JP2018041802A - Mounting method and mounting apparatus for electronic component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子部品の実装位置を補正しながら電子部品を実装する電子部品の実装方法及び実装装置に関する。 The present invention relates to an electronic component mounting method and a mounting apparatus for mounting an electronic component while correcting the mounting position of the electronic component.
近年、スマートフォン又はタブレット端末に代表される電子機器の小型化及び高性能化の進展に伴い、これらの端末に使用される半導体素子に代表される電子部品の高密度化、電極端子の多ピン化、及び、狭ピッチ化の流れが加速している。そのため、基板に電子部品を実装する実装装置においては、基板に高精度で実装することが求められている。
通常、基板に電子部品を高精度で実装するために、電子部品の実装装置は基板認識用のカメラを備えており、基板認識用のカメラによって基板を撮像することにより基板の位置を検出し、位置検出結果に基づいて部品搭載時の位置合わせが行われる。しかし、基板認識用カメラの光学系座標の位置は、必ずしも、制御データ上で示される位置にあるとは限らない。例えば、カメラを移動させるボールねじなどの移動機構の誤差が生じること、又は実装エリア内の各位置で温度差があるため熱膨張量に差が生じることにより、位置ずれを生じる。そのため、電子部品実装の対象となる実装エリア内の各位置での固有の位置ずれ量を求める、いわゆるキャリブレーションを行う機能を備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
図7A及び図7Bは、特許文献1で提案されている電子部品の実装方法におけるキャリブレーションの説明図である。図7A及び図7Bを用いて、実装位置のキャリブレーション方法において説明する。
図7Aはキャリブレーション機能を備えた電子部品の実装装置の平面図である。特許文献1の電子部品の実装装置は、部品供給部105と、基板搬送部102と、基板搬送部102の上方には、実装ヘッド103と、実装ヘッド103と一体化し隣接して設けられたカメラ104とが配置され、実装ヘッド103とカメラ104とは一体となってX駆動軸106及びY駆動軸107によって、キャリブレーション基板101の上方に移動する。キャリブレーション基板101には、予め格子状に一定間隔のピッチで計測点Piの位置に認識マークが形成されており、基板搬送部102上の任意の位置に固定させる。
次に、X駆動軸106及びY駆動軸107を駆動させ、カメラ104をキャリブレーション基板101の計測点Piが認識される位置に1個ずつ移動させて、各計測点Piの認識マークを1個ずつ撮像及び認識する。
図7Bは、計測点Piにおける制御データとカメラ104とでの認識との位置ずれ量を示す説明図である。カメラ104が計測点Piの位置に移動された時、制御データ上では光学座標系の原点Oの位置に移動するように制御されるが、カメラ104による認識結果では、計測点Piは座標(Δxi、Δyi)の位置になる。この位置ズレ量(Δxi、Δyi)を計測点Piごとの固有の位置誤差とし、全計測点での位置誤差を取得することにより、キャリブレーション基板101全体のキャリブレーションデータを得ることができる。
特許文献1に記載の方法によれば、基板全体のキャリブレーションデータに基づき位置補正し実装することにより、基板に電子部品を高精度で実装できるとされている。
In recent years, with the progress of downsizing and higher performance of electronic devices typified by smartphones or tablet terminals, the density of electronic components typified by semiconductor elements used in these terminals has been increased, and the number of pins of electrode terminals has been increased. And the flow of narrowing the pitch is accelerating. Therefore, in a mounting apparatus that mounts electronic components on a substrate, it is required to mount the substrate on the substrate with high accuracy.
Usually, in order to mount an electronic component on a substrate with high accuracy, the electronic component mounting apparatus includes a substrate recognition camera, detects the position of the substrate by imaging the substrate with the substrate recognition camera, Based on the result of position detection, alignment at the time of component mounting is performed. However, the position of the optical system coordinates of the substrate recognition camera is not always at the position indicated on the control data. For example, an error of a moving mechanism such as a ball screw that moves the camera occurs, or a difference in thermal expansion occurs due to a temperature difference at each position in the mounting area, thereby causing a positional shift. For this reason, a device having a function of performing a so-called calibration for obtaining a specific positional deviation amount at each position in a mounting area to be electronic component mounted is known (see, for example, Patent Document 1).
