JP2008166410A - 位置決め較正方法及びそれを適用した実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実装テーブルの真直度を精度よく較正することができる実装テーブルの位置決め較正方法及び、それを適用することにより半導体チップの実装精度を向上させることができる実装装置を提供する。
【解決手段】略Ｌ字状に較正マークＭが付された較正基板１０ｂを実装テーブル上にセットし、実装テーブルをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させて較正マークＭを順次撮像手段により認識し、Ｘ軸方向に移動させて得られた較正マークＭの実測位置を第１較正関数として取得し、Ｙ軸方向に移動させて得られ較正マークＭの実測位置を第２較正関数として取得する。そして、予め設定された半導体チップを実装する実装位置を第１較正関数と第２較正関数とに基づいて演算し、算出された実装位置を較正された実装位置として設定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、実装装置における位置決め装置、例えば実装テーブル等の真直度の較正方法及び、半導体チップを基板に実装する前に実装テーブル等の真直度を調節して実装を行う実装装置に関するものである。

一般に、半導体チップを基板に実装する実装装置は、半導体チップを保持するヘッドと、基板を保持するＸＹテーブルとが備えられており、このＸＹテーブルをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させることにより、半導体チップ（以下単にチップという）が基板上の所定の実装位置となるようにアライメントして実装される。

このような実装装置では、装置の組付け精度等の問題からＸＹテーブルの各軸の真直精度が十分でないことにより、チップが実装されるべき基板上の位置（実装位置）と、ＸＹテーブルにおいて実際に実装位置にアライメントされた位置（実装アライメント位置）とにずれが生じ、チップの実装精度に影響を与える虞がある。

このような問題を解決するために、例えば下記特許文献１に示される部品装着装置では、ＸＹテーブルの動作補正が行われる。具体的には、平坦状の補正用基板をＸＹテーブルに保持させるとともに、電子部品を保持するヘッドに先鋭治具を取り付ける。そして、前記補正用基板に先鋭治具を当接させた状態でＸＹテーブルを移動させることにより、補正用基板上に格子状のラインを形成する。そして、格子を形成するすべての交点を画像処理にて検出する。すなわち、与えられた動作指令による各交点座標の位置において交点座標を撮像し、得られた画像から実際の交点座標を計測し、動作指令による座標とそれに対応する計測位置とのずれ量を記憶しておく。そして、実際に電子部品を実装する場合には、動作指令による実装位置に最も近い４つの交点座標とずれ量とから、実装位置に最も近い４つの計測位置を算出し、これらの４点と動作指令による実装位置との内分比率から近似的に算出される点を実際に到達するであろう実装位置として補正される。これにより、ＸＹテーブルの真直精度を考慮して実装できることが記載されている。

特開平４−１３０８００号公報

近年では、基板への実装精度の向上が求められており、特にベアチップを基板に実装する精度については数μｍレベルの精度が要求されている。しかし、上記特許文献１に記載された部品装着装置では、この要求精度を満たすのは困難である。

すなわち、上記特許文献１では、較正基板に先鋭治具を接触させることにより格子を形成しているため、較正基板上の格子の形成精度が要求される実装精度に対して十分でないという問題がある。

また、上記特許文献１では、実装位置に最も近い４つの交点座標と実装位置との内分比率から近似的に実装位置を算出しているため、内分比率による近似がベアチップの実装精度に与える影響が大きく適切でないという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、実装装置における位置決めを精度よく較正することができる位置決め較正方法及びそれを適用することによりチップの実装精度を向上させることができる実装装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る実装テーブルの較正方法は、実装対象物を保持するヘッドと、実装テーブル上に保持された基板とが、互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に相対的に移動可能に構成された実装装置の位置決め較正方法であって、一方向とこれと直交する方向とに配列された状態で複数の較正マークが付された較正基板を前記較正マークの配列方向がＸ軸方向及びＹ軸方向に沿うように前記実装テーブル上に保持させる較正基板保持工程と、前記実装テーブル上に保持された較正基板をＸ軸方向に相対的に移動させることにより前記較正マークを順次撮像手段により認識し、これらの較正マークの実測位置を第１較正関数として取得する第１較正関数取得工程と、前記実装テーブル上に保持された較正基板をＹ軸方向に相対的に移動させることにより前記較正マークを順次撮像手段により認識し、この較正マークの実測位置を第２較正関数として取得する第２較正関数取得工程と、予め設定された実装位置を前記第１較正関数と第２較正関数とに基づいて演算し、算出された実装位置を較正された実装位置として設定する較正位置設定工程と、を含むことを特徴としている。

上記位置決め較正方法によれば、予め高精度に較正マークが付された補正基板を用いて非接触で較正するため、従来のように治具を接触させて較正基板の格子を作成するものに比べて、精度よく較正することができる。

また、実装位置を第１較正関数と第２較正関数とに基づく演算により算出されるため、従来のように４つの交点座標からさらに内分比率による近似演算を行って実装位置を算出する場合に比べて、すべての実装位置について精度よく較正された実装位置を算出することができる。

