JP2009130028A - 画像認識カメラのキャリブレーション方法、部品接合方法、部品接合装置および校正用マスク - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、画像認識カメラのキャリブレーションを精度良く行うことができる画像認識カメラのキャリブレーション方法を提供する。
【解決手段】基準マークＭａ,Ｍａを形成した透光性の校正用マスク３１を用い、画像認識カメラ６により、上昇待機位置Ｓ２に移動した校正用マスク３１の基準マークＭａ,Ｍａを位置認識する第１マーク認識工程と、第１マーク認識工程の後に、校正用マスク３１を降下させワークテーブル４にセットするマスクセット工程と、マスクセット工程の後に、画像認識カメラ６により校正用マスク３１の基準マークＭａ,Ｍａを、位置認識する第２マーク認識工程と、第１マーク認識工程および第２マーク認識工程においてそれぞれ位置認識した２つの認識結果に基づいて、校正データを取得する校正データ取得工程と、を備えた。
【選択図】図５

Description

本発明は、接合に先立ち、上昇待機位置にある接合部品とセットされた被接合部品との間に臨んで、接合部品と被接合部品とを位置認識する上下２眼の鏡筒を有する画像認識カメラのキャリブレーション方法、部品接合方法、部品接合装置および校正用マスクに関するものである。

従来、この種の上下２視野の画像認識カメラ（上方に臨むチップ用カメラと下方に臨む基板用カメラとを一体化したもの）のキャリブレーション方法を実施する部品接合装置（チップボンディング装置）として、ボンディングツール（保持ヘッド）と隣接してＺ軸テーブル（昇降機構）に搭載されたマーク用テーブル（校正用マスク）を用いたものが知られている（特許文献１参照）。このキャリブレーション方法は、Ｚ軸テーブルにより上昇した上昇待機位置（上昇位置）におけるマーク用テーブルのキャリブレーション用基準マーク（基準マーク）を、チップ用カメラで下方から画像認識し、その後、Ｚ軸テーブルにより降下した接合位置（降下位置）におけるキャリブレーション用基準マークを、基板用カメラで上方から画像認識し、これらの認識結果に基づいてキャリブレーションを行うものである。
この場合、画像認識カメラは、退避位置、半導体チップ（接合部品）および回路基板（被接合部品）のアライメントマークを認識するボンディング位置、および退避位置とボンティング位置との間に位置し、ワーク用テーブルのキャリブレーション用基準マークを認識するキャリブレーション位置との間で、移動可能に構成されている。
特開平９−８１０４号公報

しかしながら、このようなチップボンディング装置では、マーク用テーブルを上下方向で所定の位置に位置調整するための昇降装置が必要となり、また、Ｚ軸テーブルのブラケットに、昇降装置を支持する領域を、セットされた回路基板の直上から外して設ける必要がある。そのため、チップボンディング装置が大型で且つ構成が複雑になってしまうという問題があった。また、アライメントにおけるアライメントマークの認識位置（以下、アライメント位置）と、キャリブレーションにおけるキャリブレーション用基準マークの認識位置（以下、キャリブレーション位置）とが大きく離れているため、認識ずれが生じ、キャリブレーションを精度良く行うことができないという問題があった。例えば、画像認識カメラを移動する水平移動機構の移動軸が傾いている場合、移動軸方向における認識位置の違いから認識ずれが生じてしまう。また、移動軸方向における位置の違いにより、水平移動機構にかかる画像認識カメラの荷重（曲げモーメント）の相違が生じるため、水平移動機構の撓み量に差が生まれ、結果、認識ずれが生じてしまう。

本発明は、簡単な構成で、画像認識カメラのキャリブレーションを精度良く行うことができる画像認識カメラのキャリブレーション方法、部品接合方法、部品接合装置および校正用マスクを提供することを課題としている。

本発明の画像認識カメラのキャリブレーション方法は、保持ヘッドに保持した接合部品を、保持ヘッドを介して昇降させる昇降機構により、ワークテーブルにセットした被接合部品に対し、接合部品を重ね合せて接合する部品接合装置に設けられ、接合に先立ち、上昇待機位置にある接合部品とセットされた被接合部品との間に臨んで、接合部品の接合位置決め基準と被接合部品の被接合位置決め基準とを位置認識する上下２眼の鏡筒を有する画像認識カメラのキャリブレーション方法であって、基準マークを形成した透光性の校正用マスクを用い、所定の位置に移動した画像認識カメラにより、保持ヘッドに保持され上昇待機位置に移動した校正用マスクの基準マークを、上側の鏡筒を介して位置認識する第１マーク認識工程と、第１マーク認識工程の後に、校正用マスクを、昇降機構により降下させワークテーブルにセットするマスクセット工程と、マスクセット工程の後に、画像認識カメラにより、校正用マスクの基準マークを、下側の鏡筒を介して位置認識する第２マーク認識工程と、第１マーク認識工程および前記第２マーク認識工程においてそれぞれ位置認識した２つの認識結果に基づいて、校正データを取得する校正データ取得工程と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、基準マークを形成した透光性の校正用マスクの基準マークを、保持ヘッドに保持させて上昇待機位置に移動した状態と、ワークテーブルにセットされた状態とで上下鏡筒にて位置認識し、当該２つの認識結果から校正データを取得する（キャリブレーション）ことにより、画像認識カメラのアライメント位置とキャリブレーション位置とを同一にすることができる。そのため、アライメントにおける位置認識と、キャリブレーションにおける位置認識とを同一条件で行うことができ、画像認識カメラのキャリブレーションを精度良く行うことができる。また、校正用マスクを用いるだけで、特段の機構（例えば、上記の昇降装置）を必要とせず、キャリブレーションを簡単な構成で行うことができる。

