JP2007005494A - Part-mounting device, part-mounting method, position adjustment device and position adjustment method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、部品実装装置に関し、特に、マウントヘッドにより部品を保持してワーク上の所定の位置に部品を実装する部品実装装置及び部品実装方法、並びに、部品実装装置に用いられる位置調整装置及び位置調整方法に関する。 The present invention relates to a component mounting apparatus, and in particular, a component mounting apparatus and a component mounting method for mounting a component at a predetermined position on a workpiece while holding the component by a mount head, and a position adjusting device used in the component mounting apparatus and The present invention relates to a position adjustment method.
従来、半導体(ベアチップ)等の電子部品を基板に実装する際、フリップチップボンディング装置が使用される。フリップチップボンディング装置は、チップが載置されたトレーと、チップが実装される基板と、チップを実装するためのボンディングツールと、トレー上のチップをボンディングツールに受け渡すチップ反転アームとを有する。フリップチップボンディング装置は、チップ反転アームの先端部の吸着ヘッドによってトレー上の半導体チップを吸着し、この後、上記アームが180度反転して半導体ベアチップの表裏を逆転させる。このような状態でボンディングツールの吸着ヘッドによって半導体チップを吸着するとともに、xyステージによって位置決めされた回路基板上の所定の位置に半導体チップをボンディングツールの吸着ヘッドによってマウントするようにしている。また、フリップチップボンディング装置は、ボンディングツールの吸着ヘッドに吸着保持された半導体チップを撮像するカメラと、回路基板上を撮像するカメラとを有しており、この2つのカメラからの画像により画像認識をし、半導体チップのマウントする位置を認識している。 Conventionally, a flip chip bonding apparatus is used when an electronic component such as a semiconductor (bare chip) is mounted on a substrate. The flip chip bonding apparatus includes a tray on which chips are placed, a substrate on which the chips are mounted, a bonding tool for mounting the chips, and a chip reversing arm that transfers the chips on the tray to the bonding tool. In the flip chip bonding apparatus, the semiconductor chip on the tray is sucked by the suction head at the tip of the chip reversing arm, and then the arm is reversed 180 degrees to reverse the front and back of the semiconductor bare chip. In this state, the semiconductor chip is sucked by the suction head of the bonding tool, and the semiconductor chip is mounted at a predetermined position on the circuit board positioned by the xy stage by the suction head of the bonding tool. Further, the flip chip bonding apparatus has a camera that images a semiconductor chip sucked and held by a suction head of a bonding tool and a camera that picks up an image on a circuit board. Image recognition is performed based on images from these two cameras. The position where the semiconductor chip is mounted is recognized.
ところで、フリップチップボンディング装置は、マウントされる半導体チップのマウント精度が重要視される。 By the way, in the flip chip bonding apparatus, the mounting accuracy of the mounted semiconductor chip is regarded as important.
そこで、従来のフリップチップボンディング装置は、このマウント精度を高精度なものとしつつ位置決めを行うための様々な部材が設けられており、装置自体が大型なものになり、また高価なものとなっていた。 Therefore, the conventional flip chip bonding apparatus is provided with various members for positioning while keeping the mounting accuracy high, and the apparatus itself is large and expensive. It was.
例えば、図12のような従来のフリップチップボンディング装置100は、半導体チップ101が載置されたトレー102をxy平面上を駆動させるための駆動源と、半導体チップ101が実装される基板103をxy平面上を駆動させるための駆動源と、半導体チップ101を実装するためのボンディングツール104をz軸方向に駆動させるための駆動源と、トレー102上の半導体チップ101をボンディングツール104の吸着ヘッド105に受け渡すチップ反転アーム106を駆動させるための駆動源と、カメラユニット107を駆動させるための駆動源とが設けられている。さらに、このフリップチップボンディング装置100のカメラユニット107は、図13に示すように、筐体107a内に、ボンディングツール104の吸着ヘッド105に吸着保持された半導体チップ101を撮像するカメラ111と基板103上を撮像するカメラ112とがy方向に並設され、各カメラ111、112の撮像側に片面反射ミラー113、114がy軸に対してx方向に±45度の角度で対向配置され、各ミラー113、114の中間に両面反射ミラー115がy軸に対してz方向に45度の角度で配置された構成となっている。また、両面反射ミラー115に対しz方向の筐体107aの両面には、画像取り込み用の開口部116、117が設けられている。
For example, a conventional flip
このような構成を有するフリップチップボンディング装置100は、各部材を駆動させるための駆動源が多数設けられ、装置の大型化を招いていた。
The flip
さらに、マウント精度を高精度なものとするためには、例えば、カメラユニット107を駆動させる駆動軸にリニアスケールなどが用いられ、精度の高い位置決めを行っており、そのことも、装置の大型化及び高コスト化につながっていた。
Furthermore, in order to achieve high mounting accuracy, for example, a linear scale or the like is used for the drive shaft that drives the
また一方で、図14に示すフリップチップボンディング装置130では、上述のようなカメラユニット107の代わりに、半導体チップ101が実装される基板103が載置されるステージ131にボンディングツール104の吸着ヘッド105に吸着された半導体チップ101を撮像するカメラ132と、基板103が載置されるステージ131と対向する位置に基板103を撮像するカメラ133とを設けた構成のものもある。この場合、マウント精度を高精度なものに保つには、マウントされる正確な位置を検出する2つのカメラ132、133の相対位置関係が重要となってくる。
On the other hand, in the flip
2つのカメラの相対位置関係を認識する方法としては、2つのカメラの位置を合わせる方法が知られている。その方法は、例えば、図15に示すように、2つのカメラ132、133が対向するような位置に移動し、その間に位置合わせ装置134が挿入され、表裏から同じ位置と認識できる対象を撮像することで、位置合わせを行う。
As a method of recognizing the relative positional relationship between two cameras, a method of matching the positions of the two cameras is known. For example, as shown in FIG. 15, the camera moves to a position where the two
しかしながら、フリップチップボンディング装置130では、基板103を撮像するカメラ133が、基板103と焦点が合う距離L1に配置され、ボンディングツール104の吸着ヘッド105に保持された半導体チップ101を撮像するカメラ132が、半導体チップ101と焦点が合う距離L2に配置されている。上述の方法のように、2つのカメラ132、133の位置を合わせるための位置合わせ装置134を2つのカメラ間に挿入した場合、位置合わせ装置134は、カメラ132とは距離L2離間させ、カメラ133とは距離L1離間させる、又は、カメラに焦点距離調整手段を設ける必要がある。上記いずれの方法であっても、位置合わせのためにカメラをz方向に移動させ、また元の位置に戻す必要があり、移動に伴い精度が低下するという問題が生じていた。
However, the
そこで、本発明は、上述の問題点に鑑みて、従来からフリップチップボンディング装置と変わらない高精度を実現しつつ、装置の小型化、低コスト化を図ることができる部品実装装置及び部品実装方法を提供することを目的とする。 Accordingly, in view of the above-described problems, the present invention provides a component mounting apparatus and a component mounting method capable of achieving downsizing and cost reduction of the apparatus while realizing high accuracy that is the same as that of a conventional flip chip bonding apparatus. The purpose is to provide.