また、前記較正基板に付された較正マークは、前記撮像手段の撮像領域から外れる領域に亘って付されていることが好ましい。

この構成によれば、前記較正マークが撮像手段の撮像領域に入るように前記補正基板を相対的に移動させて較正マークを認識するため、当該補正基板の移動量を大きくして較正することができる。すなわち、較正マークの位置の検出に画像処理による検出誤差が生じる場合であっても、補正基板の移動量が大きくなることにより、画像処理による検出誤差の影響を小さくすることができる。したがって、従来のように、実装位置に最も近い４つの交点座標を用いて較正する場合に比べて較正精度を向上させることができる。

また、前記較正基板に付された較正マークは、その配列方向に複数箇所付されていることが好ましい。

この構成によれば、複数箇所付された較正マークに基づいて第１及び第２補正関数が算出されることにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の特定区間において真直度が変化する場合であっても、このような真直度の変化の影響を抑えることができる。

また、前記較正基板に付された隣り合う較正マーク同士は、その一方の較正マークを前記撮像手段の撮像領域内において認識する際に、他方の較正マークがその撮像領域から外れる領域に付されている構成とすることもできる。

この構成によれば、較正マーク同士が互いに所定距離離れているため、これらの較正マークを検出するために必要な補正基板の移動量が大きくなる。したがって、画像処理による検出誤差の影響を抑えることができ、較正精度を向上させることができる。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る実装装置は、供給されたチップを保持するヘッドと、前記チップを実装する基板を保持する実装テーブルと、前記実装テーブル上の基板を撮像する撮像装置と、前記ヘッドと実装テーブルとを、互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に相対的に移動させる駆動装置と、前記駆動装置を駆動制御する制御装置と、を備えた実装装置において、前記制御装置は、一方向とこれと直交する方向とに配列された状態で複数の較正マークが付された較正基板を前記較正マークの配列方向がＸ軸方向及びＹ軸方向に沿うように前記実装テーブル上に保持した状態で、この較正基板をＸ軸方向に相対的に移動させることにより前記複数の較正マークを順次撮像手段により認識して、これらの較正マークの実測位置を第１較正関数として取得するとともに、前記校正基板をＹ軸方向に相対的に移動させることにより前記複数の較正マークを順次撮像手段により認識して、これらの較正マークの実測位置を第２較正関数として取得し、前記第１及び第２較正関数に基づいて算出された実装位置に前記駆動装置を駆動制御することを特徴としている。

上記実装装置によれば、ヘッドと実装テーブルとがＸ軸方向、Ｙ軸方向に相対的に移動する際の真直度が精度よく較正されるため、チップを基板の所定の実装位置に精度よく実装することができる。すなわち、前記制御装置により、前記較正基板をＸ軸方向に相対的に移動させた際の実装テーブルの軌跡を第１補正関数として取得し、較正基板をＹ軸方向に相対的に移動させた際の実装テーブルの軌跡を第２補正関数として取得する。そして、実装する半導体チップの実装位置を前記第１補正関数と第２補正関数とに基づいて較正された実装位置が演算され、この較正された実装位置に基づいてヘッド、実装テーブルの移動が駆動制御される。したがって、取得された第１及び第２補正関数により実装テーブルの真直度が精度よく較正されるとともに、これらの関数により較正された実装位置に基づいてチップが実装されるため、チップを所定の実装位置に精度よく実装することができる。

また、前記実装テーブルが一方向に移動可能であるとともに、前記ヘッドが前記実装テーブルの移動方向と直交する方向に移動可能であって、前記制御装置が前記駆動装置を駆動制御することにより、前記実装テーブルと実装ヘッドとが互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に相対的に移動可能に構成されているものであってもよい。

本発明の位置決め較正方法及びそれを適用した実装装置によれば、実装装置における位置決め精度を向上させることができ、ひいてはチップの実装精度を向上させることができる。

本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係る実装装置を概略的にした図、図２は実装ユニットを示す図である。

図１、図２に示す本実施例に係る実装装置は、装置基台１上に基板供給ユニット２と、実装ユニット３と、チップ供給ユニット４とを備えており、前記基板供給ユニット２から実装ユニット３に基板１０が供給されるとともに、チップ供給ユニット４から実装ユニット３にチップ２０が供給されることにより、実装ユニット３において、供給されたチップ２０が基板１０に実装されるようになっている。

なお、以下の説明では、チップ２０がチップ供給ユニット４から実装ユニット３に供給される方向をＸ軸方向、基板１０が基板供給ユニット２から実装ユニット３に供給される方向をＹ軸方向、Ｘ軸およびＹ軸方向の双方に直交する方向をＺ軸方向とし、特にＹ軸方向において、基板供給ユニット２側が前側、実装ユニット３側が奥側として説明を進める。

基板供給ユニット２は、所定の基板１０を実装ユニット３に供給するためのものであり、箱状のケーシング２１とそのケーシング２１内部に基板１０を載置する載置テーブル２２とを有している。

