CN110249199B - 接合装置以及接合对象物的高度检测方法 - Google Patents

接合装置以及接合对象物的高度检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明的接合装置(100)及接合对象物的高度检测方法包括光学系统(20)、获取光学系统(20)所成像的像作为图像(14)的摄像元件(70)、对电子零件(13)进行照明的照明单元(30)、以及进行摄像元件(70)所获取的图像的处理的控制部(80)，并且控制部(80)通过相对于光轴(24)倾斜的第一倾斜光路对电子零件(13)进行照明而获取电子零件(13)的第一图像，通过相对于光轴(24)朝向与第一倾斜光路相反之侧倾斜的第二倾斜光路对电子零件(13)进行照明而获取电子零件(13)即被摄体的第二图像，基于第一图像与第二图像的位置偏移量计算电子零件(13)的自基准高度算起的变化量。由此，利用简便的方法进行接合装置的零件或被摄体的高度检测。

Description

接合装置以及接合对象物的高度检测方法
技术领域
本发明涉及一种利用摄像装置进行接合对象物的高度的检测的接合装置及其方法。
背景技术
作为将半导体芯片(裸片(die))封装至配线基板或引线框架(lead frame)上的装置，是使用裸片接合装置(die bonding device)或倒装芯片接合装置(flip chip bondingdevice)。
由于基板或引线框架中存在厚度不均，故而在此种装置中，例如使用如下方法：通过利用超声波或激光的非接触式的距离传感器来测定自基准点至基板面的距离，根据所述测定结果检测基板或引线框架的高度(例如，参照专利文献1)。
又，在裸片接合装置中，也使用如下方法：通过自斜方向投影至基板面的检测图案的图像、与自斜方向投影至涂布于基板上的浆料(paste)的表面的检测图案的图像的位置偏移，来检测自基板面算起的浆料的高度(例如，参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2002-305214号公报
专利文献2：日本专利特开2012-38992号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，存在如下问题：若为了检测基板等的高度，而将如距离传感器或检测图案投影机那样的进行基板或与基板接合的半导体芯片等(接合对象物)的高度检测的专用设备搭载在接合装置上，则接合装置会变得复杂。
并且，近年来，使芯片重合数段而成的层叠芯片不断增加。在打线接合装置(wirebonding device)、裸片接合装置中，欲测定当前正在进行接合的段数为何段的需求增加。又，在倒装芯片接合装置中，存在欲检测下段的芯片的倾斜角(平坦度)的需求。此外，在工具(tool)更换式接合装置、例如裸片接合装置、倒装芯片接合装置等之中，存在欲检测经更换的工具的倾斜度或平坦度的需求。如上所述，近年来，在接合装置中，在装置内欲进行各种三维测定或高度测定的需求不断增加。
因此，本发明的目的在于利用简便的方法来进行接合装置的零件或接合对象物的高度检测。
解决问题的技术手段
本发明的接合装置包括：光学系统，使具有特定图案的接合对象物的像成像；摄像元件，获取光学系统所成像的像作为图像；照明单元，包含多个光源，通过光学系统的光路对接合对象物进行照明；以及控制部，进行摄像元件所获取的图像的处理；并且控制部是通过光学系统的朝向接合对象物的第一光路对接合对象物进行照明并利用摄像元件获取接合对象物的所述特定图案作为第一图案图像，通过相对于第一光路而倾斜的第二光路对接合对象物进行照明并利用摄像元件获取接合对象物的所述特定图案作为第二图案图像，且基于第一图案图像与第二图案图像的位置偏移量计算接合对象物的自基准高度算起的变化量。
在本发明的接合装置中，也可设为：控制部是通过使照明单元内配置在第一位置的第一光源点亮，使其他光源熄灭，而通过第一光路对接合对象物进行照明并利用摄像元件获取第一图案图像，且通过使配置在与第一位置不同的第二位置的第二光源点亮，使其他光源熄灭，而通过第二光路对接合对象物进行照明并利用摄像元件获取第二图案图像。
在本发明的接合装置中，也可设为：第一光路是相对于光学系统的朝向接合对象物的第一部分的光轴倾斜的第一倾斜光路，第二光路是相对于第一部分的光轴朝向与第一倾斜光路相反之侧倾斜的第二倾斜光路，控制部是通过使照明单元内配置在自第一部分的光轴偏心的第一位置的第一光源点亮，使其他光源熄灭，而通过第一倾斜光路对接合对象物进行照明并利用摄像元件获取第一图案图像，通过使配置在相对于第一部分的光轴与第一位置为相反侧的第二位置的第二光源点亮，使其他光源熄灭，而通过第二倾斜光路对接合对象物进行照明并利用摄像元件获取第二图案图像。
在本发明的接合装置中，也可设为：第一光路是沿光学系统的朝向接合对象物的第一部分的光轴的垂直光路，第二光路是相对于第一部分的光轴倾斜的第二倾斜光路，控制部是通过使照明单元内与第一部分的光轴同轴地配置的第一光源点亮，使其他光源熄灭，而通过垂直光路对接合对象物进行照明并利用摄像元件获取第一图案图像，通过使配置在与第一部分的光轴相离的第二位置的第二光源点亮，使其他光源熄灭，而通过第二倾斜光路对接合对象物进行照明并利用摄像元件获取第二图案图像。
