CN1767763A - 图像拾取装置和用于电子元件的基板安装设备 - Google Patents

Abstract

一种图像拾取装置，其包括：棱镜11，其包括光入射孔16、16和光射出孔17，通过使来自该光入射孔16、16的入射光折射而使入射光射出；透镜12，其位于该棱镜11的光射出孔17侧；摄像机13，其相对于该透镜12位于该棱镜11的相对侧；以及基底14，其支撑该棱镜11、该透镜12和该摄像机13。该棱镜11的该光射出孔16、该透镜12和该摄像机13排列在相同的光轴上。该棱镜11与该透镜12和/或该透镜12与该摄像机13中任一或二者彼此分离。

Description

图像拾取装置和用于电子元件的基板安装设备

技术领域

本发明涉及一种适于将倒装晶片型电子元件安装至基板上的图像拾取装置以及一种用于电子元件的基板安装设备。

背景技术

通常，在用于将电子元件安装在基板上的基板安装设备中设置一位置偏移检测设备，以在电子元件安装在基板上之前，基板与电子元件相对的状态下，检测基板和电子元件之间的位置偏移。

在传统的位置偏移检测设备中，有一个使用由摄像机构成的图像拾取装置的设备。该图像拾取装置包括：棱镜，其中两个光入射孔(light entranceholes)设置于圆周上相距180度的位置，并且在所述光入射孔上入射的光被折射90度并从所述光射出孔(light exit holes)射出；透镜；摄像机；以及基底，其用于支撑构件，使这些构件处于在相同的光轴上排列的状态。

该图像拾取装置被构建成这样：由摄像机拾取来自不同时刻射入棱镜的两个光入射孔的基板的图像和电子元件的图像；这些图像拾取数据被互相比较，以检测基板和电子元件之间的位置偏移。(参见例如JP10-22308A)。

然而，传统的图像拾取装置具有这样的问题：其中紧密地设置棱镜的光入射孔的由待拾取的对象或摄像机产生的热量使各个部分变形，从而降低了图像拾取精确度。

如上所述，在使用传统图像拾取装置作为位置偏移检测装置的基板安装设备中，该图像拾取装置的图像拾取精确度低。因此，基板和电子元件之间的位置偏移的检测精确度低，以至于可能降低产品的质量。

发明内容

本发明是考虑到上述问题而创作的，本发明的目的是提供一种图像拾取装置，甚至在待拾取的对象或摄像机的温度较高时，该装置也能够抑制各个部分的热变形，从而改善图像拾取精确度；本发明还提供一种用于电子元件的基板安装设备，其能够以高精确度检测基板和电子元件之间的位置偏移。

为解决上述问题，本发明采用了下述装置。

(1)也就是说，根据本发明的一种图像拾取装置，其包括：棱镜，其包括光入射孔和光射出孔，通过使来自该光入射孔的入射光折射而使入射光射出；透镜，其位于该棱镜的光射出孔侧；摄像机，其相对于该透镜位于该棱镜的相对侧；以及基底，其支撑该棱镜、该透镜和该摄像机，该棱镜的该光射出孔、该透镜和该摄像机排列在相同的光轴上。

该棱镜与该透镜和/或该透镜与该摄像机中任一或二者彼此分离。

对于基底，使用具有低线性膨胀系数的材料，例如不胀钢(invar)材料(Ni系列)，以便能更进一步提高图像拾取精确度。

根据本发明，该棱镜与该透镜和/或该透镜与该摄像机中任一或二者彼此分离，以便可以抑制分离的棱镜和透镜之间或分离的透镜和摄像机之间的热传递。

因此，即使在待拾取的对象处于高温的情况下，靠近该待拾取对象的棱镜变成高温时，也能抑制从棱镜传递到透镜和摄像机的热量，并热量能迅速地饱和，以便可以抑制各个部分的热变形。因此，能提高图像拾取精确度。