また、本発明の他の目的は、上述の部品実装装置等において、高精度を保つための位置合わせ作業において、その位置合わせの精度を向上させるために用いられる位置調整装置、及び位置調整方法を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a position adjusting device and a position adjusting method used for improving the positioning accuracy in the positioning operation for maintaining high accuracy in the component mounting apparatus described above. The purpose is to provide.
上述した目的を達成するために、本発明に係る部品実装装置は、基板に、該基板と対向する位置に設けられたヘッドにより部品を実装する部品実装装置において、上記基板及び上記部品を載置するステージと、上記ステージを該ステージの主面と同一の平面上を駆動させるステージ駆動部と、上記ステージ上の上記部品を上記ヘッドに供給する部品供給部と、上記ヘッドを上記ステージの主面に垂直な方向に駆動させるヘッド駆動部と、上記ヘッドを上記ステージの主面に垂直な方向を回転軸として回転させるヘッド回転駆動部と、上記ステージ上に固定され、上記ヘッドの表面画像を検出する第1のカメラと、上記ステージと対向する位置に固定される上記ステージの表面画像を検出する第2のカメラとを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a component mounting apparatus according to the present invention mounts the substrate and the component on the substrate in a component mounting apparatus that mounts the component with a head provided at a position facing the substrate. A stage, a stage drive unit that drives the stage on the same plane as the main surface of the stage, a component supply unit that supplies the components on the stage to the head, and the head as the main surface of the stage A head driving unit that drives the head in a direction perpendicular to the head, a head rotation driving unit that rotates the head around a direction perpendicular to the main surface of the stage, and a surface image of the head that is fixed on the stage. And a second camera for detecting a surface image of the stage fixed at a position facing the stage.
また、上記第1のカメラと対向する位置と上記ステージ上の少なくとも1箇所に原点マークを有し、上記第1のカメラ又は上記第2のカメラは、上記原点マークを検出することにより、上記ステージと上記ヘッドの相対移動の基準点とするようにしてもよい。 The first camera or the second camera has an origin mark at a position facing the first camera and at least one place on the stage, and the first camera or the second camera detects the origin mark to thereby detect the stage. And the reference point for the relative movement of the head.
さらに、上記第1のカメラと上記第2のカメラとの間に配置され、一方の面及び他方の面方向から上記第1のカメラ及び上記第2のカメラにより検出可能な基準マークが設けられた認識パターン部と、上記認識パターン部の一方の面に接して設けられた第1のレンズと、上記認識パターン部の他方の面に接して設けられた第2のレンズとからなる位置調整手段を備えるようにしてもよい。 In addition, a reference mark is provided between the first camera and the second camera, and is provided with a reference mark that can be detected by the first camera and the second camera from the direction of one surface and the other surface. A position adjusting means comprising: a recognition pattern portion; a first lens provided in contact with one surface of the recognition pattern portion; and a second lens provided in contact with the other surface of the recognition pattern portion. You may make it prepare.
本発明に係る部品実装方法は、基板に、該基板と対向する位置に設けられたヘッドにより部品を実装する部品実装方法において、上記基板及び上記部品が載置されるステージを該ステージの主面と同一の平面上を駆動させるステージ駆動工程と、上記ステージ上の上記部品を上記ヘッドに供給する部品供給工程と、上記ヘッドを上記ステージの主面に垂直な方向に駆動させるヘッド駆動工程と、上記ヘッドを上記ステージの主面に垂直な方向を回転軸として回転させるヘッド回転駆動工程と、上記ステージ上に固定され、上記ヘッドの表面画像を検出する第1のカメラにより、上記ヘッドの表面画像を検出する第1の画像検出工程と、上記ステージと対向する位置に固定される上記ステージの表面画像を検出する第2のカメラにより、上記ステージの表面画像を検出する第2の画像検出工程とを備えることを特徴とする。 The component mounting method according to the present invention is a component mounting method in which a component is mounted on a substrate by a head provided at a position facing the substrate. The stage on which the substrate and the component are placed is a main surface of the stage. A stage driving step for driving the same plane, a component supplying step for supplying the component on the stage to the head, a head driving step for driving the head in a direction perpendicular to the main surface of the stage, A head rotation driving step of rotating the head about a direction perpendicular to the main surface of the stage as a rotation axis, and a surface image of the head by a first camera fixed on the stage and detecting a surface image of the head The first image detection step for detecting the surface and the second camera for detecting the surface image of the stage fixed at a position facing the stage. Characterized in that it comprises a second image detecting step of detecting a surface image of the over-di.
