JP2014116467A - 認識装置、認識方法、実装装置及び実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】認識対象の配置と複数の撮像画素との対応関係が特定の条件を満たす場合に生じる位置認識精度の低下を避けることができる認識装置を提供する。
【解決手段】本発明の認識装置は、撮像倍率を変化可能なズームレンズ３３と、複数の撮像画素を有し、所定の間隔で配列されたバンプを有するＩＣチップ４を、ズームレンズ３３を介して撮像するチップカメラ２と、複数のバンプの配列間隔を表す情報を少なくとも含むＩＣチップ４の形状情報を記憶した記憶部と、撮像画素に応じた長さと記憶部に記憶されている配列間隔を表す情報とに基づいてズームレンズ３３の撮像倍率を調整し、かつ、チップカメラ２が撮像した画像中の複数の画素値に基づいてバンプの位置を認識する信号処理部１とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、認識装置、認識方法、実装装置及び実装方法に関する。

特許文献１に記載されているように、半導体チップを回路基板に実装する際には、回路基板へ向けて搬送中の半導体チップの把持姿勢を認識することが行われている。特許文献１に記載されている認識装置では、ボールグリッドアレイ型のパッケージの底面を撮像し、はんだボールの像の傾きを求めることでパッケージの姿勢が認識される。その際、画像中のはんだボールの複数の重心位置から最小二乗法による直線フィッティングによって半導体チップの位置が推定される。

また、特許文献２には、半導体チップが有する複数のはんだバンプに対する位置認識において、撮像画像中のコントラスト（明暗差）を強めることで認識精度の向上が図れることが示されている。

また、特許文献３には、周期性のあるパターンの検査対象物に対してレンズ倍率を微調整する構成が示されている。

特開平７−３２００６２号公報 特開２００５−９３８３９号公報 特開２０１１−７５３１０号公報

特許文献１、特許文献２等に記載されている認識装置では、複数の撮像画素を有する撮像センサを用いて半導体チップが撮像される。そして、撮像画像に含まれているはんだバンプ等の半導体チップ上の複数の形成物を対象として認識処理が行われる。半導体チップに形成されるはんだバンプのような接続部は狭小化が進められてきている。仮に撮像センサの画素数が同じであるとすると、狭小化が進むことで、はんだバンプ１個あたり、あるいは、はんだバンプ間の各ピッチあたりに割り当てられる画素数は減少する。この場合、解像度の低下によって次のような課題が発生することが考えられる。

すなわち、はんだバンプの配置と画像サンプリングとが一致した場合に、一致しない場合と比べて位置認識精度が低下することがあるという課題が発生する。ここで、はんだバンプの配置と画像サンプリングとが一致した場合とは、はんだバンプの配列の各ピッチに対応する撮像画素の画素数が常に一定となることを意味する。このような場合には、次のような現象が考えられる。前提として、画素値がピークとなる位置は、はんだバンプの中心位置（頂点位置等）に対応することとする。また、はんだバンプの中心位置付近では、平均して２個の画素がピーク値（またはそれに近い値）をとるものとする。この場合に、はんだバンプの配置と画像サンプリングとが一致していると、複数のはんだバンプに対して、常に（すなわち同じ繰り返しで常に）２個の画素がピーク値付近の値をとるという可能性がある。一方、はんだバンプの配置と画像サンプリングとが不一致の場合、複数のはんだバンプに対して、例えば１個〜３個の画素がピーク値をとるというように、はんだバンプ毎にばらつきが生じる可能性が高い。この場合、位置認識における誤差は、はんだバンプの配置と画像サンプリングとが一致しているときには２画素以内、不一致のときには１〜３画素以内ということになる。ここで、例えば、誤差が１画素以内のはんだバンプが複数あれば、各はんだバンプの位置や向きのずれを高精度で推定することが可能となる。つまり、この例においては、はんだバンプの配置と画像サンプリングとが一致した場合に、不一致である場合よりも位置認識精度が低下するときがあることになる。

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、認識対象の配置と複数の撮像画素との対応関係が特定の条件を満たす場合に生じる位置認識精度の低下を避けることができる認識装置、認識方法、実装装置及び実装方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の認識装置は、撮像倍率を変化可能な撮像倍率調整部と、複数の撮像画素を有し、所定の間隔で配列された複数の第１認識対象を有する認識対象物を、前記撮像倍率調整部を介して撮像する撮像部と、複数の前記第１認識対象の配列間隔を表す情報を少なくとも含む前記認識対象物の形状情報を記憶した記憶部と、前記撮像画素に応じた長さと前記記憶部に記憶されている前記配列間隔を表す情報とに基づいて前記撮像倍率調整部の撮像倍率を調整し、かつ、前記撮像部が撮像した画像中の複数の画素値に基づいて前記第１認識対象の位置を認識する信号処理部とを備えることを特徴とする。

また、本発明の他の認識装置は、前記撮像部が撮像した画像中で前記配列間隔と前記撮像画素に応じた長さを整数倍したものとが非対応となるように、前記信号処理部が、前記撮像倍率調整部の撮像倍率を調整することを特徴とする。