当摄像机产生热量时，能抑制从摄像机传递到透镜和棱镜的热量。因此，在这种情况下，也可以提高图像拾取精确度。

(2)可以是：该棱镜和该透镜彼此分离、该透镜和该摄像机彼此分离；并且，该棱镜、该透镜和该摄像机均由该基底支撑。

(3)可以是：该棱镜和该透镜彼此分离，该透镜和该摄像机彼此一体结合，并且该棱镜和该透镜由该基底支撑。在这种情况下，能抑制从该棱镜传递到该透镜的热量。

(4)优选地，至少在一光入射孔侧的该棱镜的顶端部分中，设有一盖构件，并且冷却空气被供应至该盖构件的内部。

该棱镜的顶端部分位于接近待拾取的对象处。因此，当待拾取的对象的温度高时，热量容易借助辐射和空气对流(air conversion)从该待拾取对象传递到该棱镜。

因此，如上所述，该盖设置在该棱镜的顶端部分并且冷却空气被供应至其中，以便能抑制该棱镜接收的来自待拾取对象的热量。在该盖中，对应于该棱镜的光入射孔设置有孔。当借助吸力去除该盖内的高温空气时，能进一步提高冷却效果。

(5)优选地，在该基底与该棱镜、该透镜或该摄像机之间设有热绝缘材料，该棱镜、该透镜和该摄像机均由该基底支撑。

在这种情况下，能抑制从均由该基底支撑的该棱镜、该透镜和该摄像机传递到该基底的热量。因此，可以减轻基底温度的上升，并可以抑制温度上升比率(每单位时间的温度上升量)。因此，能抑制该基底的温度梯度的迅速改变，从而防止该基底产生翘曲变形。

如上所述，通过抑制由该基底支撑的各个部分传递到该基底的热量，来抑制该基底的翘曲变形，以便使该棱镜、该透镜和该摄像机之间的位置关系能保持在正常状态。因此，能进一步提高图像拾取精确度。

(6)优选地，在该棱镜的圆周方向上设置有彼此间隔预定距离的两个光入射孔。

在这种情况下，不需诸如旋转该棱镜的操作，也能拾取沿纵向设置的两个待拾取对象的图像。另外，当交替照亮所述两个待拾取对象时，能在不同的时刻拾取所述两个待拾取对象的图像，而不需旋转该棱镜。

(7)一种用于电子元件的基板安装设备，其具有图像拾取装置，该基板安装设备包括：

安装装置，其将该电子元件安装至基板上；

位置偏移检测装置，其在该电子元件安装至该基板上之前，检测该电子元件和该基板之间的位置偏移；以及

对准装置，其基于由该位置偏移检测装置获得的结果，校正该电子元件和该基板之间的位置偏移，其中：

该位置偏移检测装置包括图像拾取装置，其具有；

图像拾取装置，其包括：棱镜，其包括光入射孔和光射出孔，通过使来自该光入射孔的入射光折射而使入射光射出；透镜，其位于该棱镜的光射出孔侧；摄像机，其相对于该透镜位于该棱镜的相对侧；以及基底，其支撑该棱镜、该透镜和该摄像机，该棱镜的该光射出孔、该透镜和该摄像机排列在相同的光轴上；

其中，该棱镜与该透镜和/或该透镜与该摄像机中任一或二者彼此分离；

其中，该基板的图像和该电子元件的图像由该摄像机通过该棱镜和该透镜拾取，并且基于所拾取的图像数据检测该电子元件和该基板之间的位置偏移。

根据本发明的图像拾取装置，能高精确度地检测该基板和该电子元件之间的位置偏移。因此，该电子元件能以高精确度安装在该基板上，从而能提高产品质量。

如上所述，根据本发明的图像拾取装置，能抑制该棱镜、该透镜和该摄像机之间的热传递，从而可以抑制该棱镜、该透镜或该摄像机的热变形量。因此，能高精确度地拾取待拾取对象的图像。