在本发明的接合装置中，也可设为：第一光路是相对于光学系统的朝向接合对象物的第一部分的光轴倾斜的第一倾斜光路，第二光路是相对于第一部分的光轴朝向与第一倾斜光路相反之侧倾斜的第二倾斜光路，并包含遮蔽板，所述遮挡板是自中心偏心地设置有使来自照明单元的光透过的孔，并且中心与光学系统的第一部分的光轴为同轴，可围绕着第一部分的光轴旋转，控制部在使照明单元点亮，而获取第一图案图像时，使孔位于自第一部分的光轴偏心的第一位置，在获取第二图案图像时，使孔位于相对于第一部分的光轴与第一位置为相反侧的第二位置。
在本发明的接合装置中，也可设为：第一光路是相对于光学系统的朝向接合对象物的第一部分的光轴倾斜的第一倾斜光路，第二光路是相对于第一部分的光轴朝向与第一倾斜光路相反之侧倾斜的第二倾斜光路，光学系统包括透镜、以及配置在透镜与摄像元件之间的光圈，光圈在光学系统的自通过光圈的第二部分的光轴偏心的位置上，具有使反射光通过的开口，所述反射光是通过第一倾斜光路或第二倾斜光路对接合对象物进行照明的反射光。
在本发明的接合装置中，也可设为：光圈可围绕着第二部分的光轴旋转，控制部是当利用摄像元件获取第一图案图像时，将开口的位置设为使通过第一倾斜光路对接合对象物进行照明的反射光通过的位置，
当利用摄像元件获取第二图案图像时，将开口的位置设为使通过第二倾斜光路对接合对象物进行照明的反射光通过的位置。
在本发明的接合装置中，光学系统也可设为远心光学系统(telecentric opticalsystem)。
本发明的计算具有特定图案的接合对象物的自基准高度算起的变化量的方法：准备摄像装置，所述摄像装置包括使接合对象物的像成像的光学系统、获取光学系统所成像的像作为图像的摄像元件、包含多个光源并通过光学系统的光路对接合对象物进行照明的照明单元、以及进行摄像元件所获取的图像的处理的控制部；通过光学系统的朝向接合对象物的第一光路对接合对象物进行照明并利用摄像元件获取接合对象物的所述特定图案作为第一图案图像；通过相对于第一光路倾斜的第二光路对接合对象物进行照明并利用摄像元件获取接合对象物的所述特定图案作为第二图案图像；以及基于第一图案图像与第二图案图像的位置偏移量计算接合对象物的自基准高度算起的变化量。
在本发明的计算接合对象物的自基准高度算起的变化量的方法中，也可设为：第一光路是相对于光学系统的朝向接合对象物的第一部分的光轴倾斜的第一倾斜光路，第二光路是相对于第一部分的光轴朝向与第一倾斜光路相反之侧倾斜的第二倾斜光路，通过使照明单元内配置在自第一部分的光轴偏心的第一位置的第一光源点亮，使其他光源熄灭，而通过第一倾斜光路对接合对象物进行照明并利用摄像元件获取第一图案图像，且通过使配置在相对于第一部分的光轴与第一位置为相反侧的第二位置的第二光源点亮，使其他光源熄灭，而通过第二倾斜光路对接合对象物进行照明并利用摄像元件获取第二图案图像。
在本发明的计算接合对象物的自基准高度算起的变化量的方法中，也可设为：第一光路是相对于光学系统的朝向接合对象物的第一部分的光轴倾斜的第一倾斜光路，第二光路是相对于第一部分的光轴朝向与第一倾斜光路相反之侧倾斜的第二倾斜光路，光学系统包括透镜、以及配置在透镜与摄像元件之间的光圈，光圈在光学系统的自通过光圈的第二部分的光轴偏心的位置上，具有使通过第一倾斜光路或第二倾斜光路对接合对象物进行照明的反射光通过的开口，且可围绕着第二部分的光轴旋转，当利用摄像元件获取第一图案图像时，将开口的位置设为使通过第一倾斜光路对接合对象物进行照明的反射光通过的位置，当利用摄像元件获取第二图案图像时，将开口的位置设为使通过第二倾斜光路对接合对象物进行照明的反射光通过的位置。
发明的效果
本发明可利用简便的方法进行接合装置的零件或接合对象物的高度检测。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的接合装置的构成的系统图。
图2是本发明的实施方式的接合装置中的光学系统的说明图。
图3是在本发明的实施方式的接合装置中使照明单元中的右侧的发光二极管(light-emitting diode，LED)点亮并利用来自斜右上方的照明光对被摄体进行照明而获取被摄体的图像时的光路图。
图4是表示利用图3所示的光路获取被摄体的图像时，因被摄体的高度而产生于摄像面上的图像上的偏移的光路图。
图5是表示在摄像面上的第一图像与第二图像的位置偏移的说明图。
图6是表示图像的位置偏移量2e与自基准面算起的高度h的关系的图(map)。
图7是在本发明的另一实施方式的接合装置中，使光圈的开口位于使利用来自斜右上方的照明光对被摄体进行照明时的反射光通过的位置而获取被摄体的图像时的光路图。
图8是表示当利用图7所示的光路获取被摄体的图像时因被摄体的高度而产生于摄像面上的图像上的偏移的光路图。
图9是在本发明的另一实施方式的接合装置中使遮蔽板的孔的位置位于右侧而获取图像时的光路图。
图10(a)与图10(b)是图9所示的实施方式中所使用的遮蔽板的俯视图。
图11是表示包含工具更换器(tool changer)的接合装置的构成的立体图。
[符号的说明]
11：接合平台
12：基板
13、13a：电子零件
14、14a、14b：图像
20：光学系统
21：透镜
22：光圈
22a：开口
23：半镜面
24、25：光轴
30：照明单元
31：基体部
32：LED
32a：LED阵列
33：扩散板
41～43、41a、51～56、52a、54a、56a、61～66、61a～66a、62b、64b、66b：光路
70：摄像元件
71：摄像面
80：控制部
81：CPU
82：存储器
85、150：摄像装置
90：遮蔽板
91：孔
92：轮毂
93：中心
100、200、300、400：接合装置