また、本発明の実装装置は、前記認識対象物が半導体チップであり、前記信号処理部による認識結果に基づいて前記認識対象物の位置や角度に係る所定の補正制御を行って前記認識対象物を所定の回路基板に実装することを特徴とする。

また、本発明の認識方法は、撮像倍率を変化可能な撮像倍率調整部と、複数の撮像画素を有し、所定の間隔で配列された複数の第１認識対象を有する認識対象物を、前記撮像倍率調整部を介して撮像する撮像部と、複数の前記第１認識対象の配列間隔を表す情報を少なくとも含む前記認識対象物の形状情報を記憶した記憶部とを用い、前記撮像画素に応じた長さと前記記憶部に記憶されている前記配列間隔を表す情報とに基づいて前記撮像倍率調整部の撮像倍率を調整し、かつ、前記撮像部が撮像した画像中の複数の画素値に基づいて前記第１認識対象の位置を認識することを特徴とする。

また、本発明の他の認識方法は、前記撮像部が撮像した画像中で前記配列間隔と前記撮像画素に応じた長さを整数倍したものとが非対応となるように、前記撮像倍率調整部の撮像倍率を調整することを特徴とする。

また、本発明の実装方法は、前記認識対象物が半導体チップであり、前記認識結果に基づいて前記認識対象物の位置や角度に係る所定の補正制御を行って前記認識対象物を所定の回路基板に実装することを特徴とする。

本発明によれば、認識対象の配置と画像サンプリングとが一致するような形状を有する認識対象物に対しては、撮像倍率を調整することで、認識対象の配置と画像サンプリングとを不一致とすることができる。よって、特定の条件において発生するような位置認識精度の低下を容易に避けることができる。

本発明の一実施形態としての実装装置１００の構成例を説明するための模式図である。 図１に示したチップカメラ２、ズームレンズ３３及びＩＣチップ４の位置関係を模式的に示した斜視図である。 図１に示したチップカメラ２による撮像画像の一例を説明するための模式図である。 図１及び図２に示したズームレンズ３３の作用を説明するための模式図である。 図１に示した実装装置１００の内部構成例を説明するためのブロック図である。 図１に示した実装装置１００の動作の流れを示したフローチャートである。 図４を参照して説明した画素の大きさの微調整量の一例を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態としての実装装置１００（認識装置）の構成例を説明するための模式図である。図１に示した実装装置１００は、ＩＣチップ４（半導体チップ）を回路基板８に実装するための装置である。実装装置１００は、信号処理部１、チップカメラ２、ズームレンズ３３、移動部６、モーションコントローラ６１、基板ステージ７、固定台７ａ、プレースカメラ１０等を備えている。

信号処理部１は、チップカメラ２及びプレースカメラ１０から取得した各画像信号に対して所定の認識処理を行い、その認識処理の結果やＩＣチップ４や回路基板８の設計情報等に応じてモーションコントローラ６１等を制御する。この信号処理部１は、ケーブル４１を介してモーションコントローラ６１と接続されている。また、信号処理部１は、ケーブル４２を介してチップカメラ２と接続されている。また、信号処理部１は、ケーブル４３を介してプレースカメラ１０と接続されている。そして、信号処理部１は、ケーブル４４を介してズームレンズ３３と接続されている。

モーションコントローラ６１は、モータ等を用いた駆動機構を有して構成されていて、信号処理部１の指示に従って、移動部６を矢印または丸印で示したＸＹＺの各軸方向に移動させるとともに、ＸＹ平面上で向きθを変化させる。また、すなわち、移動部６は、図に向かって奥行前後方向（Ｘ方向）、左右方向（Ｙ方向）、上下方向（Ｚ方向）に所定の長さ移動可能であるとともに、吸着ヘッド５の向きθを所定の角度の範囲で変化させることが可能である。なお、Ｘ軸の正の向きは奥から手前への向きであり、Ｙ及びＺ軸の正の向きは矢印の向きである。

移動部６は、先端部に吸着ヘッド５を有して構成されている。吸着ヘッド５は、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップ４を吸着する。図１では、１つの移動部６の、チップカセット３からＩＣチップ４を吸着して持ち上げた状態（左側の移動部６）、チップカメラ２の上を通過している状態（中央の移動部６）、及び、回路基板８上に移動した状態（右側の移動部６）を同時に示している。チップカセット３、チップカメラ２、回路基板８、プレースカメラ１０等は、図１に示したような位置関係を有して配置されている。

吸着ヘッド５は、例えば多孔質金属からなる吸着面５ａを有して構成されている。吸着ヘッド５は、負圧を利用して吸着面５ａにＩＣチップ４を付着する。また、吸着ヘッド５は、回路基板８にＩＣチップ４を載せた状態で加熱され、ＩＣチップ４が有する複数の半田バンプを回路基板８上の所定の接点に熱圧着する。なお、吸着面５ａには、ＩＣチップ４の付着状態を認識する際の基準となるマークが記されている。

