CN100420109C - 用于安装发光元件的方法和设备 - Google Patents

Abstract

目的:提供发光元件的安装方法，该方法作为标准能够参照发光元件的光轴精确地对物体进行定位，并安装元件。解决的手段:在第一照相机和第二照相机之间插入吸附机头，它们的光轴彼此正相对且保持固定的空间关系，用第一照相机拍摄吸附机头的机头基准标记，用第二照相机拍摄由吸附机头所吸附的发光元件的末端表面，用第三照相机拍摄由发光元件所发出的光轴。然后，在第一照相机和第二照相机之间插入工作台，使用第一照相机拍摄该工作台上所固定的基板，用第二照相机拍摄工作台的工作台基准标记。使用来自这些照相机的图像信息来计算发光元件与吸附机头之间的相对位置以及在板与工作台之间的相对位置，把吸附机头和工作台移向安装位置，用第一和第二照相机来识别机头基准标记和工作台基准标记，并且基于相对位置信息使吸附机头和工作台经受位置补正和被安装。

Description

用于安装发光元件的方法和设备

技术领域

本发明涉及发光元件的安装方法和安装设备，在将像激光器芯片或LED这样的发光元件安装到一个底板或类似物上的时候使用它们。

背景技术

通常，为了实现高度精确地将电子部件压焊到底板上，一般使用这样一种排列，其中预先为电子部件提供对齐标记，使这种对齐标记与底板的标记对齐，然后便实现了电子部件到底版的压焊。然而，向各部件提供对齐标记会导致这样一个问题，其中连到底版的位置的精确度也受提供对齐标记过程中的误差容限的影响，还会导致成本上升。

对于带有像激光器芯片或LED这样的发光元件的电子部件而言，很期望实现的是，在使发光元件发光时基于光轴将其压焊到底版上。

图18示出了边缘-发光型激光器芯片100被压焊到波导底版101的一个示例。用于让光通过的波导102水平地形成于波导底版101中，执行对齐使得该波导102和激光器芯片100的光轴变为相同的轴，并且通过导电连接材料103执行压焊。横跨波导102，在与激光器芯片100压焊到的波导底版101的那部分相反一侧，连接了光纤104并使得其轴心与波导102的轴心对齐。因此，由激光器芯片100所产生的光通过光纤104被发送到光通信线路。

当按上述方式将激光器芯片100压焊到波导底版101上时，应该精确地进行对齐，使得波导102和激光器芯片100的光轴在相同的轴上。为此，在X轴、Y轴(光轴方向)、Z轴以及θ轴方向上都需要使激光器芯片100的光轴与波导102对齐。特别是，在X轴方向上和Z轴方向上，微米量级的位置精确度是必需的。

参阅专利文献1，已提出过一种方法，其中在基于定位板的接线柱上放置一个中间芯片，在该中间芯片上放置激光器芯片，使该激光器芯片发光，基于其发光的方向进行旋转方向的校正，这之后，同时实现上述的接线柱、中间芯片以及激光器芯片这三个物件的压焊。然而，这种方法是一种用于使激光器芯片发光、识别其方向并同时进行旋转校正的方法，所以使用该方法只能进行粗略的调节，试图高度精确地调节定向则需要时间。此外，激光器芯片与上述的接线柱之间相对的空间关系并未被识别，所以在将激光器芯片安装到波导底版上时，即便使用该方法也不能期望位置的高精确度。

专利文献1：日本经审查的公布号为7-46747的专利申请

参阅专利文献2，提出了一种方法，其中激光器芯片放置在中间台上，使激光器芯片发光，测量其光轴的X、Y以及θ轴，基于该测量来校正发光方向，这之后，将激光器芯片压焊到接线柱等上。在这种情况下，可精确识别出激光器芯片的发光方向，但与用作为要被压焊的物体的接线柱有关的相对位置关系是无法识别的，所以不能必要地确保安装状态的位置和偏位角。特别是，压焊过程不仅常常伴有压力也会有加热，结果，在加热压焊的时候，会因热变形等导致偏位角误差，因此在安装状态中位置的精确度不高。

专利文献2：日本经审查的公布号为7-105575的专利申请

专利文献3是一种方法，用于对发光元件的照明中心的外直径数据点坐标以及某一元件进行图像识别。该方法涉及一种用于安装两个或更多发光元件的方法，这些发光元件具有在波导底版之上向上的光轴，使得其照明中心变得等间隔，并且上述两个或更多发光元件之间的空间关系可以被精确地设置，但底板没有任何可用作数据参考的东西，因此，无法确保在发光元件与底板之间安装状态中的相对位置。因此，即便该方法被应用于将激光器芯片安装到波导底版上时，也无法获得在波导底版与激光器芯片之间位置的高精确度。

专利文献3：日本未经审查的公布号为2000-150970的专利申请

发明内容

本发明要解决的问题

本发明的目的在于，提供一种发光元件的安装方法和安装设备，该方法与设备可以基于发光元件的光轴精确地对物体进行定位，并可以将该元件安装在该物体上。

解决这些问题所用的装置

为了实现上述目的，在第1方面中所描述的本发明提供了一种发光元件的安装方法，它通过在吸附机头的低端部分吸附用作为其光轴朝着水平方向的发光元件的第一部件，并且是在将该第一部件与工作台上所固定的第二部件相互对齐时安装该第一部件，该方法包括：第一步骤，准备位于上述吸附机头之上的第一光学系统、位于上述工作台下面并使得其光轴与第一光学系统的光轴大致相面对的第二光学系统、以及其光轴与第一光学系统的光轴大致正交的第三光学系统；第二步骤，在第一光学系统和第二光学系统之间插入吸附机头，使用第一光学系统来拍摄附加在吸附机头上并可从上面识别出的机头基准标记，使用第二光学系统来拍摄在吸附机头处所吸附的第一部件，使第一部件发光，并使用第三光学系统来识别所述第一部件的光轴；第三步骤，在第一光学系统和第二光学系统之间插入工作台，使用第一光学系统来拍摄工作台上所固定的第二部件，并且使用第二光学系统来拍摄附加在工作台上并可从下面识别出的工作台基准标记；第四步骤，通过使用来自上述第一光学系统、第二光学系统以及第三光学系统的图像信息来计算第一部件和吸附机头之间的相对位置，还计算第二部件与工作台之间的相对位置；第五步骤，通过使用处于将上述吸附机头和工作台移动到安装位置的这种状态中的第一和第二光学系统来识别上述机头基准标记和工作台基准标记，通过使用所述机头基准标记和工作台标记的位置信息以及上述相对位置信息使吸附机头和工作台中至少一个经受位置补正，使得第一部件和第二部件的位置达到所定关系；第六步骤，根据上述位置补正来安装第一部件和第二部件。

在第9方面中所描述的本发明提供了一种用于安装发光元件的设备，它通过在以第二部件对该发光元件校准时安装用作该发光元件的第一部件来安装发光元件，该第一部件具有的光轴朝着水平方向，该设备包括：吸附机头，用于在其下端部分处吸附第一部件，并具有可以从上面识别出的机头基准标记；工作台，用于在其上端部分处固定第二部件，并且具有可以从下面识别出的工作台基准标记；驱动装置，用于在X轴、Y轴、Z轴和θ轴方向上相对地移动上述吸附机头和工作台；第一光学系统，它位于上述吸附机头之上，用于拍摄在工作台上所固定的第二部件以及机头基准标记；第二光学系统，它位于上述工作台下面，以便所述第二光学系统的光轴大致面对着第一光学系统的光轴，用于拍摄在吸附机头处吸附的第一部件以及工作台基准标记；第三光学系统，其光轴大致是与第一光学系统的光轴正交的，用于在使第一部件发光时拍摄所述第一部件的光轴；计算设备，用于通过使用来自上述第一到第三光学系统的图像信息，来计算第一部件与吸附机头之间的相对位置以及第二部件与工作台之间的相对位置；控制设备，用于通过使用处于使上述吸附机头和工作台移动到安装位置的这种状态中的第一和第二光学系统来识别上述机头基准标记和工作台基准标记，还用于通过使用所述机头基准标记和工作台基准标记的位置信息以及上述相对位置信息来使吸附机头和工作台经历位置补正，从而使得第一部件和第二部件的位置达到所定关系。