110：Y方向导轨
120：Y方向活动部
130：接合头
140：拾取部
160：工具更换器
161～163：接合工具
f：焦距
φ：角度
具体实施方式
以下，一面参照附图，一面对本实施方式的接合装置100进行说明。如图1所示，接合装置100包括光学系统20、摄像元件70、照明单元30、控制部80、以及对基板12进行真空吸附的接合平台11。接合装置100是将安装在未图示的接合头(bonding head)上并吸附于接合工具上的半导体芯片等电子零件13(接合对象物)接合于基板12上的装置。再者，在各图中，为了明确表示电子零件13的方向，利用箭头来表示电子零件13。以下，将箭头所朝向的方向的端部设为前端，将与箭头所朝向的方向为相反侧的端部设为基端部，将前端与基端部的中间设为中央来进行说明。又，电子零件13为被摄体。
光学系统20包括：透镜21，配置在Z轴方向上的第一部分的光轴24上，所述Z轴方向朝向作为被摄体的电子零件13；半镜面(half mirror)23，配置在照明单元30与透镜21之间；以及光圈22，配置在半镜面23与摄像元件70之间。自半镜面23通过光圈22的中心并延伸至摄像元件70的一点划线表示通过光圈22而朝向Y方向的第二部分的光轴25。
自透镜21的主平面至光圈22的距离为透镜21的焦距f，构成前侧远心光学系统。又，自透镜21的主平面至后文所述的扩散板33或LED 32的距离也成为焦距f。因此，光学系统20成为远心光学系统。
光学系统20是使图1中以箭头表示的电子零件13的像在摄像元件70的摄像面71上成像。摄像元件70获取在摄像面71上成像的像作为电子零件13的图像14，并输出至控制部80。
照明单元30包括基体部31、安装在基体部31上的光源即多个LED 32、以及安装在多个LED 32的Z方向下侧的扩散板33。多个LED 32形成有呈平面状展开的LED阵列32a。再者，也可不设置扩散板33。
控制部80是包括在内部进行运算或信息处理的中央处理器(central processingunit，CPU)81、以及存储控制程序或控制数据、图等的存储器82的计算机。照明单元30的各LED 32是通过控制部80的命令而导通、断开。再者，光学系统20、照明单元30、摄像元件70及控制部80构成接合装置100的摄像装置85。
说明通过如上所述而构成的接合装置100的摄像装置85来获取接合于基板12上的电子零件13(图1中以箭头表示)的图像时的光路。再者，基板12的上表面为基准面，是光学系统20的对焦面。如图1所示，当各LED 32发光时，来自各LED的光一面扩散一面透过半镜面23，朝向电子零件13而通过透镜21。如图1所示，已通过透镜21的照明光如实线41、实线42、实线43所示，一面收敛，一面对整个电子零件13进行照明。在电子零件13的表面上经反射的反射光如实线43、实线41、实线42所示，一面扩散，一面朝向透镜21行进，并朝向半镜面23而通过透镜21。朝向半镜面23而通过透镜21的光在半镜面23上经反射而通过光圈22的开口22a，并如实线41a、实线42a、实线43a所示，聚集于摄像元件70的摄像面71。如上所述，在摄像元件70的摄像面71上，使位于光学系统20的对焦面(基准面)的电子零件13的像成像。摄像元件70获取经成像的像作为电子零件13的图像14，并输出至控制部80。
一面参照图2，一面详细说明来自LED 32的光是如何行进并抵达至摄像面71，所述LED 32位于照明单元30的第一部分的光轴24的位置上，即，配置在照明单元30的中心。再者，图2中标有影线的LED 32表示经点亮的LED。如图2所示，来自LED 32的光一面朝向透镜21而扩散，一面通过半镜面23进入至透镜21。射出透镜21的光通过与第一部分的光轴24平行的光路41、光路44、光路45而射向作为被摄体的电子零件13，利用与第一部分的光轴24平行的光线对电子零件13进行照明。即，利用来自垂直向上方向的平行光线对电子零件13进行照明。由于照明光自电子零件13的垂直向上方向照射，故而在电子零件13的表面上经反射的反射光朝向垂直向上方向，通过与照明光同样的光路41、光路44、光路45而通过透镜21射向半镜面23，并经半镜面23反射。然后，反射光如光路41a、光路44a、光路45a所示，经位于自透镜21的主平面起相距焦距f的位置上的光圈22收敛之后，反射光经扩散而抵达至摄像元件70的摄像面71，作为图像14而成像。
如以上所述，在图2所示的情况下，照明光是自电子零件13的垂直向上方向照射，且在电子零件13的表面上经反射的反射光射向垂直向上方向，故而即使在高于光学系统20的对焦面(基准面)仅高度h的电子零件13a的情况，照明光、反射光也均通过光路41、光路44、光路45及光路41a、光路44a、光路45a而抵达至摄像面71。因此，在摄像面71上成像的电子零件13a的图像14a位于与电子零件13的图像14相同的位置，在图像14与图像14a之间不产生位置偏移。
其次，一面参照图3，一面说明获取仅照明单元30的右侧的标有影线的LED 32点亮，自中央起左侧的空心的LED 32未点亮时的电子零件13的图像时的光路。右侧部分的LED32是位于自第一部分的光轴24偏心的位置上的光源。在以下的说明中，以来自右侧部分的LED 32的光对以箭头表示的电子零件13的前端进行照明的情况为例进行说明。