前記ケーシング２１は、上部に上下に開閉揺動可能な開閉扉２１ａを備えており、この開閉扉２１ａを開放させて、前記載置テーブル２２に所定の基板１０を１枚ずつ載置できるようになっている。

ここで、基板１０には、図３及び図４に示すように、特定チップ２０ａ（実装の対象となるチップ２０）を実装するワーク基板１０ａと、後述する実装ユニット３の実装ステージ３１（本発明の実装テーブル）の真直度を較正するための較正基板１０ｂとがある。前記ワーク基板１０ａは、図３に示すように、平板形状を有しており、その表面に複数の位置決め用のアライメントマーク１１が付されている。このアライメントマーク１１を基準にすることにより、特定チップ２０ａが所定の実装位置に精度よく位置決めされるようになっている。すなわち、特定チップ２０ａにはアライメントマーク１２が付されており、この特定チップ２０ａに付されたアライメントマーク１２とワーク基板１０ａに付されたアライメントマーク１１との相対位置関係に基づいて精度よく位置決めされるようになっている。

また、前記較正基板１０ｂは、図４に示すように、平板形状であって、その表面には複数の較正マークＭが付されている。具体的には、較正マークＭは、一方向とこれに直交する方向とに所定間隔有するように配列されており、前記較正基板１０ｂ表面に略Ｌ字状を形成するように付されている。すなわち、較正マークＭ５を共通として較正マークＭ１〜Ｍ５が一方向に配列され、これと直交する方向に較正マークＭ５〜Ｍ９が配列されている。また、本実施形態では、較正マークＭ同士が後述の２視野カメラ８１の撮像領域に対して１つの較正マークＭのみが撮像できるように付されている。すなわち、１つの較正マークＭを撮像中心に配置させた場合には、それと隣り合う較正マークＭは、その撮像領域から外れる領域に存在している。

前記載置テーブル２２は、基板１０を所定の位置に載置し保持するものである。具体的には、載置テーブル２２の表面には、複数の位置決めピンが所定間隔で立設されており、この位置決めピンの先端部分で前記基板１０が位置決めされつつ保持されるようになっている。

また、基板供給ユニット２と実装ユニット３と間には搬送機構５が設けられており、この搬送機構５は、基板供給ユニット２によって供給された基板１０を実装ユニット３に搬送するためのものである。この搬送機構５は、基板１０を保持する吸着板５１を有しており、この吸着板５１が載置テーブル２２の上方と後述する実装ユニット３の実装ステージ３１の上方とのＹ軸方向に往復移動するとともに、それぞれの位置において昇降動作可能に構成されている。また、吸着板５１の表面には真空ポンプ９（図５参照）と連通接続された複数の吸着孔が形成されており、真空ポンプを作動させて吸着孔に負圧を発生させることにより基板１０を吸着保持できるようになっている。

チップ供給ユニット４は、複数のチップ２０が配列された状態で載置されたチップトレイ７から特定チップ２０ａを取り出して、チップ搬送装置４１に供給するものであり、昇降動作可能な移載ヘッド４２を備えている。この移載ヘッド４２は、可動フレーム４３にＸ軸方向に移動可能に取り付けられており、この可動フレーム４３がＹ軸方向に延びるレール４４にスライド自在に取り付けられている。これにより、移載ヘッド４２はチップトレイ７上を自由に移動できるようになっている。また、移載ヘッド４２には、真空ポンプ９に連通した吸引孔が形成されており、この真空ポンプ９を作動させて吸引孔に負圧を発生させることにより、特定チップ２０ａを吸着保持できるようになっている。すなわち、移載ヘッド４２は、チップトレイ７上から特定チップ２０ａを吸着保持した状態でチップ搬送装置４１まで移動し、チップ搬送装置４１に特定チップ２０ａを供給できるようになっている。

チップ搬送装置４１は、チップ供給ユニット４から供給された特定チップ２０ａを実装ユニット３に搬送するものであり、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に構成されている。これにより、移載ヘッド４２から供給された特定チップ２０ａを載置した状態で、後述する実装ユニット３のヘッド３２ａが特定チップ２０ａを吸着できる位置まで搬送できるようになっている。

実装ユニット３は、図１および図２に示すように、搬送機構５によって搬送された基板１０を保持する実装ステージ３１と、特定チップ２０ａを吸着保持して基板１０に実装する圧着ユニット３２と、基板１０と特定チップ２０ａに予め設けられているアライメントマーク１１を認識するに認識部８とから構成されている。

実装ステージ３１は、基板１０を吸着保持するものである。具体的には、実装ステージ３１表面上には真空ポンプ９と連通された吸引孔が設けられており、真空ポンプ９を作動させて吸引孔に吸引力を発生させることにより基板１０を実装ステージ３１上に吸着保持できるようになっている。ここで、この実装ステージ３１上に較正基板１０ｂがセットされた状態では、図４における較正マークＭ１〜Ｍ５の配列方向がＸ軸方向、較正マークＭ５〜Ｍ９までの配列方向がＹ軸方向に沿うようになっている。

