(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下対称位置に光透過窓を備えたケース内に、両面が反射面になっているミラー、一対のハーフミラー、一対の固体撮像素子移動型カメラユニットを内蔵し、該固体撮像素子移動型カメラユニットは、対物レンズのイメージサークル内に、撮像エリアが前記イメージサークルの面積より狭い固体撮像素子を配置し、前記対物レンズは固定し、前記固体撮像素子を前記対物レンズのイメージサークル内で移動させて、被写体の少なくとも２箇所の位置を撮影できるように構成され、
前記両光透過窓の中央に前記ミラーを４５度の傾斜角を以って固定し、前記ミラーを中心にその両側に前記一対のそれぞれのハーフミラーを介して前記固体撮像素子移動型カメラユニットを水平な同一光軸上に、それらの対物レンズを前記ハーフミラーに対向さて固定し、
前記水平な光軸と直交する垂直方向上方又は下方から前記両側のハーフミラーにそれぞれ光を入射し、該ハーフミラーで前記水平な光軸方向に反射させるとともに、前記ミラーで垂直方向に反射した前記ハーフミラーからの光を前記両光透過窓を透過して上下に存在する被写体に照射し、前記被写体からの映像光を上下から前記ミラーに入射して該ミラーで前記水平な光軸方向に反射し、前記ハーフミラーを透過して両側の一対の前記固体撮像素子移動型カメラユニットに入射して撮影できるように構成されていることを特徴とする固体カメラ。
【請求項２】
前記固体撮像素子が複数個の固体撮像素子から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体カメラ。
【請求項３】
前記固体撮像素子がＸＹステージに固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体カメラ。
【請求項４】
上下対称位置に光透過窓を備えたケース内に、中央部で直角に屈曲して屈曲部の上部が上方に斜め４５度に傾き、屈曲部の下部が下方に斜め４５度に傾く１個のミラー、一個のハーフミラー、一組の固体撮像素子移動型カメラユニットを内蔵し、該固体撮像素子移動型カメラユニットは、対物レンズのイメージサークル内に、撮像エリアが前記イメージサークルの面積より狭い固体撮像素子を配置し、前記対物レンズは固定し、前記固体撮像素子を前記対物レンズのイメージサークル内で移動させて、被写体の少なくとも２箇所の位置を撮影できるように構成され、
前記両光透過窓の中央部で、前記中央部で直角に屈曲され、それぞれの４５度傾斜面の前記ミラーを前記各両光透過窓に対向させて固定し、前記ミラーの屈曲部側の中心に対向するように前記ハーフミラーを介して前記固体撮像素子移動型カメラユニットを水平な同一光軸上に、前記対物レンズを前記ハーフミラーに対向させて固定し、
前記水平な光軸と直交する垂直方向上方及び下方から前記ハーフミラーに光を入射し、該ハーフミラーで前記水平な光軸方向に反射させるとともに、前記ミラーで垂直方向に反射した前記ハーフミラーからの光を前記両光透過窓を透過して上下に存在する被写体に照射し、前記被写体からの映像光を上下から前記ミラーに入射して該ミラーで前記水平な光軸方向に反射し、前記ハーフミラーを透過して前記固体撮像素子移動型カメラユニットに入射して撮影できるように構成されていることを特徴とする固体カメラ。
【請求項５】
前記固体撮像素子が複数個の固体撮像素子から構成されていることを特徴とする請求項４に記載の固体カメラ。
【請求項６】
前記固体撮像素子がＸＹステージに固定されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の固体カメラ。
【請求項７】
水平状態に配設され、同一平面内でＸ軸方向及び又はＹ軸方向に移動でき、上面に部品を実装しようとする基板を固定できる基板ステージと、
該基板ステージの上方に配設され、前記平面に垂直なＺ軸方向に昇降でき、下端部に吸着ノズルを備えたボンディングヘッド部と、
該吸着ノズルと前記基板ステージとの間に介在でき、前記吸着ノズルに吸着された部品と前記基板との所定の位置を撮影する請求項１または請求項４に記載の固体カメラと、
該固体カメラを前記吸着ノズルと前記基板ステージとの間へ出し入れできる移動ステージと、
を備えていることを特徴とする部品実装装置。
【請求項８】
前記移動ステージは前記吸着ノズルと基板ステージとの間の位置と前記両者間の位置から外れた後退位置との２点間をシリンダーで駆動されることを特徴とする請求項７に記載の部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路が形成されているベアチップ、チップ型の抵抗器、コンデンサー、それらのような電子部品、或いは機械的部品など（以下、単に「部品」と記す）を基板上に精密に実装するための固体カメラ及びこれを用いた部品実装装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先ず、図７乃至図１６を用いて、従来技術の固体カメラユニット、固体カメラ及びこれを用いた部品実装装置の構成、構造について説明する。
【０００３】
図７は従来技術の一実施例の部品実装装置を上方から上面図、図８は図７に示した部品実装装置の矢印Ａ側から見た側面図、図９は図７に示した部品実装装置の矢印Ｂ側から見た側面図、図１０は図７乃至図９に示した従来例の部品実装装置における一構成であるボンディング装置などを概略的に示していて、同図Ａはその部品及び基板の部品実装位置を認識する場合の状態を示す側面図、同図Ｂは部品を基板に実装位置に実装する場合の状態を示す側面図、図１１は図１０に示したボンディング装置に搭載されている固体カメラの構成を示していて、同図Ａはその側面図、同図Ｂは同図Ａに示した左半分の側面図、図１２は従来例の部品実装装置の動作を説明するための動作分解図、図１３は理想的な固体撮像素子を備えた固体撮像ユニットの側面図、図１４は第１の従来技術の固体撮像ユニットの側面図、図１５は第２の従来技術の固体撮像ユニットの側面図、そして図１６は第３の従来技術の固体撮像ユニットの側面図である。