7A and 7B are explanatory diagrams of calibration in the electronic component mounting method proposed in
FIG. 7A is a plan view of an electronic component mounting apparatus having a calibration function. The electronic component mounting apparatus disclosed in
Next, the
FIG. 7B is an explanatory diagram showing the amount of positional deviation between the control data at the measurement point Pi and the recognition by the
According to the method described in
電子部品の高精度実装を実装以降の工程でも維持するためには、例えばダイアタッチフィルム、ダイアタッチペースト、異方性導電性接着剤、又は、非導電接着剤などの熱硬化型材料を用いて、基板を加熱しながら実装することにより、十分な接着強度を確保することが必要になる。しかし、基板を加熱する場合、基板を固定する吸着ステージ内の温度分布が不均一なため、ステージ及びステージ近傍の機構部品には、それぞれ不均一な熱膨張が生じる。また、吸着ステージの吸着溝のレイアウトにより、吸着溝近傍の基板は収縮し、吸着溝が無い部分の基板は膨張する、といったように、基板の変形量が不均一になる。特に、大型の基板を用いて高温に加熱する場合、これらの傾向は顕著に見られる。
そのために、常温で特許文献1の方法でキャリブレーションを行い、基板の熱膨張係数に実装時の温度差を掛けて求めた熱膨張量を加味して位置補正し、加熱しながら実装した場合でも、常温に冷却すると、所定の実装位置からの位置ずれ量が大きくなる問題があった。また、ステージを加熱しながら特許文献1の方法でキャリブレーションを行うと、カメラ又はステージを駆動するボールねじの軸方向の隙間が熱膨張で不均一になるために、カメラ又はステージの停止位置が安定せず、各計測点の位置誤差が大きくなる問題があった。さらに、測定の精度を上げるためには、X駆動軸106及びY駆動軸107のそれぞれの動作速度を遅くし、それぞれの駆動軸の振動が収まった状態で測定しなければならず、基板全体のキャリブレーションに時間がかかり、生産現場に適用しにくい問題もあった。
さらに、カメラ又はステージの駆動による誤差を無くすために、キャリブレーション基板101の画像が視野全体に入るような1個の高画素及び高解像度のカメラ104を用い、キャリブレーション基板101の画像全体が映る位置にカメラ104を移動させ、画像を撮像して画像から計測点の座標を算出する場合においても、カメラ104の光軸に対しキャリブレーション基板101を完全な垂直方向に配置するのは困難である。カメラ104の光軸に対してキャリブレーション基板101は任意の角度で傾き、その傾きは、ステージの加熱によりさらに大きくなる。しかし、1個のカメラ104でキャリブレーション基板101の画像を常温時及び加熱時にそれぞれ撮像した場合、各計測点Piでの変位がカメラ104の光軸と加熱されたキャリブレーション基板101の傾きとによって生じるのか、あるいはキャリブレーション基板101自体の熱変形によって生じるものかを区別することができない。そのため、画像における各計測点Piの変位に基づき常温時と加熱時との差分で位置補正した場合、各計測点Piでの位置誤差が極めて大きくなる問題がある。
よって、前記したような様々な要因により、基板を加熱しながら電子部品を実装する場合に、位置ずれ誤差が大きくなり、高い精度での実装ができず、かつキャリブレーションを短時間で行うこともできなかった。
本発明は、前記課題を鑑み、基板を加熱しながら電子部品を実装する場合においても、位置ずれ誤差を大きく低減して非常に高い精度で実装でき、かつキャリブレーションを短時間で行うことが可能な電子部品の実装方法及び実装装置を提供することを目的とする。
In order to maintain high-precision mounting of electronic components even after the mounting process, for example, a thermosetting material such as a die attach film, a die attach paste, an anisotropic conductive adhesive, or a non-conductive adhesive is used. It is necessary to ensure sufficient adhesive strength by mounting the substrate while heating. However, when the substrate is heated, the temperature distribution in the suction stage for fixing the substrate is non-uniform, so that non-uniform thermal expansion occurs in the stage and the mechanical components near the stage. In addition, due to the layout of the suction grooves of the suction stage, the amount of deformation of the substrate becomes non-uniform such that the substrate in the vicinity of the suction groove contracts and the substrate without the suction groove expands. In particular, when a large substrate is used and heated to a high temperature, these tendencies are noticeable.
For this purpose, even if the calibration is performed at room temperature by the method of
Further, in order to eliminate an error caused by driving of the camera or the stage, one high pixel and
Therefore, due to various factors as described above, when mounting an electronic component while heating the substrate, the displacement error becomes large, mounting with high accuracy is impossible, and calibration can be performed in a short time. could not.
In view of the above problems, the present invention can be mounted with very high accuracy by greatly reducing misalignment error and can be calibrated in a short time even when mounting electronic components while heating the substrate. An object of the present invention is to provide a mounting method and a mounting apparatus for electronic components.
前記目的を達成するために、本発明の1つの態様にかかる電子部品の実装方法は、キャリブレーション基板を用いて電子部品の実装位置の補正データを算出し、
前記補正データに基づく前記実装位置に、前記電子部品を実装温度まで加熱された実装基板に実装し、
前記電子部品が実装された前記実装基板を保証温度に加熱又は冷却する実装方法であって、
前記実装位置の補正データは、
前記キャリブレーション基板をステージに吸着し、
複数のカメラによって前記キャリブレーション基板の少なくとも同一の実装位置対応箇所を含む領域の画像を同時に撮像し、
前記複数のカメラで同時に撮像された複数の画像から、前記領域のうちの前記実装位置対応箇所の情報を基に、前記実装位置の補正量を算出することによって取得される。
さらに、本発明の別の態様にかかる電子部品の実装装置は、電子部品を保持して実装基板の実装位置に実装する機能を備えた実装ヘッドと、
前記実装ヘッドに対向するように設けられて前記実装基板及びキャリブレーション基板をそれぞれ吸着可能なステージと、
前記実装ヘッド又は前記ステージを相対的に上下方向と交差する横方向に移動する駆動機構と、
前記ステージに吸着された前記キャリブレーション基板の少なくとも同一の実装位置対応箇所を含む領域の画像が同時に撮像できるように前記ステージに対し同じ高さに配置された、解像度、倍率、及び、焦点距離が同一の複数のカメラと、
を備えた電子部品の実装装置であって、
前記複数のカメラから同時に撮像された複数の画像の前記実装位置対応箇所の情報から、前記実装位置対応箇所に対応する前記電子部品の前記実装位置の補正量を算出する画像処理装置を備えて、
算出された前記実装位置の補正量を基に、前記実装ヘッドで保持した前記電子部品を、前記ステージに吸着された前記実装基板の前記実装位置に実装する。
In order to achieve the above object, an electronic component mounting method according to one aspect of the present invention calculates correction data for a mounting position of an electronic component using a calibration board,
At the mounting position based on the correction data, the electronic component is mounted on a mounting substrate heated to a mounting temperature,
A mounting method for heating or cooling the mounting substrate on which the electronic component is mounted to a guaranteed temperature,
The correction data of the mounting position is
Adsorb the calibration substrate on the stage,
Simultaneously capturing an image of a region including at least the same mounting position corresponding portion of the calibration board by a plurality of cameras,
It is obtained by calculating a correction amount of the mounting position from a plurality of images simultaneously captured by the plurality of cameras, based on information on the mounting position corresponding portion in the region.