また、実装ステージ３１は、位置決め機構が設けられており、実装ステージ３１表面をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸回りに回転可能に構成されている。具体的には、基台１上には、水平面内においてＹ軸方向に沿ってレール３３が配設されるとともに、このレール３３にＹ軸テーブル３４がＹ軸方向にスライド自在に取り付けられている。そして、Ｙ軸テーブル３４には、サーボモータ３４ａにより駆動されるボールねじ機構（本実施形態における駆動装置）が取り付けられており、このサーボモータ３４ａを駆動制御することによってＹ軸テーブル３４が基台１に対しＹ軸方向に移動するよう構成されている。

Ｙ軸テーブル３４の上にはＸ軸方向に沿ってレール（不図示）が配設されるとともに、このレールにＸ軸テーブル３５がＸ軸方向にスライド自在に取り付けられる。そして、Ｘ軸テーブル３５には、サーボモータ３５ａにより駆動されるボールねじ機構（本実施形態における駆動装置）が取り付けられており、このサーボモータ３５ａを駆動制御することによってＸ軸テーブル３５がＹ軸テーブル３４に対しＸ軸方向に移動するよう構成されている。

Ｘ軸テーブル３５には回転ユニットを介して鉛直線（Ｚ軸方向）の軸線回りに回転自在に動作するＲ軸テーブル３６が設けられている。このＲ軸テーブル３６は、図示しない回転駆動手段３６ａによってＺ軸回りに回転駆動するよう構成されている。

したがって、これらサーボモータ３４ａ、３５ａ及び回転駆動手段３６ａを駆動制御することにより、実装ヘッド３２ａに保持された特定チップ２０ａに応じて、基板１０上の実装位置に精度よくアライメントできるようになっている。

圧着ユニット３２は、特定チップ２０ａを吸着保持するヘッド３２ａを有している。このヘッド３２ａは、真空ポンプ９と連通された吸引孔が設けられており、真空ポンプ９を作動させて吸引孔に吸引力を発生させることにより特定チップ２０ａをヘッド３２ａに吸着保持できるようになっている。また、ヘッド３２ａは昇降動作可能に構成されており、吸着保持した特定チップ２０ａが実装位置にアライメントされると、下降動作を行うことにより特定チップ２０ａを基板１０上の実装位置に実装できるようになっている。

認識部８は、特定チップ２０ａをアライメントするために、特定チップ２０ａと基板１０とを撮像するものである。本実施形態における認識部８は、上向きカメラと下向きカメラとを有する２視野カメラ８１になっており、上側の画像と下側の画像とを１台のカメラで得ることができるようになっている。そして、２視野カメラ８１は、ヘッド３２ａと実装ステージ３１との間に進出するように構成されており、これにより、特定チップ２０ａが実装される前の状態では、上向きカメラでヘッド３２ａに吸着された特定チップ２０ａが撮像され、下向きカメラで基板１０が撮像されるようになっている。なお、本実施形態では、この撮像装置８の下向きカメラにより、較正基板１０ｂの較正マークＭを撮像できるようになっている。

図５は、この実装装置に設けられた制御装置９０の制御系を示すブロック図である。図５に示すように、この実装装置は、上述した各種ユニットの駆動を制御する制御装置９０が設けられている。この制御装置９０は、制御本体部９１、駆動制御部９２、画像処理部９３、外部装置制御部９４、入力部９５とを有している。

制御本体部９１は、論理演算を実行する周知のＣＰＵ、そのＣＰＵを制御する種々のプログラムなどを予め記憶するＲＯＭ、装置動作中に種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭ、種々のプログラムやＯＳ、さらに生産プログラム等の各種データを記憶するＨＤＤ等を備えている。そして、制御本体部９１は、主制御部９１ａ、較正部９１ｂ、記憶部９１ｃとを有している。

主制御部９１ａは、予め記憶されたプログラムに従って一連の実装動作を実行すべく、駆動制御部９２を介して各種ユニットの駆動装置、サーボモータ３４ａ、３５ａ等を駆動制御するとともにこの実装動作において必要な各種演算を行うものである。具体的には、後述する較正部９１ｂで算出された結果に基づいて各駆動装置、サーボモータ３４ａ、３５ａ等を駆動制御するものである。

較正部９１ｂは、実装ステージ３１の真直度、すなわち、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に動作した際の真直度を較正するためのものである。この較正部９１ｂは、図５に示すように、較正マーク検出部１００、較正関数演算部１０１、アライメント位置設定部１０２を有している。

較正マーク検出部１００は、較正基板１０ｂの較正マークＭを検出するものである。本実施形態では、２視野カメラ８１の下向きカメラにより、較正基板１０ｂの較正マークＭを画像処理によって検出する。すなわち、後述する記憶部９１ｃには、較正基板１０ｂが実装ステージ３１にセットされた状態における較正マークＭの中心位置（設定マーク位置）が記憶されており、この設定マーク位置を動作指令によってアライメントする位置（アライメント位置）として実装ステージ３１を駆動制御する。

