JP2019102771A - 電子部品実装装置及び電子部品実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短いタクトタイムで高精度にチップ部品の位置と基板の位置との位置合わせを行うことが可能な電子部品実装装置及び電子部品実装方法を提供すること。【解決手段】透明材料で形成されチップ部品１３を吸着保持するコレット２８を有し、コレット２８に対してチップ部品１３の反対側に配置されチップ部品１３の画像を投影する第１ミラー３５と、チップ部品１３を認識するチップ部品認識カメラ３４とを有し、基板１１とコレット２８の間に配置され基板１１の画像を投影する第２ミラー３８と、基板１１を認識する基板認識カメラ３７とを有する。第１ミラー３５と第２ミラー３７は、一体でチップ部品１３及び基板１１の認識動作位置Ａ，Ｂに移動し、チップ部品１３及び基板１１の各位置を認識し、この認識情報に基づきチップ部品１３と基板１１の位置ずれを補正する電子部品実装装置１及び電子部品実装方法。【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品実装装置及び電子部品実装方法に関する。

半導体チップのような電子部品（チップ部品という）を基板上に実装する場合、チップ部品と基板とを高精度に位置合わせをした後に両者を接合する。このような位置合わせは、チップ部品に設けられているチップ部品認識マークと、基板に設けられている基板認識マークとをカメラなどによって認識し、両者の認識マークの相対位置関係を所定の精度に管理するようにして行われることが一般的である。チップ部品を基板に実装する装置は、電子部品実装装置、ダイボンダ又はボンディング装置と呼称される。

チップ部品と基板との位置合わせの手段としては、チップ部品のピックアップポジションにおいてチップ部品の位置を認識する確認用カメラと、ボンディングポジションにおいてチップ部品と基板の位置を認識する認識用カメラとを備える電子部品実装装置がある。この電子部品実装装置は、チップ部品がピックアップポジションからボンディングポジションに移動する際に、確認用カメラがチップ部品と共に移動しチップ部品と基板の位置とを認識することが可能であるとしている（例えば、特許文献１参照）。

また、チップ部品と基板との位置合わせをする手段として、チップ部品の２か所に設けられたチップ部品認識マークと、基板の２か所に設けられた基板認識マークとを第１ミラーに映し込み、一対の第２ミラーを介して第２ミラー各々に対応するＣＣＤカメラに投影し、チップ部品と基板との位置の差異を認識し、基板を保持する可動テーブル及びチップ部品を吸着したヘッドを保持する可動台を駆動してチップ部品と基板との位置を補正するというものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８−１２４３８２号公報 国際公開第２００６／１２９５４７号

しかしながら、特許文献１に記載の電子部品実装装置においては、チップ部品の位置を確認用カメラで認識し基板認識カメラの位置までチップ部品を移動し、認識用カメラでチップ部品及び基板を認識することから、チップ部品移動に時間を要しタクトタイムが長くなるという課題がある。また、認識用カメラが１台のみの場合には、認識用カメラ及びチップ部品を基板認識動作位置まで移動するため、移動時間をより多く要しタクトタイムが長くなり、さらに、位置認識の基準となる認識用カメラ及びチップ部品をボンディングポジションまで移動するため位置精度が得られにくいという課題がある。

特許文献２に記載の電子部品実装装置においては、チップ部品と基板との位置合わせの際に、チップ部品を可動台でボンディングポジションまで移動し、基板を可動テーブルでボンディングポジションまで移動することから、それぞれの移動による誤差や停止位置誤差が生じ所要の認識精度が得られず、チップ部品と基板との高精度な位置合わせができないという課題がある。

そこで、本発明は、このような課題の少なくとも一つを解決するためになされたもので、短いタクトタイムで高精度にチップ部品と基板との位置合わせを行うことが可能な電子部品実装装置及び電子部品実装方法を提供しようとするものである。

［１］本発明の電子部品実装装置は、基板の所定位置にチップ部品をフェースアップ姿勢でボンディングする電子部品実装装置であって、透明材料で形成され前記チップ部品を吸着保持するコレットを有するボンディングヘッドと、前記コレットに対して吸着保持された前記チップ部品の反対側に配置され前記チップ部品の画像を投影する第１ミラーと、当該第１ミラーが投影した前記チップ部品の画像を認識するチップ部品認識カメラと、前記基板を認識する際に前記基板と前記コレットの間に配置され前記基板の画像を投影する第２ミラーと、当該第２ミラーが投影した前記基板の画像を認識する基板認識カメラと、前記第１ミラーと前記第２ミラーとを一体で前記チップ部品及び前記基板の認識動作位置に移動するカメラ駆動部と、前記チップ部品認識カメラ及び前記基板認識カメラによる前記チップ部品及び前記基板の各位置の認識情報に基づき前記チップ部品と前記基板の位置ずれを補正する制御部と、を有していることを特徴とする。