この場合、校正用マスクは、接合部品と被接合部品とを合せた厚さと、同一の厚さを有していることが好ましい。

この構成によれば、校正用マスクの厚さと、接合部品と被接合部品とを合せた厚さとが同一であることで、校正用マスクを上昇待機位置からワークテーブルへのセット位置まで移動する移動量と、接合部品を上昇待機位置から接合位置まで移動する移動量とが同一になる。そのため、画像認識カメラ自身の認識ずれに加え、昇降移動による認識ずれ（昇降機構における移動軸の傾きによる認識ずれおよび画像認識カメラの光軸の傾きによる認識ずれ）をキャリブレーションすることができ、キャリブレーションを更に精度良く行うことができる。

この場合、接合位置決め基準は、接合部品の下面に形成されており、校正用マスクは、接合部品の厚さと同一の厚さを有する上マスクと、被接合部品の厚さと同一の厚さを有する下マスクとを重合してなり、基準マークは、上マスクと下マスクとの境界面に形成されていることが好ましい。

この構成によれば、上昇待機位置に位置する校正用マスクの基準マークの高さ（上下方向の位置）と、上昇待機位置に位置する接合部品の接合位置決め基準の高さがと一致すると共に、セット位置に位置する校正用マスクの基準マークの高さと、接合位置に位置する接合部品の接合位置決め基準の高さとが一致する。これにより、基準マークと接合位置決め基準とを同一条件にすることができ、キャリブレーションを更に精度良く行うことができる。また、当該校正用マスクを簡単な構成にすることができる。なお、「基準マークは、上マスクと下マスクの境界面に形成されている」と表記したが、具体的には、基準マークは、上マスクの下面および下マスクの上面のいずれか一方に形成されている。

本発明の部品接合方法は、上記の画像認識カメラのキャリブレーション方法と、校正データ取得工程の後、保持ヘッドに接合部品を保持させると共に、ワークテーブルにセットされた校正用マスクに代えて被接合部品をセットする部品セット工程と、保持ヘッドに保持され上昇待機位置にある接合部品と、ワークテーブルにセットされた被接合部品と、の間に臨ませた画像認識カメラにより、接合部品の接合位置決め基準および被接合部品の被接合位置決め基準を位置認識する基準認識工程と、位置認識工程による認識結果に基づいて、接合位置決め基準と被接合位置決め基準との位置ずれデータを取得し、位置ずれデータに校正データを加味して位置ずれ量を算出するずれ量算出工程と、算出した位置ずれ量に基づいて、接合部品と被接合部品との相互の位置補正を行う位置補正工程と、位置補正工程の後、接合部品を被接合部品に対し重ね合せて接合する接合工程と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、キャリブレーションを精度良く行うことができるキャリブレーション方法を用いることで、接合処理を精度良く行うことができる。

本発明の部品接合装置は、上記の部品接合方法を実施する部品接合装置であって、接合部品を保持する保持ヘッドと、保持ヘッドを介して、接合部品を昇降させると共に接合部品を被接合部品に接合する昇降機構と、被接合部品がセットされるワークテーブルと、上昇待機位置にある接合部品とセットされた被接合部品との間に臨んで、接合部品と被接合部品とを位置認識する上下２眼の鏡筒を有する画像認識カメラと、画像認識カメラを水平方向に移動させる水平移動機構と、水平面内において、接合部品に対し被接合部品を相対的に移動させて、位置補正を行う補正手段と、昇降機構、水平移動機構、画像認識カメラおよび補正手段を制御すると共に、各工程を実施する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、キャリブレーションを精度良く行うことができ、接合処理を精度良く行うことができる部品接合装置を提供することができる。なお、補正手段は、被接合部材を固定とし、接合部品を移動させて位置補正するものでもよいし、逆に接合部材を固定とし、被接合部品を移動させて位置補正するものでもよい。

この場合、ワークテーブルは、テーブル本体と、テーブル本体にセットされた被接合部品および校正用マスクをテーブル本体に吸着する吸着機構と、を備えたことが好ましい。

この構成によれば、セットされた被接合部品を吸着した状態で接合することができ、精度良く接合処理を行うことができると共に、セットされた校正用マスクを吸着した状態でキャリブレーションを行うことができ、精度良くキャリブレーションを行うことができる。

この場合、保持ヘッドには、ヒータおよび紫外線ランプのいずれかが組み込まれており、制御手段は、接合部品を被接合部品に重ね合せた状態で、ヒータおよび紫外線ランプのいずれかを駆動し、接合部品を被接合部品に接合することが好ましい。

この構成によれば、保持ヘッドのヒータおよび紫外線ランプを駆動することで、接合部品と被接合部品との接合にかかる、熱圧着もしくは紫外線圧着を容易に行うことができる。

この場合、補正手段は、被接合部品を、Ｘ軸方向に移動させるＸ軸テーブル、Ｙ軸方向に移動させるＹ軸テーブルおよびθ方向に移動させるθテーブルから成り、ワークテーブルは、θテーブルに搭載されていることが好ましい。

この構成によれば、位置補正を精度良く行うことができると共に、補正手段を簡単な構成にすることができる。

本発明の校正用マスクは、上記の画像認識カメラのキャリブレーション方法に用いる校正用マスクであって、接合部品の厚さと同一の厚さを有する上マスクと被接合部品の厚さと同一の厚さを有する下マスクとを重合してなり、基準マークは、上マスクと下マスクとの境界面に形成されていることを特徴とする。