ここで、実装ステージ３１の真直度が完全なものであれば、設定マーク位置が撮像中心に一致するようになっているが、組付け精度等の問題により真直度が十分でない場合には実際にアライメントされる位置と設定マーク位置とが異なるため、ずれが生じることとなる。

したがって、その実際にアライメントされた位置において得られた画像から、較正マークＭを画像処理によって検出し、検出された較正マークＭの中心位置（実測マーク位置）を算出する。本実施形態では、実装ステージ３１をＸ軸方向に移動させることにより、図４における右端の較正マークＭ１から較正マークＭ５を順次検出し、これらの較正マークＭ１〜Ｍ５の中心位置（実測マーク位置）を算出する。また、実装ステージ３１をＹ軸方向に移動させることにより、図４における左端の較正マークＭ５から較正マークＭ９を順次検出し、これらの較正マークＭ５〜Ｍ９の中心位置（実測マーク位置）を算出する。そして、それぞれの設定マーク位置に対する実測マーク位置を記憶部９１ｃに記憶させる。

較正関数演算部１０１は、動作指令によるアライメント位置と、実際に動作指令によるアライメントされる位置との関係を示す較正関数を演算するものである。この較正関数により、アライメント位置から実際にアライメントされる位置を計算により算出することができる。

この較正関数は、較正マーク検出部１００で検出されたそれぞれの実測マーク位置から算出する。具体的には、較正マークＭ１から較正マークＭ５までの実測マーク位置から、それぞれの実測マーク位置を通る曲線を第１較正関数ｆ（ｘ，ｙ）として演算する。本実施形態では、例えば最小自乗法により第１較正関数ｆ（ｘ，ｙ）を演算している。これにより、実装ステージ３１をＸ軸方向に移動させた場合における真直度の状態（実測位置の変化）が第１較正関数ｆ（ｘ，ｙ）として表される。同様にして、較正マークＭ５から較正マークＭ９までの実測位置から、第２較正関数ｇ（ｘ，ｙ）を演算する。これにより、実装ステージ３１をＹ軸方向に移動させた場合における真直度の状態（実測位置の変化）が第２較正関数ｇ（ｘ，ｙ）として表される。これにより、実装ステージ３１をＸ軸方向及びＹ軸方向に動作させた場合に、実際にアライメントされる位置が（ｆｘ（ｘ，ｙ）＋ｇｘ（ｘ，ｙ），ｆｙ（ｘ，ｙ）＋ｇｙ（ｘ，ｙ））により算出される。なお、ｆｘ（ｘ，ｙ）及びｆｙ（ｘ，ｙ）は、それぞれｆ（ｘ，ｙ）のＸ軸方向成分及びＹ軸方向成分を表しており、ｇｘ（ｘ，ｙ）及びｇｙ（ｘ，ｙ）それぞれｇ（ｘ，ｙ）のＸ軸方向成分及びＹ軸方向成分を表している。

較正アライメント位置設定部１０２は、動作指令によって特定チップ２０ａがアライメントされる位置が、Ｘ軸及びＹ軸テーブル３４のボールねじ機構の真直度を加味した真のアライメント位置となるように設定するものである。具体的には、基板１０のアライメントマーク１１位置を基準とした特定チップ２０ａのアライメント位置、すなわち設定アライメント位置Ｐ（Ｘ，Ｙ）が記憶部９１ｃに記憶されている。そして、上述の第１及び第２較正関数ｆ（ｘ，ｙ）、ｇ（ｘ，ｙ）により算出される実際にアライメントされる位置（ｆｘ（ｘ，ｙ）＋ｇｘ（ｘ，ｙ），ｆｙ（ｘ，ｙ）＋ｇｙ（ｘ，ｙ））が、設定アライメント位置Ｐ（Ｘ，Ｙ）となるようなアライメント位置を算出する。そして、このアライメント位置を動作指令として与えるべき較正アライメント位置Ｐ’として設定する。

記憶部９１ｃは、様々な各種データが格納されているとともに、演算結果等を一時的に格納するためのものである。具体的には、較正基板１０ｂが実装ステージ３１にセットされた状態における設定マーク位置、設定アライメント位置Ｐに関するデータ等が格納されている。また、実測マーク位置データ、較正関数ｆ（ｘ，ｙ）、ｇ（ｘ，ｙ）、較正アライメント位置Ｐ’データ等が一時的に格納される。

駆動制御部９２は、制御部本体からの制御信号に基づいて、チップ供給ユニット４、基板供給ユニット２、実装ユニット３等の各ユニットの駆動装置、サーボモータ３４ａ、３５ａ等を駆動制御するものである。

