）としてもよい。また、基準マーク１４に対応して、基板ＢにもアライメントマークＢ１が設けられている。
なお、ステージ１１に基板Ｂを加熱するための加熱手段を設けてもよい。
ステージ１１はＸ軸駆動機構１５に取り付けられ、Ｘ軸駆動機構１５の両端部はそれぞれＹ１軸駆動機構１６とＹ２軸駆動機構１７とにヒンジ１５ａを介して連結されている。そのため、Ｙ１軸駆動機構１６の移動量とＹ２軸駆動機構１７の移動量とを変えることにより、ステージ１１をθ軸方向に角度調整することができる。したがって、ステージ１１はＸ，Ｙ，θ軸方向の任意の位置に移動することができる。
ステージ１１は、図示しない供給位置で基板Ｂを受け取り、実装位置へ運ぶ機能を有する。【００２９】実装位置における吸着ヘッド２の上方およびステージ１１の下方に、それぞれ第１カメラ２０と第２カメラ２１とが設置され、実装位置に対して側方位置に第３カメラ２２が設置されている。第３カメラ２２としては、例えばＮＦＰ光学系と呼ばれるカメラを用い、その光軸の高さは接合面高さより僅かに上方とするのがよい。第２カメラ２１はレーザチップＰの全体を撮像できる撮像視野を持つものがよい。第１，第２カメラ２０，２１は、互いの光軸が略同軸で対向し、かつカメラ同士が相対移動しないようにモータ軸等の位置決め手段２３（図１に破線で示す）によって相対位置が保持されている。また、第３カメラ２２も第１，第２カメラ２０，２１に対して光軸が略直交し、かつカメラ同士が相対移動しないようにモータ軸等の位置決め手段２３で保持されている。カメラ２０，２１，２２は自動焦点合わせ（オートフォーカス）機能を備えたものがよいが、第１，第２カメラ２０，２１をＺ軸方向に移動させたり、第３カメラ２２をＹ軸（レーザチップＰの光軸）方向に移動させることで、代用してもよい。【００３０】制御装置２５は、第１カメラ２０，第２カメラ２１および第３カメラ２２の撮像データを取込み、これらデータから、第１カメラ２０と第２カメラ２１との光軸ずれ量、第１カメラ２０と第３カメラ２２との光軸ずれ量、レーザチップＰの位置（姿勢）、基板Ｂの位置（姿勢）、ヘッド基準マーク５とレーザチップＰとの相対位置（姿勢）、ステージ基準マーク１４と基板Ｂとの相対位置（姿勢）などを演算し、記憶するとともに、駆動機構７，８，９，１５，１６，１７を制御する機能を有する。【００３１】ここで、上記構成よりなる実装装置の作動の一例を図４，図５に従って説明する。
図４の（ａ）は、第１カメラ２０、第２カメラ２１および第３カメラ２２のキャリブレーション工程を示す。まず、実装位置に配置されている第１カメラ２０と第２カメラ２１との間に、吸着ヘッド２を挿入し、キャリブレーションマーク６ａを接合面高さに調整する。そして、両方のカメラ２０，２１で吸着ヘッド２に設けられたキャリブレーションマーク６ａを撮像し、両方のカメラ２０，２１の光軸ずれ量を求める。光軸のずれ量は、後述するレーザチップＰと吸着ヘッド２との相対位置の算出、基板Ｂとステージ１１との相対位置の算出、吸着ヘッド２とステージ１１との位置補正などに利用される。同様に、第３カメラ２２でキャリブレーションマーク６ｂを撮像する。このとき、キャリブレーションマーク６ａ，６ｂは一定の位置関係に設定されているので、第１カメラ２０と第３カメラ２２との光軸ずれ量を求めることができる。【００３２】図４の（ｂ）は吸着ヘッド２を退避させ、ステージ１１を実装位置、つまり基板Ｂの上面が接合面高さとなる位置へ挿入した状態を示す。この状態で、ステージ１１上の基板ＢのアライメントマークＢ１を第１カメラ２０で、ステージ１１の背後の基準マーク１４を第２カメラ２１で同時撮像し、基板ＢのＸ，Ｙ座標位置とステージ１１のＸ，Ｙ座標位置とを求める。そして、第１カメラ２０と第２カメラ２１からの画像情報を用いて、基板Ｂとステージ１１との位置関係を記憶する。【００３３】図４の（ｃ）はステージ１１を退避させ、吸着ヘッド２を実装位置、つまり吸着ヘッド２に吸着されているレーザチップＰが接合面高さとなる位置へ下降させた状態を示す。