チップカセット３は、複数のＩＣチップ４を収納する容器である。チップカセット３は、上面（すなわちＺ軸上向き）が開放されている。

ＩＣチップ４は、半導体集積回路チップである。本実施形態において、ＩＣチップ４は、いわゆるＷＬＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ（またはＳｃａｌｅ） Ｐａｃｋａｇｅ）と呼ばれる構造を有している。ＩＣチップ４の裏面（図の下向きの面、すなわち吸着ヘッド５が付着する面の反対側の面）には、複数の半田バンプが形成されている。ＩＣチップ４は、チップカセット３に収納された状態から、吸着ヘッド５に吸着され、Ｚ方向上側に向かって持ち上げられる。そして、ＩＣチップ４は、その状態で、チップカメラ２の上部を通過した後、回路基板８の上部へと搬送される。

回路基板８は、基板ステージ７上に載せられている。基板ステージ７は、固定台７ａにＸＹ方向に微調整可能に支持されている。

プレースカメラ１０は、回路基板８を撮像するカメラである。信号処理部１は、プレースカメラ１０から取得した画像信号に基づき、ＩＣチップ４との接続部周辺に対する位置認識処理等を行って、回路基板８の所定の基準からの位置ずれや角度ずれ量を算出する。

チップカメラ２は、吸着ヘッド５に付着されて移動中のＩＣチップ４の画像を撮像し、撮像した画像信号を信号処理部１に対して出力する。このチップカメラ２は、チップカセット３の設置場所と回路基板８の設置場所との間の所定の位置に設けられている。チップカメラ２は、ズームレンズ３３を介して、ＩＣチップ４の裏面を撮像する。ズームレンズ３３は、複数のレンズとレンズの移動機構とを有し、レンズ群の焦点距離を一定の範囲で任意に変化させることができ、かつ焦点面を移動させない（すなわちピントをずらさない）レンズ群である。ズームレンズ３３は焦点距離を外部から入力された所定の制御信号に応じて可変する。信号処理部１は、所定の制御信号をケーブル４４を介して送信することでこのズームレンズ３３の焦点距離（すなわちチップカメラ２の撮像倍率）を変化させる。図２は、チップカメラ２、ズームレンズ３３及びＩＣチップ４の位置関係を模式的に示した斜視図である。なお、図１、図２等の各図面において同一の構成には同一の符号を用いている。また、図２に示したＸＹＺの各矢印の方向が、図１に示したＸＹＺの各軸の方向に対応している。なお、図１及び図２では、チップカメラ２とズームレンズ３３とを分離した形で示しているが、チップカメラ２とズームレンズ３３とは一体として構成されていてもよい。

チップカメラ２は、ラインセンサ２１を有して構成されている。ラインセンサ２１は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、ＣＣＤ（Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｏｎ Ｄｉｓａｒｍａｍｅｎｔ）等の固体撮像素子からなる複数の撮像画素を一列、あるいは露光時間を確保するために複数列で配列することで構成されている。チップカメラ２は、ラインセンサ２１を構成する各画素への入射光を光電変換した電気信号の大きさを表す値である各画素値を、所定周期で繰り返し出力する。また、このラインセンサ２１は、モノクロの多値階調（すなわちグレースケール）の画像信号を出力する。したがって、ラインセンサ２１が出力する各画素の画素値は、輝度値を表している。本実施形態では、ＩＣチップ４がその裏面、すなわち複数のバンプ４ａが配列して形成されている面を下方（つまりチップカメラ２側）に向けた状態で、吸着ヘッド５の吸着面５ａに吸着されている。チップカメラ２は、図２にＩＣチップ移動方向として矢印で示した方向（つまりＹ方向）に所定速度でＩＣチップ４が移動している状態で、ラインセンサ２１の各画素の出力を所定周期で繰り返し複数回出力する。

図３に、チップカメラ２による撮像画像２００の一例を模式的に示した。図３では、図１に示したＸＹＺの各軸の方向が、ＸＹの各矢印及びＺの丸印で示した方向に対応している。なお、図３で各軸の正の向きは、ＸＹが矢印の向き、Ｚが手前から奥への向きである。図３に示した例では、撮像画像２００が、ＩＣチップ４の裏面全面の画像と、吸着面５ａほぼ全面の画像とを含んでいる。また、１対の記号５ｂと、基準領域を表す線５ｃとは、吸着面５ａ上に実際に描かれているマークである。これらのマークが、ＩＣチップ４の付着状態を認識する際の基準となるマークである。ただし、記号５ｂと、基準線５ｃとは、必ずしも両方を設ける必要はない。なお、図３に示した例では、ＩＣチップ４が、ＸＹ方向に等間隔で配列された複数のバンプ４ａを有している。