接合部品の接合位置決め基準は、一般的に接合部品の下面に形成されている。
上記の構成によれば、基準マークを上マスクと下マスクの境界面に形成することのより、上昇待機位置に位置する校正用マスクの基準マークの高さ（上下方向の位置）と、上昇待機位置に位置する接合部品の接合位置決め基準の高さがと一致すると共に、セット位置に位置する校正用マスクの基準マークの高さと、接合位置に位置する接合部品の接合位置決め基準の高さとが一致する。これにより、基準マークと接合位置決め基準とを同一条件にすることができ、キャリブレーションを更に精度良く行うことができる。また、当該校正用マスクを簡単な構成にすることができる。なお、「基準マークは、上マスクと下マスクの境界面に形成されている」と表記したが、具体的には、基準マークは、上マスクの下面および下マスクの上面のいずれか一方に形成されている。

以下、添付図面を参照して、本発明の画像認識カメラのキャリブレーション方法を適用した部品接合装置について説明する。この部品接合装置は、小型の液晶パネルに、異方性導電フィルム（ＡＦＣ）を介してフレキシブル基板（ＦＰＣ）を熱圧着により接合するものである。具体的には、液晶パネルおよびＡＦＣ付のフレキシブル基板をプリアライメントされた状態で給材し、装置上で両者をアライメントした後、液晶パネルの端子部に、フレキシブル基板のＡＦＣ付の端子部を重ねて熱圧着するものである。なお、説明を容易にするため以降の説明では、接合部品であるフレキシブル基板を接合ワーク、被接合部品である液晶パネルを被接合ワークと表示し、いずれも板状の部材として図示するものとする。

ここで、部品接合装置１を説明する前に、接合ワークＡおよび被接合ワークＢについて、簡単に説明する。図２に示すように、接合ワークＡの下面には、相互に離間して一対の接合位置決め基準Ａａ，Ａａがマーキングされている（同図（ａ）参照）。一方、被接合ワークＢの上面には、一対の接合位置決め基準Ａａ，Ａａに対応する一対の被接合位置決め基準Ｂａ，Ｂａがマーキングされている（同図（ｄ）参照）。これら位置決め基準Ａａ，Ｂａを画像認識し、位置決め基準Ａａ，Ｂａを重ね合わせるように接合することで、接合ワークＡおよび被接合ワークＢの接合処理が行われる。

図１に示すように、部品接合装置１は、接合ワークＡを吸着保持する保持ヘッド２と、保持ヘッド２を昇降させる昇降機構３と、被接合ワークＢがセットされるワークテーブル４と、ワークテーブル４が搭載されたＸＹθテーブル（補正手段）５と、側方から装置の軸線上（保持ヘッド２および昇降機構３と同軸線上）に臨み、上下２視野で離間状態の接合ワークＡおよび被接合ワークＢを撮像する一対の画像認識カメラ６（同図では一方のみ図示）と、一対の画像認識カメラ６を軸線上に進退自在に臨ませる進退動機構（水平移動機構）７と、これら構成装置を統括制御する制御装置（制御手段）８と、を備えている。

保持ヘッド２はいわゆる吸着ヘッドであり、図示では省略したが、ヒータおよびばねを内蔵している。保持ヘッド２は、吸着した接合ワークＡを被接合ワークＢに熱圧着するが、ばねにより圧着力が維持され、ヒータにより熱接合が行われる。昇降機構３は、保持ヘッド２を支持し、保持ヘッド２介して接合ワークＡを接合位置Ｓ１と上昇待機位置Ｓ２との間で昇降させる。接合位置Ｓ１に移動した接合ワークＡは、被接合ワークＢに押圧された状態で熱圧着される。また、詳細は後述するが接合ワークＡが上昇待機位置Ｓ２に移動した状態で、画像認識カメラ６が軸線上に側方から臨むようになっている。なお、紫外線圧着を行う場合には、ヒータに代えて紫外線ランプを内蔵する。このような保持ヘッド２を有することにより、接合ワークＡと被接合ワークＢとの接合にかかる、熱圧着もしくは紫外線圧着を容易に行うことができる。

ワークテーブル４はいわゆる吸着テーブルであり、被接合ワークＢがセットされるテーブル本体１５と、テーブル本体１５に組み込まれ、セットされた被接合ワークＢをテーブル本体１５に吸着する吸着機構１６と、を備えている。吸着機構１６は、テーブル本体１５上にマトリクス状に配置形成された複数の吸着孔２６と、複数の吸着孔２６が連通するバッファ部２７と、バッファ部２７から側方に延び、バッファ部２７と外部を連通する連通孔２８と、連通孔２８に接続され、吸着孔２６、バッファ部２７および連通孔２８を介して、被接合ワークＢに吸引負圧をかける吸引設備２９と、により構成されている。なお、吸引設備２９は、工場内の真空設備や真空ポンプであることが好ましい。

ＸＹθテーブル５は、ワークテーブル４を搭載すると共に、ワークテーブル４にセットした被接合ワークＢを水平面内において微小角度回転させるθテーブル１１と、θテーブル１１を支持すると共に、ワークテーブル４およびθテーブル１１を介して、被接合ワークＢを水平面内のＹ軸方向に移動させるＹ軸テーブル１２と、Ｙ軸テーブル１２を支持すると共に、ワークテーブル４、θテーブル１１およびＹ軸テーブル１２を介して、被接合ワークＢを水平面内のＸ軸方向に移動させるＸ軸テーブル１３と、を備えている。すなわち、θテーブル１１、Ｙ軸テーブル１２およびＸ軸テーブル１３により、被接合ワークＢの水平面内のＸＹθ方向における位置調整（アライメント）を行うことができる。このようなＸＹθテーブル５を用いることにより、位置補正を精度良く行うことができると共に、補正手段を簡単な構成にすることができる。