本発明に係る位置調整装置は、互いに対向して配置され、対向方向に対して垂直な方向に相対移動する第1の部材及び第2の部材と、上記第1の部材に固定され、上記第2の部材の表面画像を検出する第1のカメラと、上記第2の部材に固定され、上記第1の部材の表面画像を検出する第2のカメラとを有する移動システムに適用される上記第1の部材と上記第2の部材との位置合わせをするための位置調整装置において、一方の面及び他方の面方向から上記第1のカメラ及び上記第2のカメラにより検出可能な基準マークが設けられた認識パターン部と、上記認識パターン部の一方の面に接して設けられた第1のレンズと、上記認識パターン部の他方の面に接して設けられた第2のレンズとを備えることを特徴とする。 The position adjusting device according to the present invention is disposed opposite to each other, fixed to the first member, the first member and the second member that move relative to each other in a direction perpendicular to the facing direction, and the first member The first camera applied to a moving system having a first camera that detects a surface image of the second member and a second camera that is fixed to the second member and detects the surface image of the first member. In the position adjusting device for aligning one member and the second member, a reference mark that can be detected by the first camera and the second camera is provided from one surface and the other surface direction. A recognition pattern portion, a first lens provided in contact with one surface of the recognition pattern portion, and a second lens provided in contact with the other surface of the recognition pattern portion. Features.
本発明に係る位置調整方法は、互いに対向して配置され、対向方向に対して垂直な方向に相対移動する第1の部材及び第2の部材と、上記第1の部材に固定され、上記第2の部材の表面画像を検出する第1のカメラと、上記第2の部材に固定され、上記第1の部材の表面画像を検出する第2のカメラとを有する移動システムに適用される上記第1の部材と上記第2の部材との位置合わせをするための位置調整方法において、一方の面及び他方の面方向から上記第1のカメラ及び上記第2のカメラにより検出可能な基準マークが設けられた認識パターン部と、上記認識パターン部の一方の面に接して設けられた第1のレンズと、上記認識パターン部の他方の面に接して設けられた第2のレンズとを備えた位置調整装置を、上記第1の部材と上記第2の部材との間に挿入する挿入工程と、上記第1のカメラ及び上記第2のカメラにより上記認識パターン部の上記基準マークを検出する基準マーク検出工程と、上記基準マーク検出工程により、上記第1のカメラ及び上記第2のカメラがともに上記認識パターン部の上記基準マークを検出した時の互いの位置に基づき、上記第1の部材と上記第2の部材との相対位置関係を調整する位置調整工程とを備えることを特徴とする。 The position adjusting method according to the present invention includes a first member and a second member that are arranged to face each other and relatively move in a direction perpendicular to the facing direction, and are fixed to the first member. The first camera applied to a moving system having a first camera that detects a surface image of the second member and a second camera that is fixed to the second member and detects the surface image of the first member. In the position adjustment method for aligning one member with the second member, a reference mark that can be detected by the first camera and the second camera is provided from one surface and the other surface direction. And a second lens provided in contact with the other surface of the recognition pattern portion, and a first lens provided in contact with one surface of the recognition pattern portion. The adjustment device includes the first member and the above An insertion step of inserting between the two members, a reference mark detection step of detecting the reference mark of the recognition pattern portion by the first camera and the second camera, and the reference mark detection step. Both the first camera and the second camera adjust the relative positional relationship between the first member and the second member based on the mutual position when the reference mark of the recognition pattern portion is detected. And a position adjusting step.
本発明の部品実装装置は、基板及び部品を載置するステージを駆動させるステージ駆動部と、ステージ上に固定されヘッドの表面画像を検出する第1のカメラと、ステージと対向する位置に固定されるステージの表面画像を検出する第2のカメラとを備えるので、駆動軸数を減らすことができ、装置自体の小型化を図ることができ、かつ、装置の低価格を実現することができる。また、本発明は、上述のように小型化を図ることができるので、xyステージの移動距離を減らすことができ、熱膨張等による歪みの影響を大きく受けることなく実装することができ、高精度を保つことができる。 The component mounting apparatus according to the present invention is fixed to a stage driving unit that drives a stage on which a substrate and components are placed, a first camera that is fixed on the stage and detects a surface image of the head, and a position facing the stage. And a second camera for detecting the surface image of the stage, the number of drive axes can be reduced, the size of the device itself can be reduced, and the cost of the device can be reduced. In addition, since the present invention can be miniaturized as described above, the moving distance of the xy stage can be reduced, and can be mounted without being greatly affected by distortion due to thermal expansion or the like. Can keep you.
また、本発明の位置調整装置は、互いに対向して配置される第1のカメラ及び第2のカメラの位置合わせを、第1のカメラが固定されたxyステージのみを対向方向に対して垂直な方向(xy方向)にのみ移動させるので、位置合わせの精度を向上させることができる。 In addition, the position adjustment apparatus of the present invention aligns the first camera and the second camera that are arranged to face each other, and only the xy stage to which the first camera is fixed is perpendicular to the facing direction. Since it is moved only in the direction (xy direction), the alignment accuracy can be improved.
