JP2015111631A - 認識装置、認識方法、実装装置及び実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で良好な半導体チップの認識および位置推定が可能となる認識装置、認識方法、実装装置及び実装方法を提供する。
【解決手段】移動している認識対象物を撮像する撮像部と、認識対象物の主面の垂直方向から光を照射する第１の照明部と、主面の斜め方向から光を照射する第２の照明部と、を有し、撮像部により撮像を行う際に認識対象物を照明する照明装置と、撮像部が撮像する画像に基づいて認識対象物の位置を認識する信号処理部と、を備えた認識装置であって、認識対象物にある複数の被撮像領域に応じて、第１の照明部及び第２の照明部から主面への光の照射を制御する。
【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。

半導体製品の製造の後工程に用いる装置（Ｄｉｅ−Ｂｏｎｄｅｒ、Ｍｏｕｎｔｅｒ）では、半導体チップを搭載する際の位置推定方法として、半導体チップ上のバンプおよび基準マークを半導体チップ認識用ラインセンサで撮像し位置を推定する（例えば特許文献１参照）。

この撮像の際、照明機構により、照明を半導体チップ表面および基準マークに照射することが行われる。一般に、照明機構は同軸照明と角度照明から構成されており（例えば特許文献２、３参照）、上記位置推定では、バンプおよび基準マーク両方が良好に撮像されるように光量が調整される必要がある。

特開２０１３−１２３０２０号公報 特許第４６７０３７５号公報 特許第４３８１７６４号公報

しかしながら、特許文献１、特許文献２等に記載されている照明機構の制御方法を用いる場合では、バンプのみを良好に撮像する照明条件と、基準マークのみを良好に撮像する照明条件が必ずしも一致しないため、良好な半導体チップの認識および位置推定の阻害要因となっていた。

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、短時間で良好な半導体チップの認識および位置推定が可能となる認識装置、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、移動している認識対象物を撮像する撮像部と、前記認識対象物の主面の垂直方向から光を照射する第１の照明部と、前記主面の斜め方向から光を照射する第２の照明部と、を有し、前記撮像部により撮像を行う際に前記認識対象物を照明する照明装置と、前記撮像部が撮像する画像に基づいて前記認識対象物の位置を認識する信号処理部と、を備えた認識装置であって、前記認識対象物にある複数の被撮像領域に応じて、前記第１の照明部及び前記第２の照明部から前記主面への光の照射を制御する、ことを特徴とする。

また、本発明の他の認識装置は、前記認識対象物は半導体チップであり、前記認識対象物にある複数の被撮像領域には、基準マークが設けられる第１の領域と、バンプが吸着した第２の領域とがあり、前記第１の領域では、前記第１の照明部をオンさせ、前記第２の照明部をオフさせ、前記第２の領域では、前記第１の照明部をオフさせ、前記第２の照明部をオンさせる制御を行う、ことを特徴とする。

また、本発明の実装装置は、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、移動している認識対象物を撮像する撮像部と、前記認識対象物の主面の垂直方向から光を照射する第１の照明部と、前記主面の斜め方向から光を照射する第２の照明部と、を有し、前記撮像部により撮像を行う際に前記認識対象物を照明する照明装置と、前記撮像部が撮像する画像に基づいて前記認識対象物の位置を認識する信号処理部と、を持ち、前記認識対象物にある複数の被撮像領域に応じて、前記第１の照明部及び前記第２の照明部から前記主面への光の照射を制御する、ことを特徴とする。

また、本発明の他の認識方法は、前記認識対象物は半導体チップであり、前記認識対象物にある複数の被撮像領域には、基準マークが設けられる第１の領域と、バンプが吸着した第２の領域とがあり、前記第１の領域では、前記第１の照明部をオンさせ、前記第２の照明部をオフさせ、前記第２の領域では、前記第１の照明部をオフさせ、前記第２の照明部をオンさせる制御を行う、ことを特徴とする。