画像処理部９３は、認識部８の２視野カメラ８１から出力される画像信号に所定の処理を施すことにより画像認識に適した画像データを生成して制御本体部９１に出力するものである。

外部装置制御部９４は、真空ポンプ９等の外部装置の駆動を制御するものである。

入力部９５は、キーボード７１やタッチパネル７２を用いて各種設定及びデータ入力を制御本体部９１に行うものである。具体的には、実装モード及び較正モードの切替が行えるようになっており、較正基板１０ｂにおける較正マークＭの設定マーク位置データを直接入力できるようになっている。

次に、この実装装置における動作について、図６〜図８に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、ワーク基板１０ａに特定チップ２０ａを実装する前に、実装ステージ３１の真直度における較正処理が行われる（ステップＳ１）。この較正処理は、図７におけるフローチャートに従って処理が行われる。

まず、較正基板１０ｂを実装ステージ３１の所定位置にセットする（ステップＳ１１）。具体的には、オペレーターよってタッチパネル７２から較正モードに切り替えられ、基板供給ユニット２の載置テーブル２２に較正基板１０ｂが載置されると、搬送機構５の吸着板５１が較正基板１０ｂの上方位置に停止する。その位置から吸着板５１を下降させて較正基板１０ｂに当接させた状態で真空ポンプ９を作動させることにより、吸着板５１に較正基板１０ｂを吸着保持させる。そして、吸着板５１が実装ユニット３側に移動し、実装ステージ３１上に較正基板１０ｂを載置する。このとき、較正基板１０ｂの較正マークＭの配列方向がＸ軸方向、Ｙ軸方向に沿うように載置される。具体的には、図４における較正マークＭ１〜Ｍ５の配列方向がＸ軸方向に沿うとともに、較正マークＭ５〜Ｍ９の配列方向がＹ軸方向に沿うように載置される。そして、真空ポンプ９を作動させることにより、実装ステージ３１の吸引孔に吸引力を発生させて較正基板１０ｂが実装ステージ３１の所定位置に吸着保持される（較正基板保持工程）。

次に、較正マークＭの検出が行われる（ステップＳ１２）。すなわち、較正基板１０ｂに付された較正マークＭ１〜Ｍ９の実測マーク位置を検出する。具体的には、サーボモータ３４ａ、３５ａを駆動させることにより、予め記憶部９１ｃに記憶された較正マークＭ（本実施形態では較正マークＭ１）の設定マーク位置に実装ステージ３１を駆動制御する。そして、Ｘ軸テーブル３５のサーボモータ３４ａ、３５ａを駆動させることにより、実装ステージ３１のＸ軸テーブル３５をＸ軸方向に移動させて、較正基板１０ｂの較正マークＭ１〜Ｍ５を順次撮像し、それぞれの実測マーク位置を算出する。較正マークＭ５の撮像が終了すると、Ｙ軸テーブル３４のサーボモータ３４ａ、３５ａを駆動させることにより、Ｙ軸テーブル３４をＹ軸方向に移動させて較正マークＭ５〜Ｍ９を順次撮像し、それぞれの実測マーク位置を算出する。

次に、算出された実測マーク位置から較正関数ｆ（ｘ，ｙ）、ｇ（ｘ，ｙ）を取得する（ステップＳ１３）。具体的には、較正マークＭ１〜Ｍ５の実測マーク位置から較正関数ｆ（ｘ，ｙ）を算出し（第１較正関数取得工程）、較正マークＭ５〜Ｍ９の実測マーク位置から較正関数ｇ（ｘ，ｙ）を算出する。そして、算出された較正関数ｆ（ｘ，ｙ）、ｇ（ｘ，ｙ）が記憶部９１ｃに記憶される（第２較正関数取得工程）。

較正処理が終了すると、較正基板１０ｂが排出され、実装ユニット３にワーク基板１０ａが供給される（ステップＳ２）。具体的には、基板供給ユニット２の載置テーブル２２にワーク基板１０ａが載置されると、搬送機構５の吸着板５１がワーク基板１０ａの上方位置に停止する。その位置から吸着板５１を下降させてワーク基板１０ａに当接させた状態で真空ポンプ９を作動させることにより、吸着板５１にワーク基板１０ａを吸着保持させる。そして、吸着板５１が実装ユニット３側に移動し、実装ステージ３１上にワーク基板１０ａが載置される。

ワーク基板１０ａが実装ユニット３に供給されると、チップ供給ユニット４から実装ユニット３に特定チップ２０ａが供給される（ステップＳ３）。具体的には、チップトレイ７から実装すべき特定チップ２０ａが移載ヘッド４２に吸着保持され、チップ搬送装置４１に載置される。そして、このチップ搬送装置４１により特定チップ２０ａが実装ユニット３まで搬送され、実装ユニット３のヘッド３２ａが吸着できる所定位置で停止する。