下文将就按第1方面所述的安装方法的一个示例作详细描述。

首先，准备第一光学系统、第二光学系统以及第三光学系统。此处，术语“光学系统”可以不仅包括单个照相机体，还可以包括镜子、透镜等，并且并不限于一个光学系统包括一个照相机，所以两个或三个光学系统可以包括一个照相机，并且相反，一个光学系统可以包括两个或更多的照相机。

其光轴面朝下的第一光学系统位于吸附机头之上，并且其光轴面朝上的第二光学系统位于工作台之下。第一光学系统和第二光学系统的光轴大致是面对着的，并具有已知的空间关系。放置第三光学系统使其光轴方向大致正交于第一光学系统，并且较佳地放置第三光学系统使得其成像视场的至少一部分包括第一光学系统的视场。注意到，假如用作为物体的第一部件和第二部件的尺寸变得大于所估计的视场，则较佳的做法是，第一光学系统和第二光学系统可以作为一个单元移动到平坦的方向上。

接下来，在第一光学系统和第二光学系统之间插入吸附机头，附加在吸附机头上并可以从上面识别出的机头基准标记可通过使用第一光学系统来拍摄，此外，吸附机头处所吸附的第一部件可通过使用第二光学系统来拍摄，此外，使第一部件发光，并且其光轴可通过使用第三光学系统来同时地加以拍摄。即，使用第一光学系统可以识别机头基准标记的X、Y坐标(Y轴是光轴的方向)，使用第二光学系统可识别第一部件的Y坐标，使用第三光学系统可以识别用来发光的第一部件的光轴的X、Z坐标。注意到，Z坐标并不总是必须被识别。因此，从所拍摄的三个光学系统的数据中，可以获得在吸附机头与第一部件的照明中心之间X、Y方向上的相对位置。

接下来，在第一光学系统和第二光学系统之间插入工作台，工作台上所固定的第二部件是通过使用第一光学系统来拍摄的，并且附加在工作台上并可以从下面被识别的工作台基准标记可通过使用第二光学系统来拍摄。通过从第一光学系统的图像信息中识别出第二部件的位置，并从第二光学系统的图像信息中识别出工作台(工作台参考标准标记)的位置，便可以计算在第二部件与工作台之间X、Y方向上的相对位置。

注意到，关于拍摄吸附机头和第一部件的步骤以及拍摄工作台和第二部件的步骤，无论哪一个在先执行都是可以的。

如上所述，通过使用第一到第三光学系统，可以计算在第一部件与吸附机头之间X、Y方向上的相对位置以及在第二部件与工作台之间X、Y方向上的相对位置。

接下来，通过使用处于将吸附机头和工作台移动到安装位置这样一种状态中的第一和第二光学系统，可识别机头基准标记和工作台基准标记，通过使用那些位置信息和所述相对位置信息可使吸附机头和工作台经受位置补正，使得第一部件和第二部件的位置达到所定关系。在这种情况下，当安装第一部件和第二部件时，可以确保在安装状态中的两部件的相对位置，因此，可以在安装的过程中实现高度精确的对准。

注意到，在本发明中，术语“位置”表示X、Y和Z方向上的位置以及在θ方向上的方位。因此，“位置”包括“偏位角”。

使用根据本发明的方法，在拍摄被提供给机头和工作台的基准标记的同时实现安装过程中的位置保证，所以作为轴向装置所要求的精确度仅仅可以被提取到位置分辨率，因此，不需要高度精确的可再现性。结果，可以使用便宜的轴向装置。此外，在安装过程中可以校正像热变形和无效运动这样的可再现性误差。结果，即便是安装其位置精确度要求在亚微米量级上的电子部件时，本方法仍然是可用的。

没有必要总是使第一、第二和第三光学系统保持固定的空间关系，并且至少在拍摄的时刻，应该只需要处于已知的空间关系中即可。例如，在插入机头或工作台时，可用临时地移开光学系统之一，之后可以再将其放回到原来的位置。在这种情况下，需要一种可再现的机制用于光学系统的移动过程。

此外，因为在使用第一到第三光学系统来拍摄的同时可以实现安装工作，那么在安装过程中在第一部件与第二部件之间的空隙也是可以检测出的。相应地，例如，在使用修补连接构造方法等时，因为这种热变化是在任何时间可被识别出的，并且即便用加热器的热量引起机头和工作台热变形，也仍然可以校正第一和第二部件的位置，那么在加热条件下精确的定位也是可能的。

在把像激光器芯片这样的发光元件压焊到波导底版等情况中，在发光元件的光轴与波导底版之间，X轴方向(当Y轴是光轴方向时)以及Z轴方向上的位置精确度是重要的。关于Z轴方向，例如如果在波导底版上提供一个底座，并且从发光元件底部到其光轴的高度、底座的高度、波导光轴的高度等都预先进行过高度精确的处理，就有可能都与Z方向的光轴一致。然而，关于X方向上的位置精确度，即便预先在波导底版上提供了工作面，光轴位置与发光元件的侧端面之间的精确度也并不总是很高，所以无法确保在X方向上的精确度。

使用本发明时，第一部件(发光元件)的光轴在X方向上的位置是用第三光学系统来识别的，第二部件的X、Y方向的位置是用第一和第二光学系统来识别的，所以根据X方向上的第二部件，可以精确地使第一部件定位。

关于本发明的第2方面，准备第一光学系统和第二光学系统的步骤可以包括这样一个过程：通过在第一光学系统和第二光学系统之间插入可以从上面和下面识别的单个校准标记，并使用第一光学系统与第二光学系统来拍摄该校准标记，便可以测量在第一光学系统和第二光学系统之间的光轴偏移量。

即便预先调节第一光学系统和第二光学系统的光轴以便使其精确地处在相同的轴上面对面，因时间流逝、温度变化等所导致的光轴之间的偏移也是不可避免的，同样，很难使位置保持在像亚微米量级这样的高度精确的精确度上。为此，通过使用第一光学系统和第二光学系统从顶侧和底侧来识别相同的标记，便可获得两个光学系统之间的光轴偏移量，并且通过使用上述光轴偏移量计算第一部件与吸附机头之间的相对位置、第二部件与工作台之间的相对位置、以及吸附机头与工作台之间的位置补正等，可以在不添加误差的情况下执行精确的对准。

在校准标记的插入位置处，Z轴方向上的高度最好设置成压焊面的高度。

注意到，每次安装部件时都进行校准可保持最高的精确程度，但也可以每隔预定数目的安装部件进行一次校准，或每隔一个设置过的周期。

关于本发明的第3方面，准备第一光学系统和第三光学系统的步骤可以包括这样一个过程：通过在第一光学系统和第三光学系统之间插入校准标记，在第一光学系统与第三光学系统之间该校准标记的相对空间关系从上面以及从水平方向上看都是已知的，并且还通过使用第一光学系统和第三光学系统拍摄该校准标记，来测量第一光学系统与第三光学系统之间的光轴偏移量。

尽管第一光学系统的光轴与第三(原文为二，错)光学系统的光轴需要大致正交，就像一种用于测量在正交方向上的光轴偏移量的方法那样，但是通过在第一光学系统和第三光学系统之间插入其相对位置关系从上面和从水平方向都是已知的这样一个校准标记，并拍摄该校准标记，也可以识别出光轴偏移量。通过使用这种光轴偏移量计算在第一部件与吸附机头之间的相对位置关系，便可以在不添加误差的情况下执行精确的对准。