本発明の電子部品実装装置によれば、第１ミラーと第２ミラーによってチップ部品及び基板の画像に同じ認識動作位置で投影し、それぞれチップ部品認識カメラ及び基板認識カメラによって画像を取込みチップ部品及び基板の位置を認識できることから、チップ部品と基板の位置とをそれぞれ別々に認識する従来技術よりも短いタクトタイムで高精度にチップ部品と基板の位置との位置合わせ行うことが可能な電子部品実装装置を提供することができる。

［２］本発明の電子部品実装装置においては、前記第１ミラーが前記チップ部品の画像を投影する際の光軸と、前記第２ミラーが前記基板の画像を投影する際の光軸とが、前記基板のチップ部品被着面に対して鉛直、かつ同軸上に配置されていることが好ましい。

第１ミラーの光軸と第２ミラーの光軸が一致していることから、チップ部品の画像と基板の画像とを同じ基準で同時に投影することができる。すなわち、チップ部品認識カメラと基板認識カメラで同じ光軸上に投影されたチップ部品と基板の画像を認識可能であり、チップ部品と基板との位置を高精度で認識できることから高精度な位置合わせ（位置補正）が可能となる。

［３］本発明の電子部品実装装置においては、前記認識動作位置は、少なくとも離間した２か所に設けられており、前記カメラ駆動部は、各前記認識動作位置に前記第１ミラーと前記第２ミラーとを移動するカメラＸ軸駆動部とカメラＹ軸駆動部とを有していることが好ましい。

ここで、Ｘ軸及びＹ軸とは、基板がＸ−Ｙ平面で構成される際のＸ方向、Ｙ方向を指す。チップ部品と基板との位置を規定するためには、少なくとも２か所以上の認識動作位置で両者を認識する必要がある。そこで、第１ミラー（チップ部品用カメラユニット）と第２ミラー（基板用カメラユニット）とを同時に各認識動作位置に順次移動すれば、短時間で複数の認識動作位置においてチップ部品と基板の位置とを認識することができる。さらに、第１ミラーと第２ミラーの光軸を一致させていることから、各認識動作位置において高精度にチップ部品と基板の位置を認識でき、高精度な位置合わせが可能となる。

［４］本発明の電子部品実装装置においては、前記ボンディングヘッドは、前記コレットが前記チップ部品を吸着保持する位置から前記チップ部品を前記基板上にボンディングする位置まで移動するヘッドＺ軸駆動部と、前記チップ部品を前記チップ部品被吸着面に対し平行に回転するθ軸駆動部と、を有していることが好ましい。

ここで、Ｚ軸とは、Ｘ−Ｙ平面に対して鉛直な軸を指し、θ軸は特定平面位置におけるＺ軸を指す。θ軸駆動部は、コレットすなわちチップ部品を平面方向に回転する機構であり、ボンディングヘッドは、平面方向（Ｘ方向、Ｙ方向）への移動がないため、平面方向の移動に起因する誤差を抑制できることからチップ部品と基板との高精度な位置合わせが可能となる。

［５］本発明の電子部品実装装置においては、前記基板は基板ステージに吸着保持されており、前記基板ステージは、前記基板をボンディング対象位置へ移動し、前記ボンディング対象位置において前記チップ部品に対する前記基板の位置ずれを補正する基板Ｘ軸駆動部と基板Ｙ軸駆動部とを有していることが好ましい。

このような構成にすれば、基板Ｘ軸駆動部と基板Ｙ軸駆動によってチップ部品に対する基板の位置合わせが可能となることから、基板とチップ部品の両方を移動して基板とチップ部品の位置を決定する従来技術に対して、平面方向の移動精度や移動停止精度の影響が少なく高精度な位置合わせが可能となる。

［６］本発明の電子部品実装方法は、基板の所定位置にチップ部品をフェースアップ姿勢でボンディングする電子部品実装方法であって、前記チップ部品をピックアップしボンディング位置に搬送する工程と、透明材料で形成されたコレットに前記チップ部品を吸着保持する工程と、少なくとも２か所の認識動作位置において、第１の認識動作位置で前記チップ部品及び前記基板の位置を認識する工程と、他の認識動作位置で前記チップ部品及び前記基板の位置を認識する工程と、各前記認識動作位置それぞれの認識情報に基づき前記チップ部品と前記基板の位置ずれを補正する工程と、位置ずれを補正した後、前記チップ部品を前記基板の所定位置にボンディングする工程を含むことを特徴とする。

本発明の電子部品実装方法によれば、チップ部品認識カメラと基板認識カメラによって、チップ部品及び基板の位置を同時に同じ認識動作位置で認識できることから、チップ部品と基板の位置とをそれぞれ別々に認識する従来技術よりも短いタクトタイムで高精度にチップ部品の位置と基板の位置との位置合わせを行い、ボンディングを行うことが可能な電子部品実装方法を提供できる。

［７］本発明の電子部品実装方法においては、前記チップ部品及び前記基板を認識する工程では、同一光軸上で同時に前記チップ部品及び前記基板を認識することが好ましい。

このようにすれば、チップ部品と基板とを同時に同じ位置基準で認識すること可能であり、高精度でチップ部品と基板との位置を認識することが可能となる。

［８］本発明の電子部品実装方法においては、前記チップ部品と前記基板の位置ずれを補正する工程では、前記チップ部品及び前記基板の位置を認識する工程によって得られた位置認識情報に基づき前記チップ部品に対して前記基板の位置を補正する工程と、補正後の前記基板に対する前記チップ部品の平面方向の姿勢を補正する工程と、を含むことが好ましい。