Furthermore, an electronic component mounting apparatus according to another aspect of the present invention includes a mounting head having a function of holding an electronic component and mounting it on a mounting position of a mounting substrate;
A stage provided so as to face the mounting head and capable of adsorbing the mounting substrate and the calibration substrate,
A driving mechanism that moves the mounting head or the stage in a lateral direction that intersects the vertical direction relatively;
The resolution, magnification, and focal length arranged at the same height with respect to the stage so that an image of an area including at least the same mounting position corresponding portion of the calibration board adsorbed to the stage can be simultaneously captured. The same cameras,
An electronic component mounting apparatus comprising:
An image processing apparatus that calculates a correction amount of the mounting position of the electronic component corresponding to the mounting position corresponding location from information on the mounting position corresponding location of a plurality of images simultaneously captured from the plurality of cameras;
Based on the calculated correction amount of the mounting position, the electronic component held by the mounting head is mounted on the mounting position of the mounting board attracted to the stage.
本発明の前記態様によれば、基板を加熱しながら実装する場合であっても、毎回実装基板の認識マークを認識することなく、位置ずれ誤差を大きく低減して非常に高い精度で実装でき、かつ短時間で位置補正することが可能になる。 According to the aspect of the present invention, even when the substrate is mounted while being heated, it can be mounted with very high accuracy by greatly reducing the misalignment error without recognizing the recognition mark of the mounting substrate every time. In addition, position correction can be performed in a short time.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態における電子部品の実装装置の構成を示す概略構成図である。図1に示す本発明の電子部品の実装装置は、実装ヘッド3と、ステージ2と、駆動機構8と、カメラ4と、画像処理装置5とを少なくとも備えている。さらに、図1では、実装装置は、電子部品7の供給部31を備えている。
この実装装置では、キャリブレーション基板1を用いて電子部品7の実装位置の補正データを算出し、補正データに基づく実装位置に、電子部品7を実装温度T2まで加熱された実装基板32に実装し、電子部品7が実装された実装基板32を保証温度T1に加熱又は冷却するものである。
実装ヘッド3は、電子部品7の供給部31から電子部品7を保持(例えば吸着)し加熱及び加圧して実装基板32(図6A参照)に実装する機能を備えている。一例として、実装ヘッド3はX方向及びZ方向に移動可能であり、ステージ2はX方向及びY方向に移動可能としている。
ステージ2は、実装ヘッド3に対向可能に設けられて、キャリブレーション基板1及び実装基板32をそれぞれ個別に載置及び吸着可能としている。
ここで、キャリブレーション基板1の表面にはパターンが予め設けられており、パターンを有するキャリブレーション基板1が、ステージ2上に載置されて吸着される。ステージ2には、真空吸着、又は、メカ式固定又は静電吸着のいずれかの方法による基板固定機能が設けられている。パターンは、例えば、めっき、スパッタリング、蒸着、インク、又は、スプレーによって形成され、規則的なパターン又は不規則的なパターンが使用できる。
駆動機構8は、ステージ2の平面の表面に対して表面沿いの方向及び表面と直交する垂直方向に実装ヘッド3をそれぞれ独立して移動させる。一例として、駆動機構8は、実装ヘッド3をX方向及びZ方向に移動可能としているが、これに限られるものではなく、実装ヘッド3をY方向及びZ方向に移動可能としてもよいし、実装ヘッド3をX方向及びY方向及びZ方向に移動可能としてもよい。また、駆動機構8は、実装ヘッド3を駆動する代わりに、ステージ2を表面沿いの方向、言い換えれば、上下方向と交差する横方向に移動させるようにしてもよい。
