JP2023101866A - 位置決め装置およびこれを用いた実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のチップ部品を大型基板に実装するに際して、高精度かつ高速に行うことを可能とするための位置決め装置および実装装置を提供すること。【解決手段】 基板を保持する基板テーブルと、前記基板テーブルと処理手段を相対的に移動させる駆動手段と、前記駆動手段による前記基板テーブルと前記処理手段の少なくとも一方の移動を規制する制動手段を有する処理位置移動機構と、前記駆動手段および前記制動手段に接続された制御部を備え、前記制御部は、前記制動手段により、前記付加処理中に前記基板テーブルと前記処理手段の少なくとも一方の移動を規制することを特徴とする位置決め装置およびこれを用いた実装装置を提供する。【選択図】 図２

Description

本発明は基板の所定位置に付加処理を行う際に、処理手段と基板の相対位置を定める位置決め装置およびこれを用いた実装装置に関する。

配線基板等の基板に複数のチップ部品を実装する実装装置において、基板の大型化が進んでいる。このような基板の大型化に対しては、各実装箇所にボンディングヘッドを移動する方式にすれば基板の移動範囲を狭めることができ、装置の大型化が避けられる。

しかし、図１７に示すようなボンディング装置でボンディングヘッド１４を移動させようとすると、ボンディングヘッド１４を片持ち状態で保持する構成となる。このような片持ち状態のボンディングヘッド１４を用いて基板Ｓにチップ部品Ｃを加圧力Ｆで圧着しようとすると、図１８の状態から図１９に示すようにボンディングヘッド１４に傾きが生じる。この結果、図１９に示すように、ボンディングヘッド１４のチップ部品Ｃを保持する部分が＋Ｙ方向に位置ズレして実装されることがある。

そこで、大型基板対応においても高精度実装が要求される場合においては、図２０のように、門型フレーム３００に（昇降加圧ユニット１３による）ボンディングヘッド１４の加圧軸を固定して、チップ部品と基板の位置合わせを基板ステージ２の移動（位置調整）によって行っている。

特開平０８－２８８３３７号公報

大型基板へのチップ部品の実装において、高精度に加えて高速化が求められている。このため、例えば、図２０に示したような実装装置の構成で基板ステージ２の移動および位置合わせを高速に行なう必要がある。

しかし、大型基板を移動させる基板ステージ２も大型化されているため、高速な位置合わせを行なうことが難しくなっている。

この位置合わせの高速化に関して、本出願人はステージ移動制御工程の後に、基板ステージおよびボンディングヘッドの位置を固定したままで、ボンディングヘッドに備えられているボンディングツール（アタッチメントツール）により精密位置合わせを行なう方式を発明している（特許文献１）。

ところが、昨今要求されている基板サイズの更なる大型化、サブミクロンレベルへの要求精度の向上、タクトタイムの短縮を同時に実現しようとした場合、特許文献１に記した内容だけでは不十分なことがある。

本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであり、複数のチップ部品を大型基板に実装するに際して、高精度かつ高速に行うことを可能とするための位置決め装置および実装装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
基板の所定位置に付加処理を行う際に、前記付加処理を行う処理手段と前記基板との相対位置を定める位置決め装置であって、
前記基板を保持する基板テーブルと、前記基板テーブルと前記処理手段を相対的に移動させる駆動手段と、前記駆動手段による前記基板テーブルと前記処理手段の少なくとも一方の移動を規制する制動手段を有する処理位置移動機構と、前記駆動手段および前記制動手段に接続された制御部を備え、
前記制御部は、前記制動手段により、前記付加処理中に前記基板テーブルと前記処理手段の少なくとも一方の移動を規制することを特徴とする位置決め装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の位置決め装置であって、
前記処理位置移動機構はスライドレールを有し、前記駆動手段による前記基板テーブルと前記処理手段の相対移動は前記スライドレールに沿って行われ、
前記制動手段は前記スライドレールを部分的に把持して移動を規制する位置決め装置である。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の位置決め装置であって、
前記スライドレールに沿って位置検出部を配置する測長手段を更に有し、
前記位置検出部が前記制動手段の近傍に設けられた位置決め装置である。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３の何れかに記載の位置決め装置であって、
前記制御部と接続し、前記制動手段を稼動させた後の時間を計測するタイマーを更に備え、
前記制御部は、前記タイマーの計測時間が所定の値に達した段階で前記付加処理を開始可能と判定する位置決め装置である。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４の何れかに記載の位置決め装置であって、
前記制御部により、前記制動手段を稼動させた後に前記駆動手段の電源をオフにする位置決め装置である。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項４の何れかに記載の位置決め装置であって、
サーボモーターを前記駆動手段として用い、前記制御部は、前記制動手段を稼動させた後に前記サーボモーターの応答性を変化させる位置決め装置である。

請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６の何れかの位置決め装置を用い、
前記付加処理がチップ部品を前記基板上に配置して圧着する実装であって、
前記処理手段が、前記チップ部品を吸着保持するアタッチメントツールと、前記アタッチメントツールを保持するボンディングヘッドと、前記ボンディングヘッドに連結して前記ボンディングヘッドを上下方向に位置制御するとともに加圧力制御が可能な昇降加圧ユニットを備えた実装装置である。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の実装装置であって、
前記基板の基板認識マークと前記チップ部品のチップ認識マークの位置情報を取得する認識機構を更に備え、
前記ボンディングヘッドが、前記チップ部品の面内方向に前記アタッチメントツール位置を微調整可能なツール位置調整手段を有し、
前記位置決め装置で前記ボンディングヘッドに対する前記基板の相対位置を定めてから、
前記ボンディングヘッドを降下して、前記アタッチメントツールに保持された前記チップ部品を前記基板に接近させた状態で、前記認識機構が前記基板認識マークと前記チップ認識マークの位置情報を取得して、前記ツール位置調整手段により前記基板の実装箇所に前記チップ部品の精密位置合わせを行なう実装装置である。