【０００４】
なお、固体撮像素子とはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅの略）、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒの略）トランジスタなどを指し、以下、本明細書においては、固体撮像素子としてＣＣＤを採り挙げて説明する。
また、部品として半導体ウェーハからダイシングして切り出された個々の半導体集積回路が形成されている素子、通常、ベアチップとかフリップチップと称され、一平面に複数の電極が導出されており、異なる２点に向きを示すマークが施されている部品を採り挙げて説明する。本明細書の従来例及び本発明の実施形態の装置においては、部品として「ベアチップ」を採り挙げて説明する。
更にまた、ベアチップを実装する基板としてはプリント回路基板、半導体ウェーハなどがあり、本明細書では総称して「基板」と記すことを予め断っておく。
【０００５】
先ず、図７乃至図９を用いて、従来技術の一実施体様の部品実装装置の構成、動作を説明する。
【０００６】
図７乃至図９において、符号１は全体として従来技術の１実施例の部品実装装置を指す。図示のものは、通常、フリップチップボンダーと称されており、基板Ｗ上に接続材料を介して各種ベアチップＳを決められたパタ−ンで実装する装置であって、一般に、ベアチップＳの位置合わせ機能、搭載機能、加熱、加圧機能を備えている。
その部品実装装置１は、図７乃至図９に示したように、以下のものから構成されている。即ち、基台１０、トレイ装置２０、部品反転装置３０、ボンディング装置４０、カメラ装置５０、作業ステージ装置６０、制御装置７０などとから構成されている。
【０００７】
基台１０は基準面となる水平な定盤１１を備え、内部に制御装置７０や各種機構が組み込まれている。しかし、制御装置７０は基台１０の外部に設けて構成されているものもある。
【０００８】
トレイ装置２０は、Ｙ軸２１方向に位置調整できるＹテーブル２２を備え、そのＹテーブ２２上に所定の配列でベアチップＳを整列、収容したトレイ２３を固定する機能を備えている。収容するベアチップＳの種類は１種類であってもよく、異なる複数種のものであってもよい。
【０００９】
部品反転装置３０は、回動装置３１部分と部品吸着ノズル３２部分とから構成されている。回動装置３１は定盤１１上に固定された定盤３３上に構成されている。定盤３３にはレール３４（図７）が敷設されており、そのレール３４上を、トレイ装置２０及びボンディング装置４０が存在するＸ軸方向に移動できるように回動装置３１が搭載されている。この回動装置３１には部品吸着ノズル３２が回動できるように取り付けられている。
【００１０】
この部品吸着ノズル３２はスイングアーム３５と、これに基端部が連結され、先端部にベアチップＳを吸着するノズル３７が取り付けられているスピンドル３６とから構成されている（図７、図８）。
【００１１】
部品反転装置３０は、回動装置３１を中心にして部品吸着ノズル３２を回動、反転させ、そのノズル３７によりトレイ２３から吸着して取り出したベアチップＳの表裏面を反転し、後記するボンディング装置４０のボンディングツール４１に受け渡す機能を果たす。
【００１２】
ボンディング装置４０は、図１０に取り出し、拡大して示したように、定盤１１上の平面に垂直に立てられた支柱４１に支持され、前記基盤１１に平行に配設されている支持板４２と、この支持板４２の支柱４１側下面に垂直に取り付けられた支持板４３と、この支持板４３上に固定されたＺステージ４４に昇降できるように取り付けられ、ボンディングヘッド４５、その下部に取り付けられている吸着ノズル４６などとから構成されており、不図示のシリンダーの作動に下にボンディングヘッド４５、吸着ノズル４６がＺ軸方向に昇降できるように構成されている。
【００１３】
.また、このボンディングヘッド４５は、部品反転装置３０で反転させられたベアチップＳを、上昇位置に在る場合の吸着ノズル４６で吸着して受け取る機能と、後記する固体カメラ装置５０と制御装置７０の下に吸着、保持したベアチップＳの姿勢を正した後、そのボンディングヘッド４５及び吸着ノズル４６を下降させて、ベアチップＳを後記する作業ステージ装置６０上の基板Ｗの所定の位置に接着材などを介して載置し、加圧、過熱して固定、実装する機能を備えている。
【００１４】
固体カメラ装置５０は、前記支持板４２の先端部下面に垂直に取り付けられた支持板５１と、この支持板５１の先端部に水平に取り付けられた基台５２と、この基台５２に取り付けられ、Ｘ軸方向に移動できるＸステージ５３Ａと、その下でＹ軸方向に移動できるように取り付けられたＹステージ５３Ｂとからなるカメラステージ５３と、このＹステージ５３Ｂに固定されている固体カメラ５４とから構成されており、固体カメラ５４をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させることができ、吸着ノズル４６とＸＹテーブル６４Ｂ上の基板Ｗとの間に出入させて、固体カメラ５４でベアチップＳの電極面とそのベアチップＳを実装しようとする基板Ｗの位置とを認識し、それらの位置情報データを制御装置７０にフィードバックして吸着ノズル４６を回動させ、或いは作業ステージ装置５０のＸＹテーブル５３をＸ軸方向及び或いはＹ軸方向に移動、制御するために用いられる。
【００１５】