カメラ4は、第1カメラ4aと第2カメラ4bとで構成する一対の画像撮像装置として機能する。第1カメラ4aと第2カメラ4bは、ステージ2に吸着されたキャリブレーション基板1の少なくとも同一の実装位置対応箇所を含む領域の画像を同時に撮像する。実装装置の第1カメラ4a及び第2カメラ4bは、それぞれ、キャリブレーション基板1全体が同時に撮像できる位置に、キャリブレーション基板1に対して、キャリブレーション基板1の上方で互いに同じ高さでかつステージ表面に対して異なる角度で配置される。ここで、第1カメラ4aと第2カメラ4bには、同一倍率及び同一焦点距離のレンズを用いかつ同一解像度の例えばCCD又はCMOSなどの撮像素子を用いる。一対のカメラ4によって、キャリブレーション基板1のパターンの画像であって、少なくとも同一の実装位置対応箇所を含む領域の画像を同時に一括でそれぞれ撮像する。
画像処理装置5は、カメラ4で撮像された画像の情報から、実装位置対応箇所の位置座標に換算する機能を有している。
画像処理装置5は、一対のカメラ4により同時に撮像された2枚の画像を画像処理して、キャリブレーション基板1上の任意の点(例えば、実装位置対応箇所)GiをX,Y,Z座標に換算して、最終的に、実装位置の補正量を取得する。ここで、キャリブレーション基板1上の任意の点Giに対して、2個の第1カメラ4aと第2カメラ4bとで同時に撮像するため、第1カメラ4a及び第2カメラ4b(の撮像素子)から任意の点(例えば、実装位置対応箇所)Giへ向かう直線とステージ表面との間でなす角度と、第1カメラ4a及び第2カメラ4bの距離(ステージ表面と平行な面での距離)とから、任意の点Giの位置座標を算出できる。ここで、任意の点Giのiは、1以上の整数であり、キャリブレーション基板1の任意の点の総数以下の整数である。
この方法によれば、第1カメラ4aと第2カメラ4bとがキャリブレーション基板1に対して撮像した画像情報を基に、画像処理装置5で高い精度で位置座標を算出することが可能になる。また、撮像のタイミングが、同時ではなく、2つの第1及び第2カメラ4a,4bで時間的にずれると、キャリブレーション基板1の振動又は揺れ又は温度変化などによって、算出された位置のばらつきが大きくなる。これに対して、2つの第1及び第2カメラ4a,4bで同時に撮像することにより、前記ばらつきを無くして、高い精度で位置を算出することが可能になる。
本実施の形態によれば、キャリブレーション基板1に対して第1及び第2カメラ4a,4bを傾けて設置できるようになり、実装装置の限られた空間の中に2つの第1及び第2カメラ4a,4bを配置する自由度が増え、実装装置の設計が容易になるといった効果もある。
本発明の実施の形態における実装方法において使用する実装位置の補正データは、
キャリブレーション基板1をステージ2に吸着し、
複数のカメラ4a,4bによってキャリブレーション基板1の少なくとも同一の実装位置対応箇所Giを含む領域43の画像を同時に撮像し、
複数のカメラ4a,4bで同時に撮像された複数の画像から、領域43のうちの実装位置対応箇所Giの情報を基に、実装位置の補正量を算出するものである。以下、詳細に説明する。
図2は、本発明の実施の形態における実装位置の補正量の算出方法を示す説明図である。実装温度T2よりも低い保証温度T1で電子部品7間の距離が一定間隔になるように、実装温度T2で実装位置を補正しながら電子部品7を実装基板32に実装する方法について説明する。以下に、保証温度T1での電子部品7間の間隔が、X方向及びY方向でそれぞれPx及びPyになる場合について述べる。
まず、保証温度T1で第1カメラ4a及び第2カメラ4bによってキャリブレーション基板1全体の画像を同時に撮像した後、画像処理装置5において、第1カメラ4aで撮像されたキャリブレーション基板1の画像を、X方向及びY方向でそれぞれPx及びPyの間隔で格子状に区切る。
次に、画像処理装置5において、第1カメラ4aにおける格子42の全頂点において頂点近傍の領域の画像と同等の画像(例えば、図3A等について後述するように、パターンが互いに類似する領域の画像)を、第2カメラ4bで同時に撮像された画像から例えばパターンマッチングなどの処理により検出し、第2カメラ4bで撮像された画像において、第1カメラ4aで撮像された画像をX方向及びY方向でそれぞれPx及びPyの間隔で区切った格子42の頂点に相当する座標を算出する。格子の全頂点において、第1カメラ4a及び第2カメラ4bで算出された座標を基に、絶対座標を画像処理装置5で算出する。ここで、格子の頂点A1、B1、C1、D1で囲まれた四角形A1B1C1D1の重心位置を点Gi1とする。ここで、一例として、各重心位置は、実装基板32の実装位置に対応する実装位置対応箇所である。
次に、実装温度T2においても、保証温度T1と同様に、キャリブレーション基板1全体の画像を第1カメラ4a及び第2カメラ4bで1枚ずつ同時に撮像した後、画像処理装置5で画像処理を行い、格子の頂点を絶対座標に画像処理装置5で変換する。画像処理装置5において、輝度分布解析などの画像処理手法により、保証温度T1における四角形A1B1C1D1が、実装温度T2において四角形A2B2C2D2へ変形することを捉えた後、四角形A2B2C2D2の重心位置Gi2を算出する。画像処理装置5において、実装温度T2における重心位置Gi2と保証温度T1における重心位置Gi1との差が、実装位置対応箇所の補正量、言い換えれば、実装基板32での実装位置の補正量になる。
このようにして、位置補正量を画像処理装置5で算出することができる。
よって、半導体素子などの電子部品7を、円形又は矩形等の実装基板32に、X方向及びY方向でそれぞれPx及びPyの間隔で格子状に配列されるように、実装温度T2で実装する場合、格子状の四角形の重心位置に、上述の位置補正量を加えた位置を実装位置として実装すればよい。実装後に、実装温度T2から保証温度T1に実装基板32を戻した場合、電子部品7の中心間の距離は、X方向及びY方向でそれぞれPx及びPyで等間隔になる。
この実装方法によれば、実装温度T2でのキャリブレーション基板1の変形量を全実装位置において算出するため、実装基板32に電子部品7を等間隔で実装することが可能になる。
この図2の補正量の算出を、より具体的に、キャリブレーション基板1に適用する例について説明する。図3Aは、本発明の実施の形態におけるキャリブレーション基板1のパターンの例を示す平面図である。キャリブレーション基板1上の四角形A1B1C1D1の1つの頂点A1近傍には、不規則パターンの一例として斑点模様のパターン40が形成されている。