本発明により、実装装置においては、チップ部品と大型基板の位置合わせが高速かつ高精度に行え、大型基板へのチップ部品の実装を、短いタクトタイムで高精度実装に行うことが可能となった。

本発明の実施形態に係る実装装置の概略図である。 本発明の実施形態に係る主要な構成要素について説明する図である。 本発明の実施形態に係る位置決め装置の制動箇所と位置検出部との関係を説明する図である。 本発明の実施形態に係る光学的な構成を説明する、（ａ）正面図であり、（ｂ）側面図である。 本発明の実施形態に係る制御系を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る実装装置がチップ部品を基板に実装する工程を表す図である。 本発明の実施形態に係る実装装置で基板ステージを固定する各種手順を表す図である。 本発明の実施形態に係る実装装置でボンディングヘッドに受け渡された直後にチップ認識マークを撮像手段で認識する状態を説明する図である。 本発明の実施形態に係る実装装置で基板認識マークとチップ認識マークを撮像手段で認識する状態を説明する図である。 本発明の実施形態の変形例に係る光学的な構成を説明する、（ａ）正面図であり、（ｂ）側面図である。 本発明の実施形態の変形例に係る実装装置で基板認識マークとチップ認識マークを異なる撮像手段で認識する状態を説明する図である。 従来の実装装置がチップ部品を基板に実装する際の工程を表す図である。 本発明の実施形態に係る実装装置の変形例で、複数のボンディングヘッドを有する例の概略図である。 本発明をフリップチップ実装に適用した実施形態に係る実装装置の主要な構成要素を示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係る実装装置の概略図である。 本発明の第３実施形態に係る実装装置の概略図である。 従来の実装装置の概略図である。 従来の実装装置で加圧を行う際に装置に加わる反力を説明する図である。 従来の実装装置で加圧を行う際の反力の影響を説明する図である。 高精度実装装置の一例を説明する概略図である。

本発明の実施形態について、図を用いて説明する。図１は本発明の実施形態における位置決め装置を用いた実装装置１の概略図である。

実装装置はチップ部品を配線基板等の基板に複数設けられた実装箇所に順次実装するものであるが、図１の実装装置１は、チップ部品の電極面と基板の電極面が同じ方向の状態で実装するフェイスアップ実装を行う構成となっている。

図１に示す実装装置１は基台２００に基板ステージ２と門型フレーム３００が設けられている。基板ステージ２は基板を保持して基板面内方向に移動させる機能を有している。門型フレーム３００は昇降加圧ユニット３を基板ステージ２の上方で固定しており、昇降加圧ユニット３の上下駆動軸にボンディングヘッド４が連結され実装手段（処理手段）を構成している。また、ボンディングヘッド４にチップ部品Ｃを搬送するチップ搬送手段６、およびチップ部品Ｃと基板の位置合わせの際に夫々の位置情報を取得するための認識機構５が実装装置１を構成している。

図１に示した各構成要素を更に説明するため、門型フレーム３００を図面から省いた構成を図２に示している。以下、図２を用いた説明を行う。

基板ステージ２は、ステージ移動機構２０と吸着テーブル２３によって構成される。吸着テーブル２３は表面上に配置した基板を吸着保持するものであり、吸着テーブル２３は、ステージ移動機構２０により、基板を保持した状態で、基板面の面内方向に移動することが可能である。すなわち、本実施形態において（実装手段を構成する昇降加圧ユニット３が固定されているため）ステージ移動機構２０は、基板に複数設けられた実装箇所を順次ボンディングヘッド４の直下に移動させることができる実装位置移動機構（処理位置移動機構）である。

ステージ移動機構２０は、吸着テーブル２３をＹ方向に直線移動可能なＹ方向ステージ移動手段２２と、Ｙ方向ステージ移動手段２２をＸ方向に直線移動可能で基台２００上に設けられたＸ方向ステージ移動手段２１によって構成されている。 Ｙ方向移動手段２２はスライドレール上に配置した可動部に吸着テーブル２３を搭載しており、可動部は駆動手段であるＹ方向サーボ２２１により移動および位置制御されるが、Ｙ方向クランプ２２２を稼働させることで移動が阻止される。また、Ｘ方向移動手段２１はスライドレール上に配置した可動部にＹ方向移動手段２２を搭載しており、可動部は駆動手段であるＸ方向サーボ２１１により移動および位置制御されるが、Ｘ方向クランプ２１２を稼働させることで締め付け力により移動が阻止される。ここで、Ｘ方向サーボ２１１およびＹ方向サーボ２２１はサーボモーターである。

Ｘ方向クランプ２１２およびＹ方向クランプ２２２はスライドレールを挟持して締め付け力によりスライド方向への移動を阻止する制動手段である。なお、Ｘ方向クランプ２１２、Ｙ方向クランプ２２２は、スライドレール上に複数配置されてもよい。

また、Ｘ方向ステージ移動手段２１、Ｙ方向ステージ移動手段２２ともに移動量を測定する測長手段であるリニアエンコーダをスライドレールに沿って設けてもよいが、位置検出部はＸ方向クランプ２１２、Ｙ方向クランプ２２２の各々少なくとも１つはリニアエンコーダの直近に設けることが望ましい。