关于本发明的第4方面，关于测量第一光学系统与第二光学系统之间的光轴偏移量所用的校准标记，或测量第一光学系统与第三光学系统之间的光轴偏移量所用的校准标记，可以使用在吸附机头或工作台上所提供的标记。

尽管校准标记可以是在与吸附机头和工作台不同的另一个构件上所提供的标记，但在吸附机头或工作台上提供校准标记可产生一个优点，其中用于校准标记的另一个构件变得没有必要，并且该配置变得简单。

注意到，校准标记需要从多个光学系统中同时被认出。为此，位于吸附机头或工作台上的垂直通透孔或位于透明体(玻璃板)上的标记等都可以被用作校准标记。

关于本发明的第5方面，对于使第一部件发光并使用第三光学系统来识别其光轴的步骤而言，测量第一部件的发光状态，并且假如其发光状态偏离参考值则最好将该第一部件作为有缺陷的物件丢掉而不再继续到接下来的处理过程。

尽管用作为发光元件的第一部件的选择处理过程是可以单独进行的，但是在像第5方面那样测量光轴的时刻同时进行选择处理便可以减少处理过程的数目并提高生产率。

关于本发明的第6方面，在用于对准的所有处理过程中，最好以不变的空间关系来固定第一光学系统、第二光学系统和第三光学系统，以便防止这些光学系统的多个光轴的相互偏移。

因此，如果使用其相对位置总是固定的第一到第三光学系统来识别位置，则与相互移动多个光学系统的情形相比，因移动过程而产生的误差的影响可以减小，由此能够提高定位的精确度，并且不需要任何高级的移动机制。

关于本发明的第7方面，在安装位置处，吸附机头与工作台之间的位置校准处理过程可以包括：第一步骤，通过使用第一和第二光学系统来识别机头基准标记和工作台基准标记，通过使用相对位置信息来使吸附机头和工作台经受临时定位，使得第一部件和第二部件的位置达到所定关系；以及第二步骤，加热吸附机头与工作台之一以便压焊的同时通过使用第一和第二光学系统来连续地拍摄机头基准标记和工作台基准标记，并且使吸附机头和工作台经受相对位置补正以便保持临时定位过程的相对位置关系。

在这种情况下，根据安装过程中的热变形，连续执行位置补正，所以即便有热变形，也总可以足够精确地定位及安装第一部件和第二部件。

关于本发明的第8方面，通过使用第三光学系统，安装第一部件和第二部件的步骤较佳地测量第一部件和第二部件之间在垂直方向上的相对距离，并且在校正其压焊间隙的同时安装第一部件和第二部件。

例如，假如第二部件是在水平方向上具有波导的波导底版，则在第一部件(发光元件)的端面的光轴与波导之间在Z方向上的对准是很重要的。特别是，当通过加热进行压焊的时候，热变形的量是较大的，并且可再现性是不可期望的，所以无法预先预测热变形。

为此，像第8方面那样，如果在第一部件和第二部件之间垂直方向上的相对距离是通过使用用于光轴测量的第三光学系统来测量的，并且进行实时校正，则第一部件到第二部件的安装高度是可以精确控制的。

关于本发明的第10方面，吸附机头和工作台中的至少一个较佳地包括：部件吸附孔；中空部分，它位于部件吸附孔后面，并与部件吸附孔相通；透明体，它关闭所述中空部分的上面，并且可以从该透明体的后面看穿所述部件吸附孔，所述上面正对着所述部件吸附孔；与中空部分相连的空气吸附路径；以及用于加热的加热器，固定在部件吸附孔附近；其中通过作为机头基准标记或工作台基准标记的上述透明体，可以识别出部件吸附孔。

也就是说，部件吸附孔是一个用于吸附第一部件或第二部件的孔，并且与其最近的部件定位在一起。因此，使用部件吸附孔作为机头基准标记或工作台基准标记可以使相对位置偏移量最小，即便吸附机头或工作台中有热变形也如此。

此外，因为通过透明体从机头(或工作台)后面用荧光镜便可以看到用作为基准标记的标记吸附孔，那么即便在安装过程中，通过使用光学系统也可以从机头(或工作台)后面进行拍摄。即，可以精确地识别出安装过程中机头(或工作台)的位置，由此能够高度精确地定位。

假如在安装第一部件和第二部件的同时还对其施加热量和压力，则热量可以最为有效地传递给这些部件，并且通过在离这些部件最近的位置处(即，部件吸附孔)提供加热器，便可以实现压焊性能的提高。

注意到，当机头(工作台)被加热时，在由光学系统所拍摄的图像中，存在因周围空气波动而导致的失真，该失真变为造成误差的原因。然而，假如使用具有如第10方面所述结构的吸附机头或工作台，则尽管中空部分也由来自加热器的热量来加热，但因为该中空部分处于这样一种状态，即来自空气吸附路径的空气吸附会使其减压，所以空气密度较小并且几乎没有波动。结果，当通过透明体和中空部分来拍摄部件吸附孔时，可以获得精确的拍摄数据，这些数据具有很少的因波动而导致的误差。

关于本发明的第11方面，吸附机头或工作台最好通过支架连接到驱动装置上，并且其中，在所述支架中构成一凹陷部分，所述第一或第二光学系统可以插入该凹陷部分中，以便通过所述透明体来拍摄所述部件吸附孔。

尽管用驱动装置在X轴、Y轴、Z轴或θ轴方向上驱动上述机头(工作台)，但是因为当该机头由悬臂支持结构支撑到驱动装置，那么在透明体后面就应该很容易放置照相机、镜子等。然而，因为当压焊第一部件和第二部件时通过增压可能使具有悬臂支持结构的机头弯曲，那么就很难进行高度精确的压焊。另一方面，假如上述机头的背部通过支架被支撑到驱动装置，则即便当增压力量有效果，该机头也不会轻易弯曲，并且可以获得高度精确的压焊。然而，该支架会成为阻碍，并使照相机等难于复位。为此，当照相机并不与支架接触但可以通过用上述机头的背部(特别是，在透明体后面具有凹陷部分的支架)来支撑从而很容易拍摄部件吸附孔时，可以使上述机头(或工作台)稳定并将其支撑到驱动装置。

注意到，使用本发明时，术语“光学系统”不仅包括照相机，还包括具有反射功能用镜子、棱镜、透镜等朝向照相机的反射图像的部分。因此，只有除照相机之外的用于拍摄的光学系统(比如，镜子、棱镜和透镜)才可以插入凹陷部分。

关于本发明的第12方面，安装设备较佳地包括电源单元，用于当使用第三光学系统拍摄第一部件的光轴时，使第一部件发光。

关于电源单元，其结构为在水平方向上可以拆除的一种单元是较好的，以便不防碍吸附机头或工作台。假如第一部件是在其前后侧具有电极的发光元件，则一对电源单元的探头不能同时接触发光元件的上述前后侧，此处吸附了吸附机头。至此，例如，通过在吸附机头的吸附侧提供一个电极，使该电极与发光元件的一个电极接触，并使一对电源单元的探头接触到吸附机头的电极以及发光元件另一侧的电极，这样便可以很容易使发光元件发光。

本发明的优点

从上面的描述中可以清楚地看到，根据本发明，吸附机头和第一部件之间的相对位置以及第二部件与工作台之间的相对位置都是通过使用第一到第三光学系统来识别的，这之后，安装第一部件和第二部件，由此处于安装状态中的两个部件的相对位置可以被正确地识别出，并且可以实现高度精确的安装。特别是，因为第一部件基于其光轴来识别它与吸附机头的相对位置，那么可以基于该光轴高度精确地将第一部件安装到第二部件之上。

此外，因为吸附机头和第一部件之间的相对位置以及第二部件与工作台之间的相对位置是像上述那样使用多个光学系统来识别的，并且进行了安装，那么在其中驱动吸附机头和工作台的轴向装置所要求的精确度只能达到位置分辨率，并且不需要高度精确的可再现性。因此，当采用并不昂贵的轴向装置时，也可以实现高度精确的安装。