まず、保証温度T1において、第1カメラ4a及び第2カメラ4bによって同時に撮像されて、それぞれ、頂点A1近傍の画像としては、図3B及び図3Cのように観察される。この図3Bにおいて、図3Bの実線の枠41で囲まれた領域43のパターンの重心位置をA1aとして画像処理装置5で算出する。ここで、この枠41で囲まれた領域43とは、実装位置対応箇所の例である重心位置A1aを含む領域である。
次に、図3Cにおいて、図3Bの実線の枠41で囲まれた領域43の斑点模様のパターンと同等の斑点模様のパターンを画像処理装置5でパターンマッチングなどにより検出し、その重心位置をA1bとして画像処理装置5で算出する。これらのパターンは、実装温度T2において、加熱又は吸着固定によりキャリブレーション基板1自体が変形すると、その表面のパターンも、キャリブレーション基板1自体の変形に追従して変形する。
次に、実装温度T2において、第1カメラ4a及び第2カメラ4bによって同時に撮像されて、それぞれ、頂点A1近傍の画像としては、図3D及び図3Eのように観察される。ここで、図3B及び図3Cにて実線の枠41で囲まれた領域43のパターンは、それぞれ、図3D及び図3Eの実線の枠41で囲まれた領域43に移動する。重心位置は、それぞれ、A1a、A1bからA2a、A2bになる。2つの第1及び第2カメラ4a,4bではそれぞれ異なった方向に変位したように見えるが、重心位置A1a、A1b、A2a、A2bの座標と、第1カメラ4a及び第2カメラ4b間の距離と、第1カメラ4a及び第2カメラ4bからキャリブレーション基板1に向けてステージ2の表面との間でなすそれぞれの角度とから、頂点A1、A2の絶対座標を画像処理装置5で算出し、その差分を頂点A1の変位量(ΔX、ΔY)として画像処理装置5で導出するため、高い精度で変位量(位置座標の補正量)を画像処理装置5で算出することができる。頂点A1と同様に、キャリブレーション基板1上の格子の全頂点を画像処理装置5で解析することにより、各頂点の座標の変位量(位置座標の補正量)を画像処理装置5で導出することができる。なお、デジタル画像相関法を画像処理装置5で用いた場合について説明したが、この手法に限られない。一般的な画像解析法を画像処理装置5で用いてもよい。
図4は、本発明の実施の形態における実装位置の補正量の算出方法の流れを示す工程フロー図である。図5は、本発明の実施の形態における実装位置の補正量の算出方法を示すタイミングチャートである。図6Aは、実施の形態における電子部品の実装装置の構成を示す概略構成図である。図1及び図4及び図5及び図6Aに基づき、実装補正量の算出方法を説明する。
まず、ステップS1では、基板収納ユニット(図示せず)に収納されたキャリブレーション基板1を基板収納ユニットから搬送ジグ(図示せず)を用いて取り出し、ステージ2上に載置する。ここで、ステージ2によるキャリブレーション基板1の真空吸着は行わない。キャリブレーション基板1は、例えば、シリコン、ガラス、ステンレス、又は銅から成る。キャリブレーション基板1の外形寸法は、例えば200mm×200mm〜600mm×600mmであり、キャリブレーション基板1の表面には例えば斑点状のパターンが形成されている。
次に、ステップS2では、キャリブレーション基板1の温度が保証温度T1になった時間t11において、第1カメラ4a及び第2カメラ4bを用いてキャリブレーション基板1全体の画像C11A、C11Bを同時に撮像する。ここで、保証温度T1は例えば25℃である。
その後、ステップS3では、ステージ2を少なくとも実装温度T2まで加熱した後、ステージ2の多数の吸着溝2aに連結された真空吸着装置10をONしてキャリブレーション基板1をステージ2に吸着させて、キャリブレーション基板1をステージ2に固定する。
次いで、ステップS4では、キャリブレーション基板温度が実装温度T2になった時間t21において、第1カメラ4a及び第2カメラ4bを用いてキャリブレーション基板1全体の画像C21A、C21Bを同時に撮像する。ステップS2及びステップS4でそれぞれ撮像された画像のデータを画像処理装置5に取り込む。第1カメラ4a及び第2カメラ4bにより同時に撮像されたそれぞれの画像には、少なくとも、同一の実装位置対応箇所を含む領域の画像を含んでおればよい。
その後、ステップS5では、キャリブレーション基板1をステージ2から取り外して基板収納ユニットに収納する。
その後、ステップS3及びステップS4と同様の工程を繰り返す場合には、ステップS8で、ステップS1と同様に、基板収納ユニットに収納されたキャリブレーション基板1を基板収納ユニットから搬送ジグを用いて取り出し、ステージ2上に搭載した後、ステップS3〜ステップS5を行う。例えば、ステップS3及びステップS4を2回行うときには、時間t22、t23において、第1カメラ4a及び第2カメラ4bを用いてキャリブレーション基板1全体の画像C22A、C22B、画像C23A、C23Bをそれぞれ同時に撮像したのち、それらを画像処理装置5に取り込む。ここで、実装温度T2は例えば150℃である。
次に、ステップS6では、画像処理装置5を用い、画像C11AとC11B、画像C21AとC21Bl、画像C22AとC22B、画像C23AとC23Bを格子42の頂点座標に変換した後、上述の重心位置の算出方法に基づき、保証温度T1かつ時間t11における実装位置対応箇所の位置座標(X1Gi,Y1Gi)及び、実装温度T2かつ時間t21、t22、t23における実装位置対応箇所の位置座標(X2Gi1,Y2Gi1)、(X2Gi2,Y2Gi2)、(X2Gi3,Y2Gi3)を画像処理装置5で導出する。さらに、画像処理装置5において、実装位置対応箇所の位置座標(X2Gi1,Y2Gi1)、(X2Gi2,Y2Gi2)、(X2Gi3,Y2Gi3)を平均化して実装温度T2での実装位置対応箇所の位置座標(X2Gi,Y2Gi)とする。
さらに、ステップS7では、実装温度T2における実装位置対応箇所の位置座標(X2Gi,Y2Gi)から、保証温度T1における実装位置対応箇所の位置座標(X1Gi,Y1Gi)を引き、実装位置対応箇所ごとの位置補正量(Δxi,Δyi)を画像処理装置5で算出する。
以上が、画像処理装置5による位置補正量の導出方法である。