この理由を、Ｘ方向移動手段２１を例に、図３を用いて説明する。図３においてＸ方向クランプ２１２がＸ方向スライドレール２１０を締め付けることでＸ方向ステージ移動手段２１を構成するテーブル２１ＴのＸ方向への移動が抑制される。また、リニアエンコーダの位置検出部であるＸ方向スケールヘッド２１３はＸ方向スライドレール２１０に沿った位置でテーブル２１Ｔに固定され、Ｘ方向位置情報を提供する。ここで、Ｘ方向クランプ２１２とＸ方向スケールヘッド２１３が離れた位置にあった場合でも、Ｘ方向クランプ２１２を駆動して図３（ａ）のような状態になれば問題ない。しかし、クランプ時に図３（ｂ）のようにＸ方向クランプ２１２を軸とした変動がテーブル２１Ｔに生じて、Ｘ方向スケールヘッド２１３から提供されるＸ方向の位置情報に偏差が生じることがある。この偏差は僅かなものであるが、この偏差を是正しようとしてＸ方向サーボ２１１が発振することがある。一方、図３（ｃ）のように、Ｘ方向クランプ２１２とＸ方向スケールヘッド２１３が近くにあれば、図３（ｂ）と同様にテーブル２１Ｔが変動しても、図３（ｄ）に示すように、Ｘ方向スケールヘッド２１３から提供されるＸ方向の位置情報偏差を抑制でき、Ｘ方向サーボ２１１の発振を防ぐことができる。

昇降加圧ユニット３は門型フレーム３００に固定されており、上下駆動軸が吸着テーブル２３に対して垂直方向に設けられており、上下駆動軸にボンディングヘッド４を連結している。昇降加圧ユニット３はボンディングヘッド４を上下駆動するとともに、設定に応じた加圧力を印加する機能を有している。また、実装装置１では、昇降加圧ユニット３を２方向から支持するとともに、昇降加圧ユニット３はボンディングヘッド４に直線的に連結しているため、加圧時にボンディングヘッド４への横方向の力は加わり難くなっている。

ボンディングヘッド４は、チップ部品Cを保持して（基板ステージ２の吸着テーブル２３に保持された）基板と平行な状態で圧着するものである。ボンディングヘッド４は、ヘッド本体４０、ヒーター部４１、アタッチメントツール４２およびツール位置制御手段４３を構成要素としている。ヘッド本体４０はツール位置制御手段４３を介して昇降加圧ユニット３と連結しており、下側にヒーター部４１を固定配置している。ヒーター部４１は発熱機能を有し、アタッチメントツール４２を介してチップ部品Cを加熱するものである。また、ヒーター部４１は減圧流路を用いてアタッチメントツール４２を吸着保持する機能を有している。アタッチメントツール４２はチップ部品Cを吸着保持するものであり、チップ部品Cの形状に応じて交換される。ツール位置制御手段４３は、昇降加圧ユニット３の上下駆動軸に対する鉛直面内方向にヘッド本体４０の位置を微調整するものであり、これに応じてアタッチメントツール４２および、アタッチメントツール４２が保持するチップ部品Ｃの（図のＸＹ面内における）位置が調整される。

ツール位置制御手段４３は、Ｘ方向ツール位置制御手段４３１、Ｙ方向ツール位置制御手段４３２、ツール回転制御手段４３３を構成要素としている。図２に示す実施形態では、ツール回転制御手段４３３がヘッド本体４０の回転方向を調整し、Ｙ方向ツール位置制御手段４３２がツール回転制御手段４３３のＹ方向位置を調整し、Ｘ方向ツール位置制御手段４３１がＹ方向位置制御手段のＸ方向位置を調整する構成となっているが、これに限定されるものではなく、ヘッド本体４０（およびこれよ下の構成要素）のＸ方向位置、Ｙ方向位置、回転角の調整ができればよい。ツール位置制御手段４３による最大可動範囲は各方向±１．０ｍｍ程度のものが望ましいが、動作範囲を±１．０ｍｍ以内で使用することを前提に最大可動範囲が±５．０ｍｍ程度のものを用いてもよい。なお、最大可動範囲が大きくなると、可動範囲上限で利用した場合、昇降加圧ユニット３の上下駆動軸に対するヘッド本体４０から下の加圧中心のズレによる弊害が生じやすくなるので注意が必要である。

図４にはヘッド本体４０の周辺を主とした図（図４（ａ）が正面図、図４（ｂ）が側面図）を示すが、本実施形態のフェイスアップ実装において、チップ部品Ｃ電極面の対角位置にチップ認識マークＡＣ（チップ認識第１マークＡＣ１およびチップ認識第２マークＡＣ２）、基板Ｓ電極面のチップ部品実装箇所対角の目安位置に基板認識マークＡＳ（基板認識第１マークＡＳ１および基板認識第２マークＡＳ２）が設けられており、いずれもボンディングヘッド４の方向を向いている。

そこで、実装装置１では、チップ認識マークＡＣを上から（ボンディングヘッド４越しに）観察する構成としており、アタッチメントツール４２を透明部材で形成するか、チップ認識マークＡＣの位置に合わせた貫通孔を設けている。また、ヒーター部４１についてもチップ認識マークＡＣが観察できるように透明部材を用いるか開口部を設ける必要があり、本実施形態では図４のように貫通孔４１Ｈを設けている。ここで、貫通孔４１Ｈは、個々のチップ認識マークの位置に合わせて設けてもよいが、チップ部品Ｃの形状による交換を不要とするため、仕様寸法範囲が全て対応できる孔形状とすることが望ましい。また、ボンディングヘッド４は、チップ認識マークＡＣまたは／および基板認識マークＡＳを観察するため、認識機構５の画像取込部５０が侵入できる空間が必要であり、本実施形態では図４に示すようにヘッド空間４０Ｖを設けている。すなわち、ヘッド本体４０は、ヒーター４１上で連結した側板、両側板を連結する天板にて構成される構造となっている。

認識機構５は、（アタッチメントツール４２およびヒーター部４１を透過して実装ヘッド４越しに）チップ認識マークＡＣまたは／および基板認識マークＡＳに焦点を合わせて撮像し、チップ認識マークＡＣまたは／および基板認識マークＡＳの位置情報を取得するものである。本実施形態において、認識機構５は、画像取込部５０、光路５２、ならびに光路５２に連結する撮像手段５３を構成要素としている。