次に、図４を参照して、ズームレンズ３３の作用等について説明する。図４は、図３に示したＩＣチップ４の裏面の一部の領域２０１及び２０２を、ラインカメラ２で撮像した画像について説明するための模式図である。図４（ａ）〜（ｃ）はある撮像倍率Ａで撮像した画像に関する模式図であり、図４（ｄ）〜（ｆ）は他の撮像倍率Ｂ（ただしＢ＜Ａ）で撮像した画像に関する模式図である。図４（ａ）は、図３で破線で示した領域２０１をＸＹ方向にそれぞれ６画素の合計３６画素で撮像した場合の、領域２０１内の４個のバンプ４ａと各画素Ｐｘとの対応関係を模式的に示した図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した各画素Ｐｘの画素値を模式的に示した図である。網掛けして示した４隅の各４個の画素Ｐｘの画素値が他の画素Ｐｘの画素値（白抜きで示した画素）よりも大きいことを示している。そして、図４（ｃ）は、図４（ｂ）の下から２行目の６個の画素Ｐｘの画素値Ｇを模式的に示した図である。

一方、図４（ｄ）は、図３で鎖線で示した領域２０２をＸＹ方向にそれぞれ６画素の合計３６画素で撮像した場合の、領域２０２内の４個のバンプ４ａと各画素Ｐｘとの対応関係を模式的に示した図である。なお、図４（ｄ）では、領域２０１と領域２０２の広さの差（ここで、領域２０１の広さ＜領域２０２の広さ）に対応させて、各画素のサイズを大きく示している（つまり画素毎の撮像領域の広さは図４（ａ）よりも図４（ｄ）の方が広くなっている）。図４（ｅ）は、図４（ｄ）に示した各画素Ｐｘの画素値を模式的に示した図である。右上がりの斜線で網掛けして示した合計９個の画素Ｐｘの画素値が他の画素Ｐｘの画素値よりも大きいことを示している。また合計１１個の白抜きで示した画素Ｐｘの画素値が最も低く、右下がりの斜線で網掛けして示した合計１６個の画素Ｐｘの画素値がそれらの間の画素値を有している。そして、図４（ｆ）は、図４（ｅ）の下から２行目の６個の画素Ｐｘの画素値Ｇを模式的に示した図である。

図４（ａ）〜（ｃ）に示した場合は、はんだバンプ４ａの配置と画像サンプリングとが一致した場合である。すなわち、Ｘ方向について、はんだバンプ４ａ間のピッチＰｉｔｃｈＸは、撮像画素Ｐｘの大きさＰｉｘＳｉｚｅＸの４個分に一致している。同様に、Ｙ方向について、はんだバンプ４ａ間のピッチＰｉｔｃｈＹは、撮像画素Ｐｘの大きさＰｉｘＳｉｚｅＹの４個分に一致している。この場合、各画素Ｐｘの画素値は、例えば図４（ｃ）に示すように、異なるバンプ４ａに対しても繰り返し同一の値を有している。すなわち、この場合、右側のバンプ４ａに対応する２個の画素の画素値Ｇと、左側のバンプ４ａに対応する２個の画素の画素値Ｇは同一の値である。

一方、図４（ｄ）〜（ｆ）に示した場合は、はんだバンプ４ａの配置と画像サンプリングとが不一致の場合である。すなわち、Ｘ方向について、はんだバンプ４ａ間のピッチＰｉｔｃｈＸは、撮像画素Ｐｘの大きさＰｉｘＳｉｚｅＸａを整数倍した長さに一致していない。同様に、Ｙ方向について、はんだバンプ４ａ間のピッチＰｉｔｃｈＹは、撮像画素Ｐｘの大きさＰｉｘＳｉｚｅＹａを整数倍した長さに一致していない。この場合、各画素Ｐｘの画素値は、例えば図４（ｆ）に示すように、異なるバンプ４ａに対しても異なる変化を有する値を示している。この場合、右側のバンプ４ａに対応する画素値Ｇの最大値が左側のバンプ４ａに対応する画素値Ｇの最大値よりも大きな値である。また、図４（ｃ）と比べると、各バンプ４ａに対応する画素値のばらつきが図４（ｆ）の方は大きくなっている。この場合、本発明の課題について説明した場合と同様の現象が確認されている。すなわち、図４（ｆ）の画素値の変化の方が、図４（ｃ）と比べて、位置認識精度を向上させられるという可能性を含んでいる。

そこで、本実施形態において、信号処理部１は、撮像画素Ｐｘに応じた長さ（ＰｉｘＳｉｚｅＸ若しくはＰｉｘＳｉｚｅＸａ又はＰｉｘＳｉｚｅＹ若しくはＰｉｘＳｉｚｅＹａ）と信号処理部１内部の所定の記憶部に記憶されているバンプ４ａの配列間隔（ＰｉｔｃｈＸ又はＰｉｔｃｈＹ）を表す情報とに基づいて、バンプ４ａの配置と画像サンプリングとが不一致となるように、ズームレンズ３３の焦点距離、すなわちチップカメラ２の撮像倍率を調整する。