以下、本発明の部品実装装置1について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1〜図3に示すように、本発明の部品実装装置1は、架台10を備え、架台10の上面にベース11が配されている。部品実装装置1は、ベース11上に、xyステージ12と、フレーム13と、チップ供給部14とが取付けられている。
Hereinafter, the
xyステージ12は、基板xモータ15と基板yモータ16とが取付けられており、xyステージ12上には、基板2が載置されるとともに、半導体チップ3が載置されるチップトレイ4が設けられている。さらに、xyステージ12上には、後述するボンディングツール17に吸着保持される半導体チップ3に設けられたチップ認識用のチップマーク等を画像認識するための上方カメラ18が取付けられている。xyステージ12は、基板xモータ15及び基板yモータ16の駆動によりxy方向に移動する。
A
フレーム13には、ボンディングツール17と、ツールzリニアガイド19と、ツールzリニアガイド19に沿って、すなわちz軸方向にボンディングツール17を駆動させるツールzシリンダ20と、ボンディングツール17のz軸に対する回転位置、すなわちθ方向の位置を制御するツール制御機構21と、後述するxyステージ12の位置を認識するための原点マーク41とが取付けられている。さらに、フレーム13には、基板2に設けられた基板認識用の基板マーク等を画像認識するための下方カメラ22が取付けられている。なお、下方カメラ22は、上述に限らず、ボンディングツール17等のz方向やz軸に対して回転するθ方向に駆動しない固定された位置、例えば、フレーム13に固定された原点マーク41で、xyステージ12と対向する位置であればその固定位置は限定されない。
The
チップトレイ4は、基板2に実装される半導体チップ3が載置される。基板xモータ15は、x軸に平行でxyステージ12に連結された駆動軸と接続されており、モータを駆動させることにより、xyステージ12を駆動軸に沿ったx方向に移動させることができる。同様に、基板yモータ16も、y軸に平行でxyステージ12に連結された駆動軸と接続されており、モータを駆動させることにより、xyステージ12を駆動軸に沿ったy方向に移動させることができる。
On the
ボンディングツール17は、xyステージ12と対向する位置に設けられており、ツールzシリンダ20の駆動により、ボンディングツール17をツールzリニアガイド19に沿ってz方向に移動するとともに、ツール制御機構21に設けられた回転角調整手段(図示せず)により、ツール回転軸21aの軸回り(図2中θ方向)に沿って回転する。ボンディングツール17は、チップトレイ4上の半導体チップ3をチップ供給部14を介して受け渡され、受け渡された半導体チップ3を基板2の所定の位置に実装する。ボンディングツール17は、受け渡される半導体チップ3を吸着保持する吸着保持手段と、基板2に実装する際に、半導体チップ3を加熱するチップ加熱手段とを有しており、半導体チップ3を基板2の所定の位置に実装する。
The
ツールzリニアガイド19は、フレーム13上で、z軸と平行な方向に設けられたガイドであり、このガイドに沿って、ボンディングツール17をz方向に移動させる。
The tool z
ツールzシリンダ20は、エアシリンダからなり、ツール制御機構21に連結されたボンディングツール17をツールzリニアガイド19に沿ってz方向に移動させる。ツールzシリンダ20は、チップ供給部14からボンディングツール17に受け渡された半導体チップ3を基板2に実装する際のz方向の2点間(チップ供給部14から半導体チップ3が供給されるz方向の上位置と、半導体チップ3を基板2に実装するz方向の下位置)を移動するものである。また、ツールzシリンダ20は、半導体チップ3を基板2に実装する際、半導体チップ3を基板2に加圧する。なお、ツールzシリンダ20は、上述のようにエアシリンダに限らず、2点間を移動させ、加圧するための駆動源であればよく、油圧シリンダ等を用いてもよい。
The
ツール制御機構21は、z軸と平行に設けられたツール回転軸21aの軸回りに沿ってボンディングツール17を回転させる回転角調整手段を有している。ツール制御機構21は、上方カメラ18により画像認識された半導体チップ3の位置状態により回転角調整手段を制御し所定の回転位置に回転させる。
The
チップ供給部14は、先端に吸着部が設けられたチップ反転アーム14aを有しており、このチップ反転アーム14aがxyステージ12上に載置された半導体チップ3を吸着保持した後、反転し、ボンディングツール17に受け渡す。
The
上方カメラ18は、xyステージ12上、例えばチップトレイ4と基板2との間に設けられ、ボンディングツール17に吸着保持される半導体チップ3に設けられたチップ認識用のチップマーク等を画像認識する。上方カメラ18は、xyステージ12上に設けられているので、基板xモータ15及び基板yモータ16を駆動させ、xy平面上を移動することができる。上方カメラ18は、焦点距離が固定されたカメラであり、その焦点距離はxyステージ12と対向する位置に設けられたボンディングツール17に吸着保持された実装前の半導体チップ3に焦点が合う距離である。
The
下方カメラ22は、フレーム13に固定され、基板2に設けられた基板認識用の基板マーク等を画像認識する。下方カメラ22は、フレーム13に固定されており移動することはできないが、xyステージ12を移動させることにより、所望とするxyステージ12上の位置を撮像することができる。下方カメラ22は、上方カメラ18と同様に、焦点距離が固定されたカメラであり、その焦点距離はxyステージ12上のチップトレイ4に載置された半導体チップ3や基板2に焦点が合う距離である。
The
図4は、このような部品実装装置1の制御系を示すブロック図であり、部品実装装置1は制御部23を介して制御される。また、図4に示すように、制御部23には操作パネル24、上方カメラ18、下方カメラ22、表示モニタ25、実装装置本体が接続されるようになっている。操作パネル24は、制御部23に対して動作モード指令と、半導体チップ3の実装するための温度、圧力、時間等の諸条件(圧着条件)と、半導体チップ3の形状、実装位置等の各種データとを供給する。一方、制御部23から操作パネル24に対しては、実装条件、異常事態の有無等のデータ及び状態表示のための情報が供給される。また、上方カメラ18及び下方カメラ22は、制御部23に対して画像情報を供給する。この画像情報は制御部23によって画像処理される。また制御部23から画像処理結果が表示モニタ25に供給され、その表示パネルによって表示が行なわれる。