この位置でレーザチップＰを発光させる（光軸方向はＹ軸）。そして、第１カメラ２０でヘッド基準マーク５のＸＹ座標を認識し、第２カメラ２１でレーザチップＰの発光面（図４の（ｃ）では右側面）のＹ座標を認識し、第３カメラ２２でレーザチップＰの光軸のＸ，Ｚ座標を認識する。このとき、第２カメラ２１の視野はレーザチップＰ全体を認識できるので、発光面のＹ座標を簡単に認識できる。そして、第１カメラ２０〜第３カメラ２２からの画像情報を用いて、レーザチップＰと吸着ヘッド２との位置関係を記憶する。
なお、図４の（ｂ），（ｃ）における第１カメラ２０、第２カメラ２１の焦点距離が、キャリブレーションマーク６ａを認識した時（図４の（ａ））の焦点距離と異なるので、ヘッド基準マーク５、アライメントマークＢ１およびステージ基準マーク１４などを明確に認識できるように、オートフォーカス機能を用いるのがよい。【００３４】図５は第３カメラ方向からみた吸着ヘッド２とレーザチップＰの様子を示す。第３カメラ２２によってレーザチップＰの発光部Ｐ１のＸ座標を認識し、これと第１カメラ２０によって認識したヘッド基準マーク５のＸＹ座標とから、レーザチップＰと吸着ヘッド２とのＸ方向の相対位置を求めることができる。また、第３カメラ２２によるレーザチップＰの光軸のＺ方向の位置情報と、例えば吸着ヘッド２に設けた位置センサのＺ位置情報とから、レーザチップＰの光軸と吸着ヘッド２とのＺ方向の相対位置を認識することが可能である。
レーザチップＰの光軸のＺ位置情報としては、例えばレーザチップＰの発光部Ｐ１と吸着ヘッド２の下面との高さＺであってもよいし、発光部Ｐ１とレーザチップＰの下面との高さであってもよし、さらには吸着ヘッド２の側面に第３カメラ２２の視野内にマークを設け、このマークと発光部Ｐ１との高さであってもよい。【００３５】図４の（ｄ）は実装工程であり、吸着ヘッド２を実装位置で保持したまま、ステージ１１を図４の（ｂ）と同じ位置へ移動させ、レーザチップＰを基板Ｂに実装する。このとき、Ｚ方向の位置決めは、吸着ヘッド２に設けた位置センサで行えばよい。なお、加熱時のＺ方向の熱変形量は予め教示しておく。
図４の（ｂ）で位置認識した後、図４の（ｃ）でステージ１１を退避させ、さらに図４の（ｄ）で実装位置へ戻した時、駆動機構１５〜１７の精度によっては基板Ｂが図４の（ｂ）の位置に再現性よく戻れるとは限らない。また、第１カメラ２０の視界は吸着ヘッド２によって遮られているので、基板Ｂを第１カメラ２０で直接認識できない。そこで、実装工程では、第２カメラ２１で基準マーク１４を認識し、図４の（ｂ）で算出した相対位置データから、基板Ｂの位置が図４の（ｃ）におけるレーザチップＰの位置に合うようにステージ１１をＸＹ方向に移動させる。吸着ヘッド２は図４の（ｃ）の位置に保持したままであるから、レーザチップＰには位置ずれがなく、基板Ｂの位置補正だけを行なえばよい。なお、θ軸方向のずれがある場合には、ステージ１１をθ方向に移動させればよい。
以上のようにして、レーザチップＰと基板ＢとをＸＹＺ方向に正確に位置合わせすることができ、この状態で実装することで高精度な製品を得ることができる。【００３６】図４では、まず基板Ｂとステージ１１との位置関係を認識し、次に吸着ヘッド２とレーザチップＰとの位置関係を認識し、レーザチップＰを実装位置で保持したまま、基板Ｂを実装位置へ移動させて実装する例を示したが、これと逆の方法で実装してもよい。
すなわち、まず吸着ヘッド２とレーザチップＰとの位置関係を認識し、次に基板Ｂとステージ１１との位置関係を認識し、基板Ｂを実装位置で保持したまま、レーザチップＰを実装位置へ移動させて実装してもよい。【００３７】図４で示した位置決め工程において、加熱しながら実装を行う場合には、実装途中で吸着ヘッド２またはステージ１１が熱変形を起こすことがある。そのため、実装直前には正確に位置合わせされていても、実装が終了した時点でレーザチップＰと基板Ｂとが正確に合致しない場合が生じる。