各画像認識カメラ６は、いわゆる同一光軸の上下２視野カメラであり、離間状態の接合ワークＡと被接合ワークＢの間に臨み、接合ワークＡの下面を画像認識すると共に、被接合ワークＢの上面を画像認識するものである。図３に示すように、各画像認識カメラ６は、表裏面に位置する（上下２眼の）上鏡筒（鏡筒）２１および下鏡筒（鏡筒）２２と、一対の鏡筒２１,２２に対応した一対のＣＣＤカメラ２３,２３と、一対の鏡筒２１,２２から入射した入射光を一対のＣＣＤカメラ２３,２３にそれぞれ導く一対の光学系２４,２４と、を備えている。上鏡筒２１と下鏡筒２２とは光軸が同一となるように配設されており、一方のＣＣＤカメラ２３は、一方の光学系２４および上鏡筒２１を介して、接合ワークＡの下面（の１つの接合位置決め基準Ａａ）を画像認識し、他方のＣＣＤカメラ２３は、他方の光学系２４および下鏡筒２２を介して、被接合ワークＢの上面（の１つの被接合位置決め基準Ｂａ）を画像認識する。すなわち、接合位置決め基準Ａａと被接合位置決め基準Ｂａとを同一光軸上で位置認識する。また、一方の画像認識カメラ６により、対応する一方の各位置決め基準Ａａ,Ｂａを画像認識し、他方の画像認識カメラ６により、対応する他方の各位置決め基準Ａａ,Ｂａを画像認識する。

なお、本実施形態においては、制御装置８による画像認識を容易にするために、一対の鏡筒２１,２２に対し一対のＣＣＤカメラ２３,２３により撮像を行うような構成となっているが、一対の鏡筒２１,２２に対し、１つのＣＣＤカメラ２３で撮像を行うようにしても良い。また、ＣＣＤカメラ２３に代えてＣＭＯＳカメラを用いたものであってもよい。さらに、上鏡筒２１および下鏡筒２２の光軸が同一でなく、オフセットしていてもよい。この場合、オフセットを加味して位置認識を行う。

図１に示すように、進退動機構７は、一対の画像認識カメラ６を、上記した軸線上となる撮像位置Ｔ１と、退避位置Ｔ２との間でＸ軸方向に水平移動自在に構成されている。昇降機構３により、接合ワークＡを上昇待機位置Ｓ２に上昇された状態で、進退動機構７により、画像認識カメラ６を、撮像位置Ｔ１に移動させ、接合ワークＡおよび被接合ワークＢの位置決め基準Ａａ,Ｂａが撮像される。なお、詳細は後述するが、キャリブレーションを行う際も、この撮像位置Ｔ１において、校正用マスク３１の基準マークＭａ,Ｍａを撮像する。

制御装置８は、特に図示はしないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）等により主要部が構成され、画像認識カメラ６の他、保持ヘッド２、昇降機構３、ワークテーブル４（吸着機構１６）、θテーブル１１、Ｙ軸テーブル１２、Ｘ軸テーブル１３および進退動機構７の駆動を制御する。また、アライメントに際し、一対の画像認識カメラ６（の一対のＣＣＤカメラ２３,２３）による認識結果から、接合ワークＡと被接合ワークＢとの相互の位置ずれ量を算出すると共に、キャリブレーションに際し、各画像認識カメラ６（の一対のＣＣＤカメラ２３,２３）による認識結果から、各画像認識カメラ６の認識ずれ量（校正データ）を算出する。

次に、校正用マスク３１を用いたキャリブレーション方法について説明する。図２（ｃ）および図４に示すように、校正用マスク３１は、石英ガラス等で構成された透明な（透光性を有する）上マスク３１ａおよび下マスク３１ｂを重合して形成されている。校正用マスク３１は、キャリブレーションに際し、保持ヘッド２に保持されるため、上マスク３１ａは、その上面に保持ヘッド２により吸着される吸着面を有すると共に、接合ワークＡの厚さと同一の厚さを有している。一方、キャリブレーションに際し、ワークテーブル４にセットされるため、下マスク３１ｂは、セット面を有すると共に、被接合ワークＢの厚さと同一の厚さを有している。なお、下マスク３１ｂのセット面は、ワークテーブル４（テーブル本体１５）に対する被接合ワークＢのセット面と同一の接触面形状を有していることが好ましい。これにより、被接合ワークＢに対応した吸着機構１６により適切に校正用マスク３１を吸着することができる。

上マスク３１ａの下面（上マスク３１ａと下マスク３１ｂとの境界面）には、接合ワークＡの一対の接合位置決め基準Ａａ,Ａａに対応して基準マークＭａ,Ｍａが配置されている。すなわち、保持ヘッド２に保持された校正用マスク３１の一対の基準マークＭａ,Ｍａと、保持ヘッド２に保持された接合位置決め基準Ａａ,Ａａとが、水平面内で同一位置になるように配置されている。そのため、画像認識カメラ６による接合位置決め基準Ａａ,Ａａの認識位置（撮像位置Ｔ１）と同一の位置で、基準マークＭａ,Ｍａを認識することができる。

図５は、画像認識カメラ６のキャリブレーション動作について示した説明図である。キャリブレーション動作は、上記したように、接合ワークＡに代わり校正用マスク３１が保持ヘッド２に保持されている状態（すなわち、接合ワークＡがセットされていない状態）にて行う。加えて、被接合ワークＢがセットされておらず、保持ヘッド２を介して校正用マスク３１が上昇待機位置Ｓ２に位置している（図５（ａ））。

まず、進退動機構７により、一対の画像認識カメラ６を撮像位置Ｔ１に移動し、上昇待機位置Ｓ２に位置する校正用マスク３１の一対の基準マークＭａ,Ｍａに臨ませる（図５（ｂ））。その後、一対の画像認識カメラ６の各上鏡筒２１により、下方から一対の基準マークＭａ,Ｍａをそれぞれ撮像する。これにより、上昇待機位置Ｓ２における一対の基準マークＭａ,Ｍａの位置が画像認識（位置認識）される。