此外，当用第一和第二光学系统从顶侧和底侧拍摄它并用第三光学系统从侧面拍摄它时，可以进行安装工作，所以像热变形和无效运动这样的可再现性误差可以在安装期间得到校正。结果，在加热条件下，精确的定位也是可能的。

附图说明

图1是使用根据本发明的安装方法的安装设备的第一实施例的透视图。

图2是图1所示安装设备的吸附机头和工作台的放大图。

图3是图1所示安装设备的吸附机头和工作台的透视图。

图4是图1所示安装设备的对准操作的操作解释图。

图5是从第三光学系统方向上看到的吸附机头和激光器芯片的图。

图6示出了使用第三光学系统测量激光器芯片P与底板B之间间隙的方法。

图7是使用本发明方法的安装设备的第二实施例的前视图。

图8是沿图7中的VIII-VIII线截取的横截面图。

图9是图7所示安装设备的吸附机头的放大图，其中(a)是前视图，(b)是沿IX-XI线截取的横截面图。

图10示出了电源单元的结构。

图11示出了用电源单元给激光器芯片供电的一种状态。

图12是使用本发明方法的安装设备的第三实施例的前视图。

图13示出了根据图12中示例的照相机的视场图像。

图14是根据本发明的安装设备的第四实施例的透视图。

图15是图14所示安装设备的对准操作的操作解释图。

图16示出了用镜子反射激光器芯片的光线的一个示例。

图17是使用底座将激光器芯片安装到波导底版上的一个示例的图。

图18是激光器芯片被安装到波导底版上的一个示例的图。

标号

P发光元件(第一部件)

P1发光部分

B底板(第二部件)

2吸附机头

5机头基准标记

6a，6b校准标记

7，8，9机头驱动装置

11工作台

14工作台基准标记

15，16，17工作台驱动装置

20第一照相机

21第二照相机

22第三照相机

25控制设备

具体实施方式

参照诸多实施例，下文将就用于实施本发明的多种形式进行描述。

第一实施例

图1到图3示出了使用根据本发明的安装方法的安装设备的第一实施例。此处，将使用用作为第一部件的边缘-发射型激光器芯片P和用作为第二部件的底板B。

本示例的安装设备包括机头部分1a、工作台部分1b、第一照相机20、第二照相机21、第三照相机22、控制设备25等。

机头部分1a包括：吸附机头2，用于吸附激光器芯片P；以及驱动装置7、8、9，用于在X、Y、Z轴方向上驱动吸附机头2。如图2所示，吸附机头2包括连接到未示出的真空吸附设备的吸附孔3，向底面开一小孔的部件吸附孔4位于吸附孔3的末端，并且激光器芯片P被吸附该部件吸附孔4中。机头基准标记5在吸附机头2的上表面之上，特别是位于主要对应于部件吸附孔4的位置上被提供。为了观察在θ轴方向上位置的可再现性，基准标记5可以是像图3所示的多点式标记，或者可以是指向的形状(比如，矩形等)。此外，照明部分P1在激光器芯片P的边缘上被提供，并且激光从该照明部分P1向横向方向发射。

注意到，用于加热激光器芯片P的加热装置可以提供位于吸附机头2上。

吸附机头2通过Z轴驱动装置7连接到X轴驱动装置8上，并且X轴驱动装置8进一步连接到Y轴驱动装置9。因此，吸附机头2可以在X、Y、Z轴方向上移动到任意位置。

吸附机头2可以在未示出的提供位置处吸附激光器芯片P，并将其传递到安装位置以便将其安装到底板B上。

如图4所示，工作台11的顶部有一个透明体6，它具有校准标记6a和6b，用于识别第一照相机20和第二照相机21之间的光轴偏移量以及第一照相机20与第三照相机22之间的光轴偏移量。校准标记6a是可以从上面或下面识别的一个标记，并且使用像电镀薄膜这样的方法形成于透明体6的上面或下面。校准标记6b是可以从侧面识别的一个标记，并且通过薄膜方法形成于透明体6的侧面之上。校准标记6a和6b都设置成具有固定的空间关系。

注意到，校准标记6a和6b并不限于形成于透明体6上这样的情形，通过在非透明构件中形成孔等而获得的标记也可以用作为校准标记。此外，校准标记可以位于吸附机头2之上，而非工作台11上面。

工作台部分1b包括用于固定底板B的工作台11以及用于在X、Y、θ轴方向上驱动该工作台11的驱动装置15、16和17。如图2所示，该工作台11包括连接到未示出的真空吸附设备的吸附孔12，向上表面开一小孔的部件吸附孔13位于吸附孔12的末端，并且该部件吸附孔13吸附并固定底板B。工作台基准标记14位于工作台11的底面，尤其位于主要对应于部件吸附孔13的背面位置上。该基准标记14与机头基准标记5一样，可以是如图3所示的多点型标记，或者可以是指向的形状(例如，矩形等)。此外，对准标记B1位于底板B上，对应于基准标记14。

注意到，用于加热底板B的加热装置可以位于工作台11上。

工作台11连接到X轴驱动装置15，并且X轴驱动装置15的两端分别通过铰链15a连接到Y1轴驱动装置16和Y2轴驱动装置17。因此，通过改变Y1轴驱动装置16的移动量以及Y2轴驱动装置17的移动量，便可以在θ轴方向上实现工作台11的角度调节。因此，工作台11可以在X、Y、θ轴方向上移动到任意位置。

工作台11的功能在于，在未示出的提供位置处接收底板B，并将其传递到安装位置。

在安装位置处，第一照相机20和第二照相机21分别安装在吸附机头2上面和工作台11下面，并在安装位置的侧面安装第三照相机22。关于第三照相机22，可以使用被称为NFP光学系统的照相机，并且其光轴高度较佳地比压焊面高度稍高一点。第二照相机21最好具有能够拍摄整个激光器芯片P的拍摄视场。第一和第二照相机20和21的相对位置是由定位装置23(图1中用虚线来表示)，比如马达轴来固定的，使得这些照相机的共同的光轴通常面向相同的光轴，并且这些照相机也并不执行相对位移。此外，第三照相机22的相对位置也是由定位装置23(比如，马达轴)来固定的，使得其光轴大致与第一和第二照相机20和21的光轴正交，并且这些照相机也并不执行相对位移。尽管照相机20、21和22较佳地具有自聚焦功能，但是作为替代，也可以通过在Z轴方向上移动第一和第二照相机20和21，和在Y轴(激光器芯片P的光轴)方向上移动第三照相机22来执行。

控制设备25读取第一照相机20、第二照相机21和第三照相机22所拍摄的数据，从这些数据中计算出第一照相机20与第二照相机21之间的光轴偏移量、第一照相机20与第三照相机22之间的光轴偏移量、激光器芯片P的位置(偏移角)、底板B的位置(偏移角)、机头基准标记5与激光器芯片P之间的相对位置(偏移角)、工作台基准标记14与底板B之间的相对位置(偏移角)等等，存储上述这些数据，并且控制设备25还具有控制驱动装置7、8、9、15、16和17的功能。

现在，根据图4和图5来描述由上述结构制成的安装设备的操作情况的一个示例。图4(a)示出了第一照相机20、第二照相机21和第三照相机22的校准过程。首先，在位于安装位置处的第一照相机20与第二照相机21之间插入吸附机头2，并且将校准标记6a调节到压焊面高度。然后，用照相机20和21来拍摄位于吸附机头2之上的校准标记6a，并且获得了照相机20和21之间的光轴偏移量。光轴偏移量被用于计算激光器芯片P和吸附机头2之间的相对位置(这在下文中会进行描述)，还用于计算底板B与工作台11之间的相对位置以及吸附机头2与工作台11之间的位置补正等。相似的是，使用第三照相机22来拍摄校准标记6b。此时，校准标记6a和6b被设置成固定的空间关系，由此可以获得第一照相机和第三照相机22之间的光轴偏移量。