次に、図５を参照して、図１を参照して説明した実装装置１００の制御動作に係る内部構成例について説明する。信号処理部１は、ホストコンピュータ１１、入力部１２、出力部１３及び記憶部１４を有している。ホストコンピュータ１１は、メインメモリ１１ａを含み、メインメモリ１１ａには画像メモリ１１ｂを含んでいる。ホストコンピュータ１１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を内部に有し、記憶部１４等に格納されている所定のプログラムを実行することで各部を制御する。入力部１２は、プレースカメラ１０及びチップカメラ２から、ホストコンピュータ１１へ信号を入力するためのインターフェースである。入力部１２へは、プレースカメラ１０及びチップカメラ２から、撮像した画像を表す画像データが入力される。

出力部１３は、モーションコントローラ６１及びズームレンズ３３へ、ホストコンピュータ１１から信号を出力するためのインターフェースである。出力部１３からは、モーションコントローラ６１に対して移動部６の位置ずれ及び角度ずれを補正制御するための補正量を表す情報（ΔＸ、ΔＹ及びΔθに対応した補正量（あるいはそれを指示する信号））が出力される。また、出力部１３からは、ズームレンズ３３の焦点距離を変化させるための信号が出力される。

ここで図３を参照して位置ずれ及び角度ずれを補正するための補正量を表す情報ΔＸ、ΔＹ及びΔθについて説明する。図３において、基準点Ｐ０は、吸着ヘッド５のθ方向の回転中心に対応する点である。吸着面５ａ上の基準記号５ｂや基準線５ｃに基づいて基準点Ｐ０の座標値を算出することができる。中心点ＰｃはＩＣチップ４の中心点（あるいは重心点）に対応する点である。中心点Ｐｃの座標は、チップカメラ２の撮像画像から認識した複数のバンプ４ａの各座標値と、ＩＣチップ４の設計値（あるいは基準となる他のＩＣチップ４の実測値）とに基づいて算出することができる。ΔＸは、基準点Ｐ０と中心点ＰｃのＸ方向のずれ量を表す。ΔＹは、基準点Ｐ０と中心点ＰｃのＹ方向のずれ量を表す。ΔＸとΔＹは、基準点Ｐ０と中心点Ｐｃの各座標値の偏差として算出される。そして、Δθは、ＩＣチップ４の基準とする向きと、実際の向きとの差分として算出される。Δθは、チップカメラ２の撮像画像から認識した複数のバンプ４ａの各座標値と、各バンプ４ａの座標及び配列関係の設計値（あるいは基準となる他のＩＣチップ４の実測値）とに基づいて算出することができる。

図５において、記憶部１４は、例えば不揮発メモリであり、チップカセット３、ＩＣチップ４、回路基板８等の設計情報１４ａと、図４を参照して説明したズームレンズ３３の焦点距離を指示する際に用いられる情報である焦点距離制御情報１４ｃとを記憶している。この焦点距離制御情報１４ｃは、例えば、ＩＣチップ４の識別番号と、チップカメラ２の仕様を表す情報と、設定する焦点距離との対応関係を記憶したテーブルとして構成されている。

なお、図１には示していないが、上記の構成のほか、信号処理部１は、例えば、プレースカメラ１０やチップカメラ２へ所定の制御信号を送信するためのインターフェースや、モーションコントローラ６１から所定の制御信号を受信するためのインターフェースを含んでいる。また、記憶部１４は、モーションコントローラ６１の制御の制御を行う際に必要な情報等も記憶している。なお、設計情報１４ａは、チップカセット３、ＩＣチップ４、回路基板８等の外形、基準マーク、各接続端子等の形状や位置を表す情報、熱圧着時の設定値等を含むことができる。なお、設計情報は、図面上の設計値に限らず、例えば基準となる実際のＩＣチップ４の実測値等であってもよい。

また、チップカメラ２は、ラインセンサ２１、Ａ／Ｄ変換器（アナログ・デジタル変換器）２２及び出力部２３を有している。Ａ／Ｄ変換器２２は、ラインセンサ２１から出力された各画素のアナログの画素値をデジタル信号に変換する。出力部２３は、Ａ／Ｄ変換器２２が出力したデジタル信号列を所定形式のデジタル画像信号に変換して出力する。この出力部２３が出力した画像信号は、入力部１２を介して、例えばＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｃｃｅｓｓ）方式によって画像メモリ１１ｂに直接記憶される。

次に、図６等を参照して、図１及び図５を参照して説明した実装装置１００の動作例について説明する。図６は、実装装置１００の動作の流れを示したフローチャートである。

ＩＣチップ４を収容したチップカセット３や、回路基板８の所定の位置に用意するとともに、ＩＣチップ４や回路基板８を指定する情報を図示していない所定の入力装置を介して信号処理部１に設定した後、操作者が所定の指示操作を行うと、それに従って実装装置１００は動作を開始する。動作を開始すると、信号処理部１は、設定されたＩＣチップ４を指定する情報に基づき、記憶部１４に記憶されているＩＣチップ４の設計情報１４ａや焦点距離制御情報１４ｃを参照し、ズームレンズ３３の焦点距離を所定の値に設定することで、チップカメラ２の撮像倍率を微調整する（ステップＳ１００）。