前記従来例の固体カメラ５４の構成、構造は、図１１に示したように、所定の長さを備え、断面が正方形或いは矩形のケース５４１０内に構成部品が内蔵されて構成されている。ケース５４１０の上下対称位置には光透過窓５４１１Ａ、５４１１Ｂが形成されており、それら光透過窓５４１１Ａ、５４１１Ｂ間のケース５４１０の中央部であり、ケース５４１０の長さ方向の中央部でもある位置にミラー５４２０が、図１１Ａでは４５度の右上がりの傾斜角度で配設されていて、このミラー５４２０を中心にして左右対称的に同軸落射照明のためのハーフミラー５４３０Ａ、５４３０Ｂが、そしてそれぞれのハーフミラー５４３０Ａ、５４３０Ｂの外側に対物レンズ５４５０Ａ、５４５０Ｂを備え、固体撮像素子としてＣＣＤが内蔵されたビデオカメラ５４６０Ａ、５４６０Ｂが同一光軸上に配設されている。これらのビデオカメラ５４６０Ａ、５４６０Ｂは、それぞれの対物レンズ５４５０Ａ、５４５０Ｂが、それぞれのハーフミラー５４３０Ａ、５４３０Ｂに対向するように向けられて配設されている。これらのビデオカメラ５４６０Ａ、５４６０Ｂの本体内には、また、ＣＣＤに投影された映像を処理する映像処理回路などが内蔵されているものである。
【００１６】
また、作業ステージ装置６０は、定盤１１上に水平状態に配設された基台６１と、この基台６１と同一平面内でＹ軸６２によりＹ軸方向に移動できるＹステージ６４Ａと、その上でＸ軸６３によりＸ軸方向に移動できるＸステージ６４Ｂとからなる基板ステージ６４などとから構成されており、Ｘステージ６４Ｂ上にベアチップＳを実装しようとする基板Ｗを固定して、ボンディングヘッド４５の下方に移動できるように構成されている。
【００１７】
制御装置７０は、マイクロコンピュータを備えていて、前記の機能の他、ベアチップＳを実装するシーケンスに従ってトレイ装置２０のＸＹテーブル２３、部品反転装置３０、ボンディング装置４０、カメラ装置５０、作業ステージ装置６０など、部品実装装置１の一部分或いは全体を制御する機能を備えている。
次に、図１２をも参照しながら、前記のように構成された部品実装装置１の動作を説明する。
【００１８】
図１２に示したように、部品反転装置３０のノズル３７がトレイ２３の方に移動し、トレイ２３から所定のベアチップＳを吸着し、その後、そのスイングアーム３５が回動装置３１により反転して、その部品吸着ノズル３２を回動、反転させ、ベアチップＳの表裏面を反転させる。部品反転装置３０はその状態でボンディング装置４０の吸着ノズル４６の方に移動する。この移動が完了した部品反転装置３０は、ボンディングヘッド４５の吸着ノズル４６の下面で反転された状態でベアチップＳを保持し、そのベアチップＳを吸着ノズル４６で真空吸着し、ベアチップＳの吸着を止め、そのベアチップＳをボンディング装置４０に受け渡す。
【００１９】
部品反転装置３０がボンディング装置４０の領域外へ移動したことを確認した後、固体カメラ装置５０の固体カメラ５４を吸着ノズル４６と作業ステージ装置６０に固定されている基板Ｗとの間に移動させる。固体カメラ５４は、ハーフミラー５４３０Ａに光を上方から入射させ、図１１Ｂに示したように、４５度の角度で水平光としてハーフミラー５４３０Ａから出射させ、その光をミラー５４２０の上面側鏡面で全反射して光透過窓５４１１Ａを通じて吸着ノズル４６に吸着されているベアチップＳの少なくとも２箇所のマークを照射し、その反射光が光透過窓５４１１Ａを通してミラー５４２０で４５度の角度で反射させた直線光をハーフミラー５４３０Ａ、対物レンズ５４５０Ａを介してビデオカメラ５４６０Ａで撮影し、画像認識する。
【００２０】
同様に、ハーフミラー５４３０Ｂに光を上方から入射させ、４５度の角度で水平光としてハーフミラー５４３０Ｂから出射させ、その光をミラー５４２０の下面側鏡面で４５度の角度で反射して光透過窓５４１１Ｂを通じて作業ステージ装置６０上の基板Ｗの前記ベアチップＳを実装する位置に付されている少なくとも２箇所のマークを撮影し、画像認識し、それら両者のマークの位置情報（ずれ情報）を制御装置７０にフィ−ドバックデータとして伝送し、その制御信号の下にボンディング装置４０及び又は作業ステージ装置６０を制御し、吸着ノズル４６を回動させ、或いは作業ステージ装置５０のＸＹテーブル５３を微細に移動させ、ベアチップＳと基板Ｗ上の実装位置との位置を合わせる。
【００２１】
次に、図１０Ｂに示したように、固体カメラ５４を吸着ノズル４６と基板Ｗとの間から外方へ移動させ、ボンディングヘッド４５、吸着ノズル４６を下降させて、ベアチップＳを基板Ｗの所定の位置に精密に実装させる。この場合、接着材を介してベアチップＳを加圧、過熱し、基板Ｗに固定、実装する。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
従来、前記のようなＣＣＤを内蔵したビデオカメラ（以下、「ＣＣＤビデオカメラ」と記す）５４６０Ａ、５４６０ＢによるベアチップＳの位置認識は、ベアチップＳが数〜１０数ｍｍ角の大きさの場合、その位置をベアチップＳの一部分しか見えない倍率の対物レンズ５４５０と従来のＣＣＤビデオカメラ（ＥＩＡ／ＣＣＩＲ）を用い、固体カメラ５４をチップサイズ程度動かして２ヶ所認識し、位置を求めていた。現状では、１ｍｍ角の視野で、３ｍｍ角〜２０ｍｍ角のチップに対応している。
【００２３】
この画像認識を、更に、高精度、高速化するために以下の方法が考えられるが、実用化に困難が残る。即ち、
１．固体撮像素子（ＣＣＤ）Ｐａとしてメガ単位の画素と大口径高分解能レンズＬａを用い、カメラの移動をなくす方法が考えられる（図１３）。
【００２４】
このような高解像力に対応させようとすると、４０万画素×４００＝１６０００万画素が必要となる。現状では２００万画素〜４００万画素が価格、性能面で実用的である。しかし、分解能が不足である。