チップ部品と基板とのＸ，Ｙ方向の位置ずれはチップ部品に対して基板側を移動し、基板に対するチップ部品の姿勢はチップ部品を回転して補正するので、位置補正を行う際の移動誤差（又は移動停止位置誤差）を抑えることが可能となる。

実施形態に係る電子部品実装装置１の概略構成を示す平面図である。 図１の図示下方側から見た電子部品実装装置１を示す正面図である。 チップ部品１３を基板１１にボンディングした状態の１例を示す斜視図である。 チップ部品１３と基板１１との位置合わせを模式的に表す説明図である。 実施形態に係る電子部品実装方法に係る主要工程を示す工程フロー図である。

以下、本発明の実施形態に係る電子部品実装装置１及び電子部品実装方法について、図１〜図５を参照しながら説明する。

［電子部品実装装置１の構成］
図１は、実施形態に係る電子部品実装装置１の概略構成を示す平面図であり、図２は、図１の図示下方側から見た電子部品実装装置１を示す正面図である。以降に説明する図は、図１において図示左右方向をＹ方向又はＹ軸とし、図示上下方向をＸ方向又はＸ軸として説明する。又、Ｘ−Ｙ平面に対して鉛直方向をＺ方向又は上下方向と表し説明する。

図１、図２を参照して電子部品実装装置１の構成を説明する。電子部品実装装置１は、ベース架台１０上に基板１１を保持する基板ステージ１２と、チップ部品１３を保持するチップ部品ステージ１４と、基板１１の上方に配置され、チップ部品１３を基板１１にボンディングするボンディングヘッド１５と、チップ部品１３の位置及び基板１１の位置を検出する認識用カメラユニット１６とから構成されている。

基板１１は、例えば、ガラス基板、樹脂基板、フィルム基板並びに金属基板などであって材質は限定されず、多数のチップ部品１３を搭載可能な大判基板であったり、少数のチップ部品を搭載する小版基板であったりしてもよい。基板１１の表面には、チップ部品１３を接合可能な接着層（図示せず）が設けられている。接着層としては、熱硬化性の接着剤を塗布、或いは熱硬化性の接着フィルムを貼着してもよく、接着層の形成範囲としては、基板１１の表面全体としてもチップ部品１３の接合位置のみであってもよく、表面に粘着性を有しチップ部品１３が基板１１上で移動しないものを選択することが好ましい。基板１１とチップ部品１３の接合面に導通性が要求される場合には、接着層としてＡｇペーストを使用してもよく、チップ部品１３と基板１１とを共晶接合技術によって接合してもよい。

チップ部品１３としては、例えば、ＩＣチップ、半導体チップ、光学素子や表面実装部品など種類や大きさに限定されない電子部品であって、能動面が基板１１に対して上方に向くフェースアップ姿勢で基板に接合（ボンディングと記載する）するものを対象としている。チップ部品１３が半導体チップ又はＩＣチップの場合、チップ部品１３は外形が円形のウエハ１７をフルダイシングによって個片化したものである。従って、チップ部品ステージ１４はウエハステージであって、チップ部品１３を１個ずつピックアップしやすくするためにエキスパンダステージを使用する。以降の説明では、チップ部品ステージ１４をウエハステージ１４と記載することがある。

基板ステージ１２は、基板Ｘ軸駆動部１８と基板Ｙ軸駆動部１９によって基板１１をボンディング位置に移動し、さらにチップ部品１３と基板１１との位置合わせ（位置ずれ補正）をするために基板１１をＸ方向及びＹ方向に移動する。

ウエハステージ１４は、不図示のＸ軸駆動部とＹ軸駆動部を有し、ボンディング対象のチップ部品１３の位置をピックアップ可能な位置に移動する。本例においては、図１に示すように、チップ部品１３のピックアップ位置は、ウエハ１７の中心位置としているが、ウエハ１７の移動距離を短縮化できるように規定すればよく、中心位置に限定されない。ウエハステージ１４の上方には、不図示のウエハ認識カメラが配設されていて、ボンディング対象のチップ部品１３を認識し、この認識情報に基づいてピックアップ対象のチップ部品１３をピックアップ位置に移動する。

ボンディングヘッド１５は、ベース架台１０に立てられた横支柱２５に取付けられたヘッドＺ軸駆動部２６と、ヘッド軸駆動部２６によってＺ方向（上下）に移動可能なコレット保持枠２７を有している。コレット保持枠２７は、図２に示すように認識用カメラユニット１６側の側面と上方側及び下方側が開口する枠体であって、下方側の開口部にはガラスなどの透明材料からなるコレット２８が装着されている。コレット２８には、複数の吸引孔（図示せず）が設けられており、吸着孔は真空発生装置（図示せず）に接続されていてチップ部品１３を吸着保持することが可能となっている。