如图3所示，来自右侧部分的LED 32的光如以夹于实线46与实线47之间的影线区域所示，在自LED 32相对于第一部分的光轴24向右侧倾斜的光路中行进而进入至透镜21。通过透镜21的照明光在电子零件13的箭头端经收敛而对电子零件13的箭头端进行照明。在电子零件13的箭头端经反射的光如以夹于实线48与实线49之间的影线区域所示，在相对于第一部分的光轴24向左倾斜的光路中行进而通过透镜21经半镜面23反射，且通过位于自第二部分的光轴25偏心的位置上的光圈22的开口22a的下侧部分，在以夹于实线48a与实线49a之间的影线区域表示的光路中行进而抵达至摄像元件70的摄像面71。当来自右侧部分的LED 32的光对电子零件13的中央、根基部进行照明时，也同样地，电子零件13的中央、根基部被在相对于第一部分的光轴24向右侧倾斜的光路中行进的光照明，反射光在相对于第一部分的光轴24向左侧倾斜的光路中行进而通过光圈22的开口的下侧部分抵达至摄像元件70的摄像面71。
其次，一面参照图4，一面详细说明自第一部分的光轴24向右侧偏移的一个LED 32所发出的光是如何行进并抵达至摄像面71。图4中的光路51表示图3所示的夹于实线46与实线47之间的影线区域的中心的光路，光路52表示图3所示的夹于实线48与实线49之间的影线区域的中心的光路。光路53表示图3中以两条实线46'、实线47'表示的朝向电子零件13的中央的照明光的光路的中心，光路54表示图3中以两条实线48'、实线49'表示的来自电子零件13的中央的反射光的光路的中心。同样地，光路55、光路56表示图3中以两条实线46”、实线47”表示的电子零件13的根基部的照明光的光路的中心、以及图3中以两条实线48”、实线49”表示的来自电子零件13的根基的反射光的光路。
如图4所示，自第一部分的光轴24向右侧偏移的LED 32的一个LED 32所发出的光，通过自第一部分的光轴24向右侧倾斜仅角度φ的第一倾斜光路或第一光路即光路51对电子零件13的前端进行照明，在电子零件13的前端经反射的反射光通过自第一部分的光轴24向左侧倾斜仅角度φ的光路52而通过透镜21经半镜面23反射，沿通过光圈22的开口22a的下侧部分的光路52a抵达至摄像面71，所述光圈22位于自第二部分的光轴25偏心的位置上。在此处，光路51与光路52相对于第一部分的光轴24成线对称。同样地，来自一个LED 32的光通过自第一部分的光轴24向右侧倾斜仅角度φ的第一倾斜光路或第一光路即光路53、光路55对电子零件13的中央、基端部进行照明，反射光通过自第一部分的光轴24向左侧倾斜仅角度φ的光路54、光路56而通过透镜21经半镜面23反射，沿通过光圈22的开口22a的下侧部分的光路54a、光路56a抵达至摄像面71，所述光圈22位于自第二部分的光轴25偏心的位置上。而且，在摄像面71上，如图4所示，图像14成像。光路53与光路54、光路55与光路56分别相对于第一部分的光轴24成线对称。
其次，说明来自一个LED 32的光对电子零件13a的表面进行照明，使电子零件13a的图像14a在摄像面71上成像时的光路，所述电子零件13a的表面高于光学系统20的对焦面(基准面)仅高度h。
如图4所示，来自一个LED 32的光通过以与光路51平行的一点划线表示的第一倾斜光路或第一光路即光路61，对高于电子零件13仅高度h的电子零件13a的前端进行照明。反射光通过以与光路52平行的一点划线表示的光路62自透镜21抵达至半镜面23，并经半镜面23反射而与光路52a同样地，沿通过光圈22的开口22a的下侧的光路62a抵达至摄像面71。如图4的光路62所示，当光路自第一部分的光轴24倾斜时，若电子零件13的高度升高仅高度h，则反射光经半镜面23反射的位置相较于光路51的情况向上侧偏移。另一方面，光圈22位于与透镜21的主平面相距焦距f的位置，故而自半镜面23至摄像面71的光路52a与光路62a均通过光圈22的同一点。因此，如图4的光路62a所示，电子零件13a的图像14a的前端较电子零件13的图像14的前端向下侧偏移仅距离e。同样地，来自一个LED 32的光通过图4中以一点划线表示的第一倾斜光路或第一光路即光路63、光路65对电子零件13a的中央、基端部进行照明，反射光通过光路64、光路64a、光路66、光路66a抵达至摄像面71，故而电子零件13a的图像14a的中央、基端部也与前端同样地，向下侧偏移仅距离e。如此一来，当通过来自自第一部分的光轴24向右侧倾斜仅角度φ的方向的照明对电子零件13a进行照明而进行拍摄时，图像14a对应于电子零件13a的高度h向下侧偏移仅距离e。
又，自第一部分的光轴24向左侧偏移的LED 32的一个LED 32所发出的光如图4中以虚线62b所示，通过半镜面23、透镜21的左侧，并与之前所述相反，通过自第一部分的光轴24向左侧倾斜仅角度φ的第二倾斜光路或第二光路即光路62对电子零件13a的前端进行照明，在电子零件13a的前端经反射的反射光通过自第一部分的光轴24向右侧倾斜仅角度φ的光路61而通过透镜21经半镜面23反射，沿通过光圈22的开口22a的上侧部分的光路61a抵达至摄像面71，所述光圈22位于自第二部分的光轴25偏心的位置上。同样地，来自一个LED32的光如图4中以虚线64b、虚线66b所示，通过半镜面23、透镜21的左侧，并通过自第一部分的光轴24向左侧倾斜仅角度φ的第二倾斜光路或第二光路即光路64、光路66对电子零件13a的中央、基端部进行照明，反射光通过自第一部分的光轴24向右侧倾斜仅角度φ的光路63、光路65而通过透镜21经半镜面23反射，沿通过光圈22的开口22a的上侧部分的光路63a、光路65a抵达至摄像面71，所述光圈22位于自第二部分的光轴25偏心的位置上。而且，在摄像面71上，如图4所示，图像14b成像。如上所述，当通过来自自第一部分的光轴24向左侧倾斜仅角度φ的方向的照明对电子零件13a进行照明而进行拍摄时，图像14b对应于电子零件13a的高度h向上侧偏移仅距离e。