【００２５】
また、全画素を読み出すとなると、時間が掛かり過ぎるので、部分的な読み出しが必須となる。
２．大口径レンズＬｂを用い、比較的画素数の少ない複数の固体撮像素子Ｐｂを敷き詰める方法が考えられる（図１４）。
【００２６】
このような固体撮像素子Ｐｂでは、繋ぎ目で撮像できないエリアができる。
３．レンズＬｃの視野を２０ｍｍ角程度にして、固体撮像素子Ｐｃとして従来のＣＣＤを用い、これをＸＹ微動ステージに固定し、画素の１／２０程度微動させて高分解能画像を作り出す方法が考えられる（図１５）。
【００２７】
しかし、この方法であると、撮影だけで４００倍時間が掛かる課題が残る。
４．多分岐鏡筒による方法も考えられる（図１６）。
【００２８】
この方法は２枚の固体撮像素子Ｐｄ、Ｐｅを用い、一方の固体撮像素子Ｐｄは垂直に、他方の固体撮像素子Ｐｅは水平に（固体撮像素子Ｐｄに対して直角に）、それらの画素をずれた位置に配置し（図１６Ｂ）、レンズＬｄとハーフミラーＭで光路を２分割し、２項の方法でできない重なりを作り出して、繋ぎ目を無くす方法である。
【００２９】
しかし、この方法は光を分割することになるので暗くなり、解像力も低下するという課題がある。
【００３０】
従って、本発明では、前記のような課題を解決しようとするものであって、普及型の安価な固体撮像素子（ＣＣＤ等）を用いて、撮像範囲が広域で、かつ被撮影物の画像を高精度に撮像することができる固体カメラ及びこれを用いた部品実装装置を得ることを目的とするものである。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本願の第１の発明の固体カメラは、上下対称位置に光透過窓を備えたケース内に、両面が反射面になっているミラー、一対のハーフミラー、一対の固体撮像素子移動型カメラユニットを内蔵し、該固体撮像素子移動型カメラユニットは、対物レンズのイメージサークル内に、撮像エリアが前記イメージサークルの面積より狭い固体撮像素子を配置し、前記対物レンズは固定し、前記固体撮像素子を前記対物レンズのイメージサークル内で移動させて、被写体の少なくとも２箇所の位置を撮影できるように構成され、
前記両光透過窓の中央に前記ミラーを４５度の傾斜角を以って固定し、前記ミラーを中心にその両側に前記一対のそれぞれのハーフミラーを介して前記固体撮像素子移動型カメラユニットを水平な同一光軸上に、それらの対物レンズを前記ハーフミラーに対向さて固定し、
前記水平な光軸と直交する垂直方向上方又は下方から前記両側のハーフミラーにそれぞれ光を入射し、該ハーフミラーで前記水平な光軸方向に反射させるとともに、前記ミラーで垂直方向に反射した前記ハーフミラーからの光を前記両光透過窓を透過して上下に存在する被写体に照射し、前記被写体からの映像光を上下から前記ミラーに入射して該ミラーで前記水平な光軸方向に反射し、前記ハーフミラーを透過して両側の一対の前記固体撮像素子移動型カメラユニットに入射して撮影できるように構成して、前記課題を解決している。
【００３３】
また、本願の第２の発明の固体カメラは、上下対称位置に光透過窓を備えたケース内に、中央部で直角に屈曲して屈曲部の上部が上方に斜め４５度に傾き、屈曲部の下部が下方に斜め４５度に傾く１個のミラー、一個のハーフミラー、一組の固体撮像素子移動型カメラユニットを内蔵し、該固体撮像素子移動型カメラユニットは、対物レンズのイメージサークル内に、撮像エリアが前記イメージサークルの面積より狭い固体撮像素子を配置し、前記対物レンズは固定し、前記固体撮像素子を前記対物レンズのイメージサークル内で移動させて、被写体の少なくとも２箇所の位置を撮影できるように構成され、
前記両光透過窓の中央部で、前記中央部で直角に屈曲され、それぞれの４５度傾斜面の前記ミラーを前記各両光透過窓に対向させて固定し、前記ミラーの屈曲部側の中心に対向するように前記ハーフミラーを介して前記固体撮像素子移動型カメラユニットを水平な同一光軸上に、前記対物レンズを前記ハーフミラーに対向させて固定し、
前記水平な光軸と直交する垂直方向上方及び下方から前記ハーフミラーに光を入射し、該ハーフミラーで前記水平な光軸方向に反射させるとともに、前記ミラーで垂直方向に反射した前記ハーフミラーからの光を前記両光透過窓を透過して上下に存在する被写体に照射し、前記被写体からの映像光を上下から前記ミラーに入射して該ミラーで前記水平な光軸方向に反射し、前記ハーフミラーを透過して前記固体撮像素子移動型カメラユニットに入射して撮影できるように構成して、前記課題を解決している。
【００３４】
更にまた、本発明の一実施形態の部品実装装置は、水平状態に配設され、同一平面内でＸ軸方向及び又はＹ軸方向に移動でき、上面に部品を実装しようとする基板を固定できる基板ステージと、その基板ステージの上方に配設され、前記平面に垂直なＺ軸方向に昇降でき、下端部に吸着ノズルを備えたボンディングヘッド部と、その吸着ノズルと前記基板ステージとの間に介在でき、前記吸着ノズルに吸着された部品と前記基板との所定の位置を撮影する請求項４または請求項５に記載の固体カメラと、その固体カメラを前記吸着ノズルと前記基板ステージとの間へ出し入れできる移動ステージとを備えていることを具備せしめて、前記課題を解決している。前記移動ステージは吸着ノズルと基板ステージとの間の位置と前記両者間から外れた後退位置の２点間をシリンダーで移動させてもよい。
【００３５】
従って、本発明の固体カメラの固体撮像素子移動型カメラユニットによれば、最低２箇所の位置を撮影させるのに、普及型の安価で軽量な撮像素子を用いるので、撮像範囲が広域で、かつ被写体の撮影を高速ででき、しかも画像を高精度に撮像することができる。
【００３６】