コレット保持枠２７はθ軸駆動部２９に連結され、θ軸３０を中心にコレット保持枠２７を回転させる。すなわち、θ軸駆動部２９は、コレット２８に吸着保持されたチップ部品１３を回転させる。チップ部品１３は、チップ部品の中心（図心）がθ軸３０上になるようにコレット２８に吸着保持される。

認識用カメラユニット１６は、図２に示すように、コレット２８の上方側に配置されるチップ部品用カメラユニット３１と、コレット２８と基板ステージ１２との間に配置される基板用カメラユニット３２とを有している。チップ部品用カメラユニット３１と基板用カメラユニット３２は、支持ブロック３３によって上下方向に隙間を有して一体に固定されている。チップ部品用カメラユニット３１は、チップ部品認識カメラ３４と、チップ部品１３の画像をコレット２８を介して投影する第１ミラー３５と、第１ミラー３５が投影したチップ部品１３の画像をチップ部品認識カメラ３４に入力するレンズ３６とを有して構成される。一方、基板用カメラユニット３２は、基板認識カメラ３７と、基板１１の一部を投影する第２ミラー３８と、第２ミラー３８が投影した基板１１の画像を基板認識カメラ３７に入力するレンズ３６とを有して構成される。第１ミラー３５及び第２ミラー３８としては、本例ではプリズムを使用しているが、ハーフミラーでもよい。

チップ部品用カメラユニット３１及び基板用カメラユニット３２は、それぞれ光源３９と、第３ミラー４０とを有している。チップ部品用カメラユニット３１においては、光源３９から出射された光は、第３ミラー４０、レンズ３６及び第１ミラー３５を通ってチップ部品１３に照射され、チップ部品１３からの反射光がチップ部品認識カメラ３４に入力される。基板用カメラユニット３２においては、光源３９から出射された光は、第３ミラー４０、レンズ３６及び第２ミラー３８を通って基板１１に照射され、基板１１からの反射光が基板認識カメラ３７に入力される。図２に示すように、第１ミラー３５と第２ミラー３８は、第１ミラー３５がチップ部品１３の画像を投影する際の光軸Ｌと、第２ミラー３８が基板１１の画像を投影する際の光軸Ｌとが基板１１のチップ部品被着面１１Ａに対して鉛直、かつ同軸上になるように配置されている。光軸Ｌは、認識用カメラユニット１６が移動しても変らない。図２においては、光軸Ｌとθ軸３０とが同軸上にある場合を例示している。なお、光軸Ｌは、チップ部品認識カメラ３４、第１ミラー３５、チップ部品１３を結ぶ光軸のうち第１ミラー３５とチップ部品１３の間の光軸であり、チップ部品認識カメラ３４、第２ミラー３８、基板１１を結ぶ光軸のうち第２ミラー３８と基板１１の間の光軸である。

認識用カメラユニット１６は、カメラ駆動部としてカメラＹ軸駆動部４１及びカメラＸ軸駆動部４２を有しており、チップ部品用カメラユニット３１及び基板用カメラユニット３２をＹ方向、Ｘ方向に水平移動する。認識用カメラユニット１６は、カメラＹ軸駆動部４１によって第１ミラー３５がチップ部品１３の画像を投影する位置と、退避する位置（ボンディングに影響しない位置）とに第１ミラー３５と第２ミラーとを移動させる。第１ミラー３５と第２ミラー３８の光軸Ｌは常に同軸上にあるので、認識用カメラユニット１６は、チップ部品１３と基板１１の画像を同時に同じ位置基準で取り込むことができる。

図１に示すように、電子部品実装装置１は、ウエハステージ１４と、ウエハステージ１４上の個片化されたチップ部品１３をピックアップするピックアップアーム４５と、ピックアップアーム４５からチップ部品１３を受け取りボンディングヘッド１５まで搬送するチップシャトルアーム４６と、を有している。ウエハステージ１４の上方には、ウエハ認識用カメラ（図示せず）が設置されており、ウエハ認識用カメラの認識情報に基づきチップ部品ステージ１４をＸ方向及びＹ方向に移動し、ピックアップ対象のチップ部品１３をピックアップアーム４５の吸着部下方に移動させる。ピックアップアーム４５は、Ｘ方向及びＺ方向に移動可能であり、ウエハ１７の中から良品、かつ、ボンディング対象位置のチップ部品１３をピックアップする。チップ部品１３は、フェースアップ姿勢で搬送される。

チップシャトルアーム４６は、ピックアップアーム４５の下方に配置されており、Ｘ方向の所定位置（チップ部品ステージ１４とボンディングヘッド１５のほぼ中間位置）でピックアップアーム４５からチップ部品１３をフェースアップ姿勢で受けとり、ボンディングヘッド１５のコレット２８が吸着可能な位置までチップ部品１３を搬送する。ボンディングヘッド１５は、チップ部品１３がコレット２８の直下に来たときにヘッドＺ軸駆動部２６によってコレット２８を降下させてチップ部品１３をフェースアップ姿勢で吸着保持し、所定の高さまでチップ部品１３を上昇させて停止する。その後、チップ部品１３と基板１１との位置ずれの有無を検出し、位置ずれを補正しチップ部品１３を基板１１の所定位置にボンディングする。チップ部品１３を基板１１に実装する電子部品実装装置１の動作及び実装方法については、後述する電子部品実装方法の項で詳しく説明する。