因此，如图4所示，使自照明单元30的光学系统20的第一部分的光轴24向右侧偏心的第一位置的LED 32点亮，使其他LED 32熄灭，对高于对焦面(基准面)仅高度h的电子零件13a进行照明而如图4所示，获取作为第一图像的电子零件13a的图像14a，其次，相反地，使自照明单元30的光学系统20的第一部分的光轴24向左侧偏心的第二位置的LED 32点亮，使其他LED 32熄灭，对高于对焦面(基准面)仅高度h的电子零件13a进行照明而如图4所示，获取作为第二图像的电子零件13a的图像14b。于是，如图5所示，摄像元件70的摄像面71所获取的图像14a与图像14b相离仅位置偏移量2e。
图像14a与图像14b的位置偏移量2e和电子零件13a的自对焦面(基准面)算起的高度h的关系，例如是改变接合平台11的Z方向高度或光学系统20的Z方向高度，测量位置偏移量2e，制作如图6所示的图并预先存储在控制部80的存储器82中。然后，可通过利用所述图，而根据图像14a与图像14b的位置偏移量2e检测电子零件13a的自基准面算起的高度h。
如以上所述，本实施方式的接合装置100可利用如下简便的方法来进行电子零件13a的自基准面算起的高度h的检测：使搭载在接合装置100上的摄像装置85的照明单元30的右侧与左侧的LED 32交替地点亮，获取位于较基准面(对焦面)更高的位置上的电子零件13a的图像14a、图像14b。
再者，在本实施方式的接合装置100中，是设为利用如图6所示的图，根据图像14a与图像14b的位置偏移量2e检测电子零件13a的自基准面算起的高度h来进行说明，但也可设为预先制作图像14a与图像14b的位置偏移量2e和电子零件13a的自对焦面(基准面)算起的高度h的关系式，利用所述公式将图像14a与图像14b的位置偏移量2e转换成高度h而进行高度检测。又，当接合平台11可沿Z方向移动时，也可设为使接合平台11沿Z方向移动而预先制作位置偏移量2e与Z方向上的高度h的图或关系式。
在以上的说明中，是设为使搭载在接合装置100上的摄像装置85的照明单元30的右侧与左侧的LED 32交替地点亮，获取位于较基准面(对焦面)更高的位置上的电子零件13a的图像14a、图像14b而进行电子零件13a的自基准面算起的高度h的检测来进行说明，但如以下所述，也可设为使位于照明单元30的第一部分的光轴24的位置上的LED 32，即，使配置在照明单元30的中心的LED 32点亮而获取电子零件13a的图像14a，其次使照明单元30的右侧或左侧的LED 32点亮而获取电子零件13a的图像14a或图像14b，基于使配置在照明单元30的中心的LED 32点亮而获取的图像14a与使照明单元30的右侧的LED点亮而获取的图像14a的位置偏移量e、或者使配置在照明单元30的中心的LED 32点亮而获取的图像14a与使照明单元30的左侧的LED点亮而获取的图像14b的位置偏移量e，来进行电子零件13a的自基准面算起的高度h的检测。
如之前参照图2所述，配置在照明单元30的中心的LED 32的光是自电子零件13a的垂直上方通过作为垂直光路的光路41、光路44、光路45对电子零件13a进行照明，故而来自电子零件13a的反射光也射向垂直上方。因此，在高于光学系统20的对焦面(基准面)仅高度h的电子零件13a的情况下，在摄像面71上成像的电子零件13a的图像14a也位于与电子零件13的图像14相同的位置，在图像14与图像14a之间不产生位置偏移。又，如之前参照图3、图4所述，当利用来自自第一部分的光轴24向右侧倾斜仅角度φ的方向的照明对电子零件13a进行照明而进行拍摄时，图像14a对应于电子零件13a的高度h向下侧偏移仅距离e。因此，使配置在照明单元30的中心的LED 32点亮而获取的图像14a与使照明单元30的右侧的LED 32点亮而获取的图像14a相隔位置偏移量e。
因此，可利用使配置在照明单元30的中心的LED 32点亮而获取的图像14a与使照明单元30的右侧的LED点亮而获取的图像14a的位置偏移量e，来进行电子零件13a的自基准面算起的高度h的检测。此时，也可利用图6所示的图，将高度h相对于所检测出的位置偏移量的比率设为2倍而计算出高度h。又，也可改变接合平台11的Z方向高度或光学系统20的Z方向高度，测量使配置在照明单元30的中心的LED 32点亮而获取的图像14a与使照明单元30的右侧的LED点亮而获取的图像14a的位置偏移量e，制作与图6相同的图而预先存储在控制部80的存储器82中，利用所述图，根据位置偏移量e计算高度h。又，同样地，也可利用使配置在照明单元30的中心的LED 32点亮而获取的图像14a与使照明单元30的左侧的LED 32点亮而获取的图像14b的位置偏移量e，来进行电子零件13a的自基准面算起的高度h的检测。
其次，参照图7、图8对另一实施方式进行说明。本实施方式的接合装置200如图7所示，将之前参照图1至图6而说明的接合装置100的光圈22设为在自第二部分的光轴25偏心的位置上具有小开口22a，将光圈22设为可围绕着第二部分的光轴25旋转。对之前参照图1至图6而说明的部分标注相同的符号并省略说明。