そして、本発明の固体カメラの固体撮像素子移動型カメラユニットによれば、複数個、例えば、２個の撮像素子を用いれば、予め、２箇所の画像認識位置に移動しておけるので、更に、高速化でき、３個以上用いて配置すると、画像認識する場所を増やすことができ、画像の精度を向上させ、そして部分的な検査等も同時に行える。また、本発明の固体撮像素子移動型カメラユニットによれば、１倍以上の倍率の場合、撮像素子を動かす精度は倍率分落とすことができる。
【００３７】
更にまた、本発明の第１実施形態の固体カメラ装置によれば、例えば、部品実装装置用のカメラ装置として用いた場合に、上下に存在する部品のマークと、これを実装しようとする基板の位置との撮像範囲を広域で、また、高速で同時に、そして高精度で撮影できる。また、本発明の第２実施形態の固体カメラ装置によれば、上下に存在する部品のマークとこれを実装しようとする基板の位置とを同時王子に撮影できないので時間は掛かるが、より一層安価に製作できる。
【００３８】
そして更にまた、本発明の固体カメラ装置を部品実装装置に搭載する場合、その固体カメラ装置を取り付けるステージは一方向にだけ移動させるステージでよく、また、光学系を動かさずに部品（ベアチップ）と基板の位置関係を認識できるので、そのステージの精度は低いものでよく、部品実装装置を安価に製作できる。更に、部品実装時に、その固体カメラ装置を退避させる場合、前記ステージの退避するストロークは必要視野が十分にあれば、２点間移動にでき、前記ステージをシリンダーで駆動することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図６を用いて、本発明の固体撮像素子移動型カメラユニット、固体カメラ装置及びこれを用いた部品実装装置を説明する。
【００４０】
図１は本発明の第１実施形態の固体撮像素子移動型カメラユニットを原理的に示していて、同図Ａはその側面図、同図Ｂは撮像素子配置面、図２は本発明の第２実施形態の固体撮像素子移動型カメラユニットを原理的に示していて、同図Ａはその側面図、同図Ｂは撮像素子配置面、図３は本発明の第３実施形態の固体撮像素子移動型カメラユニットを原理的に示していて、同図Ａはその側面図、同図Ｂは撮像素子配置面、図４は本発明の固体撮像素子移動型カメラユニットを２組、組み込んで構成した第１実施形態の固体カメラを概念的に表した側面図、図５は本発明の固体撮像素子移動型カメラユニットを１組だけ組み込んで構成した第２実施形態の固体カメラを概念的に表した側面図、そして図６は本発明の固体カメラを搭載した本発明の一実施形態の部品実装装置を示していて、同図Ａは部品と基板との位置認識時の側面図、同図Ｂは部品の基板への実装時の側面図である。
【００４１】
先ず、図１乃至図３を用いて、本発明の各実施形態の固体撮像素子移動型カメラユニットの構成を説明する。なお、固体撮像素子移動型カメラユニットの定義は後記する。
【００４２】
図１に本発明の第１実施形態の固体撮像素子移動型カメラユニットＣＵａを原理的に示した。この固体撮像素子移動型カメラユニットＣＵａは、対物レンズＬ、ＸＹステージＳＴ、このＸＹステージＳＴの像側に固定されたＣＣＤのような固体撮像素子Ｐを配列して構成されている。そして、この固体撮像素子移動型カメラユニットＣＵａには、ビデオ処理回路（不図示）などは外付けされており、ビデオ処理回路と固体撮像素子Ｐとは配線で接続して用いられるものである。
また、図示の場合の固体撮像素子移動型カメラユニットＣＵａは、対物レンズＬが固体撮像素子Ｐを含むカメラ本体とあたかも一体の構造で構成されているかのように表したが、対物レンズＬは固体撮像素子Ｐを含むカメラ本体に対して交換可能なレンズであってもよく、むしろ、固体撮像素子移動型カメラユニットＣＵａとしては、対物レンズＬが固体撮像素子Ｐに対して交換可能な構造で構成されているのが一般的である。しかし、本発明においては、固体撮像素子移動型カメラユニットＣＵａが対物レンズＬと一体的構造のものであるか、交換レンズ構造のものであるかは問わないことを予め断っておく。
この固体撮像素子移動型カメラユニットの構造形態及び前記ビデオ処理回路の接続構造は、後記する第２実施形態の固体撮像素子移動型カメラユニットＣＵｂの場合も、第３実施形態の固体撮像素子移動型カメラユニットＣＵｃの場合も同様である。
【００４３】
この固体撮像素子移動型カメラユニットＣＵａは、対物レンズＬが、ワーク（ベアチップＳや基板の所定の位置）に対して、少なくとも位置認識、位置補正中は固定する。そして、この対物レンズＬに対して固体撮像素子ＰをＸＹステージＳＴで移動させる。
【００４４】
対物レンズＬとしては、被写界（＝オブジェクトサークル、以下、「被写界」と記す）が２０ｍｍ角をカバーする大口径、高分解能レンズが既存の光学カメラで用いられているが、このような対物レンズＬを用いることが好ましい。その倍率が３倍であるなら、像側は６０ｍｍ角のイメージエリア（イメージサークルはφ８５ｍｍ）が得られる。
【００４５】
固体撮像素子Ｐはほぼチップサイズでパッケージ（ＣＳＷ）された市販のものでよく、ＸＹステージＳＴの像側に固定されている。このＸＹステージＳＴがイメージエリアを動くことにより、固体撮像素子Ｐでイメージエリアの全域を撮像することができる。撮像素子Ｌの撮像範囲を１ｍｍ角とすると、原理的には４００回移動して撮影すれば、大変時間が掛かるが、２０ｍｍ角の全体像を撮影することができる。
【００４６】
ＸＹステージＳＴの必要な精度としては、例えば、位置決め精度が１μｍ程度であれば、固体撮像素子Ｐの位置管理を行うことができる。
【００４７】
このように被写体の撮像中、即ち、被写体の少なくとも位置認識、位置補正中は対物レンズＬを固定し、固体撮像素子ＰとＸＹステージＳＴを移動させるカメラユニットを、本発明においては、「固体撮像素子移動型カメラユニット」と名付ける。