そのような場合の対策として、実装工程（図４の（ｄ）参照）において、次のような方法を用いることができる。
まず、ヘッド基準マーク５とステージ基準マーク１４とを第１，第２カメラ２０，２１で認識し、上述の相対位置情報を用いてレーザチップＰと基板Ｂの位置が一致する位置に吸着ヘッド２とステージ１１とを仮止めする。この時点では、レーザチップＰと基板Ｂとは軽く接触しているに過ぎない。
次に、吸着ヘッド２およびステージ１１の一方もしくは双方を接合のために加熱（例えば３５０℃／５ｓｅｃ以上）しつつ加圧し、その間、ヘッド基準マーク５とステージ基準マーク１４を第１，第２カメラ２０，２１で連続的に撮像する。そして、上記仮止め工程の相対位置関係を維持するよう、吸着ヘッド２とステージ１１とを相対位置補正する。
上記のような方法を用いれば、実装途中にＸＹ方向のずれが発生しても、そのずれをカメラ２０，２１によりリアルタイムで検出して補正するので、正確な接合が可能となる。【００３８】図４では、加熱時のＺ方向の熱変形量は予め教示しておくようにしたが、実際に変形量が１０μｍ程度発生することがあり、その再現性もあまり期待できないことがある。
そこで、第３カメラ２２を用いてレーザチップＰと基板Ｂとの隙間を測定し、リアルタイムで補正しながら実装すれば、レーザチップＰの光軸を基板Ｂに対して最適な高さに合わせることが可能になる。
隙間の測定方法には、図６示すような３種類の方法が考えられる。
第１の測定方法は、図６の（ａ）に示すように、レーザチップＰと基板Ｂの外形端面より隙間ｔ１を測定する方法である。
第２の測定方法は、図６の（ｂ）に示すように、吸着ヘッド２とステージ１１の外形端面より隙間ｔ２を測定する方法である。
第３の測定方法は、図６の（ｃ）に示すように、吸着ヘッド２とステージ１１に設けた基準マーク２ａ，１１ａから隙間ｔ３を測定する方法である。
上記いずれかの方法を用いることで、画像で認識補正しながら、レーザチップＰと基板Ｂとの接合隙間を任意に調整することができる。なお、第２と第３の測定方法では、レーザチップＰの光軸を認識した時、光軸とヘッド２の端面または基準マークとの相対位置を認識しておく必要がある。
【実施例２】
【００３９】図７〜図１１は本発明にかかる実装装置の第２実施例を示す。
この実施例の実装装置も、ヘッド部３０およびステージ部４０と、第１〜第３光学系６０，６１，６６と、制御装置（図示せず）とで構成されている。
ヘッド部３０は、レーザチップＰを吸着する吸着ヘッド３１と、例えばＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に駆動する駆動機構３２と、吸着ヘッド３１を駆動機構３２に連結するブラケット３３とで構成されている。ブラケット３３は対向する一対の支持壁３３ａを備えており、その間にＸ軸方向に貫通した空洞部３３ｂが設けられている。この空洞部３３ｂには、第１光学系６０（ミラー部）がＸ軸方向より出入り自在に挿入される。【００４０】吸着ヘッド３１は、図９に示すようにベース部材３４と、ベース部材３４の上面に固定された透明ガラスなどからなる透明板３５と、ベース部材３４の下面に固定された断熱材よりなる筒状部材３６と、筒状部材３６の下端部に固定されたアタッチメント部材３７と、アタッチメント部材３７と筒状部材３６との間に挟着されたヒータ３８とで構成されている。上記ベース部材３４は支持壁３３ａの下端部にネジ等によって固定されている。アタッチメント部材３７はできるだけ熱伝導性の良好な材料で形成するのがよい。【００４１】ベース部材３４の中央部には、上下に貫通する穴３４ａが設けられ、この貫通穴３４ａは筒状部材３６の内部穴３６ａと連通しており、これら穴３４ａ，３６ａによって中空部３９が形成されている。中空部３９の上面が透明板３５で閉鎖されている。ベース部材３４には、中空部３９に連通するエアー配管３４ｂが接続されており、このエアー配管３４ｂは図示しない真空吸引装置と接続され、エアー吸引通路を構成している。