なお、前記の実施の形態では、保証温度T1では1回、実装温度T2では3回の事例を示したがこれに限られない。実装温度T2においても1回の場合、短時間で位置補正量を導出することができる。
また、キャリブレーション基板1の吸着、取り外しを繰り返し、画像を取り込む回数を増やすことにより、さらに位置補正精度が向上する効果がある。また、キャリブレーション基板1は、基板収納ユニットを用い、搬送ジグでキャリブレーション基板1を吸着する方法を述べたがこれに限られない。手作業でキャリブレーション基板1をステージ2から取り外し、ステージ2に載置吸着しても同じ効果が得られる。
実装基板32を加熱する場合、実装基板32が反るだけでなく、実装工程において実装基板32をステージ2に吸着する時、吸着位置にばらつきがあるため、載置及び吸着ごとに実装基板32の変形にばらつきがある。キャリブレーション基板1の吸着、取り外しを繰り返し、画像を複数回取り込むことにより、実装位置対応箇所の位置のばらつきを考慮に入れた平均値が算出でき、位置補正精度が一層向上する効果がある。
また、保証温度T1又は実装温度T2の温度が高温の場合、輻射熱によりキャリブレーション基板近傍の空気が加熱され空気の温度ばらつきが生じ、カメラ4で画像を取り込む際に陽炎のように空気がゆらぎ画像が歪む。このような場合、複数回画像を取り込んで平均化してもよい。このように構成すれば、キャリブレーション基板1が高温であっても、高い位置補正精度を確保することができる。
次に、前記位置補正量の導出方法を用いて、電子部品を実装基板32に実装する方法について説明する。実装時に、実装温度T2で各実装位置の設計座標(xi,yi)に、上述の方法で画像処理装置5で求めた位置補正量(Δxi,Δyi)を加えた座標(xi+Δxi,yi+Δyi)の位置に実装することにより、保証温度T1に戻した時に、各実装位置の座標は(xi,yi)になる。
一例として、具体的な実施例に基づいて説明する。外形寸法が直径300mm、厚みが0.7mm、線膨張係数が8ppm/℃[すなわち、μm/℃/m]でありガラスから成る円形の実装基板32に、電子部品7たる半導体素子を実装する場合について説明する。半導体素子は10mm×10mmで厚みが0.3mmであり、設計上の半導体素子間の実装ピッチ間隔は15mmである。それぞれ画素数500万画素の第1カメラ4a及び第2カメラ4bを用いて、キャリブレーション基板1上のパターンの変化を、30℃でステージ2での吸着OFFの状態及び150℃でステージ2での吸着ONの状態でそれぞれ同時に撮像した。画像処理装置5での画像解析により、30℃と150℃とでは最大130〜160μmの位置ズレが発生することがわかった。15mmピッチの実装位置における位置補正量を画像処理により画像処理装置5で求め、位置補正量を加算した位置である実装位置に、加熱又は冷却により150℃に維持した実装基板32へ、図6Aの実装装置で実装を行った。
その後、実装基板32をステージ2から取り外して、電子部品の実装位置の設計値に対する位置ズレ量を、30℃で、測定顕微鏡を用いて測定した。その結果、実装位置200点に対し、実装位置ズレ量が、x、y方向において、共に±3μm以内に収まることを確認した。また、画像は30℃で1枚、150℃で3枚、2つの第1及び第2カメラ4a,4bで同時に撮像したが、1枚当たり10ms以内と短時間で撮像できた。
以上の実施の形態では、カメラ4が2個のカメラ4a、4bで構成される場合について説明したが、これに限られない。3個以上のカメラ4を用いても構わない。例えば、図6Bは、本発明の実施の形態の変形例における電子部品の実装装置の構成を示す概略構成図である。カメラ4がカメラ第1〜第3カメラ4a、4b、4cの3個のカメラで構成される点で図1の実装装置とは異なっている。障害物6は、例えば柱、又は、間仕切りなどから成る。キャリブレーション基板1上の実装位置対応箇所の1つの例である点Giaは、第1カメラ4a及び第2カメラ4bで同時に撮像する。キャリブレーション基板1上の実装位置対応箇所の別の例である点Gibは障害物6によって遮られて第1カメラ4aからは撮像できないが、第2カメラ4bと第3カメラ4cとの位置からは同時に撮像できる。第1カメラ4aと第2カメラ4bとによって撮像できない領域を、第3カメラ4cで補うことによって、キャリブレーション基板1全体の実装位置の補正量を算出することができ、キャリブレーション基板1全体において高精度に実装することが可能になる。特に、図1の実装装置の場合よりも、一層大きな実装基板32に適用できる効果がある。
以上のように、本発明の実施の形態によれば、実装基板32を加熱しながら電子部品7を実装する場合において、実装基板32に認識マークを設けなくても、位置ずれ誤差を大きく低減して非常に高い精度で、かつ、短時間で位置補正(キャリブレーション)して実装基板32に高精度で実装することが可能になる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、不規則パターンとしては、例えば、斑点に限らず、任意の形状、模様、又は図柄などの不規則パターンであってもよい。任意の不規則パターンの場合には、いずれの箇所からでも、実装位置対応箇所を算出することができる利点がある。また、不規則パターンの代わりに、任意の形状、模様、又は図柄などの規則パターンなどとしてもよい。
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of an electronic component mounting apparatus according to an embodiment of the present invention. The electronic component mounting apparatus according to the present invention shown in FIG. 1 includes at least a mounting
In this mounting apparatus calculates the correction data of the mounting position of the
The mounting
The
Here, a pattern is provided in advance on the surface of the
The
The
The
The