ステップＳ１００でのチップカメラの撮像倍率を微調整は、同一のＩＣチップ４の実装処理を連続して複数回行う場合には、最初のＩＣチップ４に対して１回行うだけでよい。また、撮像倍率の微調整量は、例えば次の計算結果に基づいて設定することができる。

すなわち、図４を参照して説明すると、微調整後の画素ＰｘのＸ方向の大きさＰｉｘＳｉｚｅＸａ及びＹ方向の大きさＰｉｘＳｉｚｅＹａは、はんだバンプ４ａ間のＸ方向のピッチＰｉｔｃｈＸとＹ方向のピッチＰｉｔｃｈＹと、バンプ４ａのピッチが画素サイズの整数倍となる場合の倍率である所定の基準倍率における画素ＰｘのＸ方向の大きさＰｉｘＳｉｚｅＸ及びＹ方向の大きさＰｉｘＳｉｚｅＹとから、下式を用いて算出することができる。ただし、撮像倍率は、Ｘ方向及びＹ方向で同一の値となるので、はんだバンプの配置と画像サンプリングとがＸ又はＹの片方で一致した場合に、一致した片方の方向について微調整量を算出する。

ＰｉｘＳｉｚｅＸａ＝ＰｉｔｃｈＸ／ａｘ（ただし、ａｘ＝ＰｉｔｃｈＸ／ＰｉｘＳｉｚｅＸ−ｋｘ）

ＰｉｘＳｉｚｅＹａ＝ＰｉｔｃｈＹ／ａｙ（ただし、ａｙ＝ＰｉｔｃｈＹ／ＰｉｘＳｉｚｅＹ−ｋｙ）

ここで、ＰｉｔｃｈＸの値は、ＰｉｘＳｉｚｅＸの大きさを基準とした相対的な値とする。また、ＰｉｔｃｈＹの値は、ＰｉｘＳｉｚｅＹの大きさを基準とした相対的な値とする。ｋｘとｋｙは、微調整する量を設定する定数であり、例えばバンプ４ａの配列数Ｎ等に基づいて設定することができる。すなわち、例えばｋｘ＝１／Ｎｘ（ＮｘはＸ方向のバンプ４ａの個数）、ｋｙ＝１／Ｎｙ（ＮｙはＹ方向のバンプ４ａの個数）とすることができる。

そして、撮像倍率の設定値は、微調整後の画素ＰｘのＸ方向の大きさＰｉｘＳｉｚｅＸａ及びＹ方向の大きさＰｉｘＳｉｚｅＹａと、基準倍率における画素ＰｘのＸ方向の大きさＰｉｘＳｉｚｅＸ及びＹ方向の大きさＰｉｘＳｉｚｅＹとから、ＰｉｘＳｉｚｅＸａ／ＰｉｘＳｉｚｅＸ（Ｘ方向の倍率）及びＰｉｘＳｉｚｅＹａ／ＰｉｘＳｉｚｅＹ（Ｙ方向の倍率）として決定することができる。撮像倍率の設定値は、Ｘ方向の倍率とＹ方向の倍率の計算値が異なる場合には、Ｘ方向又はＹ方向のいずれか一方の計算値を用いて調整する。あるいはラインセンサを使用する場合、Ｘ方向の計算値を撮像倍率に設定し、Ｙ方向は撮像時の移動速度を調整することでＹ方向のＰｉｘＳｉｚｅＹを微調整すればＸ方向とＹ方向の倍率の計算値が異なる場合でも対応可能である。

図７に上式を用いた調整量の計算結果を示した。横軸がＰｉｔｃｈＸ／ＰｉｘＳｉｚｅＸ（又ＰｉｔｃｈＹ／ＰｉｘＳｉｚｅＹ）、縦軸がＰｉｘＳｉｚｅＸａ（又はＰｉｘＳｉｚｅＹａ）の値である。単位は、画素サイズＰｉｘＳｉｚｅＸ＝ＰｉｘＳｉｚｅＹ＝１とした場合の任意単位である。また、実線がバンプ４ａの個数Ｎ＝２、破線が個数Ｎ＝４、鎖線が個数Ｎ＝６の場合の計算値を示している。図７から、バンプの間隔がピクセルサイズに対して１０倍以上あれば微調整量は５％以下で済むことがわかる。

ステップＳ１００の処理が完了すると、次に、信号処理部１は、モーションコントローラ６１に対して所定の制御信号を出力することで、移動部６をチップカセット３上で、次に吸着するＩＣチップ４の上方へ移動する（ステップＳ１０１）。次に、信号処理部１からの指示に従い、モーションコントローラ６１は、チップカセット３からＩＣチップ４を吸着ヘッド５でピックする（ステップＳ１０２）。次に、信号処理部１からの指示に従い、モーションコントローラ６１は、移動部６を基板ステージ７へ向けて移動させ始める（ステップＳ１０３）。ここで、信号処理部１からの指示に従い、チップカメラ２がＩＣチップ４を撮像する（ステップＳ１０４）。次に、信号処理部１は、チップカメラ２の撮像画像に基づきＩＣチップ４の位置ずれ量等を計算する（ステップＳ１０５）。