FIG. 4 is a block diagram showing a control system of such a
また、制御部23は、実装装置本体に対して動作指令を行なうとともに、半導体チップ3の加熱電力を供給する。実装装置本体からは、センサおよびエンコーダ等の出力信号が位置情報として与えられる。さらに、実装装置本体からは、搭載する半導体チップ3の温度及び圧力に関するデータが制御部23に供給される。
Further, the control unit 23 issues an operation command to the mounting apparatus body and supplies heating power for the
次に、上述の構成を有する部品実装装置1の半導体チップ3を基板2に実装する動作について、図5に示すフローチャートを参照して説明する。
Next, the operation of mounting the
まず、事前準備及び作業準備として、作業者は、操作パネル24を操作して、平行度調整を行った後(ST1)、基板2をxyステージ12の所定の位置にセットする(ST2)とともに、半導体チップ3が収納されたチップトレイ4をxyステージ12上の所定の位置にセットする(ST3)。
First, as preparation and work preparation, the operator operates the operation panel 24 to adjust parallelism (ST1), and then sets the
次に、制御部23は、入力された部品データ及び加工条件に基づいて、チップ供給部14を駆動させ、チップ反転アーム14aの吸着部により、チップトレイ4上の半導体チップ3を吸着保持させる(ST4)。その後、制御部23は、チップ供給部14を制御し、チップ反転アーム14aを180°反転させ(ST5)、半導体チップ3をボンディングツール17に受け渡す(ST6)。
Next, the control unit 23 drives the
次に、制御部23は、下方カメラ22からの画像情報に基づいて、基板2上の基板マークを画像認識し、上方カメラ18からの画像情報に基づいて、半導体チップ3上のチップマークを認識し、ツール制御機構21及びxyステージ12を駆動させ、半導体チップ3の実装される位置に補正する(ST7)。
Next, the controller 23 recognizes the substrate mark on the
次に、制御部23は、ツールzシリンダ20を制御し、ボンディングツール17をz方向に下降させ、半導体チップ3を基板2上に搭載させる(ST8)。また、制御部23は、ツールzシリンダ20を制御し、ボンディングツール17に保持された半導体チップを加圧する(ST9)。最後に、制御部23は、ボンディングツール17を制御し、半導体チップ3を加熱し、基板2上に実装する(ST10)。
Next, the control unit 23 controls the
以上により、制御部23は、半導体チップ3を基板2上に実装し、上記動作を繰り返すことにより、次の半導体チップ3を実装する。
As described above, the control unit 23 mounts the
以上のような構成を有する部品実装装置1は、xyステージ12上に基板2及び半導体チップ3が載置されたチップトレイ4が設けられているので、従来はチップトレイ4をxy方向に駆動させるための2つの駆動源と基板2をxy方向に駆動させるための2つの駆動源とで4つの駆動源が必要なのに対し、x方向とy方向にそれぞれ駆動させる2つの駆動源(基板xモータ15及び基板yモータ16)のみで、所望とする位置に移動させることができ、駆動軸の軸数を減らすことができ、装置自体の小型化を図ることができる。部品実装装置1は、さらに、xyステージ12上に上方カメラ18が設けられており、xyステージ12の駆動源(基板xモータ15及び基板yモータ16)を用いることにより上方カメラ18をxy平面の所望とする位置に移動させることができ、上方カメラ18を所望とする位置に移動させるための駆動源を設ける必要がなく、さらに小型化を図ることができる。
Since the
また、部品実装装置1は、xyステージ12上でxy平面上を移動する焦点距離が固定された上方カメラ18とフレーム13に固定された下方カメラ22を用いるので、焦点距離を調整するフォーカス機能等を備える必要がなく、小型化を図ることができる。
Further, since the
また、部品実装装置1は、上述のように小型化を図ることができるので、xyステージ12の移動距離を減らすことができ、熱膨張等による歪みの影響を大きく受けることなく実装することができ、高精度を保つことができる。
Further, since the
続いて、部品実装装置1の位置合わせについて説明する。部品実装装置1は、上方カメラ18及び下方カメラ22により、実装する半導体チップ3の位置状態や基板2の位置状態を認識し修正することができる。部品実装装置1は、さらなる精度向上のために、フレーム13で上方カメラ18と対向する位置に設けられ、上方カメラ18により画像認識可能な原点マーク41が設けられている。部品実装装置1は、上方カメラ18により原点マーク41を画像認識し、その点を原点とすることにより、正確に上方カメラ18の位置合わせを行うことができる。
Subsequently, alignment of the
原点マーク41は、部品実装装置1のフレーム13に固定されており、上方カメラ18により画像認識でき、例えばドットパターンからなる。また、原点マーク41は、移動距離の縮小によりさらなる精度向上が図れるように、実装作業上の重要な位置、例えば、ボンディングツール17の近傍に設けられている。
The
次に、部品実装装置1の位置合わせ作業について説明する。部品実装装置1は、事前作業として、例えば、基板xモータ15及び基板yモータ16のトルクを検出することにより、粗原点を設定する。次に、部品実装装置1は、上方カメラ18の位置合わせを行うために、原点マーク41の画像認識を行う。このようにして認識された原点マーク41の位置を基準として、部品実装装置1は、上述のように、チップ供給部14によりボンディングツール17に受け渡された半導体チップ3の状態を上方カメラ18により画像認識するとともに、下方カメラ22により基板2の位置を画像認識する(図6(A))。また、下方カメラ22により、基板2の所定の位置を認識し(図6(B))、上方カメラ18により半導体チップ3の位置を認識し(図6(C))、実装される位置に基板2を移動させ(図6(D))、最終的に半導体チップ3を基板2の所定の位置に実装する(図6(E))。