次に、進退動機構７により、一対の画像認識カメラ６を一旦退避位置Ｔ２に移動した後、昇降機構３により、保持ヘッド２を介して校正用マスク３１を接合位置Ｓ１に移動させる（降下させる）。これにより、校正用マスク３１がワークテーブル４に吸着セットされる（図５（ｃ））。その後、保持ヘッド２の校正用マスク３１に対する吸着を解除し、昇降機構３により、保持ヘッド２を上昇待機位置Ｓ２に退避させる（図５（ｄ））。

保持ヘッド２を退避させたら、再度、一対の画像認識カメラ６を撮像位置Ｔ１に移動し、セットされた校正用マスク３１の一対の基準マークＭａ,Ｍａに臨ませる（図５（ｅ））。その後、今度は、一対の画像認識カメラ６の各下鏡筒２２により、上方から一対の基準マークＭａ,Ｍａをそれぞれ撮像する。これにより、セットされた状態の一対の基準マークＭａ,Ｍａの位置が画像認識（位置認識）される。

その後、制御装置８は、各画像認識カメラ６によって撮像された各２の画像認識結果に基づいて、各画像認識カメラ６の校正データを取得する。例えば、上昇待機位置Ｓ２における基準マークＭａの位置が（Ｘ,Ｙ）＝（１,１）であり、セット状態の基準マークＭａの位置が（Ｘ,Ｙ）＝（１,−１）である場合、位置ずれ量は、（Ｘ,Ｙ）＝（１−１,１−（−１））＝（０,２）となる。この位置ずれ量が校正データとなる。

このようなキャリブレーション方法を用いることにより、画像認識カメラ６のアライメント位置とキャリブレーション位置とを、同一にすることができる。そのため、アライメントにおける位置認識と、キャリブレーションにおける位置認識とを同一条件で行うことができ、画像認識カメラ６のキャリブレーションを精度良く行うことができる。また、校正用マスク３１を用いるだけで、特段の機構を必要とせず、キャリブレーションを簡単な構成で行うことができる。

さらに、校正用マスク３１が、接合ワークＡと被接合ワークＢとを合せた厚さと、同一の厚さを有していることにより、校正用マスク３１を、上昇待機位置Ｓ２からワークテーブル４へのセット位置まで移動する移動量と、接合ワークＡを、上昇待機位置Ｓ２から接合位置Ｓ１まで移動する移動量とが同一になる。そのため、画像認識カメラ６自身の認識ずれに加え、昇降移動による認識ずれ（昇降機構３における移動軸の傾きによる認識ずれおよび画像認識カメラ６の光軸の傾きによる認識ずれ）をキャリブレーションすることができ、キャリブレーションを更に精度良く行うことができる。また、当該校正用マスク３１を簡単な構成にすることができる。

またさらに、接合位置決め基準Ａａ,Ａａが接合ワークＡの下面に形成されているのに対し、基準マークＭａ,Ｍａが、接合ワークＡと同一の厚さを有する上マスク３１ａと、被接合ワークＢと同一の厚さを有する下マスク３１ｂとの境界面に形成されていることにより、上昇待機位置Ｓ２に位置する校正用マスク３１の基準マークＭａ,Ｍａの高さ（上下方向の位置）と、上昇待機位置Ｓ２に位置する接合ワークＡの接合位置決め基準Ａａ,Ａａの高さがと一致すると共に、セット位置に位置する校正用マスク３１の基準マークＭａ,Ｍａの高さと、接合位置Ｓ１に位置する接合ワークＡの接合位置決め基準Ａａ,Ａａの高さとが一致する。これにより、基準マークＭａ,Ｍａと接合位置決め基準Ａａ,Ａａとを同一条件にすることができ、キャリブレーションを更に精度良く行うことができる。また、当該校正用マスク３１を簡単な構成にすることができる。

次に、図６を参照して、一対の画像認識カメラ６のキャリブレーション後における、接合ワークＡと被接合ワークＢとのアライメント動作および接合動作について説明する。なお、保持ヘッド２が上昇待機位置Ｓ２に位置している状態にて動作を開始する。

まず、接合ワークＡを保持ヘッド２に保持させると共に、校正用マスク３１に代えて、被接合ワークＢをワークテーブル４にセットする（図６（ａ））。

次に、進退動機構７により、一対の画像認識カメラ６を撮像位置Ｔ１に移動し、一対の画像認識カメラ６を、接合ワークＡの一対の接合位置決め基準Ａａ, Ａａおよび被接合ワークＢの一対の被接合位置決め基準Ｂａ,Ｂａに臨ませる（図６（ｂ））。その後、一対の画像認識カメラ６の各上鏡筒２１により、一対の接合位置決め基準Ａａ,Ａａをそれぞれ撮像すると共に、一対の画像認識カメラ６の各下鏡筒２２により、一対の被接合位置決め基準Ｂａ,Ｂａをそれぞれ撮像する。これにより、一対の接合位置決め基準Ａａ,Ａａの位置と、一対の被接合位置決め基準Ｂａ,Ｂａの位置が画像認識される。

その後、制御装置８は、一対の接合位置決め基準Ａａ,Ａａの画像認識結果および一対の被接合位置決め基準Ｂａ,Ｂａの画像認識結果に基づいて、位置ずれデータを取得し、当該位置ずれデータに校正データを加味して位置ずれ量を算出する。例えば、接合位置決め基準Ａａの位置が（Ｘ,Ｙ）＝（２,１）である場合、上記の校正データ（Ｘ,Ｙ）＝（０,−２）を加味し、（Ｘ,Ｙ）＝（２−０,１−２）＝（２,−１）を接合位置決め基準Ａａの位置とする（以下、これを校正接合位置決め基準と表記する）。これを両接合位置決め基準Ａａ,Ａａに対して行った後、一対の校正接合位置決め基準と、一対の被接合位置決め基準Ｂａ,Ｂａとの位置ずれ量を算出する。