【００４２】ヒータ３８の中心部には貫通穴が設けられ、この貫通穴とアタッチメント部材３７の中心部に形成された部品吸着穴３７ａとが一致するように、ヒータ３８はアタッチメント部材３７に対して同心状に固定されている。部品吸着穴３７ａの下側開口部にレーザチップＰが吸着される。【００４３】上記のように、吸着ヘッド３１の部品吸着穴３７ａの背後に部品吸着穴３７ａと連通する中空部３９が形成され、中空部３９の部品吸着穴３７ａと対向する面が透明板３５で閉鎖されている。ヘッド３１を駆動機構３２に連結するためのブラケット３３には空洞部３３ｂが設けられ、この空洞部３３ｂに挿入された第１光学系６０で透明板３５を介して部品吸着穴３７ａを容易に認識することができる。つまり、部品吸着穴３７ａをヘッド基準マークとして用いることができる。なお、回転方向の角度ずれを検出するため、部品吸着穴３７ａの上側開口部を長方形などの方向性を持つ異形形状とするのがよい。【００４４】図１０に示すように、吸着ヘッド３１のアタッチメント部材３７の表面には電極３７ｂが設けられており、表裏面に電極Ｐａ，Ｐｂを持つレーザチップＰを吸着ヘッド３１が吸着すると、レーザチップＰの上面電極Ｐａは電極３７ｂに接触導通する。この状態で、電源装置５０のプローブ５１，５２をそれぞれ電極３７ｂと下面電極Ｐｂとに接触させれば、レーザチップＰを発光させることが可能になる。【００４５】図１１は、光軸認識位置（図４の（ｃ）参照）における電源装置５０を示す。電源装置５０を水平方向に進出させた状態で、吸着ヘッド３１を降下させると、プローブ５１，５２がそれぞれ電極３７ｂと下面電極Ｐｂとに接触するため、レーザチップＰが発光し、この光軸を第３光学系６６で撮像することができる。【００４６】ステージ部４０は、基板Ｐを吸着保持するステージ４１と、例えばＸ，Ｙ，θ軸方向に駆動する駆動機構４２と、ステージ４１を駆動機構４２に連結するブラケット４３とで構成されている。ステージ４１は吸着ヘッド３１と、ブラケット４３はブラケット３３と上下対称構造であるから、以下に主要部の部品符号を列記して重複説明を省略する。すなわち、４３ｂは空洞部、４４はベース部材、４４ｂはエアー配管、４５は透明板、４６は筒状部材、４７はアタッチメント部材、４７ａは部品吸着穴、４８はヒータ、４９は中空部である。この場合も、空洞部４３ｂにＸ軸方向より挿入された第２光学系６１（ミラー部）で透明板４５を介して部品吸着穴４７ａを撮像することができ、部品吸着穴４７ａをヘッド基準マークとして用いることができる。【００４７】第１光学系６０は、ＸＹ軸駆動機構６２上に設けられた支柱部６３にＺ１軸駆動機構６４を介して取り付けられており、第２光学系６１は、上記支柱部６３にＺ２軸駆動機構６５を介して取り付けられている。第３光学系６６は、支柱部６３にＹ軸駆動機構６７を介して取り付けられている。
第１光学系６０は、カメラ６０ａと、Ｘ軸方向に延びる筒形のレンズ６０ｂと、レンズ６０ｂの先端に取り付けられたプリズムまたはミラー６０ｃとを備えており、このミラー６０ｃがブラケット３３の空洞部３３ｂに挿入される。そして、部品吸着穴３７ａの光をミラー６０ｃで反射させ、レンズ６０ｂを介してカメラ６０ａで撮像できるようになっている。【００４８】第２光学系６１も同様に、カメラ６１ａと、Ｘ軸方向に延びる筒形のレンズ６１ｂと、プリズムまたはミラー６１ｃとを備えており、このミラー６１ｃがブラケット４３の空洞部４３ｂに挿入される。空洞部３３ｂ，４３ｂに比べてミラー６０ｃ，６１ｃは小断面であるため、ＸＹＺ方向にスペース上の余裕が存在する。そのため、位置認識、実装、位置補正時に吸着ヘッド３１およびステージ４１を動作させた場合でも、ブラケット３３，４３とミラー６０ｃ，６１ｃとの干渉を防止できる。