画像取込部５０は、撮像手段５３が画像を取得する認識対象の上部に配置され、認識対象を視野内に納めるものである。

また、認識機構５は図示していない駆動機構により、ヘッド空間４０Ｖ内で、基板Ｓ（およびチップ部品Ｃ）の面内方向に移動することが可能な構成となっている。更に、焦点位置が調整できるように、基板Ｓの垂直方向（Ｚ方向）の移動も可能であることが望ましい。
実装ヘッド４は昇降加圧ユニット３により基板Ｓと垂直方向に移動するが、この動作は認識機構５の動作と独立して行うことが可能である。このため、実装ヘッド４が垂直方向に移動しても、ヘッド空間４０Ｖに進入した認識機構５が干渉しない寸法にヘッド空間４０Ｖを設計する必要がある。

チップ搬送手段６は、搬送レール６０とチップスライダ６１によって構成されており、図示しないチップ供給部から供給されたチップ部品Ｃをチップスライダ６１が保持してアタッチメントツール４２の直下までスライドして搬送するものである。

ここで、図示しないチップ供給部は、チップスライダ６１上の定まった位置にチップ部品Ｃを配置する。必要に応じて、チップスライダ６１に配置されたチップ部品Ｃは図示しない撮像手段で配置位置を認識してもよい。このように、チップスライダ６１およびチップスライダ６１に配置するチップ部品Ｃの位置を制御することで、アタッチメントツール４２の所定範囲内にチップ部品Ｃを受け渡すことが可能であり、アタッチメントツール４２がチップ部品Ｃを保持した後に、チップ部品Ｃの保持を解除したチップスライダ６１は退避位置に移動する。

実装装置１は図５のブロック図で示すように、基板ステージ２、昇降加圧ユニット３、ボンディングヘッド４、認識機構５、およびチップ搬送手段６と接続する制御部１０を備えている。

制御部１０は、実体的にはＣＰＵと記憶装置を主要な構成要素とし、必要に応じてインターフェイスを各装置と介在させている。また、制御部１０はプログラムを内蔵することにより、取得データを用いた演算を行い、演算結果に応じた出力を行うこともできる。

制御部１０は、基板ステージ２と接続し、Ｘ方向サーボ２１１とＸ方向クランプ２１２の動作制御、Ｙ方向サーボ２２１とＹ方向クランプ２２２の動作制御を行って吸着テーブル２３の面内移動制御を行う。また、制御部１０は、吸着テーブル２３を制御して、基板Ｓの吸着保持および解除の制御を行う。

制御部１０は、昇降加圧ユニット３と接続し、ボンディングヘッド４の上下方向（Ｚ方向）の位置制御を行うとともに、チップ部品Ｃを基板Ｓに圧着する際の加圧力を制御する機能を有している。

制御部１０は実装ヘッド４と接続し、アタッチメントツール４２によるチップ部品Ｃの吸着保持および解除、ヒーター部４１の加熱温度、ヘッド本体４０（およびヒーター部４１、アタッチメントツール４２）のＸＹ面内での位置を制御する機能を有している、
制御部１０は認識機構５と接続し、水平（ＸＹ面内）方向および垂直方向（Ｚ方向）の駆動を制御するとともに、撮像手段５３を制御して画像データを取得する機能を有している。更に制御部１０は画像処理機能を有しており、撮像手段５３が取得した画像からチップ認識マークＡＣまたは／および基板認識マークＡＳの位置を算出する機能を有している。

制御部１０はチップ搬送手段６と接続し、搬送レール６０に沿って移動するチップスライダ６１の位置を制御する機能を有している。

以下、実装装置１がチップ部品Ｃを基板Ｓに実装する工程について、図６から図９を用いて説明する。

図６は、本実施形態における一連の工程を実装装置１の各構成要素の状態と絡めて示したものである。すなわち、一連の工程を、実装準備工程、予備位置合わせ工程、ヘッド降下工程、精密位置合わせ工程、圧着工程、後工程と便宜的に分類しており、各工程における基板ステージ２、ボンディングヘッド４、認識機構５およびチップスライダ６１の状態を示している。

実装準備工程は、ボンディングヘッド４のアタッチメントツール４２がチップ部品Ｃを保持するとともにボンディングヘッド４の直下に基板Ｓの「次にチップ部品Ｃを実装する実装箇所」を配置する工程であるが、これ以降の工程の時間を短縮するため、アタッチメントツール４２に保持されるチップ部品Ｃの位置精度および基板Ｓの「次にチップ部品を実装する実装箇所」の位置精度を高めておくことが望ましい。

このために、図示しないチップ供給部からチップ部品Ｃをチップスライダ６１の所定位置に高精度に配置するとともに、チップ搬送手段６によりチップスライダ６１を高精度に搬送する機構を採用する。このようにして、アタッチメントツール４２が保持するチップ部品Ｃの位置精度を±５０μ以下程度としておくのが望ましい。

一方、基板Ｓの「次にチップ部品を実装する実装箇所」をボンディングヘッド４直下に高精度に配置するためには、吸着テーブル２３の位置を高精度に制御するステージ移動機構２０を採用するとともに、吸着テーブル２３上の基板Ｓの位置および基板Ｓの「チップ部品を実装する実装箇所」のマップを制御部１０が記憶しているのが望ましい。基板Ｓの「チップ部品を実装する実装箇所」のマップは、基板Ｓの配線パターン設計図から入手しても良いが、吸着テーブル２３に対して認識機構５を相対移動させながら、吸着テーブル２３上における基板Ｓの各「チップ部品を実装する実装箇所」を実測した位置情報を用いてもよい。このようにして、基板Ｓの「次にチップ部品を実装する実装箇所」の位置精度を±５０μ以下程度としておくのが望ましい。