すなわち、一対の校正接合位置決め基準の線分と、一対の被接合位置決め基準Ｂａ,Ｂａの線分との角度ずれ（Δθ）を算出し、一対の校正接合位置決め基準の中点と、一対の被接合位置決め基準Ｂａ,Ｂａの中点とのＸＹ方向の位置ずれ（ΔＸ,ΔＹ）を算出する。この校正接合位置決め基準と被接合位置決め基準Ｂａ,Ｂａとの位置ずれ量（ΔＸ,ΔＹ, Δθ）が、そのまま、被接合ワークＢの接合ワークＡに対する位置ずれ量となる。

次に、進退動機構７により一対の画像認識カメラ６を退避位置Ｔ２に退避させた後（図６（ｃ））、算出した被接合ワークＢの接合ワークＡに対する位置ずれ量に基づいて、ＸＹθテーブル５により、ワークテーブル４上の被接合ワークＢを位置補正（アライメント）する。位置補正が終了したら、昇降機構３により、保持ヘッド２を介して接合ワークＡを降下させ、被接合ワークＢに接合ワークＡを重ね合せて押圧接触させて、また、内蔵するヒータにより熱圧着する（図６（ｄ））。これにより、接合ワークＡが被接合ワークＢに接合される。

このように、一対の画像認識カメラ６のキャリブレーションを精度良く行うことができるキャリブレーション方法を用いて接合処理を行うことにより、接合処理を精度良く行うことができる。なお、上記の一対の画像認識カメラ６のキャリブレーションは、接合処理の都度行ってもよいし、一定数に一回、周期的に行うようにしてよい。また、同様に上記のアライメントも接合処理の都度行ってもよいし、一定数に一回、行うようにしてよい。

また、吸着機構１６を有するワークテーブル４を用いることで、セットされた被接合ワークＢを吸着した状態で接合することができ、精度良く接合処理を行うことができると共に、セットされた校正用マスク３１を吸着した状態でキャリブレーションを行うことができ、精度良くキャリブレーションを行うことができる。

次に、図７を参照して、校正用マスク３１の変形例について説明する。なお、これらの変形例は、キャリブレーションの精度を高めるため、昇降機構３により接合位置Ｓ１に移動された校正用マスク３１が、その位置（上下方向の位置）でワークテーブル４にセットされるように、且つ、上昇待機位置Ｓ２および接合位置Ｓ１において、保持ヘッド２に保持された校正用マスク３１の基準マークＭａ,Ｍａの高さが、接合ワークＡの接合位置決め基準Ａａ,Ａａの高さと同一となるように構成されている。

図７（ａ）に示すように、第１変形例の校正用マスク３１は、下面に基準マークＭａ,Ｍａを有する上マスク３１ａと、セット時に上マスク３１ａを下側から支持すると共に、被接合ワークＢの厚さと同一の高さを有する１以上の脚部材３２,３２とを接合して形成されている。なお、１以上の脚部材３２,３２は、透明な部材で構成しても、不透明な部材で構成してもよいが、不透明な部材で構成する場合には、基準マークＭａ,Ｍａの位置を避けて配設する必要がある。

図７（ｂ）に示すように、第２変形例の校正用マスク３１は、上面に基準マークＭａ,Ｍａを有する下マスク３１ｂと、保持ヘッド２に吸着保持されて下マスク３１ｂを上側から支持すると共に、接合ワークＡの厚さと同一の高さを有する１以上の支持部材３３,３３とを接合して形成されている。なお、１以上の支持部材３３,３３は、脚部材３２と同様、透明な部材で構成しても、不透明な部材で構成してもよいが、不透明な部材で構成する場合には、基準マークＭａ,Ｍａの位置を避けて配設する必要がある。

図７（ｃ）に示すように、第３変更例の校正用マスク３１は、下面もしくは上面に基準マークＭａ,Ｍａを形成し、比較的薄く形成された薄型マスク３４と、水平方向で基準マークＭａ,Ｍａを避けた位置に配設されると共に、不透明な部材で構成された一対の支持部材３３,３３と、水平方向で基準マークＭａ,Ｍａを避けた位置に配設されると共に、不透明な部材で構成された一対の脚部材３２,３２と、を接合して形成されている。支持部材３３,３３の高さおよび脚部材３２,３２の高さにより、薄型マスク３４の基準マークＭａ,Ｍａの高さが、接合位置決め基準Ａａ,Ａａの高さと同一となるように調整されている。この場合、薄型マスク３４によってキャリブレーションを行うことができるため、校正用マスク３１を通過して画像認識する際の屈折による認識ずれを軽減することができる。また、屈折による影響を緩和すべく、薄型マスク３４に代えて、境界面に基準マークＭａ,Ｍａが形成されると共に、同一の厚さを有する２枚のガラス板を重合して形成してもよい。

なお、上記実施形態および第１ないし第３変形例では、昇降機構３により接合位置Ｓ１に移動された校正用マスク３１が、その位置でワークテーブル４にセットされるよう、校正用マスク３１を改良したものであるが、校正用マスク３１を、下面に基準マークＭａ,Ｍａが形成された単なる板状のガラスマスクとし、別の改良において上記条件を満たすようにしてよい。例えば、図８（ａ）に示すように、被接合ワークＢをセットした状態において、上記キャリブレーションを行っても良い。これにより、接合位置Ｓ１にある校正用マスク３１は、被接合ワークＢを介してワークテーブル４にセットされることになる。なお、被接合ワークＢに代わり、支持台や昇降台を用いてもよい。