また、本発明の実装方法は、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。

本発明によれば、基準マークを撮像する際の照明条件と半導体チップ上のバンプを撮像する際の照明条件とを、移動している認識対象物の撮像時刻に対してリアルタイムに変更することで、基準マークが設けられる第１の領域と、バンプが吸着した第２の領域とを、それぞれの最適な照明条件で撮像することができる。従って、本発明によれば、最適な照明条件で撮像した撮像画像に基づいて、短時間で良好な半導体チップの認識および位置推定が可能となる認識装置、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に示した照明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の内部構成例を説明するためのブロック図である。 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６のステップＳ１０４の処理を説明するための図である。 照明装置の切り替え動作を説明するためのタイミングチャートである。 図１に示したチップカメラ２による撮像画像の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（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）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、照明コントローラ５１、チップカメラ用照明装置５２、プレースカメラ用照明装置５３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。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。

また、モーションコントローラ６１は、図１において不図示のエンコーダから出力されるエンコーダパルス（ＸＹＺの各軸における自身の位置を表す信号）に応じて、チップカメラ２、プレースカメラ１０の撮像開始および終了タイミングとなる制御信号（後述する制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｃ、Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｐ）を出力する。そのため、モーションコントローラ６１は、ケーブル４８を介してチップカメラ２と、ケーブル４９を介してプレースカメラ１０と、それぞれ接続されている。また、モーションコントローラ６１は、ケーブル４５を介して照明コントローラ５１と接続されている。また、照明コントローラ５１は、ケーブル４６、４７を介してチップカメラ用照明装置５２、プレースカメラ用照明装置５３と接続されている。

照明コントローラ５１は、モーションコントローラ６１がエンコーダパルスから生成した制御信号（後述する制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｍ）に基づいて制御信号（後述する制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｉ１、Ｉ２）を生成し、ケーブル４６、４７を介してチップカメラ用照明装置５２、プレースカメラ用照明装置５３に対して出力する。チップカメラ用照明装置５２、プレースカメラ用照明装置５３は、照明コントローラ５１から入力される制御信号に基づいて、各照明装置による照明の開始、切り替え、照明の終了タイミングなどを制御する。

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を吸着する。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の吸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が吸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、Ｙ方向に移動し、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のＩＣチップ４が実装される面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に吸着されて移動中のＩＣチップ４の裏面の画像を撮像し、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、バンプ４ａが形成されている面と反対の面（すなわち、ＩＣチップ４の表面）が吸着ヘッド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の吸着状態（基準マークに対する相対的な吸着位置）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（これらを総称して、以下では基準マーク５ｍと呼ぶことがある）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、本実施形態における照明装置の構成について図面を参照して説明する。図４は、図１に示した照明装置の構成例を説明するための模式図である。図４（ａ）は、チップカメラ用照明装置５２の構成例を、図４（ｂ）は、プレースカメラ用照明装置５３の構成例を、それぞれ示している。
チップカメラ用照明装置５２は、図４（ａ）に示すように、チップカメラ用同軸照明５２ａ（第１の照明部）と、チップカメラ用角度照明５２ｂ（第２の照明部）とを含んで構成される。
チップカメラ用同軸照明５２ａが照射する光は、チップカメラ用レンズ２ａ内に設けられたハーフミラー２ｂで反射し、ＩＣチップ４（認識対象物）の主面（撮像するＩＣチップ４の裏面）に垂直方向から同軸照明（Ｃｏａｘｉａｌ Ｌｉｇｈｔ）として入光する。そして、ＩＣチップ４で反射した光は、ＩＣチップ４の主面に対して垂直方向に出射し、ハーフミラーを介してチップカメラ２に入光する。

一方、チップカメラ用角度照明５２ｂが照射する光は、ＩＣチップ４の主面に垂直な線に対して所定の角度を有した斜め方向から入光する。そして、反射した光は、チップカメラ用角度照明５２ｂの取り付け角度に応じて、ＩＣチップ４の主面に対して垂直方向に出射し、ハーフミラーを介してチップカメラ２に入光する。この取り付け角度は、ＩＣチップ４が有する半田バンプの下側（カメラ側）表面で光が反射した場合に、反射光が、ＩＣチップ４の主面に対して垂直方向に出射するように、予め設定される。