【００４８】
次に、図２に示した本発明の第２実施形態の固体撮像素子移動型カメラユニットＣＵｂは、１枚の対物レンズＬに対して２台のＸＹステージＳＴ１、ＳＴ２を対角線上に所定の間隔を開けて配列し、それらＸＹステージＳＴ１、ＳＴ２の相対向するコーナーの像側にそれぞれ固体撮像素子Ｐを固定して構成した固体撮像素子移動型カメラユニットである。
【００４９】
このように固体撮像素子移動型カメラユニットＣＵｂを構成することにより、像側エリアＥを拡大することも縮小することもできる。この固体撮像素子移動型カメラユニットＣＵｂは２台のＸＹステージＳＴを同期させて、或いは単独で移動させて、２枚の固体撮像素子Ｐを像側エリアＥ内で移動させることができる。
また、図３に示した本発明の第３実施形態の固体撮像素子移動型カメラユニットＣＵｃは、１台の基台Ｂと、その像側に複数個のＸＹステージＳＴを取り付け、それぞれのＸＹステージＳＴに固体撮像素子Ｐを固定して構成した固体撮像素子移動型カメラユニットである。ＸＹステージＳＴのＸＹ方向に移動させる機構の構造は複雑になるが、各固体撮像素子Ｐの移動量を少なくでき、２ヶ所以上を同時に撮像することができるので、一層高速で撮像することができる。
【００５０】
次に、図４及び図５を用いて、前記固体撮像素子移動型カメラユニットを組み込んだ本発明の第１実施形態の固体カメラ及び第２実施形態の固体カメラを説明する。
【００５１】
先ず、第１実施形態の固体カメラの構成を、図４を用いて説明する。この固体カメラ１０００は、所定の長さを備え、断面が正方形或いは矩形のケース１１１０内に構成部品が内蔵されて構成されている。ケース１１１０の上下対称位置には光透過窓１１１１Ａ、１１１１Ｂが形成されており、それら光透過窓１１１１Ａ、１１１１Ｂ間のケース１１１０の中央部であり、ケース１１１０の長さ方向の中央部でもある位置にミラー１１２０が、図４では４５度の右上がりの傾斜角度で配設されていて、このミラー１１２０を中心にして左右対称的に同軸落射証明のためのハーフミラー１１３０Ａ、１１３０Ｂが、そしてそれぞれのハーフミラー１１３０Ａ、１１３０Ｂの外側に対称的に、例えば、図１に示した第１実施形態の固体撮像素子移動型カメラユニットＣＵａを、それぞれの対物レンズＬが、それぞれのハーフミラー１１３０Ａ、１１３０Ｂに対向するように向けられて配設されている。そしてそれぞれの対物レンズＬは同一光軸上に、そしてそれぞれの固体撮像素子Ｐはそれぞれの対物レンズＬの視野角内に存在するように配列されている。
【００５２】
このように構成された固体カメラ１０００は、ハーフミラー１１３０Ａの上方から光を入射させ、ハーフミラー１１３０Ｂは下方から光を入射させ、図１１Ｂに示したように、４５度の角度で水平光としてハーフミラー１１３０Ａの上面から出射させ、ハーフミラー１１３０Ｂ側は４５度の角度で水平光としてハーフミラー１１３０Ｂの下面から出射させ、それらの光をミラー１１２０の上面側鏡面及び下面側鏡面で全反射させて光透過窓１１１１Ａ及び１１１１Ｂを通じて、それぞれの光透過窓１１１１Ａ、１１１１Ｂに臨んで存在する被写体を照射する。被写体で反射した反射光は、それぞれ光透過窓１１１１Ａ、１１１１Ｂを通してミラー１１２０で４５度の角度で反射し、水平な直線光としてそれぞれのハーフミラー１１３０Ａ、１１３０Ｂ、それぞれの対物レンズＬを介してそれぞれの固体撮像素子移動型カメラユニットＣＵａの固体撮像素子Ｐに投影され、それらの固体撮像素子Ｐに投影された画像は外部のビデオ処理回路で認識、処理される。
【００５３】
図５に示した本発明の第２実施形態の固体カメラ２０００は、図１に示した１台の固体撮像素子移動型カメラユニットＣＵａ、１枚の同軸落射証明のためのハーフミラー２１３０、中央で上下に屈曲させてそれぞれ上下４５度に傾斜した鏡面を備えた１枚の“く”の字型ミラー２１２０Ａをケース２１１０内に配設して構成したものである。ミラー２１２０Ａの上下反射面の中央部に当たるケース２１１０の上下面には、光透過窓２１１１Ａ、２１１１Ｂが形成されている。
【００５４】
この固体カメラ２０００は、固体撮像素子Ｐが１個或いは１組であるので、第１実施形態の固体カメラ装置ＣＵａのように、同時に２個の被写体を撮影することができず、それぞれ別個に撮影しなければならないため撮影時間が掛かる。しかし、固体撮像素子移動型カメラユニットＣＵａとハーフミラー２１３０が１個で済み、構造は最も簡単で、安価に構成することができる。
【００５５】
これらの固体カメラ１０００或いは固体カメラ２０００は本発明の部品実装装置に搭載して好適である。本発明の部品実装装置は、従来技術の部品実装装置１のトレイ装置２０、部品反転装置３０、ボンディング装置４０、作業ステージ６０を備えている他、図６に示したように、本発明の第１実施形態の固体カメラ１０００がボンディング装置４０と作業ステージ６０との間に出入りできるように装着されている。
【００５６】
本発明の部品実装装置におけるトレイ装置、部品反転装置、ボンディング装置、作業ステージの構成は、従来技術の部品実装装置１におけるトレイ装置２０、部品反転装置３０、ボンディング装置４０、作業ステージ６０の構成は同一であるので、同一の符号を付し、それらの説明は割愛する。
【００５７】
本発明の部品実装装置が従来技術の部品実装装置１と異なる点は、固体カメラ装置５０Ａ部分である。従来技術の部品実装装置１における固体カメラ装置５０では、Ｘステージ５３ＡとＹステージ５３ＢとからなるＸＹステー５３を用いて、このＸＹステージ５３のＹステージ５３Ｂに固体カメラ５４を搭載しているが、本発明の部品実装装置においては、基台５２の下にＸステージ５３Ａのみを取り付け、このＸステージ５３Ａに、例えば、本発明の第１実施形態の固体カメラ１０００を固定したものである。