图4(b)示出了吸附机头2被移开的一种状态，并且工作台11被插入安装位置，即底板B的上表面变为压焊面高度的那个位置。在这种情况下，使用第一照相机20来拍摄工作台11上底板B的对准标记B1，同时，获得了在工作台11后面用第二照相机21拍摄的基准标记14以及底板B的X、Y坐标位置和工作台11的X、Y坐标位置。接下来，使用来自第一照相机20和第二照相机21的图像信息来存储底板B与工作台11之间的空间关系。

图4(c)示出了工作台11被移开的一种状态，并且吸附机头2下降到安装位置，即由吸附机头2所吸附的激光器芯片P下降到它变为压焊面高度的那个位置。在该位置处，使激光器芯片P发光(光轴方向是Y轴)。接下来，使用第一照相机20来识别机头基准标记5的XY坐标，使用第二照相机21来识别激光器芯片P的照明面(图4(c)中的右侧表面)的Y坐标，并且使用第三照相机22来识别激光器芯片P的光轴的X、Z坐标。此时，第二照相机21的视场可以识别整个激光器芯片P，所以可以很容易识别照明面的Y坐标。接下来，使用来自第一照相机20到第三照相机21的图像信息来存储激光器芯片P和吸附机头2之间的空间关系。

注意到，图4(b)和(c)中第一照相机20与第二照相机21的焦距不同于当识别校准标记6a时的焦距(图4(a))，所以最好使用自聚焦功能以便清晰地识别出机头基准标记5、对准标记B1、工作台基准标记14等。

图5示出了从第三照相机方向上观察吸附机头2和激光器芯片P的情形。使用第三照相机22来识别激光器芯片P的照明部分P1的X坐标，并且从上面识别出的X坐标和用第一照相机20识别出的机头基准标记5的XY坐标中，可以获得激光器芯片P和吸附机头2之间X方向上的相对位置。此外，通过第三照相机22，从激光器芯片P的光轴的Z方向上的位置信息以及位于吸附机头2上面的位置传感器的Z位置信息中，可以识别出在激光器芯片P的光轴与吸附机头2之间Z方向上的相对位置。

激光器芯片P的光轴的Z位置信息可以是激光器芯片P的照明部分P1和吸附机头2的底面之间的高度Z，或者是照明部分P1与激光器芯片P的底面之间的高度，并且进一步，通过在第三照相机22的视场内的吸附机头2的侧面上提供一个标记，上述的激光器芯片P的光轴的Z位置信息便可以是该标记与照明部分P1之间的高度。

图4(d)是安装过程，其中该工作台11被移动到和图4(b)相同的位置，同时使吸附机头2固定在安装位置处，并且将激光器芯片P安装到底板B上。此时，通过使用位于吸附机头2中的位置传感器，将执行Z方向上的定位。注意到，当加热时在Z方向上热变形的量是预先指明的。

在图4(b)中的位置识别之后，在图4(c)中移开工作台11，并且进一步当在图4(d)中将工作台11放回安装位置时，根据驱动装置15到17的精确度，底板B必然无法在具有足够的再现性的情况下返回到图4(b)中的位置。由于第一照相机20的视场被吸附机头2阻挡，也就无法直接用第一照相机20来识别底板B。因此，在安装过程中，使用第二照相机21来识别基准标记，基于图4(b)中计算得到的相对位置数据在XY方向上移动工作台11，使得底板B的位置符合图4(c)中的激光器芯片P的位置。吸附机头2被当作被固定在图4(c)中的位置上，所以因为在激光器芯片P中没有位置偏移，那么必须要做的只是执行底板B的位置补正。注意到，如果在θ轴方向上有偏移，那么应该在θ轴方向上移动工作台11。因此，在激光器芯片P与底板B之间，可以在XYZ方向上进行精确的对准，并且通过在这种情况下的安装，可以获得高度精确的产品。

图4示出了一个示例，其中，首先识别底板B与工作台11之间的空间关系，接下来识别吸附机头2与激光器芯片P之间的空间关系，并且当将激光器芯片P固定在安装位置上时将底板B移动到安装位置并进行安装，但通过与此相反的方法也可以进行安装。即，首先识别吸附机头2与激光器芯片P之间的空间关系，接下来识别底板B与工作台11之间的空间关系，并且当使底板B固定在安装位置时，将激光器芯片P移动到安装位置并进行安装。

使用图4所示的定位过程时，假如在加热的同时进行安装，则吸附机头2或工作台11可能在安装的中间引起热变形。因此，即便在安装之前正确地进行了对准，当安装完成时，也会出现激光器芯片P和底板B并不恰好一致的情形。

作为在这种情况下的一种测量，在安装过程中可以使用下述方法(参照图4(d))。

首先，使用第一和第二照相机20和21来识别机头基准标记5和工作台基准标记14，并且通过使用上述相对位置信息，使吸附机头2和工作台11临时停在激光器芯片P和底板B相一致的位置处。此时，激光器芯片P和底板B只是轻轻地接触。

当对吸附机头2和工作台11其中之一加热或对两者都进行加热以便压焊时(例如，350度/5秒或更快些)，不断对其加压，并且同时用第一和第二照相机20和21连续拍摄机头基准标记5和工作台基准标记14。接下来，吸附机头2和工作台11经受相对位置补正，以便在上述临时的停止过程中保持相对的空间关系。

如果使用上述方法，则即便在安装的中间发生XY方向的偏移，照相机20和21也会检测到该偏移并实时对其进行校正，由此能够进行精确的压焊。

在图4中，当加热时在Z方向上热变形的量是预先指明的，但事实上可能发生10微米等这样的变形，并且可再现性可能也很小。为此，使用第三照相机22测量激光器芯片P与底板B之间的间隙，并在执行实时校正的同时将激光器芯片P安装到底板B上，这些做法能够使激光器芯片P的光轴与适合于底板B的高度对齐。

关于上述间隙的测量方法，可以考虑图6所示的三种方法。

如图6(a)所示，第一种方法用于测量激光器芯片P和底板B的轮廓末端表面之间的间隙t1。

如图6(b)所示，第二种方法用于测量吸附机头2和工作台11的轮廓末端表面之间的间隙t2。

如图6(c)所示，第三种方法用于测量位于吸附机头2和工作台11之上的基准标记2a和11a之间的间隙t3。

使用上述方法之一能够在使用图像进行识别校正的同时任意调节激光器芯片P与底板B之间的压焊空隙。注意，使用第二和第三种测量方法时，当已经识别出激光器芯片P的光轴时，有必要识别出该光轴与机头2的末端表面或基准标记之间的相对位置。

第二实施例

图7到图11示出了根据本发明的安装设备的第二实施例。

本示例的安装设备包括机头部分30和工作台部分40、第一到第三光学系统60、61、和66、以及控制设备(未示出)。

机头部分30包括：吸附机头31，用于吸附激光器芯片P；驱动装置32，用于在X、Y、Z轴方向上驱动；以及支架33，用于将吸附机头31连接到驱动装置32。支架33包括一对面对面的支持壁33a，并且在X轴方向上通透的凹陷部分33b位于其间。从X轴方向上在该凹陷部分33b中插入第一光学系统60(镜子部分)，它可自由地进出。

如图9所示，吸附机头31包括：基座构件34；透明板35，由无瑕的玻璃等制成，并固定到基座构件34的上表面；圆柱构件36，由绝热材料制成，并固定到基座构件34的下表面；附属构件37，固定到圆柱构件36的低端部分；以及加热器38，夹在附属构件37与圆柱构件36之间。用螺丝等将上述基座构件34固定到支撑壁33a的低端。附属构件37最好用导热性良好的材料构成。