第１〜第３光学系６０，６１，６６は、オートフォーカス機能を備えたものがよい。【００４９】第１光学系６０と第２光学系６１は、互いの光軸が同軸で対向し、かつカメラ同士がＸＹ方向に相対移動しないように支柱部６３によって支持されている。第３光学系６６は第１光学系６０と光軸が直交し、ＸＺ方向に相対移動しないように支柱部６３で支持されている。また、第１光学系６０と第２光学系６１との光軸ずれ量を認識するため、吸着ヘッド３１またはステージ４１に設けられた一方の部品吸着穴３７ａ，４７ａをキャリブレーションマークとして用いることができる。
大型の基板Ｂに複数の部品Ｐを実装する場合に対応するため、両光学系２０，２１はＸＹ軸駆動機構６２によりＸＹ方向に一体に移動可能となっている。
また、第１光学系６０をＺ１軸駆動機構６４によって上下方向に調整し、第２光学系６１をＺ２軸駆動機構６５によって上下方向に調整し、第３光学系６６をＹ軸駆動機構６７によって水平方向に調整することで、各光学系６０，６１，６６のフォーカス調整を独自に行なうこともできる。【００５０】上記実施例の実装装置の動作は、図４に示された第１実施例と同様であるため、説明を省略する。なお、キャリブレーションとして吸着ヘッド３１の部品吸着穴３７ａまたはステージ４１の部品吸着穴４７ａを使用した場合には、レーザチップＰまたは基板Ｂを吸着する前に吸着ヘッド３１またはステージ４１を上下の光学系６０，６１の間に挿入し、光軸ずれ量を測定すればよい。【００５１】第２実施例では、部品吸着穴３７ａ，４７ａをヘッド基準マークおよびステージ基準マークとして用いている。部品吸着穴３７ａ，４７ａは部品Ｐおよび基板Ｂと最も近い位置にあるので、吸着ヘッド３１やステージ４１に多少の変形があっても、部品Ｐと吸着ヘッド３１との相対位置ずれ量、基板Ｂとステージ４１との相対位置ずれ量が最も小さくなる。また、ヘッド（またはステージ）の背後から透明体を介して基準マークである部品吸着穴を透視可能であるから、実装途中でもヘッド（またはステージ）の位置を正確に認識することができ、精度の高い位置決めが可能となる。【００５２】また、吸着ヘッド３１およびステージ４１の双方がヒータ３８，４８を備えているので、熱と圧力とをかけてレーザチップＰを基板Ｂに実装することができる。この場合、ヒータ３８，４８が部品吸着穴３７ａ，４７ａに非常に近い位置に設けられているので、部品Ｐおよび基板Ｂに対して熱を最も効率良く伝えることができ、接合性能の向上を図ることができる。また、ヘッド（またはステージ）を加熱すると、周囲の空気の揺らぎによってカメラによる撮像画像に歪みが発生し、誤差の原因になるが、中空部３９はエアー吸引通路３４ｂからのエアー吸引によって減圧状態にあるので、空気の密度が低く、揺らぎが少ない。そのため、透明体３５および中空部３９を介して部品吸着穴３７ａを撮像したとき、揺らぎによる誤差が少なく、精度のよい撮像データを得ることができる。【００５３】第２実施例では、第１光学系６０および第２光学系６１に設けられたミラー部６０ｃ，６１ｃを空洞部３３ｂ，４３ｂに挿入するようにしたが、光学系を小型に構成できる場合には、レンズ部６０ｂ，６１ｂやミラー部６０ｃ，６１ｃを省略し、直接カメラ６０ａ，６１ａを空洞部３３ｂ，４３ｂに挿入してもよい。
また、吸着ヘッド３１とステージ４１とを上下対称構造とし、ブラケット３３およびブラケット４３も上下対称構造としたが、取り扱う第１部品（発光素子）Ｐおよび第２部品（基板）Ｂの形状や大きさに応じて任意の構造を採ることができる。
ブラケット３３，４３として、実施例のような一対の支持壁３３ａで支持する構造部材を使用したので、吸着ヘッド３１およびステージ４１を駆動機構３２，４２に対して両端支持構造で支持することができ、実装時の加圧力による吸着ヘッド３１およびステージ４１の撓みを防止できる。しかも、ブラケット３３，４３は光学系６０，６１のミラー部６０ｃ，６１ｃを挿入自在な空洞部３３ｂ，４３ｂを有するので、実装途中におけるヘッド基準マーク３７ａ，４７ａを容易に認識することができる。
【実施例３】