実装準備工程において、ボンディングヘッド４の直下に基板Ｓの「次にチップ部品Ｃを実装する実装箇所」を配置するようにステージ移動機構２０を用いて吸着テーブル２３の位置制御を行なっているが、ステージ移動機構２０を構成するＸ方向サーボ２１１およびＹ方向サーボ２２１はサーボモーターであり、稼働状態では常時位置制御を行なっており、吸着テーブル２３は微振動している。この吸着テーブル２３の微振動は最大振幅０．２μｍ程度であるが、他の構成要素に微振動を誘発する影響もあり、実装精度を１μｍ以下が要求されるような状況において、この影響は無視できない。更に、後述するが、予備位置合わせ工程では認識機構５が移動するので、この移動時に生じた振動が吸着テーブル２３の位置制御に及ぼす影響も無視できない。

このため、本実施形態の実装準備工程は、ボンディングヘッド４の直下に基板Ｓの「次にチップ部品Ｃを実装する実装箇所」を配置するよう吸着テーブル２３を移動させた後に、吸着テーブル２３を固定している。すなわち、ステージ移動機構２０がＸ方向クランプ２１２とＹ方向クランプ２２２を稼動することで、吸着テーブル２３のＸ方向およびＹ方向の変位が阻止されて固定される。

ところで、固定に際して、制動手段（Ｘ方向クランプ２１２およびＹ方向クランプ２２２）を稼動するタイミングとサーボモーター（Ｘ方向サーボ２１１およびＹ方向サーボ２２１）の稼働状態によって、吸着テーブル２３の状態が異なることが判った。そこで、制動手段の稼働タイムングとサーボモーターの稼働状態の前後関係を、図７に記した固定手順Ａから固定手順Ｄが夫々どのような特徴を有するかを説明する。まず、固定手順Ａは、サーボモーター（Ｘ方向サーボ２１１およびＹ方向サーボ２２１）が吸着テーブル２３の位置制御を行なっている状態で、制動手段（Ｘ方向クランプ２１２およびＹ方向クランプ２２２）を駆動して、吸着テーブル２３の位置を固定している。すなわち、吸着テーブル２３の絶対移動量をゼロ（必要とする実装精度より小さな値）にする。ここで、基板Ｓの「次にチップ部品Ｃを実装する実装箇所」を配置するよう吸着テーブル２３を移動した状態であっても、Ｘ方向サーボ２１１およびＹ方向サーボ２２１は微小変位に対する位置制御を継続しているため、Ｘ方向クランプ２１２およびＹ方向クランプ２２２を機能させた直後に微振動を生じることがある。また、クランプ動作そのもので微振動を生じることがある。通常、これらの微振動は経時的に収束する傾向があるため、制動手段（Ｘ方向クランプ２１２およびＹ方向クランプ２２２）を駆動してから一定の時間が経過した段階で、吸着テーブル２３の微振動が収束したと判断するようなタイマーを設けることが望ましい。タイマーの設定値は基板ステージ２のサイズや重量、サーボモーターの定格等に応じて設定されるが、０．１秒以上は必要であり、通常は０．２秒から０．４秒の間で選ばれる。

なお、固定手順Ａの手順の場合、サーボモーターのゲイン（応答性）が高いと、位置制御を繰り返し行おうとて発振することがある。そこで、発振状態になるのを避けるべく、図７の固定手順Ｂのように、制動手段を駆動してから、サーボモーター（Ｘ方向サーボ２１１およびＹ方向サーボ２２）の動力電源をオフしてもよい。この固定手順Ｂにおいて、制動手段を駆動した直後に微振動が収束する時間（タイマーで設定）が経過してから、サーボモーターの動力電源をオフすることが望ましい。このようにサーボモーターの動力電源をオフすることにより、基板ステージ２に起因する振動を除去することができる。このため、基板ステージ２の振動がボンディングヘッド４や認識機構５に微振動を誘発することもない。ただし、サーボモーターの動力電源をオフした直後は、姿勢が乱れて他の機械要素（他軸）に微振動を生じることがあるため、この微振動の収束時間に応じたタイマーを設けることが望ましい。このタイマーの設定値は、サーボモーターの動力電源をオフして生じる微振動が収束する時間を実測して設定すればよいが、通常は０．２秒から０．４秒の間で選ばれる。

制動手段を駆動してから吸着テーブル２３が固定されるまでの時間でみると、固定手順Ｂは固定手順Ａより長くなり、タクトタイムという観点で見ると固定手順Ｂは不利である。

そこで、サーボモーターによる発振を防ぎつつ、タクトタイムでも不利とならない手順として見出したのが、図７の固定手順Ｃである。すなわち、通常は吸着テーブル２３を応答性良く素早く移動させるために調整しているサーボパラメータを、制動手段を稼動させる際に、応答性を下げるように変更するものである。ここで、サーボパラメータとしては、位置制御ゲイン、速度制御ゲイン、モデル制御ゲイン、等と言われているものである。固定手順Ｃの手法では、サーボモーターの動力電源をオフしないため、サーボモーターの動力電源オフによって生じる他軸の微振動の収束を待つタイマーは不要である。ただし、サーボモーターが稼働状態であるため、固定手順Ｂに比べて微振動は若干大きくなる。また、固定手順Ｃではサーボモーターの応答性を低下させているが、制動手段を駆動してから応答性を上げた方が微振動の収束時間が短くなることもあるので、用途に応じて制動手段を駆動後の応答性を選定してもよい。

なお、固定手順Ｃでは制動手段（Ｘ方向クランプ２１２およびＹ方向クランプ２２２）を駆動してからサーボモーター（Ｘ方向サーボ２１１およびＹ方向サーボ２２１）の応答性を低下させているが、固定手順Ｄに示すように（ボンディングヘッド４の直下に基板Ｓの「次にチップ部品Ｃを実装する箇所」が配置された段階で）サーボモーターの応答性を下げてから、制動手段を駆動しても固定手順Ｃと大差ない結果を得ている。