垂直通透的孔34a位于基座构件34的中心部分中，该通透孔34a与圆柱构件36的内部孔36a相通，并且中空部分39是由这些孔34a和36a构成。中空部分39的上表面是用透明板35来闭合的。基座构件34与空气管道相连，管道与中空部分39相通，并且该空气管道34b连接到未示出的真空吸附设备，并构成空气吸附通道。

通透孔位于加热器38的中心部分，加热器38以共心方式固定到附属基座37，使得该通透孔与形成附属构件37的中心部分中的部件吸附孔37a相一致。激光器芯片P被吸附到部件吸附孔37a的底侧开孔部分。

如上所述，与部件吸附孔37a相通的中空部分39形成于吸附机头31的部件吸附孔37a之后，并且中空部分39与部件吸附孔37a正对着的那个表面是用透明板35封住的。凹陷部分33b位于支架33中，以便将机头31连接到驱动装置32，并且使用插入该中空部分33b中的第一光学系统60时可以很容易地通过透明板35识别出部件吸附孔37a。即，部件吸附孔37a可以被用作机头基准标记。为了检测旋转方向的角度偏移，最好将部件吸附孔37a的顶侧开孔部分做成随方向性易变的形状，比如矩形。

如图10所示，电极37b位于吸附机头31的附属构件37的表面上，并且当吸附机头31吸附其前后侧具有电极Pa和Pb的激光器芯片P时，激光器芯片P的顶侧电极Pa与电极37b接触，并导电。在这种情况下，当电源单元50的探头51和52分别接触电极37b和底侧电极Pb时，便可以使激光器芯片P发光。

图11示出了在光轴识别位置中的电源50(参照图4(c))。当吸附机头31下垂到使电源单元50水平地伸出状态时，探头51和52分别与电极37b和底侧电极Pb接触，所以激光器芯片P发光，并且可由第三光学系统66来拍摄该光轴。

工作台部分40包括用于吸附并固定底板P的工作台41、用于在X、Y、θ轴方向上驱动的驱动装置42、以及用于将工作台41连接到驱动装置42的支架43。既然将工作台41和吸附机头31制成垂直对称结构，并且将支架43和支架33制成垂直对称结构，那么主要组件的参考数字罗列如下，并且其多余的描述将忽略掉。即，43b是凹陷部分，44是基座构件，44b是空气管道，45是透明板，46是圆柱构件，47是附属构件，47a是部件吸附孔，48是加热器，并且49是中空部分。在这种情况下，使用从X轴方向上插入凹陷部分43b中的第二光学系统61(镜子部分)，便可以通过透明板45拍摄部件吸附孔47a，并且部件吸附孔47a可以用作机头基准标记。

第一光学系统60通过Z1轴驱动装置64连接到位于XY轴驱动装置62之上的支撑部分63，并且第二光学系统通过Z2轴驱动装置65连接到支撑部分63。第三光学系统66通过Y轴驱动装置67连接到支撑部分63。

第一光学系统60包括照相机60a、在X轴方向上扩展的圆柱透镜60b、以及连接到透镜60b的末端的棱镜或镜子60c，并且该镜子60c被插入支架33的凹陷部分33b。排列方式是这样的，其中部件吸附孔37a的光线是由镜子60c来反射的，并且使用照相机60a可以通过透镜60b来拍摄光线。

相似的是，第二光学系统61包括照相机61a、在X轴方向上扩展的圆柱透镜61b、以及棱镜或镜子61c，并且该镜子61c被插入支架43的凹陷部分43b中。既然与凹陷部分33b和43b相比镜子60c和61c是小横截面，那么在XYZ方向上存在空间上的空余。因此，即便在位置识别、安装、或位置补正的时刻移动了吸附机头31和工作台41，也可以防止支架33和43以及镜子60c和61c之间的干扰。

第一到第三光学系统60、61和66最好具有自聚焦功能。

第一光学系统60和第二光学系统61是由支撑部分63来支撑的，使得这些光轴在相同的轴上面对面，并且这些照相机并不相对地向XY方向移动。第三光学系统66是由支撑部分63来支撑的，使得其光轴与第一光学系统60的光轴正交，并且其照相机也并不相对地向XZ方向移动。此外，为了识别第一光学系统60与第二光学系统61之间的光轴偏移量，位于吸附机头31或工作台41中的部件吸附孔37a和47a中的一侧可以用作校准标记。

为了对应于在大尺寸底板B上安装多个部件P的情形，通过XY轴驱动装置62，光学系统20和21都能够整体地向XY方向移动。

此外，通过用Z1轴驱动装置64在垂直方向上调节第一光学系统60，用Z2轴驱动装置65在垂直方向上调节第二光学系统61，并且用Y轴驱动装置67在水平方向上调节第三光学系统66，便可以各自独立地进行与各光学系统60、61和66相关的自聚焦调节。

上述示例的安装设备的操作过程与图4所示的第一实施例相同，所以有关描述将省略。注意到，假如使用吸附机头31的部件吸附孔37a或工作台41的部件吸附孔47a作为校准，则吸附机头31或工作台41应该被插入垂直的光学系统60和61之间，并且应该在吸附激光器芯片P或底板B之前，先测量光轴偏移量。

使用第二实施例时，部件吸附孔37a和47a被用作机头基准标记和工作台基准标记。既然部件吸附孔37a和47a位于离部件P和底板B最近的位置，那么即便在吸附机头31或工作台41中存在一些变形，部件P与吸附机头31之间的相对位置偏移量以及底板B与工作台41之间的相对位置偏移量都会变为最小。既然透过透明体从机头(或工作台)后面可以通过荧光镜来观察用作为基准标记的部件吸附孔，那么即便在安装的中间也能够精确地识别出机头(或工作台)的位置。

此外，吸附机头31和工作台41都包括加热器38或加热器48，所以在对其施加热量和压力的同时可以将激光器芯片P安装到底板B上。在这种情况下，加热器38和48位于与部件吸附孔37a和47a极为接近的位置处，所以热量可以最为有效地传递到部件P和底板B，由此可以实现压焊性能的改进。此外，当对机头(或工作台)进行加热时，在照相机所拍摄的图像中，会出现因周围空气波动而导致的失真，这会成为误差的原因，但是既然空气吸附通道34b中的空气吸附可使中空部分39处于一种减压的状态，那么空气的密度很低并且几乎没有波动。结果，当通过透明体35和中空部分39来拍摄部件吸附孔37a时，可以获得精确的拍摄数据，这些数据具有很小的因波动而导致的误差。

使用第二实施例时，排列方式是这样的，其中位于第一光学系统60和第二光学系统61中的镜子部分60c和61c被插入凹陷部分33b和43b，但假如光学系统可以配置成小尺寸，则排列方式可以是这样的，其中透镜部分60b和61b，以及镜子部分60c和61c被忽略，并且照相机60a和61a被直接插入凹陷部分33b和43b。

此外，已经做出一种排列方式，其中将工作台41和吸附机头31制成垂直对称结构，并且将支架43和支架33制成垂直对称结构，但根据要处理的第一部件(发光元件)P和第二部件(底板)的形状和尺寸也可以使用任意的结构。

像上述示例中所示的那样用一对支撑壁33a来支撑的结构构件已经被用作支架33和34，所以可用与驱动装置32和42有关的两端支撑结构来支撑吸附机头31和工作台41，并且可以防止在安装时因压力而导致吸附机头31和工作台41弯曲的现象。另外，支架33和43包括光学系统60和61的镜子部分60c和61c可以自由插入其中的凹陷部分33b和43b，因此，在安装过程的中间可以很容易识别出机头基准标记37a和47a。

第三实施例

图12和图13是由一个照相机构成两个光学系统(第一光学系统和第二光学系统)的一个示例，这是根据本发明的安装设备的第三实施例。与图8所示实施例相同的组件用相同的参考数字来表示，并且其多余的描述将省略。