次に、ワーク基板１０ａに特定チップ２０ａを実装する実装処理が行われる（ステップＳ４）。この実装処理は、図８に示すフローチャートに従って行われる。

まず、チップ搬送装置４１に載置された特定チップ２０ａが実装ユニット３のヘッド３２ａによって吸着保持される（ステップＳ２１）。具体的には、チップ搬送装置４１が停止している所定位置に圧着ユニット３２が移動し、その位置においてヘッド３２ａを下降させるとともに真空ポンプ９を作動させることにより、ヘッド３２ａに特定チップ２０ａを吸着保持させる。

次に、ワーク基板１０ａのアライメントマーク１１及びチップ２０のアライメントマーク１２が認識される（ステップＳ２２）。具体的には、２視野カメラ８１がワーク基板１０ａと特定チップ２０ａとの間に進出し、上向きカメラで特定チップ２０ａを撮像し、下向きカメラでワーク基板１０ａを撮像する。そして、ワーク基板１０ａのアライメントマーク１１及び特定チップ２０ａのアライメントマーク１２を画像処理にて検出し、それぞれのアライメントマーク位置を算出する。

次に、特定チップ２０ａを所定の実装位置に実装するために、設定アライメント位置を較正し、設定アライメント位置の設定が行われる（ステップＳ２３）。制御装置９０の記憶部９１ｃには、ワーク基板１０ａのアライメントマーク１１を基準とした特定チップ２０ａの実装位置情報、すなわち、設定アライメント位置Ｐの情報が記憶されている。この設定アライメント位置Ｐから、較正アライメント位置Ｐ’を算出する。具体的には、制御装置９０において、第１及び第２較正関数ｆ（ｘ，ｙ）、ｇ（ｘ，ｙ）により算出される実際にアライメントされる位置（ｆｘ（ｘ，ｙ）＋ｇｘ（ｘ，ｙ），ｆｙ（ｘ，ｙ）＋ｇｙ（ｘ，ｙ））が、設定アライメント位置Ｐ（Ｘ，Ｙ）となるような位置を演算し、その位置を較正アライメント位置Ｐ’を算出する。これにより、実装ステージ３１の真直度が加味されたアライメントマーク位置（較正アライメント位置Ｐ’）が設定される（較正位置設定工程）。

次に、ワーク基板１０ａ上の実装位置に特定チップ２０ａを実装する。具体的には、実装ステージ３１が較正アライメント位置Ｐ’となるようにサーボモータ３４ａ、３５ａを駆動制御する。これにより、ヘッド３２ａに保持された特定チップ２０ａが、実装位置の上方に位置するように精度よくアライメントされる。この状態において、ヘッド３２ａが下降して真空ポンプ９を解放することにより、ヘッド３２ａに吸着された特定チップ２０ａが解放され、ワーク基板１０ａの所定の実装位置に特定チップ２０ａが実装される。

上記実施形態に係る実装装置によれば、実装ステージ３１がＸ軸方向、Ｙ軸方向に動作する際の真直度が実装ステージ３１の組付け誤差等により精度を欠いている場合であっても、第１補正関数と第２補正関数とに基づいて精度よく較正アライメント位置を算出することにより、特定チップ２０ａを真の実装位置に精度よく実装することができる。

また、上記実施形態における較正基板１０ｂには、較正マークＭが撮像手段の撮像領域を超える領域に亘って付されているため、実装ステージ３１をＸ軸方向又はＹ軸方向に大きく移動させて較正を行うことができる。したがって、撮像領域内の較正マークＭによって較正する場合に比べて、較正精度が読み取り誤差によって受ける影響を小さくすることができる。

また、上記実施形態では、較正処理を行う際に、実装ステージ３１をＸ軸方向及びＹ軸方向に一度動作させるだけで較正を行うことができる。したがって、従来のように格子の交点座標すべてを読み取る必要がないため、較正に要する時間を短縮することができる。

上記実施形態では、ヘッド３２ａに対して、実装ステージ３１がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動する例について説明したが、ヘッド３２ａが実装ステージ３１の移動方向と直交する方向に移動することにより、実装ステージ３１が、ヘッド３２ａに対して相対的にＸ軸方向及びＹ軸方向に移動するものであってもよい。

具体的には、図９に示すように、圧着ユニット３２は、ヘッド３２ａと、このヘッド３２ａをＸ軸方向に移動させるヘッド移動部３２ｂとを有しており、このヘッド移動部３２ｂは、基台１に設置された門型の支持体３７に取り付けられている。そして、支持体３７には、Ｘ軸方向に沿って延びるレール３８ａが配設されており、このレール３８ａにヘッド移動部３２ｂがＸ軸方向にスライド自在に取り付けられている。また、ヘッド移動部３２ｂには、サーボモータ（不図示）により駆動されるボールねじ機構（本実施形態における駆動装置）が取り付けられており、このサーボモータを駆動制御することによってヘッド移動部３２ｂが実装ステージ３１に対しＸ軸方向に移動するようになっている。