另外，根据本发明的用于电子元件的基板安装装置，能高精确度地检测该基板和该电子元件之间的位置偏移，从而能提高产品的质量。

附图说明

图1是显示根据本发明的第一实施例的图像拾取装置的示意图；

图2是显示根据本发明的第一实施例的棱镜和透镜之间的间隙以及透镜和摄像机之间的间隙的截面图；

图3是显示根据本发明的第二实施例的图像拾取装置的示意图；

图4是显示根据本发明的第二实施例的棱镜和透镜之间的间隙的截面图；

图5是显示根据本发明的第三实施例的图像拾取装置的示意图；

图6是显示根据本发明的第四实施例的图像拾取装置的示意图；

图7是显示根据本发明的第五实施例的用于电子元件的基板安装设备的立体图。

具体实施方式

下面将参考图1至图7的附图详细地描述本发明的实施例。

第一实施例

如图1所示，根据本发明的图像拾取装置1包括：棱镜11，其具有光入射孔16、和光射出孔17，用于通过使来自光入射孔16的入射光折射而使光射出；透镜12，其位于棱镜11的光射出孔17侧上；摄像机13，其相对于透镜12位于棱镜11的相对侧；以及基底14，其支撑棱镜11、透镜12和摄像机13。

下面，将描述各个构件。棱镜11具有圆柱部分15。位于圆周上相隔180度的两个光入射孔16、16设置在圆柱部分15的一端侧。

位于圆柱部分15的中心线(光轴)10上的光射出孔17设置在棱镜11的圆柱部分15的内部并在其中间部分。来自光入射孔16的入射光被折射90度，并从光射出孔17射出。

棱镜11通过热绝缘材料18由基底14支撑，在该棱镜中，端部11a位于光入射孔16的相对侧上。例如，BESTHERMO(日本注册商标)、LOSSNA-BOARD(日本注册商标)等能被用作热绝缘材料18和随后描述的热绝缘材料20和21中的每一个。

透镜12形成为圆柱形。透镜12的一端部12a插入到棱镜11的内部。从棱镜11的光射出孔17射出的光入射在透镜12上。用于夹持透镜12的基本上中间部分的夹持构件19设置在其中。夹持构件19通过热绝缘材料20由基底14支撑。

在透镜12侧的摄像机13的一端部形成为圆柱形。透镜12的另一端12b插入到摄像机13的一端部中。从透镜12的另一端12b侧射出的光入射在摄像机13上，从而拾取待拾取的对象22和23的图像。摄像机13通过热绝缘材料21由基底14支撑。

棱镜11的光射出孔17、透镜12和摄像机13排列在相同的光轴10上。

在整个圆周上、在透镜12的一端部12a和棱镜11的圆柱部分15之间设有间隙d1(参见图2)。棱镜11和透镜12彼此完全分离，从而没有接触部分。

在整个圆周上、在摄像机13和透镜12的另一端部12b之间还设有间隙d2(参见图2)。摄像机13和透镜12彼此完全分离，从而没有接触部分。

下面，将描述图像拾取装置1的运行。如图1所示，当由图像拾取装置1拾取沿纵向彼此相对的待拾取对象22和23的图像时，首先，照亮一个待拾取的对象22的图像拾取表面22a。另一个待拾取的对象23的图像拾取表面23a不被照亮并保持为黑暗。

在这样的状态下，照明光线只在一个待拾取对象22的图像拾取表面22a上反射，并入射在棱镜11的一个光入射孔16上。

入射在棱镜11的一个光入射孔16上的光被折射90度并从光射出孔17射出。然后，光通过透镜12入射到摄像机13上。因此，摄像机13仅拾取待拾取对象22的图像拾取表面22a的图像。

当拾取另一个待拾取对象23的图像时，照亮该待拾取对象23的图像拾取表面23a。该待拾取对象22的图像拾取表面22a被保持为黑暗。因此，一个待拾取对象23的图像拾取表面23a的图像被摄像机13拾取。

如上所述，根据本发明的图像拾取装置1，棱镜11和透镜12彼此完全分离，从而没有接触部分。因此，即使在待拾取对象22和23均具有高温并且棱镜11的温度由那里的热辐射或空气对流(air conversion)热而升高时，也能抑制从棱镜11到透镜12的热传递。