在本示例中，照相机71、透镜72以及用来将照相机71的视场分成垂直的两半的镜子(或棱镜73和74)都被安装在位于支撑部分63中的桌面70上，以便向Z方向移动。照相机的光轴被镜子73向上打弯，并且被位于镜子支撑构件75中的两块镜子(或棱镜)向下打弯，该镜子支撑构件75不能在Z轴方向上移动，并且可以拍摄机头基准标记37a。另一方面，被镜子74向下打弯的光轴被位于镜子支撑构件78中的两块镜子(棱镜)79和80向上打弯，该镜子支撑构件78无法在Z轴方向上移动，并且可以拍摄工作台基准标记47a。因此，两个光学系统可以由一个照相机71构成。

图13示出了使用照相机71时的视场。反射到上半部分的图像是机头基准标记37a，反射到下半部分的图像是工作台基准标记47a。通过在Z轴方向上移动桌面70，使垂直光学系统的图像聚焦可以同时调节，使垂直光学系统的光通路的长度相等，并使Y1轴进入焦点。

第四实施例

图14和图15示出了根据本发明的安装设备的第四实施例。该示例是一种用五个照相机进行高速对准的方法。图14将与图1进行对比描述，图15将与图4进行对比描述。注意到，相同的组件使用相同的参考数字，并且多余的描述将省略。

在图14中，第一照相机81和第二照相机82是由定位装置83来固定的，使得它们的光轴面对面，并且第三照相机84和第四照相机85是由定位装置86来固定的，使得它们的光轴面对面。此外，第五照相机87是由定位装置86来固定的，使得其光轴与第三照相机84和第四照相机85的光轴正交。注意到，第五照相机87的连接位置可以在机头的移动方向和直角方向上。第一照相机81和第二照相机82之间的相对位置以及第三照相机84和第四照相机85之间的相对位置固定在XY方向上，但可以在聚集方向上自由移动。此外，对于第五照相机87而言，光轴方向上的焦点移动是自由的。

例如，第一照相机81用于识别机头基准标记5，第二照相机82用于识别已被吸附吸附机头2中的部件P。此外，第三照相机84用于识别固定在工作台11中的底板B以及例如机头基准标记5，并且第四照相机85用于识别工作台基准标记14。第五照相机87不仅用于识别部件P的光轴，还用于识别部件P的安装高度。

参照图15，将描述由上述结构制成的安装设备的操作。

图15(a)是校准过程，其中吸附机头2的顶部被插入第一照相机81和第二照相机82之间，使用照相机81和82来拍摄位于吸附机头2之上的校准标记6a，获取在照相机81和82之间的光轴偏移量，并且同时使用第五照相机87来拍摄校准标记6b。相似的是，在第三照相机84与第四照相机85之间插入工作台11，校准标记19位于使用照相机84和85的工作台11上，并且获得在照相机84和85之间的光轴偏移量。

图15(b)示出了一种状态，其中，在照相机81和82之间插入被吸附机头2吸附的部件P，并且在照相机84和85之间插入工作台11上所固定的底板B。注意到，连接材料B2附在底板B上。在这种情况下，使用照相机81和82来识别机头基准标记5与部件P之间的相对位置，并且使用照相机84和85来识别工作台基准标记14。同时，使部件P发光，并且使用第五照相机87来识别其光轴位置。因此，在部件P的位置、机头2的部件、以及光轴之间的空间关系被存储，并且在底板B的位置与工作台11的标记14之间的空间关系也被存储。

图15(c)示出了一种状态，其中，在第三和第四照相机84和85之间移动吸附机头2，使用第三照相机84来识别机头基准标记5，使用第四照相机85来识别工作台基准标记14，并且令机头2下降使得当使用第五照相机87时在部件P和底板B之间的间隙变为所定值，并且经受临时的停顿。此处，已经在第三和第四照相机84和85之间移动了吸附机头2和工作台11，但可以这样排列，其中在第一和第二照相机81和82之间移动吸附机头2和工作台11，使用第一照相机81来识别机头基准标记5，并且使用第二照相机82来识别工作台基准标记14。

图15(d)是压焊过程，其中在对部件P和底板B进行加热的同时将它们压焊。通过使用第三和第四照相机84和85连续地拍摄标记5和14，便可以对吸附机头2和工作台11进行实时位置补正，所以部件P和底板B之间的相对位置可以在加热时不偏移。同时，使用第五照相机87来测量部件P与底板B之间的间隙，并且可以实时校正机头高度，使得其间隙变为所定值。因此，如图18所示，发光元件的光轴可以精确地符合波导底版的波导。

如上所述，通过使用第一和第二照相机81和82以及第三和第四照相机84和85这两组照相机对，当一对照相机正在拍摄吸附机头2侧面时，另一对照相机对可以拍摄工作台11侧面，由此可以高速对准并安装。

注意，如果UV固化树脂用作连接材料B-2，则从水平方向投射UV并且使其黏附在图15(d)所示的工作台中。

如上所述，第五照相机87不仅用于识别部件P的光轴，还用于识别部件P的安装高度，但是假如将像图18所示那样的光学部件P安装到底板B之上，则即便在安装的时候使用第五照相机87从部件的光轴方向尝试识别，也会因为部件P和底板B之间的空隙藏在底板B上而检测不到它。在这种情况下，可以使用在水平方向上具有光轴的另一个照相机。在这种情况下，将总共使用六个照相机。注意，如图6(b)和(c)所示，假如用机头与工作台之间的空隙来替代在上述部件之间的空隙，则它也可以在使用第五照相机87时被用于部件P的光轴识别和安装高度的识别。

在第一实施例到第四实施例中，所有描述所涉及的省略都是在一个底板B上安装一个激光器芯片P，假如将多个激光器芯片P安装到底板B上，情况亦如此。然而，在这种情况下，就必须提供与底板B的多个安装位置相关的对准标记B1，并且也必须在与这些相对应的工作台11上提供多个工作台基准标记14。

本发明可应用的范围很广，比如，用来将发光元件安装到板上的芯片安装机，TAB压焊机，以及触发芯片压焊机。

本发明的安装设备并不限于上文诸多示例所示的结构，并且只要可以实现本发明的各步骤，任何结构都是可以使用的。

使用本发明时，已经给出了一种排列方式，其中，第一光学系统位于吸附机头上面，第二光学系统位于工作台下面，但至少用来接收来自机头基准标记和来自工作台基准标记的那些部分应该位于吸附机头上面和工作台下面，并且照相机并不需要分别位于吸附机头之上和工作台之下。因此，可以这样排列，其中使用了多个镜子和棱镜，并且它们在位于吸附机头侧面或下面、或位于工作台侧面或下面的照相机中使光线反射。

在图4中，已经使用位于与第一光学系统20的光轴正交的方向上的第三光学系统22来拍摄激光器芯片P的光轴，但是如图16所示，可以这样排列，其中，反射镜90位于吸附机头2的底面之上，并且通过用镜子9使激光器芯片P的光线打弯90度，便有可能使用第二光学系统21来拍摄激光器芯片P的光轴。在这种情况下，第二光学系统21可以用作双重目的，取代第三光学系统22。

使用上述示例时，所有描述所涉及的都是使激光器芯片发光，并且使用第三光学系统来拍摄其光轴，因此，在光轴的X方向和Z方向上的位置被识别，但并不是必须识别Z方向上的位置。

例如，如图17所示，假如用作高度参考的底座92形成于波导底版91之上，则仅通过压焊正处于顶着底座92推进这样一种状态之中的激光器芯片95，便可以在Z方向上正确地对准激光器芯片95的光轴与波导底版91的波导93，因此，没有必要使用第三光学系统来识别在光轴的Z方向上的位置。注意，96表示金属连接部件。

Claims (14)

1. 一种安装发光元件的方法，用于通过在吸附机头的下端部分吸着用作发光元件的第一部件来安装发光元件，其中所述第一部件的光轴朝着水平方向，使所述第一部件与工作台上所固定的第二部件对准后，安装它们，所述方法包括：