すなわち、ＩＣチップ４の撮像を行う際に、チップカメラ用同軸照明５２ａと、チップカメラ用角度照明５２ｂとによる光の照射を、基準マーク５ｍが設けられる領域（第１の領域）と、バンプが吸着した領域（第２の領域）とで切り替えている。第１の領域と第２の領域とを撮像する際、光の照射を変更することにより、撮像の際の照明条件を基準マーク５ｍおよび半田バンプ各々に対して最適な条件とすることができる。

同様に、プレースカメラ用照明装置５３は、図４（ｂ）に示すように、プレースカメラ用同軸照明５３ａ（第１の照明部）と、プレースカメラ用角度照明５３ｂ（第２の照明部）とを含んで構成される。
プレースカメラ用同軸照明５３ａが照射する光は、プレースカメラ用レンズ１０ａ内に設けられたハーフミラー１０ｂで反射し、回路基板８の主面（ＩＣチップ４が実装される面）に垂直方向から同軸照明として入光する。そして、回路基板８で反射した光は、回路基板８の主面に対して垂直方向に出射し、ハーフミラーを介してプレースカメラ１０に入光する。

一方、プレースカメラ用角度照明５３ｂが照射する光は、回路基板８の主面に垂直な線に対して所定の角度を有した斜め方向から入光する。そして、反射した光は、プレースカメラ用角度照明５３ｂの取り付け角度に応じて、回路基板８の主面に対して垂直方向に出射し、ハーフミラーを介してプレースカメラ１０に入光する。この取り付け角度は、回路基板８の半田ボールとの接点となる端部が有する曲面で光が反射した場合に、反射光が、回路基板８の主面に対して垂直方向に出射するように、予め設定される。

すなわち、回路基板８の撮像を行う際に、プレースカメラ用同軸照明５３ａと、プレースカメラ用角度照明５３ｂとによる光の照射を、基準マークが設けられる領域（第１の領域）と、回路基板８におけるＩＣチップ４を搭載する領域（第２の領域）とで切り替えている。第１の領域と第２の領域とを撮像する際、光の照射を変更することにより、撮像の際の照明条件を基準マークおよびチップ搭載予定領域各々に対して最適な条件とすることができる。

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に戻って、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、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などとを記憶している。この焦点距離制御情報は、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。

また、図５に示すように、モーションコントローラ６１は、チップカメラ２、プレースカメラ１０と、それぞれケーブル４８、４９により接続される。モーションコントローラ６１はエンコーダパルスが示す自身の位置に対応して、基準マーク５ｍが設けられる領域とバンプが吸着した領域とが、チップカメラ２による撮像範囲にある期間、制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｃをチップカメラ２に送信する。これにより、チップカメラ２は、基準マーク５ｍが設けられる領域とバンプが吸着した領域の撮像を開始し、制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｃが入力されている期間が経過したのち、撮像を終了する。

モーションコントローラ６１は、エンコーダパルスが示す自身の位置に対応して、基準マークが設けられる領域と回路基板８におけるＩＣチップ４を搭載する領域とが、プレースカメラ１０による撮像範囲にある期間、制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｐをプレースカメラ１０に送信する。これにより、プレースカメラ１０は、基準マークが設けられる領域と回路基板８におけるＩＣチップ４を搭載する領域の撮像を開始し、制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｐが入力されている期間が経過したのち、撮像を終了する。

また、照明コントローラ５１は、制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｍがケーブル４５を介して入力される。この制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｍは、モーションコントローラ６１が、エンコーダパルスが示す自身の位置に対応して、チップカメラ２の撮像領域が、基準マーク５ｍが設けられる領域からバンプが吸着した領域へと、或いはバンプが吸着した領域から基準マーク５ｍが設けられる領域へ切り替わることを照明コントローラに対して通知する信号である。また、制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｍは、モーションコントローラ６１が、エンコーダパルスが示す自身の位置に対応して、プレースカメラ１０の撮像領域が、基準マークが設けられる領域から回路基板８におけるＩＣチップ４を搭載する領域へと、或いは回路基板８におけるＩＣチップ４を搭載する領域から基準マークが設けられる領域へ切り替わることを照明コントローラに対して通知する信号である。