【００５４】図１２，図１３は本発明にかかる実装装置の第３実施例であり、１台のカメラで２つの光学系（第１光学系と第２光学系）を構成した例である。図８に示す第２実施例と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施例では、支柱部６３にＺ軸方向に移動可能に設けられたテーブル７０上に、カメラ７１とレンズ７２とカメラ７１の視野を上下半分ずつに分割するミラー（またはプリズム）７３，７４とが設置されている。カメラ７１の光軸は、ミラー７３によって上向きに曲げられ、Ｚ軸方向に移動不能なミラー支持部材７５に設けられた２つのミラー（またはプリズム）７６，７７によって下向きに曲げられ、ヘッド基準マーク３７ａを撮像することができる。一方、ミラー７４によって下方に向かって曲げられた光軸は、Ｚ軸方向に移動不能なミラー支持部材７８に設けられた２つのミラー（またはプリズム）７９，８０によって上向きに曲げられ、ステージ基準マーク４７ａを撮像することができる。このように、１台のカメラ７１で２つの光学系を構成することができる。【００５５】図１３はカメラ７１による視野画像を示す。上半分に写った画像がヘッド基準マーク３７ａであり、下半分に写った画像がステージ基準マーク４７ａである。テーブル７０をＺ軸方向に移動させて、上下の光学系の光路の長さを等しくし、フォーカスをＹ１軸で合わせることで、上下の光学系の画像の焦点を同時に合わせることができる。
【実施例４】
【００５６】図１４，図１５は本発明にかかる実装装置の第４実施例である。この実施例は、５台のカメラを用いることで、高速に位置合わせを行う方式である。図１４は図１と、図１５は図４と対比して説明する。なお、同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
図１４において、第１カメラ８１と第２カメラ８２とが位置決め手段８３によって光軸が対向するように保持され、第３カメラ８４と第４カメラ８５とが光軸が対向するように位置決め手段８６によって保持されている。さらに、第５カメラ８７がその光軸が第３カメラ８４と第４カメラ８５の光軸と直交するように位置決め手段８６で保持されている。なお、第５カメラ８７の取付位置は、ヘッド進行方向と直角方向でもよい。第１カメラ８１と第２カメラ８２、第３カメラ８４と第４カメラ８５は、それぞれＸＹ方向には相対位置が固定され、フォーカス方向には移動自在である。また、第５カメラ８７はその光軸方向にフォーカス移動自在である。【００５７】例えば、第１カメラ８１はヘッド基準マーク５を認識するために用いられ、第２カメラ８２は吸着ヘッド２に吸着された部品Ｐを認識するために用いられる。また、第３カメラ８４は例えばステージ１１に保持された基板Ｂとヘッド基準マーク５とを認識するために用いられ、第４カメラ８５はステージ基準マーク１４を認識するために用いられる。第５カメラ８７は、部品Ｐの光軸認識および実装高さ認識に兼用される。【００５８】上記構成の実装装置の動作を図１５にしたがって説明する。
図１５の（ａ）はキャリブレーション工程であり、第１カメラ８１と第２カメラ８２との間に吸着ヘッド２の先端部を挿入し、両方のカメラ８１，８２で吸着ヘッド２に設けられたキャリブレーションマーク６ａを撮像し、両方のカメラ８１，８２の光軸ずれ量を求めると同時に、第５カメラ８７でキャリブレーションマーク６ｂを撮像する。同様に、第３カメラ８４と第４カメラ８５との間にステージ１１を挿入し、両方のカメラ８４，８５でステージ１１に設けられたキャリブレーションマーク１９を撮像し、両方のカメラ８４，８５の光軸ずれ量を求める。
図１５の（ｂ）は吸着ヘッド２に吸着されている部品Ｐをカメラ８１，８２の間に挿入し、ステージ１１に保持されている基板Ｂをカメラ８４，８５の間に挿入した状態を示す。なお、基板Ｂの上には接合材Ｂ２が取り付けられている。この状態で、カメラ８１，８２によってヘッド基準マーク５と部品Ｐとの相対位置を認識し、カメラ８４，８５によって基板Ｂとステージ基準マーク１４との相対位置を認識する。そして、同時に部品Ｐを発光させ、その光軸位置を第５カメラ８７で認識する。したがって、部品Ｐの位置とヘッド２のマーク５、光軸の位置関係が記憶され、基板Ｂの位置とステージ１１のマーク１４との位置関係が記憶される。