図３は、チップ部品１３を基板１１にボンディングした状態の１例を示す斜視図である。電子部品実装装置１は、主としてFan Out Wafer Level 技術においてチップ部品１３（半導体チップなど）を基板１１にフェースアップ状態でボンディングする装置である。従って、基板１１は四角形のもの、円形のもの、大きさも様々である。図３に示す例では、四角形の基板１１にＸ方向に９個、Ｙ方向に９固のチップ部品１３がボンディングされているが、チップ部品１３の数や配列は、これに限定されない。

チップ部品１３には、対角にチップ部品認識マークＲ１，Ｒ２が設けられ、基板１１には、チップ部品１３と同じ方向の対角に基板認識マークＭ１，Ｍ２が設けられている。チップ部品認識マーク及び基板認識マークは、いわゆるアライメントマークであって、２か所ずつに限らず３か所又は４か所に配置してもよいが、チップ部品１３の一つずつに対応して基板認識マークを設けることとする。

図４は、チップ部品１３と基板１１との位置合わせを模式的に表す説明図であり、図４（ａ）は、位置合わせがなされた状態（位置ずれがない状態）を表し、図４（ｂ）は、位置ずれを認識した状態を表す図である。図４（ａ）に示す例においては、チップ部品１３に設けられたチップ部品認識マークＲ１、Ｒ２を結んだ直線上に基板認識マークＭ１，Ｍ２が配置されている。点線Ａで囲まれた領域が第１認識動作位置Ａであって、点線Ｂで囲まれた領域が第２認識動作位置Ｂである。つまり、第１認識動作位置Ａでチップ部品認識マークＲ１と基板認識マークＭ１を認識用カメラユニット１６で認識し、第２認識動作位置Ｂまで移動してチップ部品認識マークＲ２と基板認識マークＭ２の位置を認識用カメラユニット１６で認識し、位置ずれ（チップ部品１３に対する基板１１のＸ方向、Ｙ方向の位置ずれ及び姿勢）を認識する。

図４に示す例では、チップ部品認識マークＲ１，Ｒ２と基板認識マークＭ１，Ｍ２の形状を各々四角形、円形としているが、形状は四角形や円形に限らず三角形や十文字などにしてもよい。又、チップ部品認識マーク及び基板認識マークの数は、少なくとも２か所あればよく、３か所、４か所というように増やしてもよい。第１ミラー３５及び第２ミラー３８の視野内に第１認識動作位置Ａと第２認識動作位置Ｂが入れば、１度の認識動作にすることも可能である。

図４（ｂ）は、チップ部品１３に対して基板１１の位置ずれがある場合の１例を示す。第１認識動作位置Ａにおいては、基板１１がチップ部品１３に対してＸ方向へＸ１、Ｙ方向へＹ１の位置ずれがある。あるべきＭ１の位置をＭ１−０で示している。第２認識動作位置Ｂにおいては、基板１１はチップ部品１３に対してＸ方向へＸ２、Ｙ方向へＹ２の位置ずれがある。あるべきＭ２の位置をＭ２−０で示している。第１認識動作位置Ａ及び第２認識動作位置Ｂにおいて認識された位置ずれ情報から、チップ部品１３に対する基板１１の位置の補正量を制御部（図示せず）で演算し、Ｘ方向及びＹ方向の位置補正は基板ステージ１２を駆動して行う。第１認識動作位置Ａと第２認識動作位置Ｂにおける位置ずれが異なる場合には、チップ部品１３に対して基板１１が回転している（平面方向に傾いている）ことから、チップ部品１３を回転させて姿勢を補正すれば、チップ部品１３と基板１１との高精度な位置合わせを行うことができる。制御部は、少なくとも認識用カメラユニット１６を制御してチップ部品１３及び基板１１の位置情報を入手し、位置補正をするようにチップ部品１３及び基板１１の位置、姿勢を制御する機能を有する。

以上説明した電子部品実装装置１は、透明材料で形成されチップ部品１３を吸着保持するコレット２８を有するボンディングヘッド１５と、コレット２８に対して吸着保持されたチップ部品１３の反対側に配置されチップ部品１３の画像を投影する第１ミラー３５と、第１ミラー３５が投影したチップ部品１３の画像を認識するチップ部品認識カメラ３４と、基板１１とコレット２８の間に配置され基板１１の画像を投影する第２ミラー３８と、第２ミラー３８が投影した基板１１の画像を認識する基板認識カメラ３７と、第１ミラー３５と第２ミラー３８とを一体でチップ部品１３及び基板１１の認識動作位置に移動するカメラ駆動部であるカメラＹ軸駆動部４１及びカメラＸ軸駆動部４２とを有している。さらに、電子部品実装装置１は、チップ部品認識カメラ３４及び基板認識カメラ３７によるチップ部品１３及び基板１１の各位置の認識情報に基づきチップ部品１３と基板１１の位置ずれを補正する制御部（図示せず）を有している。