【００５８】
従って、この固体カメラ装置５０Ａにおける固体カメラ１０００は、ボンディング装置４０の吸着ノズル４６とベアチップＳを実装しようとする基板Ｗとの間に、Ｘ軸方向にみに移動する構造となっている。
次に、図６を用いて、この本発明の部品実装装置の動作を説明する。ボンディングヘッド４５が上方の位置にある状態で、図１２に示したように、部品反転装置３０のノズル３７がトレイ２３から吸着して取り出したベアチップＳを、その部品吸着ノズル３２を回動、反転させ、ボンディング装置４０の吸着ノズル４６の下面で反転された状態のベアチップＳを真空吸着で保持し、ノズル３７のベアチップＳの吸着を止め、そのベアチップＳをボンディング装置４０に受け渡す。
【００５９】
部品反転装置３０がボンディング装置４０の領域外へ移動したことを確認した後、Ｘステージ６４Ｂ及びＹステージ６４ＡをＸ軸方向及びまたはＹ軸方向に移動させて、吸着ノズル４６の直下に基板ステージ６４上に固定されている基板Ｗを位置させる。
【００６０】
次に、Ｘステージ５３Ａを作動させて、固体カメラ１０００をベアチップＳと基板Ｗとの間に移動させる。
【００６１】
そして固体カメラ１０００で上側のベアチップＳ、下側の基板Ｗを撮影するに当たっては、固体カメラ１０００の光透過窓１１１１Ａ、１１１１Ｂを、それぞれベアチップＳ及び基板Ｗに合わせ、ハーフミラー１１３０Ａの上方から光を入射させ、４５度の角度で水平光としてハーフミラー１１２０で上方に反射させて光透過窓１１１１Ａから出射させ、その光をベアチップＳの位置合わせの基準となるパターン或いは少なくとも２箇所のマークを照射する。その反射光が光透過窓１１２０Ａを通してミラー１１２０で４５度の角度で反射させた直線光をハーフミラー１１３０Ａ、対物レンズＬを介して固体撮像素子Ｐで撮影し、画像認識する。
【００６２】
同様に、ハーフミラー１１３０Ｂの上方から光を入射させ、４５度の角度で水平光としてハーフミラー１１３０Ｂから出射させ、その光をミラー１１２０の下面側鏡面で４５度の角度で反射して光透過窓１１１１Ｂを通じてベアチップＳを実装しようとする部分の基板Ｗ上の位置合わせの基準となるパターン或いは少なくとも２箇所のマークを撮影し、画像認識し、それら両者のマークの位置情報（ずれ情報）を制御装置７０にフィ−ドバックデータとして伝送し、制御装置７０内のコンピュータで両者の位置情報を演算し、その結果の制御信号の下にボンディング装置４０及び又は作業ステージ装置６０を制御し、吸着ノズル４６を回動させ、或いは作業ステージ装置５０のＸＹテーブル５３を微細に移動させ、ベアチップＳと基板Ｗ上の実装位置との位置を合わせる。
【００６３】
これらベアチップＳ及び基板Ｐを撮像するに当たっては、それぞれの対物レンズＬを固定し、それぞれの固体撮像素子Ｐを動かして、ベアチップＳ側、基板Ｗ側の位置合わせの基準となるパターン或いはマーク等を含む部分を撮影し、それぞれの位置を認識する。これら位置合わせの基準となるパターン或いはマーク等はそれぞれのベアチップＳ、基板に２ヶ所あればよく、両者の位置合わせを行うことができる。これら２ヶ所の位置を固体撮像素子Ｐを動かして撮影する。
【００６４】
この両者の位置合わせができると、次に、図６Ｂに示したように、Ｘステージ５３Ａを作動させて固体カメラ１０００をベアチップＳと基板Ｗとの間から外方へ後退させ、ボンディングヘッド４５、吸着ノズル４６を下降させて、ベアチップＳを基板Ｗの所定の位置に実装する。この場合、接着材を介してベアチップＳを加圧、過熱し、基板Ｗに固定する。
【００６５】
このように本発明の第１実施形態の固体カメラ１０００を搭載することにより、本発明の部品実装装置は、光学系を動かさずにベアチップＳと基板Ｗとの位置関係を認識できるので、このＸステージ５３Ａは精度の低いものでよく、また、固体カメラ１０００をベアチップＳと基板Ｗとの間から外方へ後退させるＸステージ５３Ａのストロークは必要視野が十分にあれば、２点間移動のＸステージでよく、シリンダーによる駆動ができることから、本発明の部品実装装置を安価に製作することができる。
【００６６】
そして固体カメラ１０００の構造の場合、光路が上下に組み合わせられていることにより、上下の撮像位置は独立して撮影できるので、従来に比べ被写体（ベアチップＳと基板Ｗ）の上下の位置が大きく異なっていても、同時に取込みができ、ベアチップＳの高速実装化を実現できる。
【００６７】
また、本発明の固体カメラ１０００の構造に、例えば、図２に示したような一対の固体撮像素子移動型カメラユニットＣＵｂを組み込んで、本発明の部品実装装置に搭載した場合には、それぞれの固体撮像素子移動型カメラユニットＣＵｂが２個の固体撮像素子Ｐを備えていることから、固体撮像素子Ｐの移動量が少なくて済み、それだけより一層高速で２個の被写体を同時に視認することができる。
【００６８】
更に、本発明の固体カメラ１０００の構造に、例えば、図３に示したような一対の固体撮像素子移動型カメラユニットＣＵｃを組み込んで、本発明の部品実装装置に搭載した場合には、それぞれの固体撮像素子移動型カメラユニットＣＵｃの固体撮像素子Ｐを移動させるＸＹステージＳＴの構造は複雑になるが、固体撮像素子Ｐの移動量を更に一層少なくでき、２箇所以上同時に撮像できるので、本部品実装装置はベアチップＳの実装を更に一層高速化することができる。
【００６９】
固体カメラ１０００の代わりに、本発明の第２実施形態の固体カメラ２０００を搭載した本発明の部品実装装置の場合は、基板ＷへのベアチップＳの実装に時間は掛かるが、部品実装装置を最も廉価に製作することができる。
【００７０】