另外，摄像机13和透镜12彼此完全分离，从而没有接触部分。因此，即使在摄像机产生热时，也能抑制从摄像机13到透镜12的热传递。

因此，抑制了棱镜11、透镜12和摄像机13之间的热传递，从而能消除温度分布不均匀的现象。因此，能抑制图像拾取精确度由于翘曲变形而降低。

棱镜11、透镜12的夹持构件19和摄像机13通过热绝缘材料18、20和21由基底14支撑。因此，能抑制从棱镜11、透镜12和摄像机13到基底14的热传递。

结果，可以抑制基底14的温度的上升并降低温度上升比率(每单位时间的温度上升量)。因此，能抑制基底14的温度梯度的迅速改变，并能防止基底14产生翘曲变形。

当防止基底14产生翘曲变形时，位于基底14上的棱镜11、透镜12和摄像机13保持在相同的光轴10上。因此，能提高摄像机13的图像拾取精确度。

第二实施例

图3和图4显示了根据本发明第二实施例的图像拾取装置2。请注意：在下面的描述中，对于那些与第一实施例相同的部分采用相同的附图标记，并且在此省略了其详细描述。

在整个圆周上、在图像拾取装置2中，在棱镜11和透镜12的一端部12a之间设有间隙d1。棱镜11和透镜12彼此完全分离。透镜12和摄像机13彼此一体连接。

棱镜11通过热绝缘材料18由基底14支撑。透镜12通过热绝缘材料20由基底14支撑。摄像机13通过透镜12由基底14间接地支撑。图像拾取装置2也具有与根据本发明的第一实施例的图像拾取装置1相同的运行和效果。

第三实施例

图5显示了根据本发明的第三实施例的图像拾取装置4。在图像拾取装置4中，一冷却盖30设置于根据第一实施例的图像拾取装置1中的棱镜11的端部中。

冷却盖30具有底部31，并且形成为圆柱形。冷却盖30的开口部32无间隙地装配至棱镜11的中间部分。

在冷却盖30的圆筒部分30a中设置对应于棱镜11的光入射孔16、16的光射出孔33、33。在冷却盖30的底部31中设置有冷却空气供应口34和排气口35，用于借助吸气去除圆筒部分30a中的空气。

在图像拾取装置4中，低温空气被供应至冷却盖30，并且借助吸气除去冷却盖30中的高温空气，从而能抑制棱镜11的温度上升。因此，能抑制棱镜11的热变形，从而能提高图像拾取精确度。

第四实施例

图6显示了根据本发明的第四实施例的图像拾取装置5。在图像拾取装置5中，冷却盖30设置于根据第二实施例的图像拾取装置2中的棱镜11的端部中。图像拾取装置5也具有与根据本发明的第四实施例的图像拾取装置4相同的运行和效果。

第五实施例

图7显示了根据本发明的第五实施例的用于电子元件的基板安装设备6的立体图。用于电子元件的基板安装设备6包括：平台61，用于支撑置于该平台上的基板60；安装装置63，用于将电子元件62安装到置于平台61上的基板60上；位置偏移检测装置72，用于检测基板60和正位于基板60上的电子元件62之间的位置偏移；位置偏移检测装置移动部分64，用于沿X和Y方向移动该位置偏移检测装置72；以及平台移动部分65，用于基于由位置偏移检测装置72检测的位置偏移沿X、Y和θ方向移动平台61。

安装装置63具有一个吸收和超声波头(absorption and ultrasonic head)70。吸收和超声头70与超声波振荡器71连接。位置偏移检测装置72与图像处理部分66连接。第一实施例中所述的图像拾取装置1设置有位置偏移检测装置72。

位置偏移检测装置移动部分64、平台移动部分65和安装装置63分别与控制部分67、68和69连接。图像处理部分66和控制部分67、68和69由主控制器控制(未示出)。

当电子元件62借助用于电子元件的基板安装设备6安装在基板60上时，基板60被置于平台61上并从而被支撑。电子元件62被吸至吸收和超声头70并由此被支撑。电子元件62位于基板60上方预定位置处。