照明コントローラ５１は、チップカメラ用照明装置５２とケーブル４６により、プレースカメラ用照明装置５３とケーブル４７により、それぞれ接続されている。
チップカメラ用照明装置５２は、照明コントローラ５１から制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｉ１Ｃが入力されている期間、チップカメラ用角度照明５２ｂを点灯（オン）させ、制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｉ２Ｃが入力されている期間、チップカメラ用同軸照明５２ａを点灯（オフ）させる。
また、プレースカメラ用照明装置５３は、照明コントローラ５１から制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｉ１Ｐが入力されている期間、プレースカメラ用角度照明５３ｂを点灯させ、制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｉ２Ｐが入力されている期間、プレースカメラ用同軸照明５３ａを点灯させる。

次に、図６〜８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。また、図７は、図６のステップＳ１０４の処理を説明するための図である。また、図８は、照明装置の切り替え動作を説明するためのタイミングチャートである。

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、操作者の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、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、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）。

モーションコントローラ６１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）。ここで、図７および図８を参照して、ステップＳ１０４の処理について説明する。なお、図８では、図４（ａ）に示すように、モーションコントローラ６１の移動方向に従って、チップカメラ２による撮像領域が、基準マーク領域（基準マーク５ｍが設けられる領域）から、次にバンプ領域（バンプが吸着した領域）へ、最後に基準マーク領域へと切り替わる場合の、制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｃ、Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｉ１Ｃ、Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｉ２Ｃのレベルの変化を示している。

モーションコントローラ６１は、制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｐを有効にする（ステップＳ２０１）。モーションコントローラ６１は、基準マーク領域がチップカメラ２の撮像範囲に入ると、図８の時刻ｔ１に示すように、制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｃをロウ（Ｌ）レベルからハイ（Ｈ）レベルに変化させ、チップカメラ２に撮像を開始させる。

照明コントローラ５１は、制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｉ１Ｃを無効、制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｉ２Ｃを有効とする（ステップＳ２０２）。
図８に示すように、基準マーク領域を撮像するので、照明コントローラ５１は、制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｉ２ＣをＨレベルに維持し、制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｉ１ＣをＬレベルに維持している。これにより、基準マーク領域を撮像する期間において、チップカメラ用同軸照明５２ａは点灯し、チップカメラ用角度照明５２ｂは消灯している。

チップカメラ２は、基準マークを撮像する（ステップＳ２０３）。基準マーク５ｍを含む基準マーク領域は、チップカメラ用同軸照明５２ａからの光が照射されている状態でチップカメラ２により撮像される。

照明コントローラ５１は、制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｉ１Ｃを有効、制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｉ２Ｃを無効とする（ステップＳ２０４）。
モーションコントローラ６１が、基準マーク領域からバンプ領域に切り替わることを表す制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｍを照明コントローラ５１に出力する。照明コントローラ５１は、図８に示すように、時刻ｔ２において制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｉ１ＣをＬレベルからＨレベルに変化させ、時刻ｔ３において制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｉ２ＣをＨレベルからＬレベルに変化させる。これにより、チップカメラ用同軸照明５２ａは消灯し、チップカメラ用角度照明５２ｂが点灯する。

チップカメラ２は、バンプを撮像する（ステップＳ２０５）。バンプ領域は、チップカメラ用角度照明５２ｂからの光が照射されている状態でチップカメラ２により撮像される。

照明コントローラ５１は、制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｉ１Ｃを無効、制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｉ２Ｃを有効とする（ステップＳ２０６）。モーションコントローラ６１が、バンプ領域から基準マーク領域に切り替わることを表す制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｍを照明コントローラ５１に出力する。照明コントローラ５１は、図８に示すように、時刻ｔ４において制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｉ２ＣをＬレベルからＨレベルに変化させ、時刻ｔ５において制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿Ｉ１ＣをＨレベルからＬレベルに変化させる。これにより、チップカメラ用角度照明５２ｂは消灯し、チップカメラ用同軸照明５２ａが点灯する。

チップカメラ２は、基準マークを撮像する（ステップＳ２０７）。基準マーク５ｍを含む基準マーク領域は、チップカメラ用同軸照明５２ａからの光が照射されている状態でチップカメラ２により撮像される。モーションコントローラ６１は、基準マーク領域がチップカメラ２の撮像範囲から外れると、制御信号Ｔｒｉｇｇｅｒ＿ＣをＨレベルからＬレベルに変化させ、チップカメラ２の撮像を終了させる。
なお、時刻ｔ２と時刻ｔ３と間の時間および時刻ｔ４と時刻ｔ５との間の時間は、チップカメラ用同軸照明５２ａおよびチップカメラ用角度照明５２ｂの両方が点灯していることになるが、両方を消灯させる期間としてもよい。

