JP3680785B2

JP3680785B2 - 電子部品のボンディング装置およびボンディング方法

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Publication number: JP3680785B2
Application number: JP2001349910A
Authority: JP
Inventors: 智昭中西
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-11-15
Filing date: 2001-11-15
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2021-11-15
Also published as: JP2003152031A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を基板にボンディングする電子部品のボンディング装置およびボンディング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品の小型化・ファインピッチ化に伴い、電子部品を基板にボンディングする位置精度には高精度が求められるようになり、ボンディング時の位置誤差を画像認識によって補正する方法が広く用いられている。この方法は、電子部品の実装に先立って基板または基板と電子部品の双方をカメラで撮像し、得られた画像データに基づいて基板や電子部品の位置を検出し、この結果により実装時の位置補正を行うものである。
【０００３】
ところで、前述の位置補正に際してフリップチップなど下面のバンプ位置を認識する必要がある電子部品では、電子部品を保持するボンディングヘッドと基板とをともに撮像する必要がある。このため、このような電子部品を対象とするボンディング装置では、上下両方向を同時に撮像できるよう、２つのカメラを組み込んだ上下観察光学装置が用いられる。
【０００４】
この上下観察光学装置による撮像に際しては、撮像対象の基板上面に１つのカメラの焦点を合わせるとともに、電子部品の下面に対して他のカメラの焦点を合わせる必要がある。そしてこのような用途に用いられるカメラは一般に焦点距離が固定されていることから、上下観察光学装置をボンディング装置に組み込む際には、この焦点距離に基づいて上下観察光学装置の高さ位置が決定されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ボンディング装置においてボンディング対象となる基板や電子部品の寸法は一定ではなく、品種によって厚み寸法がばらついている。このため、品種切り替えによって基板の厚み寸法が変わる場合には、ボンディングステージを基板の厚みに対応したものに取り替えることによって、また電子部品の厚み寸法が変わる場合には、ボンディングツールの認識高さ、すなわち撮像動作を行うタイミングにおけるボンディングツールの高さ位置の設定を変更することによってカメラの焦点位置を基板や電子部品に合わせるようにしていた。
【０００６】
このため、従来の電子部品のボンディング装置には、基板や電子部品の機種に合わせて多種類のボンディングステージを準備する必要があり、また認識高さの変更などの機種切り換え作業をその都度行わなければならないという問題点があった。
【０００７】
そこで本発明は、機種切り換え性に優れた電子部品のボンディング装置およびボンディング方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電子部品のボンディング装置は、電子部品を被接合物にボンディングする電子部品のボンディング装置であって、前記被接合物を保持するボンディングステージと、下端部に電子部品を保持するツールを備えたボンディングヘッドと、このボンディングヘッドを前記ボンディングステージに下降させてボンディングヘッドに保持されている電子部品を被接合物に押しつけるヘッド昇降機構と、前記ボンディングヘッドと前記ボンディングステージとの間に進入し、ボンディングステージ上の被接合物を観察するステージ側光路とボンディングヘッドに保持されている電子部品を観察するヘッド側光路とを備えた上下観察光学手段と、前記ステージ側光路の焦点を前記ボンディングステージ上の被接合物に合わせるために前記上下観察光学手段の上下方向の位置を調整する焦点位置調整手段と、ボンディングヘッドに保持された電子部品に焦点が合った合焦点の高さである認識高さのうち基準となる認識高さを記憶する記憶装置と、この基準となる認識高さと前記焦点位置調整手段による前記上下観察光学手段の上下方向の位置の変化に基づいて認識高さを計算して前記ヘッド昇降機構を制御することにより、前記上下観察光学手段による電子部品撮像時のボンディングヘッドの高さを変更する認識高さ変更手段とを備えた。