また、上記条件を満たすために、図８（ｂ）に示すように、ＸＹθテーブル５にワークテーブル４を昇降するＺ軸テーブル５１を搭載し、且つキャリブレーションに際しワークテーブル４を上昇させ、接合位置Ｓ１にある校正用マスク３１を受け取るようにしても良い。かかる場合、予め設定された高さ（被接合ワークＢの厚さ分）だけ上昇させて校正用マスク３１を受け取るようにしても良いし、校正用マスク３１の下面の高さ（もしくは基準マークＭａ,Ｍａの高さ）を検出する検出センサを設け、検出した校正用マスク３１の高さに基づいて校正用マスク３１を受け取るようにしても良い。なお、ワークテーブル４全体を昇降させるものを例示したが、ワークテーブル４（テーブル本体１５）の表面の一部のみ、突出させて校正用マスク３１を受け取る構成にしても良い。

これらのように、昇降機構３により接合位置Ｓ１に移動された校正用マスク３１が、その位置でワークテーブル４にセットされるよう構成することで、上記実施形態と同様、校正用マスク３１を上昇待機位置Ｓ２からセット位置まで移動する移動量と、接合ワークＡを上昇待機位置Ｓ２から接合位置Ｓ１まで移動する移動量とが同一になり、キャリブレーションを更に精度良く行うことができる。

また、上昇待機位置Ｓ２および接合位置Ｓ１において、保持ヘッド２に保持された校正用マスク３１の基準マークＭａ,Ｍａの高さが、保持ヘッド２に保持された接合ワークＡの接合位置決め基準Ａａ,Ａａの高さと同一となるように構成されていることにより、上記実施形態と同様、基準マークＭａ,Ｍａと接合位置決め基準Ａａ,Ａａとを同一条件にすることができ、キャリブレーションを更に精度良く行うことができる。

なお、これらの効果を有しないが、上昇待機位置Ｓ２において基準マークＭａ,Ｍａを位置認識し、昇降機構３により降下させてセットしたセット位置において基準マークＭａ,Ｍａを位置認識してキャリブレーションを行う構成であれば、上昇待機位置Ｓ２および接合位置Ｓ１において、保持された校正用マスク３１の基準マークＭａ,Ｍａの高さが、保持された接合ワークＡの接合位置決め基準Ａａ,Ａａの高さと同一とならない構成であっても良い。例えば、厚さが接合ワークＡおよび被接合ワークＢを合わせた厚さと同一の校正用マスク３１において、上マスク３１ａの厚さと下マスク３１ｂの厚さを同一にし、且つ基準マークＭａ,Ｍａを上下マスク３１ａ,３１ｂの境界面（上マスク３１ａの下面もしくは下マスク３１ｂの上面）に形成した構成にすることで、画像認識カメラ６の位置認識における上下マスク３１ａ,３１ｂの屈折の影響を緩和するようにしても良い。

また、昇降機構３により接合位置Ｓ１に移動された校正用マスク３１が、その位置でワークテーブル４にセットされる構成でなくても良い。例えば、構成を簡単にするため、校正用マスク３１を上記した単なる板状のガラスマスクとし、キャリブレーションに際し、昇降機構３により、校正用マスク３１を接合位置Ｓ１から更に降下させて、ワークテーブル４にセットするような構成にしても良い。

以上のような構成によれば、画像認識カメラ６のアライメント位置とキャリブレーション位置とを同一にすることができる。そのため、アライメントにおける位置認識と、キャリブレーションにおける位置認識とを同一条件で行うことができ、画像認識カメラ６のキャリブレーションを精度良く行うことができる。また、校正用マスク３１を用いるだけで、特段の機構を必要とせず、キャリブレーションを簡単な構成で行うことができる。

なお、本実施形態では、フレキシブル基板と液晶パネルとの位置決めを例に説明したが、本願発明は、ＩＣチップと回路基板との位置決め（マウント）、インクジェットヘッドとキャリッジとの位置決め等に、適用できることはいうまでもない。したがって、熱圧着に限らず、紫外線硬化接着剤を用いた紫外線接合やはんだ接合等にも適用可能である。

また、本実施形態においては、被接合ワークＢ側を移動させて、接合に係る位置補正（アライメント）を行ったが、接合ワークＡ側を移動させるものであっても良いし、被接合ワークＢ側および接合ワークＡ側を共に移動させるものであっても良い（例えば、接合ワークＡ側がθ方向補正を行い、被接合ワークＢ側がＸＹ方向補正を行う構成）。

さらに、本実施形態においては、保持ヘッド２として、接合ワークＡおよび校正用マスク３１を吸着保持するものを例示したが、それに限るものではない。例えば、保持ヘッド２として、接合ワークＡおよび校正用マスク３１をチャッキング（把持）することで保持するものであってもよい。

実施形態に係る部品接合装置の全体模式図である。 接合ワークの裏面図（ａ）、被接合ワーク（ｂ）の平面図および校正用マスクの平面図（ｃ）である。 画像認識カメラを模式的に示した斜視図である。 校正用マスクを模式的に示した斜視図である。 部品接合装置におけるキャリブレーション動作を示す説明図である。 部品接合装置におけるアライメント動作および接合動作を示す説明図である。 校正用マスクの変形例を模式的に示した斜視図である。 部品接合装置の変形例を模式的に示した図である。

符号の説明

１：部品接合装置、 ２：保持ヘッド、 ３：昇降機構、 ４：ワークテーブル、 ５：ＸＹθテーブル、 ６：画像認識カメラ、 ７：進退動機構、 ８：制御装置、 １１：θテーブル、 １２：Ｙ軸テーブル、 １３：Ｘ軸テーブル、 １５：テーブル本体、 １６：吸着機構、 ２１：上鏡筒、 ２２：下鏡筒、 ３１：校正用マスク、 ３１ａ：上マスク、 ３１ｂ：下マスク、 Ａ：接合ワーク、 Ａａ：接合位置決め基準、 Ｂ：被接合ワーク、 Ｂａ：被接合位置決め基準、 Ｍａ：基準マーク、 Ｓ２：上昇待機位置