図６に戻って、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）。なお、このとき、ステップＳ１０４で示す撮像処理及び照明装置の切替処理を行ってもよい。基準マークについては、プレースカメラ１０の撮像領域に入るように基板ステージ７がＸＹ方向へ移動され、撮像される。

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（認識装置）が、移動しているＩＣチップ４または回路基板８（認識対象物）を撮像するチップカメラ２またはプレースカメラ１０（撮像部）と、を備える。さらに、実装装置１００は、認識対象物の主面の垂直方向から光を照射するチップカメラ用同軸照明５２ａまたはプレースカメラ用同軸照明５３ａ（第１の照明部）と、主面の斜め方向から光を照射する（第２の照明部）と、を有し、撮像部により撮像を行う際に認識対象物を照明するチップカメラ用照明装置５２またはプレースカメラ用照明装置５３（照明装置）を備える。さらに、実装装置１００は、撮像部が撮像する画像に基づいて認識対象物の位置を認識する信号処理部１を備える。実装装置１００は、認識対象物にある複数の被撮像領域に応じて、第１の照明部及び第２の照明部から主面への光の照射を制御する。

以上の構成を備える本実施形態の実装装置１００では、以下に説明する効果を奏する。図９は、図１に示したチップカメラ２による撮像画像の例を説明するための図である。図９は、図８のタイミングチャートを用いて説明した基準マーク領域およびバンプ領域についてのチップカメラ２により撮像画像を示している。図４に示す基準マーク５ｍのうちチップ移動方向に対して前方にある基準マーク５ｍを含む領域の撮像画像を、図９（ａ）においてＦｒｏｎｔ Ｓｉｄｅ Ｆｉｄｕｃｉａｌ Ａｒｅａとして示している。また、図４に示すＩＣチップ４が有する半田ボールを含む領域の撮像画像を、図９（ｂ）においてＳｏｌｄｅｒ Ｂｕｍｐ Ａｒｅａとして示している。

また、図４に示す基準マーク５ｍのうちチップ移動方向に対して後方にある基準マーク５ｍを含む領域の撮像画像を、図９（ｃ）においてＢａｃｋ Ｓｉｄｅ Ｆｉｄｕｃｃｉａｌ Ａｒｅａとして示している。さらに、図９（ａ）〜（ｃ）各々において、チップカメラ用同軸照明５２ａのみを点灯させて撮像した際の撮像画像をＣｏｒｅで示し、チップカメラ用角度照明５２ｂのみを点灯させて撮像した際の撮像画像をＡｎｇｌｅで示している。

図９（ａ）、（ｃ）各々のＡｎｇｌｅに示すように、基準マーク領域において角度照明を用いると、角度照明からの光は基準マークにおいて反射した後、チップカメラ２には入光されないため、基準マーク５ｍは撮像されない。一方、図９（ａ）、（ｃ）各々のＣｏｒｅに示すように、同軸照明を用いると、図同軸照明からの光は基準マークにおいて反射した後、チップカメラ２に入光するため、基準マーク５ｍは撮像される。つまり、基準マークを撮像し、その位置を認識するためには、同軸照明が有効にするのが望ましいことがわかる。

また、図９（ｂ）のＣｏｒｅに示すように、バンプ領域において同軸照明を用いると、同軸照明からの光は、下地（半導体チップあるいは表面に塗布されたフィルム）において反射した後、チップカメラ２には入光されるため、半田バンプの形状、特にその輪郭部分が、同軸照明を用いた場合に比べて明確に撮像されない。一方、図９（ｂ）のＡｎｇｌｅに示すように、角度照明を用いると、半田ボールの凸部（曲面）において反射した光がチップカメラ２に入光するため、半田ボールの形状、特にその輪郭部分を明確に撮像できる。
本実施形態の実装装置１００では、図９を参照すると、図９（ａ）においてＣｏｒｅで示す撮像画像、図９（ｂ）においてＡｎｇｌｅで示す撮像画像、図９（ｃ）においてＣｏｒｅで示す撮像画像を撮像していくことになる。