したがって、ヘッド移動部３２ｂ及び実装ステージ３１のＹ軸テーブルにより、実装ステージ３２は、ヘッド３２ａ（特定チップ２０ａ）に対して、相対的にＸ軸方向及びＹ軸方向に移動できるようになっている。これにより、実装ステージ３１がＸ軸及びＹ軸方向に移動する場合に比べて、実装ステージ３１にＸ軸方向に移動させる機構を省くことができる。すなわち、チップトレイ７から特定チップ２０ａを取り出すためのＸ軸方向への移動機構を、実装ステージ３１のＸ軸方向への移動のために共用できる点で好ましい。

また、上記実施形態では、較正基板１０ｂの較正マークＭが略Ｌ字状に付された例について説明したが、マトリックス状に付されたものであってもよい。この場合であっても、第１及び第２較正関数の算出には、マトリックス状に付された複数の較正マークＭから選択された較正マークＭに対して、実装ステージ３１をＸ軸方向及びＹ軸方向に一度動作させるだけで較正を行うことができる。

また、上記実施形態では、較正マークＭが一方向につき５つ付された例について説明したが、一方向に少なくとも２つ付されたものであればよい。仮に、一方向につき５つ以上較正マークを付したものである場合には、それぞれの較正マークＭの実測位置に基づいて行われるため、第１及び第２較正関数が精度よく算出されるため、実装ステージの真直精度を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る実装装置を概略的に示す斜視図である。 上記実施形態の実装ユニット付近を示す図である。 ワーク基板を示す図である。 較正基板を示す図である。 実装装置の制御系を示すブロック図 上記実施形態の実装装置の動作を示すフローチャートである。 較正処理の動作を示すフローチャートである。 実装処理の動作を示すフローチャートである。 他の実施形態の実装ユニット付近を示す図である。

符号の説明

１０ａ ワーク基板
１０ｂ 較正基板
２０ａ 特定チップ
３１ 実装ステージ
３２ａ ヘッド
３４ Ｙ軸テーブル
３５ Ｘ軸テーブル
８１ ２視野カメラ
Ｍ 較正マーク

Claims (6)

1. 実装対象物を保持するヘッドと、実装テーブル上に保持された基板とが、互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に相対的に移動可能に構成された実装装置の位置決め較正方法であって、
   一方向とこれと直交する方向とに配列された状態で複数の較正マークが付された較正基板を前記較正マークの配列方向がＸ軸方向及びＹ軸方向に沿うように前記実装テーブル上に保持させる較正基板保持工程と、
   前記実装テーブル上に保持された較正基板をＸ軸方向に相対的に移動させることにより前記較正マークを順次撮像手段により認識し、これらの較正マークの実測位置を第１較正関数として取得する第１較正関数取得工程と、
   前記実装テーブル上に保持された較正基板をＹ軸方向に相対的に移動させることにより前記較正マークを順次撮像手段により認識し、この較正マークの実測位置を第２較正関数として取得する第２較正関数取得工程と、
   予め設定された実装位置を前記第１較正関数と第２較正関数とに基づいて演算し、算出された実装位置を較正された実装位置として設定する較正位置設定工程と、
   を含むことを特徴とする位置決め較正方法。
2. 前記較正基板に付された較正マークは、前記撮像手段の撮像領域から外れる領域に亘って付されていることを特徴とする請求項１に記載の位置決め較正方法。
3. 前記較正基板に付された較正マークは、その配列方向に複数箇所付されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置決め較正方法。
4. 前記較正基板に付された隣り合う較正マーク同士は、その一方の較正マークを前記撮像手段の撮像領域内において認識する際に、他方の較正マークがその撮像領域から外れる領域に付されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の位置決め較正方法。
5. 供給されたチップを保持するヘッドと、
   前記チップを実装する基板を保持する実装テーブルと、
   前記実装テーブル上の基板を撮像する撮像装置と、
   前記ヘッドと実装テーブルとを、互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に相対的に移動させる駆動装置と、
   前記駆動装置を駆動制御する制御装置と、
   を備えた実装装置において、
   前記制御装置は、一方向とこれと直交する方向とに配列された状態で複数の較正マークが付された較正基板を前記較正マークの配列方向がＸ軸方向及びＹ軸方向に沿うように前記実装テーブル上に保持した状態で、この較正基板をＸ軸方向に相対的に移動させることにより前記複数の較正マークを順次撮像手段により認識して、これらの較正マークの実測位置を第１較正関数として取得するとともに、前記校正基板をＹ軸方向に相対的に移動させることにより前記複数の較正マークを順次撮像手段により認識して、これらの較正マークの実測位置を第２較正関数として取得し、前記第１及び第２較正関数に基づいて算出された実装位置に前記駆動装置を駆動制御することを特徴とする実装装置。
6. 前記実装テーブルが一方向に移動可能であるとともに、前記ヘッドが前記実装テーブルの移動方向と直交する方向に移動可能であって、前記制御装置が前記駆動装置を駆動制御することにより、前記実装テーブルと実装ヘッドとが互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に相対的に移動可能に構成されていることを特徴とする実装装置。

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