電子部品実装装置１は、第１ミラー３５と第２ミラー３８によってチップ部品１３及び基板１１を同時に同じ認識動作位置で投影し、それぞれチップ部品認識カメラ３４及び基板認識カメラ３７によって画像を取込みチップ部品１３及び基板１１の位置を認識できることから、チップ部品１３と基板１１の位置とをそれぞれ別々に認識する従来技術よりも短いタクトタイムで高精度にチップ部品１３の位置と基板１１の位置との位置合わせすることが可能となる。

電子部品実装装置１では、第１ミラー３５がチップ部品１３の画像を投影する際の光軸Ｌと、第２ミラー３８が基板１１の画像を投影する際の光軸Ｌとを、基板１１のチップ部品被着面１１Ａに対して鉛直、かつ同軸上に配置している。このように構成すれば、チップ部品１３と基板１１の画像を同じ基準で同時に投影することができる。すなわち、チップ部品認識カメラ３４と基板認識カメラ３７で同じ光軸上に投影されたチップ部品１３と基板１１の画像を同じ位置基準で認識可能であり、チップ部品１３と基板１１との位置を高精度で認識できることから高精度な位置合わせ（位置補正）が可能となる。

電子部品実装装置１において、前述した認識動作位置は、少なくとも離間した２か所に設けられている。認識動作位置が２か所の本例では、カメラ駆動部であるカメラＸ軸駆動部４２及びカメラＹ軸駆動部４１によっては第１認識動作位置Ａから第２認識動作位置Ｂに第１ミラー３５及び第２ミラー３８を移動する。このように、第１ミラー３５と第２ミラー３８とを同時に第１認識動作位置Ａから第２認識動作位置Ｂに移動すれば、短時間で２か所の認識動作位置においてチップ部品１３と基板１１の位置とを認識することができる。さらに、第１ミラー３５と第２ミラー３８の光軸Ｌを一致させていることから、各認識動作位置において高精度にチップ部品１３と基板１１の位置を認識でき、高精度な位置合わせが可能となる。

電子部品実装装置１において、ボンディングヘッド１５は、コレット２８がチップ部品１３を吸着保持する位置からチップ部品１３を基板１１上にボンディングする位置まで移動するヘッドＺ軸駆動部２６と、チップ部品１３をチップ部品被吸着面１１Ａに対し平行に回転するθ軸駆動部２９と、を有している。ボンディングヘッド１５は、平面方向（Ｘ方向、Ｙ方向）への移動がないため、平面方向の移動に起因する誤差を抑制できることからチップ部品１３と基板１１との高精度な位置合わせが可能となる。チップ部品１３と基板１１との姿勢ずれは、基板ステージ１２を回転させて補正することも可能であるが、チップ部品１３を回転させて補正する方が、回転軌跡が小さいので装置の小型化が可能となる。

基板１１は基板ステージ１２に吸着保持されており、基板ステージ１２は、チップ部品１３のボンディング対象位置への移動、認識動作位置（第１認識動作位置Ａ及び第２認識動作位置Ｂ）への移動及びチップ部品１３に対する基板１１の位置ずれを補正する基板Ｘ軸駆動部１８と基板Ｙ軸駆動部１９とを有している。このようにすれば、基板Ｘ軸駆動部１８と基板Ｙ軸駆動１９によってチップ部品１３に対する基板１１の位置合わせが可能となることから、基板１１とチップ部品１３の両方を移動して基板１１とチップ部品１３の位置を決定する従来技術に対して、平面方向の移動精度や移動停止精度の影響が少なく高精度な位置合わせが可能となる。チップ部品１３をチップシャトルアーム４６に受け渡した後に、チップシャトルアーム４６がチップ部品１３をボンディング位置（つまり、コレット２８による吸着位置）に搬送する間に、ピックアップアーム４５をピックアップ位置に戻るようにする動作させれば、さらにタクトタイムを短縮することが可能となる。

［電子部品実装方法］
図５は、電子部品実装方法に係る主要工程を示す工程フロー図である。図１〜図４を参照し、図５に示す工程フローに沿って説明する。まず、基板１１を基板ステージ１２に供給し、吸着保持する（ステップＳ１）。この際、予めフルダイシングされたウエハ１７をウエハステージ１４の所定位置に供給してあるものとする。基板ステージ１２を移動させて基板１１をボンディング対象位置に移動する（ステップ２）。ボンディング対象位置は、ボンディングヘッド１５のコレット２８の直下とする。次に、ピックアップアーム４５によってウエハ１７からチップ部品１３をピックアップする（ステップＳ３）。ウエハ１７は、ピックアップ対象のチップ部品１３がピックアップアーム４５の可動範囲のピックアップ位置に移動している。