首先，一面参照图7，一面说明光圈22的开口22a位于第二部分的光轴25的下侧的情况。照明单元30的多个LED 32全部点亮，而光圈22的开口22a以外的区域则被遮光，故而仅有通过光圈22的开口22a的光抵达至摄像元件70的摄像面71，可使电子零件13、或高度仅高h的电子零件13a的像成像。
如图7所示，光圈22的开口22a位于第二部分的光轴25的下侧。所述位置是与如下位置相同的位置，即，仅使参照图3而说明的照明单元30的右侧的LED 32点亮而对电子零件13进行照明时的反射光通过光圈22的位置。因此，当光圈22的开口22a位于第二部分的光轴25的下侧时，即使在照明单元30的多个LED 32全部点亮的情况下，也是仅有参照图3而说明的右侧的LED 32所发出的光可使电子零件13的图像14在摄像元件70的摄像面71上成像。即，通过使光圈22的开口22a的位置位于第二部分的光轴25的下侧，即使在照明单元30的多个LED 32全部点亮时，也可与参照图3的情况同样地，设为与利用通过相对于第一部分的光轴24向右侧倾斜的光路的光对电子零件13进行照明的情况相同的状态。
因此，如图8所示，自第一部分的光轴24向右侧偏移的一个LED 32所发出的光对电子零件13及电子零件13a进行照明而使图像14及作为第一图像的图像14a在摄像元件70上成像时的光路，与参照图4而说明的光路51～光路56、光路52a、光路54a、光路56a、光路61～光路66、光路62a、光路64a、光路66a相同。
又，当使光圈22旋转而使开口22a的位置位于第二部分的光轴25的上侧时，与图7所示的情况相反，即使在照明单元30的多个LED 32全部点亮的情况下，也成为与利用通过相对于第一部分的光轴24向左侧倾斜的光路的光对电子零件13进行照明的情况相同的状态。此时，自第一部分的光轴24向左侧偏移的一个LED 32所发出的光对电子零件13a进行照明而在摄像元件70上使第二图像即图像14b成像时的光路，与参照图4而说明的光路62b、光路64b、光路66b、光路61～光路66、光路61a、光路63a、光路65a相同。
由于如上所述，故而控制部80可使光圈22围绕着第二部分的光轴25旋转，使开口22a的位置位于第二部分的光轴25的下侧而获取电子零件13a的第一图像即图像14a，其次，使开口22a的位置位于第二部分的光轴25的上侧而获取电子零件13a的第二图像即图像14b，测量图像14a与图像14b的位置偏移量2e，利用图6所示的图或位置偏移量2e与高度h的关系式来检测电子零件13a的自基准面算起的高度h。
如以上所述，本实施方式的接合装置200可利用如下简便的方法来进行电子零件13a的自基准面算起的高度h的检测：保持着使照明单元30全部点亮的状态，使光圈22旋转而使开口22a的位置交替地移动至第二部分的光轴25的下侧与上侧，从而获取位于较基准面(对焦面)更高的位置上的电子零件13a的图像14a、图像14b。
其次，一面参照图9、图10(a)与图10(b)，一面对另一实施方式进行说明。本实施方式的接合装置300如图9所示，是在参照图1至图6而说明的接合装置100的照明单元30与半镜面23之间配置有遮蔽板90的装置。对之前参照图1至图6而说明的部分标注相同的符号并省略说明。
如图9、图10(a)、图10(b)所示，遮蔽板90是自中心93偏心地设置有使来自LED阵列32a的光透过的孔91，并且以中心93与第一部分的光轴24为同轴的方式安装。又，遮蔽板90包含内置有马达(motor)等旋转驱动机构的轮毂(hub)92，以通过控制部80的命令而围绕着光轴24旋转的方式构成。
图10(a)中，孔91位于Y方向正侧、图9所示的LED阵列32a的右侧的LED 32的位置，使LED阵列32a的右侧的LED 32的光通过，而将其他LED 32的光切断。所述状态是与之前所述的仅使照明单元30的右侧的LED 32点亮的情况相同的状态。同样地，图10(b)中，孔91位于Y方向负侧、图9所示的LED阵列32a的左侧的LED 32的位置，使LED阵列32a的左侧的LED32的光通过，而将其他LED 32的光切断。所述状态是与参照图4而说明的仅使照明单元30的左侧的LED 32点亮的情况相同的状态。
控制部80可使轮毂92中的旋转驱动机构运行，使遮蔽板90的孔91位于图10(a)所示的位置而如参照图4所述，获取作为第一图像的电子零件13a的图像14a，并使遮蔽板90的孔91位于图10(b)所示的位置而如参照图4所述，获取作为第二图像的电子零件13a的图像14b，利用参照图6而说明的图，根据图像14a与图像14b的位置偏移量2e来检测电子零件13a的自基准面算起的高度h。
本实施方式的接合装置300可利用如下简便的方法来进行电子零件13a的自基准面算起的高度h的检测：设为与使搭载在接合装置300上的摄像装置85的照明单元30的下侧的遮蔽板90旋转，而使左右两侧的LED 32交替地点亮的情况相同的状态，获取位于较基准面(对焦面)更高的位置上的电子零件13a的第一图像即图像14a及第二图像即图像14b。
在以上说明的各实施方式中，是设为进行位于较基准面更高的位置上的电子零件13a的自基准面算起的高度h的检测来进行说明，但在电子零件13a位于较基准面更低的位置上的情况，也可通过同样的方法，来进行电子零件13a的自基准面算起的高度h的检测。
其次，一面参照图11，一面说明在接合装置400中利用摄像装置150检测载置在工具更换器160上的各接合工具161～接合工具163的载置状态的方法。