Next, the alignment operation of the
なお、上述に限らず、原点マーク41の他に同様のマークを、基準マークとして、フレーム13に設け、この基準マークもカメラの位置合わせを行うことができる原点とすることも可能である。具体的には、図7に示すような部品実装装置50であり、原点マーク41の他に、基準マーク51がフレーム13に設けられている。このように、位置合わせのための基準点を原点マーク41と基準マーク51との2箇所に設けることにより、上方カメラ18から近い位置にあるマークを画像認識することにより、位置合わせを行うことができるので、原点位置までの移動距離を短くすることができ、精度向上、作業効率の向上を図ることができる。また、原点マーク41と基準マーク51との位置関係を予め認識しておくと、xyステージ12の移動距離の校正を行うことができる。
In addition to the above, the same mark other than the
さらに、基準マークを1つに限らず、格子状に配列された複数のドットパターンからなるものとして、カメラ近傍のマークを用いて、位置合わせを行うことにより、原点位置移動を短距離化することができ、精度向上、作業効率の向上を図ることができる。 Furthermore, not only one reference mark but also a plurality of dot patterns arranged in a lattice pattern is used, and the origin position movement is shortened by performing alignment using marks near the camera. It is possible to improve accuracy and work efficiency.
さらに、半導体チップの位置認識と原点マーク41の認識とを上方カメラ18に処理させることに限らず、原点マーク41を画像認識するための第3のカメラをxyステージ12上に設けるようにしてもよい。具体的には、図8に示すような部品実装装置60であり、第3のカメラ61が設けられている。この第3のカメラ61により認識される基準マーク62は、図8(A)に示すように、半導体チップ3を上方カメラ18により画像認識する位置と同じである。つまり、第3のカメラ61により認識される基準マーク62の位置は、上方カメラ18により半導体チップ3を画像認識するxyステージ12の移動位置において、認識できる位置に設けられている。また、第3のカメラ61により認識される原点マーク63は、図8(B)に示すように、基板2をボンディングツール17により半導体チップ3が実装される位置と同じである。つまり、第3のカメラにより認識される原点マーク63の位置は、基板2に半導体チップ3が実装される位置にxyステージ12を移動させた位置において、認識される位置に設けられている。
Furthermore, the
また、部品実装装置1のように、原点マーク41をフレーム13上に固定したことに限らず、例えば、xyステージ12上の所定の位置に原点マークを設け、下方カメラ22により、位置合わせを行うようにしてもよい。
Further, the
続いて、部品実装装置1に適用される位置調整装置について説明する。
Subsequently, a position adjusting device applied to the
位置調整装置30は、図9に示すように、対向する位置に移動された上方カメラ18及び下方カメラ22の間に挿入される。また、位置調整装置30は、図10及び図11に示すように、略円板状の筐体31と、筐体31の一方の面に取付けられた第1のレンズ32と、他方の面に取付けられた第2のレンズ33と、第1のレンズ32と第2のレンズ33との間に設けられた認識パターン部34とから構成されている。また、位置調整装置30は、第1のレンズ32、認識パターン部34、第2のレンズ33が同一直線上になるように配置されている。
As shown in FIG. 9, the
筐体31は、図10に示すように、略円板状の部材から形成されており、一方の面31aに第1のレンズ32を嵌合するための嵌合溝31bと、他方の面31cに第2のレンズ33を嵌合するための嵌合溝31dとが設けられている。また、筐体31の略中央部には、認識パターン部34が設けられている。さらに、筐体31は、他方の面31cに、部品実装装置1の所定の位置に取付けるための段差31eが設けられている。なお、筐体31は、上述に限らず、認識パターン部34が形成されるだけの薄板部を有するとともに、第1のレンズ32及び第2のレンズ33とを固定し、部品実装装置1の所定の箇所に取付けることができるものであれば、その形状は限定されない。
As shown in FIG. 10, the
第1のレンズ32及び第2のレンズ33は、焦点距離を短くする凸レンズから形成されており、例えば、下方カメラ22及び上方カメラ18の焦点距離を1/2以上、1未満の範囲にするレンズである。第1のレンズ32の焦点距離を1/2よりも小さくするレンズを用いると、上方カメラ18と下方カメラ22との間に挿入した際に、認識パターン部34を認識することができなくなり、焦点距離が1であるレンズを用いると、レンズを設ける必要がなくなるためである。
The
認識パターン部34は、筐体31の略中央部の薄板部で、一方の面31a及び他方の面31cの両面から見えることができ、その位置が両面から同じと認識され得るようなピンホールが設けられている。認識パターン部34は、例えば、板厚0.013mmに対し、直径が0.1mmのピンホールが設けられている。なお、認識パターン部34は、一方の面31a及び他方の面31cの両面から見えることができ、その位置が両面から同じと認識され得るようなマーク等であり、カメラの被写界深度に対して小さい板厚に設けられた、例えば、ガラスにメッキしたパターン、エッジの薄いテーパ穴、薄いフィルム、ガラスの刻印等であってもよい。
The
上述のような構成を有する位置調整装置30は、上方カメラ18及び下方カメラ22の中間点に配され、上方カメラ18、下方カメラ22、認識パターン部34とが同一直線上になるような位置に配置され、位置を調整する。具体的には、部品実装装置1においては、下方カメラ22は、フレーム13に固定されているので、認識パターン部34は下方カメラ22の下側に配され、xyステージ12を駆動することにより、xyステージ12上の上方カメラ18を、下方カメラ22、認識パターン部34、上方カメラ18が同一直線上になるように、それぞれのカメラからの画像情報を画像認識しながら、補正移動させる。上方カメラ18、認識パターン部34、下方カメラ22が同一直線上になるように、xyステージ12のみを移動させ、位置合わせすることにより、上方カメラ18及び下方カメラ22の位置合わせを調整する。