在此状态下，位置偏移检测装置72中的图像拾取装置1的顶端部分被插在基板60和电子元件62之间，使得光入射孔16位于基板60和电子元件62之间。设置在基板60和电子元件62上的预定标记的图像(未示出)分别在不同时刻由图像拾取装置1拾取。此后，图像拾取装置1返回初始位置。

接着，由图像处理部分66基于关于基板60和电子元件62的图像检测基板60和电子元件62之间的位置偏移。基于检测获得的结果使平台61沿预定方向移动。因此，基板60和电子元件62之间的位置偏移被校正。接着，吸收和超声头70向下移动并且电子元件62被超声地接合至基板60上。

根据用于电子元件的基板安装设备6，在位置偏移检测装置72中的图像拾取装置1的热变形量小且图像拾取精确度高，从而能以高精确度检测基板60和电子元件62之间的位置偏移。

因此，基板60和电子元件62能以高精确度互相对准，不管该安装装置63的吸收和超声头70和平台61是否被加热。因此能提高产品的质量，并能放松与用于电子元件的基板安装设备6的运行和设定相关的限制条件。

几乎不引起由于温度的变化而导致基板60和电子元件62之间的对准精确度的降低，从而可以长时间地保持高精确度对准。

在该实施例中，根据第一实施例的图形拾取装置1是用于位置偏移检测装置72。根据本发明的第二至第五实施例的图像拾取装置2至5能设置于位置偏移检测装置72。

在该实施例中，进行了超声波接合。还可使用用于热压接合的安装设备。

Claims (7)

1、一种图像拾取装置，其包括：棱镜，其包括光入射孔和光射出孔，通过使来自该光入射孔的入射光折射而使入射光射出；透镜，其位于该棱镜的光射出孔侧；摄像机，其相对于该透镜位于该棱镜的相对侧；以及基底，其支撑该棱镜、该透镜和该摄像机，该棱镜的该光射出孔、该透镜和该摄像机排列在相同的光轴上；

其中，该棱镜与该透镜和/或该透镜与该摄像机中任一或二者彼此分离。

2、如权利要求1所述的图像拾取装置，其中，该棱镜和该透镜、以及该透镜和该摄像机彼此分离；并且，该棱镜、该透镜和该摄像机均由该基底支撑。

3、如权利要求1所述的图像拾取装置，其中，该棱镜和该透镜彼此分离，该透镜和该摄像机彼此一体结合，并且该棱镜和该透镜由该基底支撑。

4、如权利要求1中任一项所述的图像拾取装置，其中，至少在一光入射孔侧的该棱镜的顶端部分，设有一盖构件，并且冷却空气被供应至该盖构件的内部。

5、如权利要求1所述的图像拾取装置，其中，在该基底与该棱镜、该透镜或该摄像机之间设有热绝缘材料，该棱镜、该透镜和该摄像机均由该基底支撑。

6、如权利要求1中任一项所述的图像拾取装置，其中，在该棱镜的圆周方向上设置有彼此间隔预定距离的两个光入射孔。

7、一种用于电子元件的基板安装设备，其具有图像拾取装置，该基板安装设备包括：

安装装置，其将该电子元件安装至基板上；

位置偏移检测装置，其在该电子元件安装至该基板上之前，检测该电子元件和该基板之间的位置偏移；以及

对准装置，其基于由该位置偏移检测装置获得的结果，校正该电子元件和该基板之间的位置偏移，其中：

该位置偏移检测装置包括图像拾取装置，其具有：

图像拾取装置，其包括：棱镜，其包括光入射孔和光射出孔，通过使来自该光入射孔的入射光折射而使入射光射出；透镜，其位于该棱镜的光射出孔侧；摄像机，其相对于该透镜位于该棱镜的相对侧；以及基底，其支撑该棱镜、该透镜和该摄像机，该棱镜的该光射出孔、该透镜和该摄像机排列在相同的光轴上；

其中，该棱镜与该透镜和/或该透镜与该摄像机中任一或二者彼此分离；

其中，该基板的图像和该电子元件的图像由该摄像机通过该棱镜和该透镜拾取，并且基于所拾取的图像数据检测该电子元件和该基板之间的位置偏移。

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