他方、固定手順Ｅのように、サーボモーターの動力電源をオフしてから、制動手段を駆動する手順を行なった場合、高精度な位置固定が出来る一方で、極めて大きな位置変動（数十μｍ）が生じることもあった。そこで、大きな位置ズレの原因を調べたところサーボモーター用の電源ケーブルが弾性力を有しているため、動力電源をオフの際に弾力の一部が解放されて変位を生じさせていることが判った。また、サーボモーターの動力電源をオフした段階で、実装装置１の他の構成要素が稼働している場合、その振動の影響を受けることも判った。このため、固定手順Ｅの手順を採用する場合、サーボモーターの動力電源をオフした段階で、基板ステージ２の各部にどのような力が加わるかを考慮しなければならない。

ここまで説明した実装準備工程において、基板Ｓの「次にチップ部品Ｃを実装する箇所」はボンディングヘッド４の直下に高精度に配置されている。このため、次の予備位置合わせ工程は、基板Ｓの「次にチップ部品Ｃを実装する箇所」はボンディングヘッド４直下の所定範囲内に存在しているという前提で、チップ部品Ｃの位置情報のみを認識機構５によって入手する。

予備位置合わせ工程の様子を示したのが図８である。予備位置合わせ工程は、チップ部品Ｃがアタッチメントツール４２に保持された状態で行うものであるが、認識機構５が観察するのはチップ認識マークＡＣのみであるので、図８のようにチップ部品Ｃをアタッチメントツール４２に請け渡したチップスライダ６１が退避する途上であっても、チップ部品Ｃの位置情報を得ることができる。なお、認識機構５によるチップ認識マークＡＣの認識に際して、図８のように、チップ認識第１マークＡＣ１を認識した後にチップ認識第２マークＡＣ２を認識する。このため、画像取込部５０を夫々に合わせるように認識機構５をＸＹ面内で移動させる。

予備位置合わせ工程では、チップ認識第１マークＡＣ１とチップ認識第２マークＡＣ２を認識し、制御部１０がチップ部品Ｃの位置情報を算出する。ここで、「次にチップ部品Ｃを実装する実装箇所」に対するチップ部品Ｃ位置が所定の誤差範囲内であって、チップスライダ６１が退避した状態であったら、次のヘッド下降工程に進む。また、「次にチップ部品Ｃを実装する実装箇所」に対するチップ部品Ｃ位置が所定の誤差範囲を超えていたら、ツール位置制御手段４０を駆動して位置合わせを行なう。なお、チップ部品Ｃ位置の許容誤差範囲としては、後述する精密位置合わせ工程を行なう際に、最悪でもチップ認識第１マークＡＣ１と基板認識第１マークＡＳ１（チップ認識第２マークＡＣ２と基板認識第２マークＡＳ２）が同一視野内に入るようにしておく必要がある。具体的な数値としては±１００μｍ以下で、±５０μｍ以下であることが更に望ましい。

予備位置合わせ工程の後は、図６に示したように、ヘッド降下工程を行なう。ヘッド降下工程は、昇降加圧ユニット３によりボンディングヘッド４を下降させて。基板Ｓにチップ部品Ｃを接触させない範囲で極力接近させるものである。基板Ｓとチップ部品Ｃの距離としてはチップ認識第１マークＡＣ１と基板認識第１マークＡＳ１（およびチップ認識第２マークＡＣ２と基板認識第２マークＡＳ２）の両方が認識機構５の被写界深度に入るようにするのが望ましい。

ヘッド降下工程の後が精密位置合わせ工程となる。精密位置合わせ工程は、図９に示すように、基板認識第１マークＡＳ１とチップ認識第１マークＡＣ１を同一視野内で同時に認識して位置関係を求めるが、精度向上のためには、画像取込部５０を移動させて、基板認識第２マークＡＳ２とチップ認識第２マークＡＣ２の位置関係も求めておくことが望ましい。ここで得られた基板認識第１マークＡＳ１とチップ認識第１マークＡＣ１の位置関係（および基板認識第２マークＡＳ２とチップ認識第２マークＡＣ２の位置関係）から制御部１０は、基板Ｓの実装位置とチップ部品Ｃの位置ズレ量を求めるとともに、位置ズレを修正するようツール位置制御手段４３を駆動して位置合わせを行なう。なお、ツール位置制御手段４３は、ステージ移動機構２０に比べて可動範囲が極めて小さく、サーボモーターも小型であるため位置精度に影響するような振動はない。

以上で精密位置合わせ工程は完了し、圧着工程となる。圧着工程では、昇降加圧ユニット３によりボンディングヘッド４を下降させ、チップ部品Ｃが基板Ｓと密着した段階で所定の圧力により加圧して実装するものであり、ヒーター部４１を加熱することで加熱圧着してもよい。所定時間の加圧後で圧着工程を終了し、後工程となる。後工程ではアタッチメントツール４２によるチップ部品Ｃの吸着を解除してボンディングヘッド４を上昇させる一方で、制動手段（Ｘ方向クランプ２１２およびＹ方向クランプ２２２）による吸着テーブル２３の固定を解除する。なお、制動手段による固定を解除する前に、サーボモーター（Ｘ方向サーボ２１１およびＹ方向サーボ２２１）のサーボパラメータを元に戻す（応答性を元に戻す）。

後工程の後、新たに実装すべきチップ部品Ｃがある場合は、実装準備工程を開始する。

以上が本実施形態における一連の実装工程である。本実施形態では、予備位置合わせ工程以前に、基板Ｓの「次にチップ部品Ｃを実装する箇所」およびチップ部品Ｃが高精度に配置されており、予備位置合わせ工程でツール位置制御手段４３を稼動させることも少なく、タクトタイムも短縮されて生産性に優れた実装装置となる。