The
以上のような構成を有する位置調整装置30によれば、互いに対向して配置される上方カメラ18及び下方カメラ22の位置合わせを、上方カメラ18が固定されたxyステージ12のみを対向方向に対して垂直な方向(xy方向)にのみ移動させるので、位置合わせの精度を向上させることができる。
According to the
また、部品実装装置1は、下方カメラ22がフレーム13に固定されており、上方カメラ18がxy方向にのみ移動可能なxyステージ12上に固定されているので、カメラの位置合わせを精度よく行うことによって、マウント精度の向上を図ることができる。
In the
1、50、60 部品実装装置、2 基板、3 半導体チップ、4 チップトレイ、10 架台、11 ベース、12 xyステージ、13 フレーム、14 チップ供給部、14a チップ反転アーム、15 基板xモータ、16 基板yモータ、17 ボンディングツール、18 上方カメラ、19 ツールzリニアガイド、20 ツールzシリンダ、21 ツール制御機構、22 下方カメラ、23 制御部、24 操作パネル、25 表示モニタ、30 位置調整装置、31 筐体、31a 一方の面、31b、31d 嵌合溝、31c 他方の面、32 第1のレンズ、33 第2のレンズ、34 認識パターン部、41 原点マーク、51、62 基準マーク、61 第3のカメラ、63 原点マーク 1, 50, 60 Component mounting device, 2 substrate, 3 semiconductor chip, 4 chip tray, 10 mount, 11 base, 12 xy stage, 13 frame, 14 chip supply unit, 14a chip reversing arm, 15 substrate x motor, 16 substrate y motor, 17 bonding tool, 18 upper camera, 19 tool z linear guide, 20 tool z cylinder, 21 tool control mechanism, 22 lower camera, 23 control unit, 24 operation panel, 25 display monitor, 30 position adjustment device, 31 housing Body, 31a one surface, 31b, 31d fitting groove, 31c other surface, 32 first lens, 33 second lens, 34 recognition pattern portion, 41 origin mark, 51, 62 reference mark, 61 third Camera, 63 Origin mark
Claims (12)
上記基板及び上記部品を載置するステージと、
上記ステージを該ステージの主面と同一の平面上を駆動させるステージ駆動部と、
上記ステージ上の上記部品を上記ヘッドに供給する部品供給部と、
上記ヘッドを上記ステージの主面に垂直な方向に駆動させるヘッド駆動部と、
上記ヘッドを上記ステージの主面に垂直な方向を回転軸として回転させるヘッド回転駆動部と、
上記ステージ上に固定され、上記ヘッドの表面画像を検出する第1のカメラと、
上記ステージと対向する位置に固定される上記ステージの表面画像を検出する第2のカメラとを備えること
を特徴とする部品実装装置。 In a component mounting apparatus for mounting a component on a substrate by a head provided at a position facing the substrate,
A stage on which the substrate and the components are placed;
A stage drive unit for driving the stage on the same plane as the main surface of the stage;
A component supply section for supplying the component on the stage to the head;
A head drive unit that drives the head in a direction perpendicular to the main surface of the stage;
A head rotation drive unit that rotates the head about a direction perpendicular to the main surface of the stage as a rotation axis;
A first camera fixed on the stage and detecting a surface image of the head;
A component mounting apparatus comprising: a second camera that detects a surface image of the stage fixed at a position facing the stage.
を特徴とする請求項1記載の部品実装装置。 The component mounting apparatus according to claim 1, wherein the head driving unit includes an air cylinder.
上記第1のカメラ又は上記第2のカメラは、上記原点マークを検出することにより、上記ステージと上記ヘッドの相対移動の基準点とすること
を特徴とする請求項1記載の部品実装装置。 Having an origin mark at a position facing the first camera and at least one place on the stage;
2. The component mounting apparatus according to claim 1, wherein the first camera or the second camera detects a reference mark of the origin to detect a reference point for relative movement between the stage and the head.