【０００９】
請求項２記載の電子部品のボンディング方法は、ボンディングヘッドのツールに保持された電子部品をボンディングステージに保持された被接合物上に位置させ、前記ボンディングステージ上の被接合物を観察するステージ側光路と前記ボンディングヘッドに保持されている電子部品を観察するヘッド側光路とを備えた上下観察光学手段によって電子部品と被接合物を観察して位置を認識し、この認識結果に基づいて両者を位置合わせしてボンディングするボンディング方法であって、ボンディングに先立って前記上下観察光学手段を前記ボンディングヘッドと前記ボンディングステージとの間に進入させる工程と、前記ステージ側光路の焦点を前記ボンディングステージ上の被接合物に合わせるために前記上下観察光学手段の上下方向の位置を調整する焦点位置調整工程と、前記ヘッド側光路の焦点を前記ボンディングヘッドに保持されている電子部品に合わせるために前記ボンディングヘッドの高さを調整する認識高さ調整工程とを含み、前記焦点位置調整工程は、予め厚み寸法が判明しているツールをボンディングヘッドに装着し、次いで予め厚み寸法が判明している基板をボンディングステージにセットするとともに、予め厚み寸法が判明している電子部品をツールに吸着させ、この後、基板の画像を表示部のモニタに表示させ、表示画像を目視観察しながら焦点位置調整機構をインチング操作することによって焦点が合う高さに上下観察光学装置の高さを合わせてその高さを観察高さとして制御部の記憶装置に記憶させる工程を含み、また前記認識高さ調整工程は、前記焦点位置調整工程と同様にしてボンディングヘッドのツールに保持された電子部品の画像を表示部のモニタに表示させ、表示画像を目視観察しながらヘッド昇降機構をインチング操作することによって、焦点が合う高さにボンディングヘッドの高さを合わせてその高さを認識高さとして制御部の記憶装置に記憶させる工程を含み、前記焦点位置調整工程と認識高さ調整工程とにより厚み寸法が既知の基板、電子部品、ツールを対象とした基準状態における観察高さと、認識高さを求めて基準マシンパラメータとして制御部に登録し、以上のようにして基準状態におけるマシンパラメータが与えられることにより、基板、電子部品、ツールの寸法が変わった場合においては、これらの寸法データを入力することにより、必要なマシンパラメータを計算により自動的に求める。
【００１１】
本発明によれば、ステージ側光路の焦点をボンディングステージ上の被接合物に合わせるために上下観察光学手段の上下方向の位置を調整する焦点位置調整手段と、ボンディングヘッドに保持された電子部品に焦点が合った合焦点の高さである認識高さのうち基準となる認識高さを記憶する記憶装置と、この基準となる認識高さと焦点位置調整手段による上下観察光学手段の上下方向の位置の変化に基づいて認識高さを計算してヘッド昇降機構を制御して上下観察光学手段による電子部品撮像時のボンディングヘッドの高さを変更する認識高さ変更手段とを備えることにより、基板や電子部品やツールの厚み寸法に応じて焦点位置を正しく合わせることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の側面図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の上下観察光学装置の部分斜視図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の上下観察光学装置の焦点位置の説明図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置のヘッド高さの説明図、図５は本発明の一実施の形態のボンディング装置による観察高さ、認識高さのティーチング処理のフローチャート、図６は本発明の一実施の形態のボンディング装置における入力データの説明図、図７，図８，図９，図１０，図１１，図１２，図１３，図１４，図１５，図１６は本発明の一実施の形態のボンディング装置の動作説明図である。
【００１３】
まず図１を参照して電子部品のボンディング装置の構造について説明する。図１において、基板位置決め部１はＸＹテーブル２上に配置されたボンディングステージ３を備えており、ボンディングステージ３上には基板４が保持されている。基板位置決め部１の上方には、ボンディング部５が配設されている。ボンディング部５は、ヘッド昇降機構６によって昇降するボンディングヘッド７を備えており、ボンディングヘッド７の下端部にはボンディングツール８が着脱自在に装着される。ボンディングツール８（以下、単に「ツール８」と略記。）によって電子部品９を保持したボンディングヘッド７がヘッド昇降機構６によって基板位置決め部１に対して下降することにより、電子部品９は被接合物である基板４に対して押しつけられボンディングされる。