ステップＳ１０５で信号処理部１は、例えば次のようにしてＩＣチップ４の位置ずれ量や角度ずれ量を計算する。（１）まず、信号処理部１は、予め確認されている輝度ばらつきやレンズ収差を補正するための情報を参照して、チップカメラ２で撮像された撮像画像の所定画素のグレースケール輝度やレンズ収差を補正する画像処理を実行する。ただし、この補正処理は構成によっては省略することができる。（２）次に、信号処理部１は、記憶部１４から読み出したＩＣチップ４の設計値に基づいて各バンプ４ａに対応した認識対象領域を設定する。（３）次に、信号処理部１は、ステップＳ２０２で設定した認識対象領域毎に、各画素の輝度値（＝画素値）から輝度値の重心位置を求める。（４）次に、信号処理部１は、各バンプ４ａのＸ座標及びＹ座標に基づいてＩＣチップ４のＸ方向のずれ量ΔＸ、Ｙ方向のずれ量ΔＹ及び角度ずれ量Δθを求める。ここで、信号処理部１は、例えば、複数のバンプ４ａの各Ｘ、Ｙ座標値に基づき、最小二乗法等を用いて各バンプ４ａの配列方向を推定する。次に、推定した各バンプ４ａの配列方向に基づいて、ＩＣチップ４の中心点Ｐｃの座標を求める。また、信号処理部１は、図３を参照して説明した基準点５ｂや基準線５ｃを認識し、それに基づいて基準点Ｐ０の座標と、角度ずれ量θを求める際に基準となる方向を求める。そして、信号処理部１は、求めた各バンプ４ａの配列方向、中心点Ｐｃの座標、基準点Ｐ０の座標、基準となる方向に基づいて、Ｘ方向のずれ量ΔＸ、Ｙ方向のずれ量ΔＹ及び角度ずれ量Δθを求める。

次に。信号処理部１は、モーションコントローラ６１に所定の指示を出力し、モーションコントローラ６１が、移動部６を基板ステージ７上で回路基板８のＩＣチップ４の搭載位置上方へ移動する（ステップＳ１０６）。次に、信号処理部１の指示に従い、プレースカメラ１０が回路基板８上のＩＣチップ４の搭載領域を撮像する（ステップＳ１０７）。信号処理部１は、プレースカメラ１０の撮像画像に対してＩＣチップ４の搭載領域について、搭載位置のＸＹ方向のずれ量や角度ずれを認識する（ステップＳ１０８）。

次に、信号処理部１は、上述したステップＳ１０５で計算したＩＣチップ４の位置ずれ及び角度ずれ量、並びに回路基板８の搭載領域位置ずれ量に基づいて移動部６の各補正量を計算する（ステップＳ１０９）。信号処理部１は、回路基板８に対する認識結果を考慮した上で、ＩＣチップ４の各ずれ量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ、Δθ）を、基準とする位置及び向きにできるだけ一致させるように、移動部６のＸＹＺ方向の位置及び角度θを調整する際の補正量を計算する。

次に、信号処理部１は、ステップＳ１０９で求めた各補正量を指示する信号を、モーションコントローラ６１に送信する（ステップＳ１１０）。

そして、モーションコントローラ６１が移動部６の位置ずれや角度ずれを補正した後、移動部６が高さを下げ、ＩＣチップ４を回路基板８の接続部に載せて、熱圧着する（ステップＳ１１１）。

以上のように、本実施形態では、実装装置１００が、撮像倍率を変化可能な撮像倍率調整部としてのズームレンズ３３と、複数の撮像画素を有する撮像部であって、所定の間隔で配列された複数のバンプ４ａ（第１認識対象）を有するＩＣチップ４（認識対象物）をズームレンズ３３を介して撮像するチップカメラ２（撮像部）とを備えている。さらに、実装装置１００は、複数のバンプ４ａの配列間隔を表す情報（図４のＰｉｔｃｈＸ等）を少なくとも含むＩＣチップ４の形状情報を示す設計情報１４ａを記憶した記憶部１４を備える。さらに、実装装置１００は、撮像画素に応じた長さ（図４のＰｉｘＳｉｚｅＸ等）と記憶部１４に記憶されているバンプ４ａの配列間隔を表す情報とに基づいてズームレンズ３３によって得られる撮像倍率を調整し、かつ、チップカメラ２が撮像した画像中の複数の画素値に基づいてバンプ４ａの位置を認識する信号処理部１を備えている。ここで、信号処理部１は、チップカメラ２が撮像した画像中で配列間隔と撮像画素に応じた長さを整数倍したものとが非対応となるように撮像倍率を調整する。したがって、本実施形態によれば、認識対象の配置と画像サンプリングとが一致するような形状を有する認識対象物に対しては、撮像倍率を調整することで、認識対象の配置と画像サンプリングとを不一致とすることができる。よって、そのような条件においても位置認識精度の低下を容易に避けることができる。