上記基板及び上記部品が載置されるステージを該ステージの主面と同一の平面上を駆動させるステージ駆動工程と、
上記ステージ上の上記部品を上記ヘッドに供給する部品供給工程と、
上記ヘッドを上記ステージの主面に垂直な方向に駆動させるヘッド駆動工程と、
上記ヘッドを上記ステージの主面に垂直な方向を回転軸として回転させるヘッド回転駆動工程と、
上記ステージ上に固定され、上記ヘッドの表面画像を検出する第1のカメラにより、上記ヘッドの表面画像を検出する第1の画像検出工程と、
上記ステージと対向する位置に固定される上記ステージの表面画像を検出する第2のカメラにより、上記ステージの表面画像を検出する第2の画像検出工程とを備えること
を特徴とする部品実装方法。 In a component mounting method for mounting a component on a substrate by a head provided at a position facing the substrate,
A stage driving step of driving the stage on which the substrate and the component are placed on the same plane as the main surface of the stage;
A component supply step of supplying the component on the stage to the head;
A head driving step of driving the head in a direction perpendicular to the main surface of the stage;
A head rotation driving step of rotating the head about a direction perpendicular to the main surface of the stage as a rotation axis;
A first image detecting step of detecting a surface image of the head by a first camera fixed on the stage and detecting a surface image of the head;
A component mounting method comprising: a second image detection step of detecting a surface image of the stage by a second camera that detects a surface image of the stage fixed at a position facing the stage.
を特徴とする請求項5記載の部品実装方法。 The component mounting method according to claim 5, wherein the head driving step drives the head in a direction perpendicular to the main surface of the stage using an air cylinder.
を特徴とする請求項5記載の部品実装方法。 Further, the first camera or the second camera detects an origin mark provided at a position facing the first camera or at least one place on the stage, and the stage and the head are relatively moved. The component mounting method according to claim 5, further comprising: a reference point detecting step that is used as a reference point.
を特徴とする請求項5記載の部品実装方法。 A recognition pattern provided between the first camera and the second camera, and provided with a reference mark that can be detected by the first camera and the second camera from one surface and the other surface direction. A position adjustment means comprising: a first lens provided in contact with one surface of the recognition pattern portion; and a second lens provided in contact with the other surface of the recognition pattern portion. When the first camera and the second camera detect the reference mark of the recognition pattern portion, and both the first camera and the second camera detect the reference mark of the recognition pattern portion, The component mounting method according to claim 5, further comprising a position adjustment step of adjusting a relative positional relationship between the stage and the head based on the position of the head.
上記第1の部材に固定され、上記第2の部材の表面画像を検出する第1のカメラと、
上記第2の部材に固定され、上記第1の部材の表面画像を検出する第2のカメラとを有する移動システムに適用される上記第1の部材と上記第2の部材との位置合わせをするための位置調整装置において、
一方の面及び他方の面方向から上記第1のカメラ及び上記第2のカメラにより検出可能な基準マークが設けられた認識パターン部と、
上記認識パターン部の一方の面に接して設けられた第1のレンズと、
上記認識パターン部の他方の面に接して設けられた第2のレンズと
を備えることを特徴とする位置調整装置。 A first member and a second member which are arranged to face each other and move relatively in a direction perpendicular to the facing direction;
A first camera fixed to the first member and detecting a surface image of the second member;
The first member and the second member that are applied to a moving system that is fixed to the second member and has a second camera that detects a surface image of the first member are aligned. In the position adjusting device for
A recognition pattern portion provided with a reference mark that can be detected by the first camera and the second camera from the direction of one surface and the other surface;
A first lens provided in contact with one surface of the recognition pattern portion;
And a second lens provided in contact with the other surface of the recognition pattern portion.
を特徴とする請求項9記載の位置調整装置。 The first lens and the second lens have a focal length of the first camera and a focal length of the second camera in a range of ½ or more and less than 1, respectively. The position adjusting device according to claim 9.
上記第1の部材に固定され、上記第2の部材の表面画像を検出する第1のカメラと、
上記第2の部材に固定され、上記第1の部材の表面画像を検出する第2のカメラとを有する移動システムに適用される上記第1の部材と上記第2の部材との位置合わせをするための位置調整方法において、
一方の面及び他方の面方向から上記第1のカメラ及び上記第2のカメラにより検出可能な基準マークが設けられた認識パターン部と、上記認識パターン部の一方の面に接して設けられた第1のレンズと、上記認識パターン部の他方の面に接して設けられた第2のレンズとを備えた位置調整装置を、上記第1の部材と上記第2の部材との間に挿入する挿入工程と、
上記第1のカメラ及び上記第2のカメラにより上記認識パターン部の上記基準マークを検出する基準マーク検出工程と、
上記基準マーク検出工程により、上記第1のカメラ及び上記第2のカメラがともに上記認識パターン部の上記基準マークを検出した時の互いの位置に基づき、上記第1の部材と上記第2の部材との相対位置関係を調整する位置調整工程とを備えること
を特徴とする位置調整方法。 A first member and a second member which are arranged to face each other and move relatively in a direction perpendicular to the facing direction;
A first camera fixed to the first member and detecting a surface image of the second member;
The first member and the second member that are applied to a moving system that is fixed to the second member and has a second camera that detects a surface image of the first member are aligned. In the position adjustment method for
A recognition pattern portion provided with a reference mark that can be detected by the first camera and the second camera from the direction of one surface and the other surface, and a first portion provided in contact with one surface of the recognition pattern portion. An insertion for inserting a position adjusting device including one lens and a second lens provided in contact with the other surface of the recognition pattern portion between the first member and the second member Process,
A reference mark detection step of detecting the reference mark of the recognition pattern portion by the first camera and the second camera;
The first member and the second member based on each other's position when the first camera and the second camera both detect the reference mark of the recognition pattern portion by the reference mark detection step. And a position adjusting step for adjusting a relative positional relationship with the position adjusting method.
を特徴とする請求項11記載の位置調整方法。 A position adjustment device is used in which the first lens and the second lens make the focal length of the first camera and the focal length of the second camera within a range of ½ or more and less than 1, respectively. The position adjustment method according to claim 11, wherein the steps are performed.
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