ただし、予備位置合わせ工程前の高精度要求を満たすために、実装装置各部を精密加工、精密組立する必要があり、装置コストはアップする。そこで、予備位置あわせ工程前の、基板Ｓの「次にチップ部品Ｃを実装する箇所」およびチップ部品Ｃの精度が数十μｍを超える場合にも対応可能な、本実施形態の変形例である実装装置の構成を図１０に示す。

図１０に示す実装装置は、図４に示した実装装置１と異なり、認識機構５は、画像取込部５０、光学系（共通）５１、光学系５１から光軸を共通として２つに分岐した光路５２ａおよび光路５２ｂ、ならびに光路５２ａに連結する撮像手段５３ａおよび光路５２ｂに連結する撮像手段５３ｂを構成要素としている。

また、「画像取込部５０から光学系５１、光路５２ａに至る経路」と「画像取込部５０から光学系５１、光路５２ｂに至る経路」の光路長が異なるように設けることにより、撮像手段５３ａの焦点位置と撮像手段５３ｂの焦点位置が異なる構成となっている。ここで、光学系（共通）５１は、反射手段５００および反射手段５２０により、光路の方向を変更する機能を有しており、ハーフミラー５１１により光路が分岐される。光学系５２ａおよび光学系５２ｂは光学レンズを有し、高解像度を得るために画像を拡大する機能を有している。

このため、図１１に示すように、予備位置合わせ工程において、基板認識第１マークＡＳ１とチップ認識第１マークＡＣ１（および基板認識第２マークＡＳ２とチップ認識第２マークＡＣ２）を同時に認識して位置関係を求めて、位置合わせを行なうことが出来る。すなわち、基板認識第１マークＡＳ１とチップ認識第１マークＡＣ１（および基板認識第２マークＡＳ２とチップ認識第２マークＡＣ２）を同じ光軸で撮像することが出来れば位置合わせが容易となる。なお、本変形例の予備位置合わせ工程は、チップスライダ６１が退避した状態でないと開始することはできない。また、本変形例における精密位置合わせは、基板認識第１マークＡＳ１とチップ認識第１マークＡＣ１（および基板認識第２マークＡＳ２とチップ認識第２マークＡＣ２）を撮像するのに撮像手段５３ａと撮像手段５３ｂの何れか一方を用いればよい。なお、本変形例の実装装置の動作は、図６の予備位置合わせ工程で、認識機構５がチップ認識マークＡＣに加えて基板認識マークＡＳの認識を行なうこと以外に違いはない。

ところで、図２０に示したような実装装置１００の場合、位置合わせ工程は図１２に示すように基板ステージ２を動作させて行っている。これに対して、本発明の実装装置の動作において、予備位置合わせ工程、精密位置合わせ工程ともに、基板ステージ２（の吸着テーブル２３）を固定した状態で行うことが出来る。

実装ピッチの数倍の間隔で複数のボンディングヘッド５（および対応した昇降加圧ユニット３、認識機構５）を設けることで、１つの吸着テーブル２３に対して、同時に複数のチップ部品Ｃを実装することができる。その一例として、昇降加圧ユニット３Ａとボンディングヘッド４Ａを有するヘッドＡと、昇降加圧ユニット３Ｂとボンディングヘッド４Ｂを有するヘッドＢを備えた例を図１３に示す。同時に複数のチップ部品Ｃを実装することで実装の生産性が向上することに加え、吸着テーブル２３の移動範囲に対して広い領域での実装が可能となる。このため、吸着テーブル２３の可動範囲を狭くでき、大型基板用の実装装置として好適である。

なお、図６に示した一連の工程の分類は便宜的に行ったものであり、これだけに限定されるものではない。例えば、予備位置合わせ工程でチップ認識１マークＡＣのみを認識する場合は、基板ステージ２を用いた「次の実装箇所に基板Ｓを移動」は、実装準備工程中に完了しなくても予備位置合わせ工程中に完了してもよい。

また、ここまで説明した実施形態はフェイスアップ実装を対象としたものであるが、本発明の「吸着テーブル位置を固定して、アタッチメントツールを移動して位置調整する」手順は、チップ部品Ｃの電極面を基板Ｓの電極面に向けて実装するフェイスアップ実装に適合させることも可能である。すなわち、図１４に示すフェイスダウン実装を行う実装装置１００１において、対向状態のチップ認識マークＡＣと基板認識マークＡＳを認識するのに上下２視野カメラを用いることで実施することができる。

ところで、ここまでの説明において、図１９に示したように加圧軸が傾く現象を回避するために、吸着テーブル２３を移動させる装置構成について言及してきたが、このような装置構成だと設置面積が大きくなることを避けられない。このため、大型基板対応において昇降加圧ユニット３（およびボンディングヘッド４）を基板面内方向に移動させる構成に対する要望もある。

そこで、図１５に示すように、吸着テーブル２３の移動はＸ方向ステージ移動手段２１による１方向（X方向）のみとして、昇降加圧ユニット３（および連結されたボンディングヘッド４）を門型フレーム３００のＹ方向に移動させるY方向実装ユニット移動手段３２と組み合わせた構成の位置決め機構としてもよい。

図１５の実装装置１０１において、Ｘ方向ステージ移動手段２１とY方向実装ユニット移動手段３２の組み合わせによって実装位置移動機構が形成されるが、このような構成においてもＸ方向ステージ移動手段２１に制動手段であるＸ方向クランプ２１２を設け、Ｙ方向実装ユニット移動手段３２に制動手段であるＹ方向クランプ３２２を設けることで、第２実施形態として本発明は実現可能である。