【００１４】
ボンディングヘッド７とボンディングステージ３との間の空間には、上下両方向の観察を同時に行うことが可能な上下観察光学装置１０（上下観察光学手段）が配設されている。図２に示すように、上下観察光学装置１０の鏡筒１０ａの先端部には、中央部に配置されたビームスプリッタ１０ｂと両端部に配置された２つの反射鏡１０ｃ，１０ｄを備えている。上方から光路Ｕに沿ってビームスプリッタ１０ｂに入射した光は反射鏡１０ｄの方向に反射され、さらに反射鏡１０ｄによって反射されて側方に配置されたカメラ２０Ｂに入射する。また下方から光路Ｄに沿ってビームスプリッタ１０ｂに入射した光は反射鏡１０ｃの方向に反射され、さらに反射鏡１０ｃによって反射され、同様に側方に配置されたカメラ２０Ａに入射する。
【００１５】
上下観察光学装置１０は進退機構１１によって水平方向に進退可能に配設されており、上下観察光学装置１０がボンディングヘッド７とボンディングステージ３との間に進入することにより、ボンディングステージ３上の基板４を光路Ｄによって、またボンディングヘッド７に保持されている電子部品９を光路Ｕによって同時に観察することができるようになっている。すなわち、上下観察光学装置１０は、ボンディングステージ３上の基板４を観察するステージ側光路（光路Ｄ）と、ボンディングヘッド７に保持されている電子部品９を観察するヘッド側光路（光路Ｕ）とを備えている。
【００１６】
進退機構１１は焦点位置調整機構１２（焦点位置調整手段）によって昇降可能となっており、焦点位置調整機構１２によって上下観察光学装置１０を昇降させることにより、上下観察光学装置１０の上下方向の位置を調整し、上下観察光学装置１０によってステージ側光路の焦点をボンディングステージ３上の基板４に合わせることができるようになっている。
【００１７】
ボンディング部５の側方には、移動テーブル１７が水平移動可能に配設されており、移動テーブル１７には電子部品９を載置して搬送する電子部品搬送部１８と、電子部品９を保持するツール８をストックするツールストック部１９が設けられている。ボンディング動作において、電子部品搬送部１８をボンディングヘッド７の下方に位置させた状態でボンディングヘッド７が下降することにより、ボンディングヘッド７は電子部品搬送部１８から電子部品９をピックアップする。
【００１８】
またツール交換時には、ツールストック部１９をボンディングヘッド７の下方に位置させた状態でボンディングヘッド７が下降することにより、既装着状態のツール８を離脱させてツールストック部１９上に載置し、他のツールストック部１９に載置された別のツール８をボンディングヘッド７に新たに装着するツール交換動作が自動的に行われる。
【００１９】
次にボンディング装置の制御系について説明する。ヘッド昇降機構６は制御部１４によって制御され、ヘッド昇降機構６は制御部１４からの動作指令に基づいて所定の昇降動作を行う。またヘッド昇降機構６は、エンコーダやリニアスケールなどの位置検出手段を備えており、この位置検出手段による位置検出結果は制御部１４に伝達される。
【００２０】
したがって、ヘッド昇降機構６が昇降動作を行う際に、制御部１４が位置検出結果を監視しながらヘッド昇降機構６を制御することにより、ボンディングヘッド７を所定の高さに位置決めすることができるようになっている。なお、位置検出手段として、制御部１４からの指令値の累積値をカウントする手段を用いてもよい。
【００２１】
上下観察光学装置１０のカメラ２０Ａ，２０Ｂによる撮像データは認識部１３に送られ、認識部１３はこれらの撮像データを認識処理することにより、ボンディングヘッド７に保持された電子部品９およびボンディングステージ３上の基板４の位置認識を行う。認識部１３は、この位置認識結果に基づいて進退機構１１の動作を制御するとともに、制御部１４に対して位置認識結果を伝達する。
【００２２】
また焦点位置調整機構１２は制御部１４によって制御され、焦点位置調整機構１２は制御部１４からの昇降指令に基づいて所定の昇降動作を行う。焦点位置調整機構１２はヘッド昇降機構６と同様の位置検出手段を備えており、この位置検出手段による位置検出結果は制御部１４に伝達される。したがって、上下観察光学装置１０が昇降動作を行う際に、制御部１４が位置検出結果を監視しながら焦点位置調整機構１２を制御することにより、上下観察光学装置１０を所定の高さに位置決めすることができるようになっている。