一个步骤，用于准备：

位于所述吸附机头上方的第一光学系统；

位于所述工作台下面并使其光轴与第一光学系统的光轴大致相对的第二光学系统；以及

其光轴与第一光学系统的光轴大致正交的第三光学系统；

一个步骤，用于在所述第一光学系统和所述第二光学系统之间插入所述吸附机头，通过使用所述第一光学系统来拍摄附在所述吸附机头上并可以从上面识别出的机头基准标记，通过使用所述第二光学系统来拍摄在所述吸附机头处所吸附的第一部件，使所述第一部件发光，并且通过使用第三光学系统来识别所述第一部件的光轴；

一个步骤，用于在所述第一光学系统和所述第二光学系统之间插入工作台，通过使用所述第一光学系统来拍摄在所述工作台上所固定的第二部件，并且通过使用所述第二光学系统来拍摄附在所述工作台上并可以从下面识别出的工作台基准标记；

一个步骤，用于通过使用来自所述第一光学系统、第二光学系统和第三光学系统的图像信息来计算所述第一部件与所述吸附机头之间的相对位置以及所述第二部件与所述工作台之间的相对位置；

一个步骤，用于使用所述第一和第二光学系统来识别所述机头基准标记和工作台基准标记，所述第一和第二光学系统处于所述吸附机头和工作台被移向安装位置这样一种状态之中，通过使用所述机头基准标记和工作台基准标记的位置信息以及所述相对位置信息来使所述吸附机头和工作台中的至少一个经受位置补正，从而使得所述第一部件和第二部件的位置达到所定关系；以及

一个步骤，在所述位置补正之后安装所述第一部件和所述第二部件。

2. 如权利要求1所述的安装发光元件的方法，其特征在于，所述用于准备第一光学系统和第二光学系统的步骤包括：通过在所述第一光学系统和第二光学系统之间插入可以从上面和下面识别出的第一单个校准标记从而来测量在所述第一光学系统与第二光学系统之间的光轴偏移量，并且通过使用所述第一光学系统和第二光学系统来拍摄所述第一单个校准标记。

3. 如权利要求2所述的安装发光元件的方法，其特征在于，所述用于准备第一光学系统和第三光学系统的步骤包括：通过在所述第一光学系统和第三光学系统之间插入其与所述第一单个校准标记的相对空间关系从上面看和从水平方向看都是已知的第二单个校准标记从而来测量在所述第一光学系统与所述第三光学系统之间的光轴偏移量，并且通过使用所述第三光学系统来拍摄所述第二单个校准标记。

4. 如权利要求2所述的安装发光元件的方法，其特征在于，所述第一单个校准标记是在所述吸附机头或工作台上提供的标记。

5. 如权利要求3所述的安装发光元件的方法，其特征在于，所述第一单个校准标记和第二单个校准标记是在所述吸附机头或工作台上提供的标记。

6. 如权利要求2或3所述的安装发光元件的方法，其特征在于，关于使所述第一部件发光并使用所述第三光学系统来识别所述第一部件的光轴这一步骤，测量所述第一部件的发光状态，并且如果所述第一部件的发光状态与参考值有偏离，则将所述第一部件作为有缺陷的物件丢弃而不必继续接下来的处理步骤。

7. 如权利要求2或3所述的安装发光元件的方法，其特征在于，在拍摄所述机头基准标记和第一部件、拍摄所述第二部件和工作台基准标记、使所述吸附机头和工作台中的至少一个经受位置补正、以及安装所述第一部件和第二部件所有这些过程中，始终使所述第一光学系统、第二光学系统和第三光学系统保持固定的空间关系。

8. 如权利要求2或3所述的安装发光元件的方法，其特征在于，在所述安装位置处，在所述吸附机头与工作台之间的所述位置补正处理过程包括：

一个步骤，通过使用所述第一和第二光学系统来识别所述机头基准标记和工作台基准标记，并且通过使用所述相对位置信息来使所述吸附机头和工作台经受临时的固定，使得所述第一部件和第二部件的位置达到所定关系；以及

一个步骤，在对所述吸附机头和工作台之一进行加热或对二者同时进行加热以便压焊的同时，使用所述第一和第二光学系统对所述机头基准标记和工作台基准标记进行连续拍摄，并使所述吸附机头和工作台经受相对位置补正以便保持所述临时的固定处理过程的相对位置关系。

9. 如权利要求2或3所述的安装发光元件的方法，其特征在于，所述用于安装第一部件和第二部件的步骤通过使用所述第三光学系统来测量所述第一部件和第二部件之间在垂直方向上的相对距离，并且在安装所述第一部件和第二部件的同时校正它们的压焊空隙。

10. 一种安装发光元件的设备，用于通过在以第二部件对该发光元件校准时安装用作该发光元件的第一部件来安装发光元件，该第一部件具有的光轴朝着水平方向，所述设备包括：

吸附机头，用于在其下端部分处吸附所述第一部件，并具有可以从上面识别出的机头基准标记；

工作台，用于在其上端部分处固定所述第二部件，并具有可以从下面识别出的工作台基准标记；

驱动装置，用于在X轴、Y轴、Z轴和θ轴方向上相对地移动所述吸附机头和工作台；

第一光学系统，位于所述吸附机头上方，用于拍摄在所述工作台上所固定的第二部件以及所述机头基准标记；

第二光学系统，位于所述工作台下面，以便所述第二光学系统的光轴大致与所述第一光学系统的光轴正对着，用于拍摄在所述吸附机头处所吸附的第一部件以及所述工作台基准标记；

第三光学系统，其光轴大致与所述第一光学系统的光轴正交，用于在使所述第一部件发光的时候拍摄所述第一部件的光轴；

计算设备，用于通过使用来自所述第一到第三光学系统的图像信息来计算所述第一部件与吸附机头之间的相对位置以及所述第二部件与工作台之间的相对位置；

控制设备，用于通过使用处于所述吸附机头和工作台被移向安装位置这样一种状态之中的所述第一和第二光学系统来识别所述机头基准标记和工作台基准标记，还用于通过使用所述机头基准标记和工作台基准标记的位置信息以及所述相对位置信息来使所述吸附机头和所述工作台经受位置补正，使得所述第一部件和第二部件的位置达到所定关系。

11. 如权利要求10所述的安装发光元件的设备，其特征在于，所述吸附机头和工作台中的至少一个包括：

部件吸附孔；

中空部分，在所述部件吸附孔后面提供，并与所述部件吸附孔相通；

透明体，用来使所述中空部分的上面闭合，并可以从该透明体的后面看穿所述部件吸附孔，所述中空部分的上面正对着所述部件吸附孔；

空气吸附通道，连接到所述中空部分；以及

用于加热的加热器，固定在所述部件吸附孔附近，

其中，通过所述透明体将所述部件吸附孔识别成机头基准标记或工作台基准标记。

12. 如权利要求11所述的安装发光元件的设备，其特征在于，所述吸附机头或工作台通过支架连接到所述驱动装置；

并且其中，在所述支架中构成一凹陷部分，所述第一或第二光学系统插入该凹陷部分中，以便通过所述透明体来拍摄所述部件吸附孔。

13. 如权利要求10到12中任意一项所述的安装发光元件的设备，还包括：电源单元，用于当使用所述第三光学系统拍摄所述第一部件的光轴时，使所述第一部件发光。

14. 如权利要求10到12中任意一项所述的安装发光元件的设备，其特征在于，所述第三光学系统从侧面拍摄所述第一部件和所述第二部件，或所述吸附机头和工作台，

其中，所述计算设备通过使用来自所述第三光学系统的图像信息来计算所述第一部件和所述第二部件之间在垂直方向上的相对距离；并且

其中，所述控制设备基于所述相对距离信息来校正在所述第一部件和第二部件之间的压焊间隙。

Images