ピックアップアーム４５は、チップシャトルアーム４６の待機位置に移動し、チップシャトルアーム４６にチップ部品１３を受け渡す。チップシャトルアーム４６は、チップ部品１３をボンディング位置に搬送する（ステップＳ４）。すなわち、チップ部品１３をボンディングヘッド１５のコレット２８の吸着位置まで搬送する。コレット２８はチップ部品１３を吸着保持する（ステップＳ５）。チップ部品１３は、中心（図心位置）がコレット２８の回転中心位置（θ軸３０）となるように吸着される。

続いて、認識用カメラユニット１６を駆動し、第１ミラー３５と第２ミラー３８とを第１認識動作位置Ａに移動する（ステップＳ６）。第１認識動作位置Ａにおいて、チップ部品認識カメラ３４でチップ認識マークＲ１を認識し、基板認識カメラ３７で基板認識マークＭ１を認識する（ステップＳ７）。第１ミラー３５と第２ミラー３８の光軸Ｌは同軸上にあるため、チップ部品認識カメラ３４及び基板認識カメラ３７は、チップ部品認識マークＲ１と基板認識マークＭ１とを同一位置基準の画像として取り込むことが可能で、第１認識動作位置Ａにおけるチップ部品１３と基板１１の位置ずれ方向と位置ずれ量を認識する。

次に、認識用カメラユニット１６を駆動し、第１ミラー３５と第２ミラー３８とを第２認識動作位置Ｂに移動する（ステップＳ８）。第２認識動作位置Ｂにおいて、チップ部品認識カメラ３４でチップ認識マークＲ２を認識し、基板認識カメラ３７で基板認識マークＭ２を認識する（ステップＳ９）。第１ミラー３５と第２ミラー３８の光軸Ｌは同軸上にあるため、チップ部品認識カメラ３４及び基板認識カメラ３７は、チップ部品認識マークＲ２と基板認識マークＭ２とを同一位置基準の画像として取り込むことが可能で、第２認識動作位置Ｂにおけるチップ部品１３と基板１１の位置ずれ方向と位置ずれ量を検出する。第２認識動作位置Ｂにおいて認識動作が終了した時点で認識用カメラユニット１６を駆動し、第１ミラー３５及び第２ミラー３８をボンディング動作の妨げにならない位置まで退避させる（ステップＳ１０）。

制御部は、第１認識動作位置Ａ及び第１認識動作位置Ｂの各々で認識した位置ずれ方向と位置ずれ量に基づいて補正量を決定し、基板ステージ１２を駆動することによってチップ部品１３に対する基板１１のＸ方向及びＹ方向の位置ずれを補正し、コレット２８を回転させることによって基板１１に対するチップ部品１３の姿勢のずれを補正する（ステップＳ１１）。位置補正が終了した後、チップ部品１３を基板１１の所定位置に押し付けるようにしてボンディングする（ステップＳ１２）。そして、基板１１の全てのボンディング対象位置にチップ部品１３をボンディングした後、基板１１を除材する（ステップＳ１３）。

以上説明した電子部品実装方法は、チップ部品１３をピックアップしボンディング位置に搬送する工程と、透明材料で形成されたコレット２８にチップ部品１３を吸着保持する工程と、少なくとも２か所の認識動作位置において、第１の認識動作位置Ａでチップ部品１３及び基板１１の位置を認識する工程と、第２認識動作位置Ｂでチップ部品１３及び基板１１の位置を認識する工程と、各認識動作位置それぞれの認識情報に基づきチップ部品１３と基板１１の位置ずれを補正する工程と、位置ずれを補正した後、チップ部品１３を基板１１の所定位置にボンディングする工程を含んでいる。

チップ部品認識カメラ３４と基板認識カメラ３７によって、チップ部品１３と基板１１との位置を同時に同じ認識動作位置で認識できることから、チップ部品１３と基板１１の位置とをそれぞれ別々に認識する従来技術よりも短いタクトタイムで高精度にチップ部品１３の位置と基板１１の位置との位置合わせを行い、ボンディングを行うことが可能となる。このような電子部品実装方法によれば、チップ部品１３の１個ごとのボンディング後の位置精度は標準偏差をσで表したとき、３σの範囲で位置ずれ量が２μｍ以内であり、基板１１にボンディングされたチップ部品１３の全体の位置精度は３σの範囲で３μｍ以内であった。

チップ部品１３（チップ部品認識マークＲ１，Ｒ２）及び基板１１（基板認識マークＭ１，Ｍ２）を認識する工程では、同一光軸Ｌで同時にチップ部品及び前記基板を認識する。このようにすれば、チップ部品１３と基板１１とを同時に同じ位置基準で認識すること可能であり、高精度でチップ部品１３と基板１１との位置を認識することが可能となる。

チップ部品１３と基板１１の位置ずれを補正する工程は、チップ部品１３の位置（チップ部品認識マークＲ１，Ｒ２）及び基板１１の位置（基板認識マークＭ１，Ｍ２）を認識する工程によって得られた位置認識情報に基づきチップ部品１３に対して基板１１の位置を補正する工程と、補正後の基板１１に対するチップ部品１３の平面方向の姿勢を補正する工程と、を含んでいる。チップ部品１３と基板１１とのＸ，Ｙ方向の位置ずれはチップ部品１３を基準にして基板１１を移動し、基板１１に対するチップ部品１３の姿勢は位置ずれ補正後の基板１の位置を基準にしてチップ部品１３を回転して補正するので、位置補正を行う際の移動誤差（又は移動停止位置誤差）を抑えることが可能となる。