図１５の（ｃ）は第３，第４カメラ８４，８５の間に吸着ヘッド２を移動させ、第３カメラ８４でヘッド基準マーク５を認識し、第４カメラ８５でステージ基準マーク１４を認識し、第５カメラ８７によって部品Ｐと基板Ｂとの隙間が所定の値となるようにヘッド２を下降させて寸止めした状態を示す。ここでは、第３，第４カメラ８４，８５の間に吸着ヘッド２およびステージ１１を移動させたが、第１，第２カメラ８１，８２の間に吸着ヘッド２およびステージ１１を移動させ、第１カメラ８１でヘッド基準マーク５を認識し、第２カメラ８２でステージ基準マーク１４を認識してもよい。
図１５の（ｄ）は接合工程であり、部品Ｐと基板Ｂとを加熱しながら接合を行う。加熱によって部品Ｐと基板Ｂの相対位置がずれないように、第３，第４カメラ８４，８５で連続的にマーク５，１４を撮像することで、リアルタイムで吸着ヘッド２またはステージ１１を位置補正することができる。同時に、第５カメラ８７で部品Ｐと基板Ｂとの隙間を測定し、その隙間が所定の値となるようにヘッド高さをリアルタイムで補正することができる。そのため、図１８に示すように発光素子の光軸を導波路基板の導波路に正確に合致させることができる。
上記のように、第１，第２カメラ８１，８２と第３，第４カメラ８４，８５の２組のカメラ対を使用すれば、一方のカメラ対で吸着ヘッド２側を撮像している間に、他方のカメラ対でステージ１１側を撮像できるので、位置合わせおよび実装を高速で行うことができる。
なお、接合材Ｂ２としてＵＶ硬化樹脂を使用するとすれば、図１５の（ｄ）の段階でＵＶを水平方向から照射して固着させることができる。【００５９】上記のように第５カメラ８７は、部品Ｐの光軸認識および実装高さ認識を兼ねるものであるが、図１８に示すような光部品Ｐを導波路基板Ｂに実装する場合には、実装時に部品光軸方向から第５カメラ８７で認識しようとしても、部品Ｐと基板Ｂとの隙間が基板Ｂによって隠れてしまうため検知できない。このような場合には、水平方向の光軸を持つ別のカメラを使用してもよい。この場合は、合計６台のカメラを使用することになる。
なお、図６の（ｂ），（ｃ）に示すように、部品間の隙間をヘッドとステージの隙間に置き換えて測定する場合には、第５カメラ８７で部品Ｐの光軸認識および実装高さ認識に兼用できる。【００６０】第１〜第４実施例では、１枚の基板Ｂに対して１個のレーザチップＰを装着する例について説明したが、１枚の基板Ｂに対して複数個のレーザチップＰを装着する場合でも同様である。ただし、その場合には、基板Ｂの複数の装着位置にそれぞれアライメントマークＢ１を設けるとともに、これに対応するステージ１１にも複数のステージ基準マーク１４を設ける必要がある。【００６１】本発明は、発光素子を基板に搭載するチップマウンタや、ＴＡＢボンダ、フリップチップボンダなど、広い用途に用いることができる。
本発明の装着装置は、上記実施例に示された構造に限るものではなく、本発明の各工程を実施できる構造であればよい。
本発明において、第１光学系を吸着ヘッドより上方に配置し、第２光学系をステージより下方に配置したが、少なくともヘッド基準マークおよびステージ基準マークからの光を受ける部分（例えばレンズやミラーなど）が吸着ヘッドより上方およびステージより下方に位置すればよく、カメラがそれぞれ吸着ヘッドより上方、ステージより下方に配置されている必要はない。したがって、複数のミラーやプリズムを用いて吸着ヘッドの側方や下方、あるいはステージの側方や下方に配置されたカメラに光を反射するようにしてもよい。【００６２】図４では、第１光学系２０の光軸と直交する方向に配置した第３光学系２２でレーザチップＰの光軸を撮像したが、図１６に示すように、吸着ヘッド２の下面に反射ミラー９０を設け、レーザチップＰの光をミラー９０で９０度曲げることで、第２光学系２１でレーザチップＰの光軸を撮像することも可能である。この場合には、第２光学系２１で第３光学系２２を兼用できる。【００６３】上記実施例では、レーザチップを発光させ、その光軸を第３光学系で撮像することで、光軸のＸ方向およびＺ方向の位置を認識する場合について説明したが、Ｚ方向については必ずしも認識する必要はない。