接合装置400包括Y方向导轨110、由Y方向导轨110导引而沿Y方向移动的Y方向活动部120、安装在Y方向活动部120上的接合头130、以及摄像装置150。在接合头130的前端安装有真空吸附接合工具的拾取(pick up)部140。摄像装置150包含之前参照图1～图6而说明的光学系统20、照明单元30及摄像元件70。控制部是与整个接合装置400的控制装置配置在一起。对控制部未图示。又，Y方向导轨110是通过未图示的X方向驱动装置而沿X方向移动。因此，接合头130、摄像装置150沿XY方向移动。
如图11所示，在工具更换器160上，载置有各种接合工具。接合装置400通过Y方向活动部120及未图示的X方向驱动装置而使接合头130沿XY方向移动，并使摄像装置150在接合工具161上移动。然后，利用之前参照图1～图6而说明的方法，检测接合工具161的3个以上的位置的高度h，根据所检测到的高度差计算接合工具161的表面的倾斜度。当接合工具161的表面的倾斜度大于等于规定的角度时，未图示的控制部判断为接合装置400的拾取部140以无法拾取接合工具161的状态载置在工具更换器上，从而输出错误(error)，停止接合装置400的运行。再者，控制部80也可设为在判断为接合工具161以无法拾取的状态载置在工具更换器上时，使未图示的其他装置运行而重新载置接合工具161。关于接合工具162、接合工具163，也进行同样的运行。
又，本实施方式的摄像装置85可应用于如下所述的各种测定。例如，在打线接合装置、裸片接合装置或倒装芯片接合装置中，可通过针对基板12的表面的3个点检测自基准面算起的高度h，来检测基板12的平坦度。
此外，本实施方式的接合装置100如下所述，可在打线接合装置、裸片接合装置或倒装芯片接合装置中，应用于接合前的接合对象物即基板12或电子零件13的高度的测定。
在接合前的接合对象物的识别时，是通过利用摄像装置85拍摄电子零件13或基板12的两个对准点，利用控制部80进行所获取的图像的识别，来进行电子零件13的定位。此时，可如参照图1～图6所述切换照明单元30的左右的LED 32的点亮、熄灭，或如参照图7～图8所述将光圈22的开口22a的位置在第二部分的光轴25的上侧及下侧切换，而获取电子零件13的多个图像或多个基板12的图像，在接合前测定作为接合对象物的电子零件13或基板12的高度。
通常，进行电子零件13的定位的对准点有两个，但当电子零件13的倾斜度不成问题时，可利用一个对准点来测定电子零件13的高度。当需要测定电子零件13的平面的倾斜度时，需要测定3个点，故而除了进行定位的两个对准点以外，只要测定另外一个点的高度即可。
只要在接合前的对准时可探测高度，即可降低接合时的搜索电平(search level)(接合工具下降的速度变慢的高度)，从而可有望提高节拍时间(tact time)。又，在倒装芯片接合器(flip chip bonder)中，每当进行层叠时，层叠芯片上表面的平坦度就会改变，故而当进而在上面层叠电子零件13时，有时起初的接合工具的设定及平坦度会改变，从而降低接合质量。因此，若预先知晓层叠芯片上表面的平坦度，即可通过对其加以修正而进行接合，来提高接合质量。
又，当进行如上所述的电子零件13或基板12的高度测定、平坦度测定或电子零件13的倾斜度测定时，若如参照图1～图6所述对应于照明单元30的左右的LED 32的点亮、熄灭的切换，或如参照图7～图8所述对应于光圈22的开口22a的位置的切换来对摄像区内部进行划分，而计算所述区内的图案的偏移，可获知经划分的区内的高度、平坦度，从而一次性测量区内的高度。通过使划分区变细或变粗，可进行与目的相应的最优选三维测定。
又，本实施方式的摄像装置85可通过检测打线接合装置的回路(loop)高度、压接球的高度等，来判断打线接合的质量的好坏。又，也可应用于利用裸片接合装置来检测浆料的高度。
如以上所述，本实施方式的摄像装置85也可应用于接合装置的接合平台上的各种零件的高度检测。

Claims (11)

1.一种接合装置，其特征在于，包括：
光学系统，使具有特定图案的接合对象物的像成像；
摄像元件，获取所述光学系统所成像的像作为图像；
照明单元，包含多个光源，通过所述光学系统的光路对所述接合对象物进行照明；以及
控制部，进行所述摄像元件所获取的所述图像的处理；并且
所述控制部是
通过所述光学系统的朝向所述接合对象物的第一光路对所述接合对象物进行照明并利用所述摄像元件获取所述接合对象物的所述特定图案作为第一图案图像，
通过相对于所述第一光路而倾斜的第二光路对所述接合对象物进行照明并利用所述摄像元件获取所述接合对象物的所述特定图案作为第二图案图像，
基于所述第一图案图像与所述第二图案图像的位置偏移量计算所述接合对象物的自基准面算起的高度的变化量。
2.根据权利要求1所述的接合装置，其特征在于，
所述控制部是
通过使所述照明单元内配置在第一位置的第一光源点亮，使其他光源熄灭，而通过所述第一光路对所述接合对象物进行照明并利用所述摄像元件获取所述第一图案图像，
通过使配置在与所述第一位置不同的第二位置的第二光源点亮，使其他光源熄灭，而通过所述第二光路对所述接合对象物进行照明并利用所述摄像元件获取所述第二图案图像。
3.根据权利要求1所述的接合装置，其特征在于，
所述第一光路是相对于所述光学系统的朝向所述接合对象物的第一部分的光轴倾斜的第一倾斜光路，
所述第二光路是相对于所述第一部分的光轴朝向与所述第一倾斜光路相反之侧倾斜的第二倾斜光路，
所述控制部是