１…電子部品実装装置、１１…基板、１２…基板ステージ、１３…チップ部品、１４…チップ部品ステージ（ウエハステージ）、１５…ボンディングヘッド、１６…認識用カメラユニット、１７…ウエハ、１８…基板Ｘ軸駆動部、１９…基板Ｙ軸駆動部、２８…コレット、２９…θ軸駆動部、３１…チップ部品用カメラユニット、３２…基板用カメラユニット、３４…チップ部品認識カメラ、３５…第１ミラー、３７…基板認識カメラ、３８…第２ミラー、４５…ピックアップアーム、４６…チップシャトルアーム、Ａ…第１認識動作位置、Ｂ…第２認識動作位置、Ｌ…光軸、Ｒ１，Ｒ２…チップ部品認識マーク、Ｍ１，Ｍ２…基板認識マーク

Claims (8)

1. 基板の所定位置にチップ部品をフェースアップ姿勢でボンディングする電子部品実装装置であって、
   透明材料で形成され前記チップ部品を吸着保持するコレットを有するボンディングヘッドと、
   前記コレットに対して吸着保持された前記チップ部品の反対側に配置され前記チップ部品の画像を投影する第１ミラーと、当該第１ミラーが投影した前記チップ部品の画像を認識するチップ部品認識カメラと、
   前記基板を認識する際に前記基板と前記コレットの間に配置され前記基板の画像を投影する第２ミラーと、当該第２ミラーが投影した前記基板の画像を認識する基板認識カメラと、
   前記第１ミラーと前記第２ミラーとを一体で前記チップ部品及び前記基板の認識動作位置に移動するカメラ駆動部と、
   前記チップ部品認識カメラ及び前記基板認識カメラによる前記チップ部品及び前記基板の各位置の認識情報に基づき前記チップ部品と前記基板の位置ずれを補正する制御部と、
   を有している、
   ことを特徴とする電子部品実装装置。
2. 請求項１に記載の電子部品実装装置において、
   前記第１ミラーが前記チップ部品の画像を投影する際の光軸と、前記第２ミラーが前記基板の画像を投影する際の光軸とが、前記基板のチップ部品被着面に対して鉛直、かつ同軸上に配置されている、
   ことを特徴とする電子部品実装装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電子部品実装装置において、
   前記認識動作位置は、少なくとも離間した２か所に設けられており、
   前記カメラ駆動部は、各前記認識動作位置に前記第１ミラーと前記第２ミラーとを移動するカメラＸ軸駆動部とカメラＹ軸駆動部とを有している、
   ことを特徴とする電子部品実装装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電子部品実装装置において、
   前記ボンディングヘッドは、前記コレットが前記チップ部品を吸着保持する位置から前記チップ部品を前記基板上にボンディングする位置まで移動するヘッドＺ軸駆動部と、前記チップ部品を前記チップ部品被吸着面に対し平行に回転するθ軸駆動部と、を有している、
   ことを特徴とする電子部品実装装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電子部品実装装置において、
   前記基板は、基板ステージに吸着保持されており、
   前記基板ステージは、前記基板をボンディング対象位置へ移動し、前記ボンディング対象位置において前記チップ部品に対する前記基板の位置ずれを補正する基板Ｘ軸駆動部と基板Ｙ軸駆動部とを有している、
   ことを特徴とする電子部品実装装置。
6. 基板の所定位置にチップ部品をフェースアップ姿勢でボンディングする電子部品実装方法であって、
   前記チップ部品をピックアップしボンディング位置に搬送する工程と、
   透明材料で形成されたコレットに前記チップ部品を吸着保持する工程と、
   少なくとも２か所の認識動作位置において、第１の認識動作位置で前記チップ部品及び前記基板の位置を認識する工程と、他の認識動作位置で前記チップ部品及び前記基板の位置を認識する工程と、
   各前記認識動作位置それぞれの認識情報に基づき前記チップ部品と前記基板との位置ずれを補正する工程と、
   位置ずれを補正した後、前記チップ部品を前記基板の所定位置にボンディングする工程と、
   を含むことを特徴とする電子部品実装方法。
7. 請求項６に記載の電子部品実装方法において、
   前記前記チップ部品及び前記基板を認識する工程では、同一光軸上で同時に前記チップ部品及び前記基板を認識する、
   ことを特徴とする電子部品実装方法。
8. 請求項６又は請求項７のいずれか１項に記載の電子部品実装方法において、
   前記チップ部品と前記基板の位置ずれを補正する工程では、前記チップ部品及び前記基板の位置を認識する工程によって得られた認識情報に基づき前記チップ部品に対して前記基板の位置を補正する工程と、補正後の前記基板に対する前記チップ部品の平面方向の姿勢を補正する工程と、を含む、
   ことを特徴とする電子部品実装方法。

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