例えば、図１７に示すように、導波路基板９１に高さ基準となる台座９２を形成した場合には、レーザチップ９５を台座９２に押し付けた状態で接合するだけで、レーザチップ９５の光軸と導波路基板９１の導波路９３とをＺ方向に正確に合わせすることができるため、第３光学系で光軸のＺ方向の位置を認識する必要がないからである。なお、９６は金属接合部である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明にかかる装着方法を用いた実装装置の第１実施例の斜視図である。
【図２】図１に示す実装装置の吸着ヘッドおよびステージの拡大図である。
【図３】図１に示す実装装置の吸着ヘッドおよびステージの斜視図である。
【図４】図１に示す実装装置の位置合わせ動作を示す動作説明図である。
【図５】第３光学系方向から見た吸着ヘッドとレーザチップの図である。
【図６】第３光学系によってレーザチップＰと基板Ｂとの隙間を測定する方法を示す図である。
【図７】本発明方法を用いた実装装置の第２実施例の正面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】図７に示す実装装置の吸着ヘッドの拡大図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【図１０】電源装置の構成を示す図である。
【図１１】電源装置によってレーザチップに電源を供給した状態を示す図である。
【図１２】本発明方法を用いた実装装置の第３実施例の正面図である。
【図１３】図１２の実施例におけるカメラの視野画像を示す図である。
【図１４】本発明にかかる実装装置の第４実施例の斜視図である。
【図１５】図１４に示す実装装置の位置合わせ動作を示す動作説明図である。
【図１６】レーザチップの光をミラーで反射させる例を示す図である。
【図１７】レーザチップを導波路基板に台座を用いて実装する例の図である。
【図１８】レーザチップを導波路基板に実装した例の図である。
【符号の説明】
【００６５】Ｐ                発光素子（第１部品）
Ｐ１              発光部
Ｂ                基板（第２部品）
２                吸着ヘッド
５                ヘッド基準マーク
６ａ，６ｂ        キャリブレーションマーク
７，８，９        ヘッド用駆動機構
１１              ステージ
１４              ステージ基準マーク
１５，１６，１７  ステージ用駆動機構
２０              第１カメラ
２１              第２カメラ
２２              第３カメラ
２５              制御装置
【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】
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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】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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