つまり、本実施形態の実装装置１００によれば、基準マーク５ｍを撮像する際の照明条件と半導体チップ上のバンプを撮像する際の照明条件とを、移動している基準マークおよび半田バンプ（認識対象物）の撮像時刻に対してリアルタイムに変更することで、基準マークが設けられる第１の領域と、バンプが吸着した第２の領域とを、それぞれの最適な照明条件で撮像することができる。従って、本発明によれば、最適な照明条件で撮像した撮像画像に基づいて、短時間で良好な半導体チップの認識および位置推定が可能となる認識装置、認識方法、実装装置及び実装方法を提供することができる。なお、照明装置としてＬＥＤ照明を用いることで、切り替えの際の応答速度が十分に速いため、ラインセンサ２１による撮像中でも照明の切り替えによる明るさムラの影響を少なくすることができる。従って、ラインセンサ２１によるリアルタイム認識との組み合わせにより位置推定精度および認識率の向上と実装処理時間の短縮の両方を併せ持つことが可能となる。

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。

また、本実施形態では、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。

また、本実施形態では、照明コントローラに対する制御信号の数を２本としたが、角度照明の角度を複数チャネルで構成する場合には、このチャネル数分増やしてもよい。また、本実施形態では、照明装置を同軸照明と角度照明とからなる構成としたが、照明波長、光量としてチャネル構成しても良い。また、本実施形態では、チップカメラに限定して説明したが、プレースカメラに対してチャネル構成しても良い。

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、５１…照明コントローラ、５２…チップカメラ用照明装置、５２ａ…チップカメラ用同軸照明、５２ｂ…チップカメラ用角度照明、５３…プレースカメラ用照明装置、５３ａ…プレースカメラ用同軸照明、５３ｂ…プレースカメラ用角度照明、６１…モーションコントローラ、１００…実装装置

Claims (6)

1. 移動している認識対象物を撮像する撮像部と、
   前記認識対象物の主面の垂直方向から光を照射する第１の照明部と、前記主面の斜め方向から光を照射する第２の照明部と、を有し、前記撮像部により撮像を行う際に前記認識対象物を照明する照明装置と、
   前記撮像部が撮像する画像に基づいて前記認識対象物の位置を認識する信号処理部と、
   を備えた認識装置であって、
   前記認識対象物にある複数の被撮像領域に応じて、前記第１の照明部及び前記第２の照明部から前記主面への光の照射を制御する、
   ことを特徴とする認識装置。
2. 前記認識対象物は半導体チップであり、
   前記認識対象物にある複数の被撮像領域には、基準マークが設けられる第１の領域と、バンプが吸着した第２の領域とがあり、
   前記第１の領域では、前記第１の照明部をオンさせ、前記第２の照明部をオフさせ、
   前記第２の領域では、前記第１の照明部をオフさせ、前記第２の照明部をオンさせる制御を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の認識装置。
3. 請求項１または請求項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. 移動している認識対象物を撮像する撮像部と、
   前記認識対象物の主面の垂直方向から光を照射する第１の照明部と、前記主面の斜め方向から光を照射する第２の照明部と、を有し、前記撮像部により撮像を行う際に前記認識対象物を照明する照明装置と、
   前記撮像部が撮像する画像に基づいて前記認識対象物の位置を認識する信号処理部と、を持ち、
   前記認識対象物にある複数の被撮像領域に応じて、前記第１の照明部及び前記第２の照明部から前記主面への光の照射を制御する、
   ことを特徴とする認識方法。
5. 前記認識対象物は半導体チップであり、
   前記認識対象物にある複数の被撮像領域には、基準マークが設けられる第１の領域と、バンプが吸着した第２の領域とがあり、
   前記第１の領域では、前記第１の照明部をオンさせ、前記第２の照明部をオフさせ、
   前記第２の領域では、前記第１の照明部をオフさせ、前記第２の照明部をオンさせる制御を行う、
   ことを特徴とする請求項４に記載の認識方法。
6. 請求項４または請求項５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方法。

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