Claims (9)

1. 保持ヘッドに保持した接合部品を、前記保持ヘッドを介して昇降させる昇降機構により、ワークテーブルにセットした被接合部品に対し、前記接合部品を重ね合せて接合する部品接合装置に設けられ、
   前記接合に先立ち、上昇待機位置にある前記接合部品とセットされた前記被接合部品との間に臨んで、前記接合部品の接合位置決め基準と前記被接合部品の被接合位置決め基準とを位置認識する上下２眼の鏡筒を有する画像認識カメラのキャリブレーション方法であって、
   基準マークを形成した透光性の校正用マスクを用い、
   所定の位置に移動した前記画像認識カメラにより、前記保持ヘッドに保持され前記上昇待機位置に移動した前記校正用マスクの前記基準マークを、上側の前記鏡筒を介して位置認識する第１マーク認識工程と、
   前記第１マーク認識工程の後に、前記校正用マスクを、前記昇降機構により降下させ前記ワークテーブルにセットするマスクセット工程と、
   前記マスクセット工程の後に、前記画像認識カメラにより、前記校正用マスクの前記基準マークを、下側の前記鏡筒を介して位置認識する第２マーク認識工程と、
   前記第１マーク認識工程および前記第２マーク認識工程においてそれぞれ位置認識した２つの認識結果に基づいて、校正データを取得する校正データ取得工程と、を備えたことを特徴とする画像認識カメラのキャリブレーション方法。
2. 前記校正用マスクは、前記接合部品と前記被接合部品とを合せた厚さと、同一の厚さを有していることを特徴とする請求項１に記載の画像認識カメラのキャリブレーション方法。
3. 前記接合位置決め基準は、前記接合部品の下面に形成されており、
   前記校正用マスクは、前記接合部品の厚さと同一の厚さを有する上マスクと、
   前記被接合部品の厚さと同一の厚さを有する下マスクとを重合してなり、
   前記基準マークは、前記上マスクと前記下マスクとの境界面に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の画像認識カメラのキャリブレーション方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の画像認識カメラのキャリブレーション方法と、
   前記校正データ取得工程の後、前記保持ヘッドに前記接合部品を保持させると共に、前記ワークテーブルにセットされた前記校正用マスクに代えて前記被接合部品をセットする部品セット工程と、
   前記保持ヘッドに保持され前記上昇待機位置にある前記接合部品と、前記ワークテーブルにセットされた前記被接合部品と、の間に臨ませた前記画像認識カメラにより、前記接合部品の前記接合位置決め基準および前記被接合部品の前記被接合位置決め基準を位置認識する基準認識工程と、
   前記位置認識工程による認識結果に基づいて、前記接合位置決め基準と前記被接合位置決め基準との位置ずれデータを取得し、前記位置ずれデータに前記校正データを加味して位置ずれ量を算出するずれ量算出工程と、
   算出した位置ずれ量に基づいて、前記接合部品と前記被接合部品との相互の位置補正を行う位置補正工程と、
   前記位置補正工程の後、前記接合部品を前記被接合部品に対し重ね合せて接合する接合工程と、を備えたことを特徴とする部品接合方法。
5. 請求項４に記載の部品接合方法を実施する部品接合装置であって、
   前記接合部品を保持する前記保持ヘッドと、
   前記保持ヘッドを介して、前記接合部品を昇降させると共に前記接合部品を前記被接合部品に接合する前記昇降機構と、
   前記被接合部品がセットされる前記ワークテーブルと、
   前記上昇待機位置にある前記接合部品とセットされた前記被接合部品との間に臨んで、前記接合部品と前記被接合部品とを位置認識する前記上下２眼の鏡筒を有する前記画像認識カメラと、
   前記画像認識カメラを水平方向に移動させる水平移動機構と、
   水平面内において、前記接合部品に対し前記被接合部品を相対的に移動させて、位置補正を行う補正手段と、
   前記昇降機構、前記水平移動機構、前記画像認識カメラおよび前記補正手段を制御すると共に、前記各工程を実施する制御手段と、を備えたことを特徴とする部品接合装置。
6. 前記ワークテーブルは、テーブル本体と、
   前記テーブル本体にセットされた前記被接合部品および前記校正用マスクを前記テーブル本体に吸着する吸着機構と、を備えたことを特徴とする請求項５に記載の部品接合装置。
7. 前記保持ヘッドには、ヒータおよび紫外線ランプのいずれかが組み込まれており、
   前記制御手段は、前記接合部品を前記被接合部品に重ね合せた状態で、ヒータおよび紫外線ランプのいずれかを駆動し、前記接合部品を前記被接合部品に接合することを特徴とする請求項５または６に記載の部品接合装置。
8. 前記補正手段は、前記被接合部品を、Ｘ軸方向に移動させるＸ軸テーブル、Ｙ軸方向に移動させるＹ軸テーブルおよびθ方向に移動させるθテーブルから成り、
   前記ワークテーブルは、前記θテーブルに搭載されていることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の部品接合装置。
9. 請求項１に記載の画像認識カメラのキャリブレーション方法に用いる校正用マスクであって、
   前記接合部品の厚さと同一の厚さを有する上マスクと、
   前記被接合部品の厚さと同一の厚さを有する下マスクとを重合してなり、
   前記基準マークは、前記上マスクと前記下マスクとの境界面に形成されていることを特徴とする校正用マスク。

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