According to this method, it is possible to calculate the position coordinates with high accuracy by the
According to the present embodiment, the first and
Mounting position correction data used in the mounting method according to the embodiment of the present invention is:
Adhere the
A plurality of
A plurality of
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a method of calculating the mounting position correction amount according to the embodiment of the present invention. A method for mounting the
First, guaranteed after simultaneously captures an image of the
Next, in the
Next, at the mounting temperature T 2 , as with the guaranteed temperature T 1 , after the images of the
In this way, the position correction amount can be calculated by the
Therefore, the
According to this technique, in order to calculate the deformation amount of the
More specifically, an example in which the calculation of the correction amount in FIG. 2 is applied to the
First, the guarantee temperature T 1, are simultaneously captured by the
Next, in FIG. 3C, a spotted pattern equivalent to the spotted pattern in the
Next, the mounting temperature T 2, are imaged simultaneously by the
FIG. 4 is a process flow diagram showing a flow of a method for calculating the correction amount of the mounting position in the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a timing chart showing a method of calculating the mounting position correction amount in the embodiment of the present invention. FIG. 6A is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of the electronic component mounting apparatus according to the embodiment. A mounting correction amount calculation method will be described with reference to FIGS. 1, 4, 5, and 6 </ b> A.
First, in step S1, the
Next, in step S2, at time t 11 the temperature reached guarantee temperature T 1 of the
Then, in step S3, after heating the
Then, in step S4, the time calibration substrate temperature became mounting temperature T 2 t 21, the
Thereafter, in step S5, the
Thereafter, when the same processes as those in step S3 and step S4 are repeated, in step S8, the
In step S6, using the
Further, in step S7, pull mounting temperature T coordinates of the mounting position corresponding positions in 2 (X 2Gi, Y 2Gi) from the position coordinates (X 1Gi, Y 1Gi) mounting position corresponding location in the guarantee temperature T 1 of a mounting A position correction amount (Δxi, Δyi) for each position corresponding position is calculated by the
The above is the method for deriving the position correction amount by the
In the embodiment described above, once the guarantee temperature T 1, although the mounting temperature T 2 in three cases not limited thereto. For once even at mounting temperature T 2, it is possible to derive the position correction amount in a short time.