通过使所述照明单元内配置在自所述第一部分的光轴偏心的第一位置的第一光源点亮，使其他光源熄灭，而通过所述第一倾斜光路对所述接合对象物进行照明并利用所述摄像元件获取所述第一图案图像，
通过使配置在相对于所述第一部分的光轴与所述第一位置为相反侧的第二位置的第二光源点亮，使其他光源熄灭，而通过所述第二倾斜光路对所述接合对象物进行照明并利用所述摄像元件获取所述第二图案图像。
4.根据权利要求1所述的接合装置，其特征在于，
所述第一光路是沿所述光学系统的朝向所述接合对象物的第一部分的光轴的垂直光路，
所述第二光路是相对于所述第一部分的光轴倾斜的第二倾斜光路，
所述控制部是
通过使所述照明单元内与所述第一部分的光轴同轴地配置的第一光源点亮，使其他光源熄灭，而通过所述垂直光路对所述接合对象物进行照明并利用所述摄像元件获取所述第一图案图像，
通过使配置在与所述第一部分的光轴相离的第二位置的第二光源点亮，使其他光源熄灭，而通过所述第二倾斜光路对所述接合对象物进行照明并利用所述摄像元件获取所述第二图案图像。
5.根据权利要求1所述的接合装置，其特征在于，
所述第一光路是相对于所述光学系统的朝向所述接合对象物的第一部分的光轴倾斜的第一倾斜光路，
所述第二光路是相对于所述第一部分的光轴朝向与所述第一倾斜光路相反之侧倾斜的第二倾斜光路，
所述接合装置包含遮蔽板，所述遮蔽板是自中心偏心地设置有使来自所述照明单元的光透过的孔，所述中心与所述光学系统的所述第一部分的光轴为同轴，能够围绕着所述第一部分的光轴旋转，
所述控制部在使所述照明单元点亮，而获取所述第一图案图像时，使所述孔位于自所述第一部分的光轴偏心的第一位置，在获取所述第二图案图像时，使所述孔位于相对于所述第一部分的光轴与所述第一位置为相反侧的第二位置。
6.根据权利要求1所述的接合装置，其特征在于，
所述第一光路是相对于所述光学系统的朝向所述接合对象物的第一部分的光轴倾斜的第一倾斜光路，
所述第二光路是相对于所述第一部分的光轴朝向与所述第一倾斜光路相反之侧倾斜的第二倾斜光路，
所述光学系统包括透镜、以及配置在所述透镜与所述摄像元件之间的光圈，
所述光圈在所述光学系统的自通过所述光圈的第二部分的光轴偏心的位置上，具有使反射光通过的开口，所述反射光是通过所述第一倾斜光路或所述第二倾斜光路对所述接合对象物进行照明的反射光。
7.根据权利要求6所述的接合装置，其特征在于，
所述光圈能够围绕着所述第二部分的光轴旋转，
所述控制部是
当利用所述摄像元件获取所述第一图案图像时，将所述开口的位置设为使通过所述第一倾斜光路对所述接合对象物进行照明的反射光通过的位置，
当利用所述摄像元件获取所述第二图案图像时，将所述开口的位置设为使通过所述第二倾斜光路对所述接合对象物进行照明的反射光通过的位置。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的接合装置，其中所述光学系统为远心光学系统。
9.一种接合对象物的高度检测方法，用于计算具有特定图案的接合对象物的自基准面算起的高度的变化量，其中：
准备摄像装置，所述摄像装置包括使所述接合对象物的像成像的光学系统、获取所述光学系统所成像的像作为图像的摄像元件、包含多个光源并通过所述光学系统的光路对所述接合对象物进行照明的照明单元、以及进行所述摄像元件所获取的所述图像的处理的控制部；
通过所述光学系统的朝向所述接合对象物的第一光路对所述接合对象物进行照明并利用所述摄像元件获取所述接合对象物的所述特定图案作为第一图案图像；
通过相对于所述第一光路倾斜的第二光路对所述接合对象物进行照明并利用所述摄像元件获取所述接合对象物的所述特定图案作为第二图案图像；以及
基于所述第一图案图像与所述第二图案图像的位置偏移量计算所述接合对象物的自基准面算起的高度的变化量。
10.根据权利要求9所述的接合对象物的高度检测方法，其特征在于
所述第一光路是相对于所述光学系统的朝向所述接合对象物的第一部分的光轴倾斜的第一倾斜光路，
所述第二光路是相对于所述第一部分的光轴朝向与所述第一倾斜光路相反之侧倾斜的第二倾斜光路，
通过使所述照明单元内配置在自所述第一部分的光轴偏心的第一位置的第一光源点亮，使其他光源熄灭，而通过所述第一倾斜光路对所述接合对象物进行照明并利用所述摄像元件获取所述第一图案图像，
通过使配置在相对于所述第一部分的光轴与所述第一位置为相反侧的第二位置的第二光源点亮，使其他光源熄灭，而通过所述第二倾斜光路对所述接合对象物进行照明并利用所述摄像元件获取所述第二图案图像。
11.根据权利要求9所述的接合对象物的高度检测方法，其特征在于
所述第一光路是相对于所述光学系统的朝向所述接合对象物的第一部分的光轴倾斜的第一倾斜光路，
所述第二光路是相对于所述第一部分的光轴朝向与所述第一倾斜光路相反之侧倾斜的第二倾斜光路，
所述光学系统包括透镜、以及配置在所述透镜与所述摄像元件之间的光圈，
所述光圈在所述光学系统的自通过所述光圈的第二部分的光轴偏心的位置上，具有使通过所述第一倾斜光路或所述第二倾斜光路对所述接合对象物进行照明的反射光通过的开口，且能够围绕着所述第二部分的光轴旋转，
当利用所述摄像元件获取所述第一图案图像时，将所述开口的位置设为使通过所述第一倾斜光路对所述接合对象物进行照明的反射光通过的位置，
当利用所述摄像元件获取所述第二图案图像时，将所述开口的位置设为使通过所述第二倾斜光路对所述接合对象物进行照明的反射光通过的位置。
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