以上、説明した実施形態の部品実装装置の説明においては、実装する部品として「ベアチップ」を採り挙げて説明したが、本発明の部品実装装置により実装する部品としては、「ベアチップ」に限定されるものではなく、パッケージされた半導体装置、チップ型の抵抗器、コンデンサーなど、また、電子部品のみならず、機械的部品であってもよいことを付言しておく。
【００７１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の固体撮像素子移動型カメラユニット及びこれを組み込んだ固体カメラによれば、
１．重たいレンズは固定し、軽量な固体撮像素子のみを移動させるので、高速化が可能となる
２．更に、固体撮像素子を２個用いれば、それらの固体撮像素子を２ヶ所の認識位置に予め移動しておけるので、更に高速化が可能となる。固体撮像素子を３個以上配置し、認識する場所を増やし、精度を向上させたり、部分的な検査等も同時に行える
４．１倍以上の倍率の場合、固体撮像素子を動かす精度は倍率分落とすことができる（例えば、５倍で対物側が１μｍの精度であるなら、像側は５μｍ）。従って、高倍率、高精度ほど有利である。
【００７２】
また、本発明の固体カメラによれば、
１．普及品の安価な固体撮像素子で、広域と高精度を両立させることができる
２．第１実施形態の固体カメラによれば、２個の被写体の認識する場所を同時に撮影できる
３．第２実施形態の固体カメラによれば、２個の被写体の認識する場所を個別に撮影しなければならないが、１個の固体撮像素子移動型カメラユニットで構成できるので、安価に製作できる。
【００７３】
更に、本発明の部品実装装置によれば、
１．固体カメラを移動させるＸステージは精度の低いものでよいことから、本発明の部品実装装置を安価に製作することができる
２．そのＸステージの移動ストロークは必要視野が十分にあれば、２点間移動のものでよく、シリンダーによる駆動ができることから、本発明の部品実装装置を安価に製作することができる
３．第１実施形態の固体カメラの構造の場合、光路が上下に組み合わせられていることにより、上下の撮像位置は独立して撮影できるので、従来に比べ被写体（ベアチップと基板）の上下の位置が大きく異なっていても、同時に取込みができ、ベアチップの高速実装化を実現できる
４．複数個の固体撮像素子を組み込んだ移動型カメラユニットを搭載した場合には、それぞれの固体撮像素子の移動量を少なくでき、それだけより一層高速で２個の被写体を同時に視認することができる
５．第２実施形態の固体カメラを搭載した場合は、基板へのベアチップの実装に時間は掛かるが、最も廉価に製作することができる
など、数々の優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態の固体撮像素子移動型カメラユニットを原理的に示していて、同図Ａはその側面図、同図Ｂは撮像素子配置面である。
【図２】  本発明の第２実施形態の固体撮像素子移動型カメラユニットを原理的に示していて、同図Ａはその側面図、同図Ｂは撮像素子配置面である。
【図３】  本発明の第３実施形態の固体撮像素子移動型カメラユニットを原理的に示していて、同図Ａはその側面図、同図Ｂは撮像素子配置面である。
【図４】  本発明の固体撮像素子移動型カメラユニットを２組、組み込んで構成した第１実施形態の固体カメラを概念的に表した側面図である。
【図５】  本発明の固体撮像素子移動型カメラユニットを１組だけ組み込んで構成した第２実施形態の固体カメラを概念的に表した側面図である。
【図６】  本発明の固体カメラを搭載した本発明の一実施形態の部品実装装置を示していて、同図Ａは部品と基板との位置認識時の側面図、同図Ｂは部品の基板への実装時の側面図である。
【図７】  従来技術の一実施例の部品実装装置を上方から上面図である。
【図８】  図７に示した部品実装装置の矢印Ａ側から見た側面図である。
【図９】  図７に示した部品実装装置の矢印Ｂ側から見た側面図である。
【図１０】  図７乃至図９に示した従来例の部品実装装置における一構成であるボンディング装置などを概略的に示していて、同図Ａはその部品及び基板の部品実装位置を認識する場合の状態を示す側面図、同図Ｂは部品を基板に実装位置に実装する場合の状態を示す側面図である。
【図１１】  図１０に示したボンディング装置に搭載されている固体カメラの構成を示していて、同図Ａはその側面図、同図Ｂは同図Ａに示した左半分の側面図である。
【図１２】  従来例の部品実装装置の動作を説明するための動作分解図である。
【図１３】  理想的な固体撮像素子を備えた固体撮像ユニットの側面図である。
【図１４】  第１の従来技術の固体撮像ユニットの側面図である。
【図１５】  第２の従来技術の固体撮像ユニットの側面図である。
【図１６】  第３の従来技術の固体撮像ユニットの側面図である。
【符号の説明】
１１…定盤、４０…ボンディング装置、４５…ボンディングヘッド、４６…吸着ノズル、５０Ａ…固体カメラ装置、５３Ａ…Ｘステージ、６０…作業ステージ装置、６４…作業ステージ、６４Ｂ…Ｘステージ、６４Ａ…Ｙステージ、１０００…本発明の第１実施形態の固体カメラ、１１１０…ケース、１１１１Ａ，１１１１Ｂ…光透過窓、１１２０，２１２０…ミラー、１１３０Ａ，１１３０Ｂ，２１３０…ハーフミラー、２０００…本発明の第２実施形態の固体カメラ、ＣＵａ…本発明の第１実施形態の固体撮像素子移動型カメラユニット、ＣＵｂ…本発明の第２実施形態の固体撮像素子移動型カメラユニット、ＣＵｃ…本発明の第３実施形態の固体撮像素子移動型カメラユニット、Ｂ…基台、Ｌ…対物レンズ、Ｐ…固体撮像素子、ＳＴ…ＸＹステージ
【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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