Further, by repeating the suction and removal of the
When the mounting
In addition, when the guaranteed temperature T 1 or the mounting temperature T 2 is high, air near the calibration board is heated by radiant heat, resulting in air temperature variations, and when the
Next, a method for mounting an electronic component on the mounting
As an example, a description will be given based on a specific embodiment. When a semiconductor element as an
Thereafter, the mounting
In the above embodiment, the case where the
As described above, according to the embodiment of the present invention, when mounting the
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can implement in another various aspect. For example, the irregular pattern is not limited to spots, and may be an irregular pattern such as an arbitrary shape, pattern, or pattern. In the case of an arbitrary irregular pattern, there is an advantage that a mounting position corresponding location can be calculated from any location. Moreover, it is good also as regular patterns, such as arbitrary shapes, patterns, or designs, instead of an irregular pattern.
In addition, it can be made to show the effect which each has by combining arbitrary embodiment or modification of the said various embodiment or modification suitably. In addition, combinations of the embodiments, combinations of the examples, or combinations of the embodiments and examples are possible, and combinations of features in different embodiments or examples are also possible.
本発明の前記態様に係る電子部品の実装方法及び実装装置は、基板を加熱しながら電子部品を非常に高い精度で実装でき、かつキャリブレーションを短時間で行うことができる効果を有し、高速大容量メモリ、アプリケーションプロセッサ、CPU、又は、高周波通信モジュールなどの半導体素子の実装方法及び実装装置において特に有用である。 The electronic component mounting method and mounting apparatus according to the above aspect of the present invention have the effect that the electronic component can be mounted with very high accuracy while heating the substrate, and calibration can be performed in a short time. This is particularly useful in a mounting method and mounting apparatus for a semiconductor element such as a large-capacity memory, an application processor, a CPU, or a high-frequency communication module.
1、101 キャリブレーション基板
2 ステージ
2a 吸着溝
3、103 実装ヘッド
4、4a、4b、4c、104 カメラ
5 画像処理装置
6 障害物
7 電子部品
8 駆動機構
10 真空吸着装置
31 電子部品の供給部
32 実装基板
40 斑点パターン
41 枠
42 格子
43 領域
102 基板搬送部
105 部品供給部
106 X駆動軸
107 Y駆動軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101
Claims (3)
前記補正データに基づく前記実装位置に、前記電子部品を実装温度まで加熱された実装基板に実装し、
前記電子部品が実装された前記実装基板を保証温度に加熱又は冷却する実装方法であって、
前記実装位置の補正データは、
前記キャリブレーション基板をステージに吸着し、
複数のカメラによって前記キャリブレーション基板の少なくとも同一の実装位置対応箇所を含む領域の画像を同時に撮像し、
前記複数のカメラで同時に撮像された複数の画像から、前記領域のうちの前記実装位置対応箇所の情報を基に、前記実装位置の補正量を算出することによって取得される、電子部品の実装方法。 Calculate the correction data for the mounting position of the electronic component using the calibration board,
At the mounting position based on the correction data, the electronic component is mounted on a mounting substrate heated to a mounting temperature,
A mounting method for heating or cooling the mounting substrate on which the electronic component is mounted to a guaranteed temperature,
The correction data of the mounting position is
Adsorb the calibration substrate on the stage,
Simultaneously capturing an image of a region including at least the same mounting position corresponding portion of the calibration board by a plurality of cameras,
Electronic component mounting method obtained by calculating a correction amount of the mounting position from a plurality of images simultaneously captured by the plurality of cameras based on information on the mounting position corresponding portion in the region .
前記実装ヘッドに対向するように設けられて前記実装基板及びキャリブレーション基板をそれぞれ吸着可能なステージと、
前記実装ヘッド又は前記ステージを相対的に上下方向と交差する横方向に移動する駆動機構と、
前記ステージに吸着された前記キャリブレーション基板の少なくとも同一の実装位置対応箇所を含む領域の画像が同時に撮像できるように前記ステージに対し同じ高さに配置された、解像度、倍率、及び、焦点距離が同一の複数のカメラと、
を備えた電子部品の実装装置であって、
前記複数のカメラから同時に撮像された複数の画像の前記実装位置対応箇所の情報から、前記実装位置対応箇所に対応する前記電子部品の前記実装位置の補正量を算出する画像処理装置を備えて、
算出された前記実装位置の補正量を基に、前記実装ヘッドで保持した前記電子部品を、前記ステージに吸着された前記実装基板の前記実装位置に実装する電子部品の実装装置。 A mounting head having the function of holding electronic components and mounting them on the mounting position of the mounting board;
A stage provided so as to face the mounting head and capable of adsorbing the mounting substrate and the calibration substrate,
A driving mechanism that moves the mounting head or the stage in a lateral direction that intersects the vertical direction relatively;
The resolution, magnification, and focal length arranged at the same height with respect to the stage so that an image of an area including at least the same mounting position corresponding portion of the calibration board adsorbed to the stage can be simultaneously captured. The same cameras,
An electronic component mounting apparatus comprising:
An image processing apparatus that calculates a correction amount of the mounting position of the electronic component corresponding to the mounting position corresponding location from information on the mounting position corresponding location of a plurality of images simultaneously captured from the plurality of cameras;
An electronic component mounting apparatus that mounts the electronic component held by the mounting head on the mounting position of the mounting substrate attracted to the stage based on the calculated correction amount of the mounting position.
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