また、図１６に示すように、吸着テーブル２３は固定して、昇降加圧ユニット３（および連結されたボンディングヘッド４）をＹ方向に移動させるY方向実装ユニット移動手段３２と、Ｙ方向実装ユニット移動手段３２をレール３１０に沿ってＸ方向に移動させるＸ方向実装ユニット移動手段３１を組み合わせた実装装置１０２でも第３実施形態として本発明は実現可能である。すなわち、Ｘ方向に移動させるＸ方向実装ユニット移動手段３１とＹ方向実装ユニット移動手段３２からなる実装ユニット移動機構を実装位置移動機構として、Ｘ方向実装ユニット移動手段３１に制動手段であるＸ方向クランプ３１２を設け、Y方向実装ユニット移動手段３２に制動手段であるＹ方向クランプ３２２を設ければよい。

以上、チップ部品Ｃを基板Ｓに実装する実装装置について、昇降圧ユニット３とボンディングヘッド４によって構成される実装手段と基板Ｓの位置決めを行なう構成について説明したが、基板の所定位置に付加処理を行なうのは実装に限られない。例えば、印刷、貼り合わせ、インプリント加工等の付加処理において処理手段と基板の位置決めを高精度に行う必要性は高い。そこで、それらの処理についても、本発明の実装装置で実装手段と基板Ｓの位置決めを行なう際に用いた構成の位置決め装置を、処理手段と基板の位置決めに用いればよい。

１ 実装装置
２ 基板ステージ
３ 昇降加圧ユニット
４ ボンディングヘッド
５ 認識機構
６ チップ搬送手段
１０ 制御部
２０ ステージ移動手段
２１ Ｘ方向ステージ移動手段
２２ Ｙ方向ステージ移動手段
２３ 吸着テーブル
３１ X方向実装ユニット移動手段
３２ Y方向実装ユニット移動手段
４０ ヘッド本体
４０Ｖ ヘッド空間
４１ ヒーター部
４２ アタッチメントツール
４３ ツール位置制御手段
５０ 画像取込部
５２、５２ａ、５２ｂ 光路
５３、５３ａ、５３ｂ 撮像手段
６０ 搬送レール
６１ チップスライダ
２００ 基台
２１０ Ｘ方向スライドレール
２１１ Ｘ方向サーボ
２１２ Ｘ方向クランプ
２２１ Ｙ方向サーボ
２２２ Ｙ方向クランプ
３００ 門型フレーム
３１０ レール
３１１ X方向サーボ
３１２ X方向クランプ
３２１ Ｙ方向サーボ
３２２ Ｙ方向クランプ
４３１ Ｘ方向ツール位置制御手段
４３２ Ｙ方向ツール位置制御手段
４３３ ツール回転制御手段
Ｃ チップ部品
Ｓ 基板
ＡＣ１、ＡＣ２ チップ認識マーク
ＡＳ１、ＡＳ２ 基板認識マーク

Claims (8)

1. 基板の所定位置に付加処理を行う際に、前記付加処理を行う処理手段と前記基板との相対位置を定める位置決め装置であって、
   前記基板を保持する基板テーブルと、
   前記基板テーブルと前記処理手段を相対的に移動させる駆動手段と、前記駆動手段による前記基板テーブルと前記処理手段の少なくとも一方の移動を規制する制動手段を有する処理位置移動機構と、
   前記駆動手段および前記制動手段に接続された制御部を備え、
   前記制御部は、前記制動手段により、前記付加処理中に前記基板テーブルと前記処理手段の少なくとも一方の移動を規制することを特徴とする位置決め装置。
2. 請求項１に記載の位置決め装置であって、
   前記処理位置移動機構はスライドレールを有し、前記駆動手段による前記基板テーブルと前記処理手段の相対移動は前記スライドレールに沿って行われ、
   前記制動手段は前記スライドレールを部分的に把持して移動を規制する位置決め装置。
3. 請求項２に記載の位置決め装置であって、
   前記スライドレールに沿って位置検出部を配置する測長手段を更に有し、
   前記位置検出手段が前記制動手段の近傍に設けられた位置決め装置。
4. 請求項１から請求項３の何れかに記載の位置決め装置であって、
   前記制御部と接続し、前記制動手段を稼動させた後の時間を計測するタイマーを更に備え、
   前記制御部は、前記タイマーの計測時間が所定の値に達した段階で前記付加処理を開始可能と判定する位置決め装置。
5. 請求項１から請求項４の何れかに記載の位置決め装置であって、
   前記制御部により、前記制動手段を稼動させた後に前記駆動手段の電源をオフにする位置決め装置。
6. 請求項１から請求項４の何れかに記載の位置決め装置であって、
   サーボモーターを前記駆動手段として用い、
   前記制御部は、前記制動手段を稼動させた後に前記サーボモーターの応答性を変化させる位置決め装置。
7. 請求項１から請求項６の何れかの位置決め装置を用い、
   前記付加処理がチップ部品を前記基板上に配置して圧着する実装であって、
   前記処理手段が、前記チップ部品を吸着保持するアタッチメントツールと、
   前記アタッチメントツールを保持するボンディングヘッドと、
   前記ボンディングヘッドに連結して前記ボンディングヘッドを上下方向に位置制御するとともに加圧力制御が可能な昇降加圧ユニットを備えた実装装置。
8. 請求項７に記載の実装装置であって、
   前記基板の基板認識マークと前記チップ部品のチップ認識マークの位置情報を取得する認識機構を更に備え、
   前記ボンディングヘッドが、前記チップ部品の面内方向に前記アタッチメントツール位置を微調整可能なツール位置調整手段を有し、
   前記位置決め装置で前記ボンディングヘッドに対する前記基板の相対位置を定めてから、
   前記ボンディングヘッドを降下して、前記アタッチメントツールに保持された前記チップ部品を前記基板に接近させた状態で、
   前記認識機構が前記基板認識マークと前記チップ認識マークの位置情報を取得して、
   前記ツール位置調整手段により前記基板の実装箇所に前記チップ部品の精密位置合わせを行なう実装装置。

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