なお、本実施形態では、レンズ倍率の調整機構を例えば電動ズーム等の自動調整可能な構成としているので対象とするＩＣチップ４のレイアウトが変化しても自動で対応可能である。ただし、ズームレンズ３３の焦点距離を例えば手動で設定するようにしてもよい。

なお、本実施形態と同様の効果を得る方法として、チップカメラ２に対して意図的に回転させた状態で画像を取得する方法が考えられるが、ＩＣチップ４の搭載前後に回転軸を回転させる必要があり、ＩＣチップ４の実装時間への影響を与えてしまう。これに対して本実施形態のように、レンズ倍率の微調整であれば処理実行前に一度だけ微調整をしておけばよく、ＩＣチップ４の実装時間への影響はない。

なお、ズームレンズ３３を構成する複数のレンズ群に軸方向によって焦点距離が異なるレンズ（例えばシリンドリカルレンズ）を含ませることで倍率調整を２次元方向に独立して行うことができるように拡張することは可能である。

また、上記の説明では、同じ間隔で並ぶバンプについて示したが必ずしも同じ間隔である必要はない。その場合の倍率調整値は、例えば、調整後の画素サイズが計算上整数ではない実数となる場合には、小数点以下の値のばらつきを目的関数としてピクセルサイズを微調整した時にばらつきが最大となるピクセルサイズを選択すればよい。

なお、上記実施形態では、認識対象をＩＣチップ４上のはんだバンプ４ａとしているが、チップカメラ２による位置認識は、例えばＣＳＰではない他のパッケージングによる半導体チップや、他の回路搭載部品、受動部品等に対して応用することもできる。また、実装装置に限らず、例えば、チップカセット３に収納する前の段階でのバンプ４ａの検査工程で用いる装置として構成することも可能である。また、チップカメラ２は、ラインセンサ２１ではなく、エリアセンサを用いて構成することもできる。

１ 信号処理部
２ チップカメラ（撮像部）
３ チップカセット
４ ＩＣチップ（認識対象物）
４ａ バンプ（第１認識対象）
５ 吸着ヘッド
６ 移動部
７ 基板ステージ
８ 回路基板
１１ ホストコンピュータ
３３ ズームレンズ
６１ モーションコントローラ
１００ 実装装置

Claims (6)

1. 撮像倍率を変化可能な撮像倍率調整部と、
   複数の撮像画素を有し、所定の間隔で配列された複数の第１認識対象を有する認識対象物を、前記撮像倍率調整部を介して撮像する撮像部と、
   複数の前記第１認識対象の配列間隔を表す情報を少なくとも含む前記認識対象物の形状情報を記憶した記憶部と、
   前記撮像画素に応じた長さと前記記憶部に記憶されている前記配列間隔を表す情報とに基づいて前記撮像倍率調整部の撮像倍率を調整し、かつ、前記撮像部が撮像した画像中の複数の画素値に基づいて前記第１認識対象の位置を認識する信号処理部と
   を備えることを特徴とする認識装置。
2. 前記撮像部が撮像した画像中で前記配列間隔と前記撮像画素に応じた長さを整数倍したものとが非対応となるように、前記信号処理部が、前記撮像倍率調整部の撮像倍率を調整する
   ことを特徴とする請求項１に記載の認識装置。
3. 前記認識対象物が半導体チップであり、
   請求項１又は２に記載の信号処理部による認識結果に基づいて前記認識対象物の位置や角度に係る所定の補正制御を行って前記認識対象物を所定の回路基板に実装する
   ことを特徴とする実装装置。
4. 撮像倍率を変化可能な撮像倍率調整部と、
   複数の撮像画素を有し、所定の間隔で配列された複数の第１認識対象を有する認識対象物を、前記撮像倍率調整部を介して撮像する撮像部と、
   複数の前記第１認識対象の配列間隔を表す情報を少なくとも含む前記認識対象物の形状情報を記憶した記憶部と
   を用い、
   前記撮像画素に応じた長さと前記記憶部に記憶されている前記配列間隔を表す情報とに基づいて前記撮像倍率調整部の撮像倍率を調整し、かつ、前記撮像部が撮像した画像中の複数の画素値に基づいて前記第１認識対象の位置を認識する
   ことを特徴とする認識方法。
5. 前記撮像部が撮像した画像中で前記配列間隔と前記撮像画素に応じた長さを整数倍したものとが非対応となるように、前記撮像倍率調整部の撮像倍率を調整する
   ことを特徴とする請求項４に記載の認識方法。
6. 前記認識対象物が半導体チップであり、
   請求項４又は５に記載の認識結果に基づいて前記認識対象物の位置や角度に係る所定の補正制御を行って前記認識対象物を所定の回路基板に実装する
   ことを特徴とする実装方法。

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