【００２３】
制御部１４は、ＸＹテーブル２の動作を制御する。このとき、上下観察光学装置１０による観察結果に基づいてボンディングステージ３上の基板４を電子部品９に対して相対的に移動させることにより、電子部品９を基板４の所定位置に位置合わせすることができる。さらに制御部１４は、移動テーブル１７の動作を制御する。これにより、電子部品９をボンディングヘッド７に供給する部品供給時や、ツール交換時の動作制御が行われる。
【００２４】
制御部１４には記憶装置が内蔵されており、ボンディング対象の基板や電子部品の厚み寸法などのデータ、ボンディングヘッド７に装着されるツール８の寸法データ、さらに後述する観察高さや認識高さなどのマシンパラメータが記憶されている。そしてこれらのマシンパラメータに基づいて制御部１４が前述の各部を制御することにより、異なる種類の基板４、電子部品９を対象としたボンディング動作が実行される。
【００２５】
制御部１４は、表示部１５および操作・入力部１６と接続されている。操作・入力部１６は、上述の各種データの入力や、動作指令のための操作コマンドの入力を行う。表示部１５は、上記操作入力時の案内画面を表示するほか、上下観察光学装置１０によって撮像された画面を表示する。この表示画面をオペレータが目視で観察することにより、上下観察光学装置１０による撮像時の合焦状態、すなわち上下両方向の光路の観察対象に対して上下観察光学装置１０の焦点位置が適切に合っているか否かを確認することができる。
【００２６】
上記構成において、制御部１４は、焦点位置調整機構１２による上下観察光学装置１０の上下方向の位置の変化を位置検出手段により検出し、この位置の変化に基づいて制御部１４がヘッド昇降機構６を制御してボンディングヘッド７を昇降させることにより、上下観察光学装置１０による電子部品撮像時のボンディングヘッド７の高さを変更することができる。したがって、制御部１４は、焦点位置調整機構１２による上下観察光学装置１０の上下方向の位置の変化に基づいてヘッド昇降機構６を制御することにより、上下観察光学装置１０による電子部品撮像時のボンディングヘッド７の高さを変更する認識高さ変更手段となっている。
【００２７】
次に図３を参照して、上下観察光学装置１０の焦点位置について説明する。図３は、上下観察光学装置１０の下方向の光路Ｄの焦点位置がボンディングステージ３上の基板４の上面に正しく合致しており、かつ上方向の光路Ｕの焦点位置がボンディングヘッド７に保持された電子部品９の下面に合致した状態（合焦状態）を示している。ここでａ，ｂ，ｃは、それぞれツール８、電子部品９、および基板４の厚さ寸法を示している。
【００２８】
図３に示す高さＺ１（０）、Ｚ２（０）は、それぞれヘッド昇降機構６、焦点位置調整機構１２の座標系（Ｚ座標系）における座標原点を示しており、Ｚ２（０）から上下観察光学装置１０の中心線までの高さ距離Ｌは、光路Ｄの焦点が基板４の上面に合った状態における上下観察光学装置１０の高さ、すなわち観察高さＬを示している。
【００２９】
またＺ１（０）からボンディングヘッド７の高さ基準位置（ここではボンディングヘッド７の下端面７ａ）までの高さ距離Ｋは、光路Ｕの焦点が合った状態におけるボンディングヘッド７の高さ、すなわち認識高さＫを示している。これらの観察高さＬ、認識高さＫは、それぞれヘッド昇降機構６、焦点位置調整機構１２のＺ座標系における座標値として与えられ、マシンパラメータとして制御部１４の記憶装置に記憶される。
【００３０】
ここで図４を参照して、ヘッド昇降機構６のＺ座標系におけるマシンパラメータについて説明する。図４において、Ｚ１（０）は座標原点を示しており、Ｚ１（０）からの高さ寸法によって、待機高さＨ、認識高さＫ、部品吸着高さＭ、ツール交換高さＮの４つがマシンパラメータとして定義されている。
【００３１】
待機高さＨはボンディングヘッド７が動作をせずに待機状態にあるときの高さ位置であり、固定値として設定される。認識高さＫは前述のように合焦状態におけるボンディングヘッド７の高さ位置であり、後述するように厚み寸法が既知の基板４、電子部品９、ツール８についての認識高さをティーチングによって求めれば、その他の基板４、電子部品９、ツール８の組み合わせについては、入力されたデータ値によって認識高さＫが自動計算されるようになっている。
【００３２】
部品吸着高さＭは、ボンディングヘッド７を下降させて電子部品搬送部１８上の電子部品９をツール８によって吸着する際の高さ位置であり、厚さ０の仮想部品についての基準吸着高さＭ０を予め求めておくことにより、電子部品の厚み寸法を示すデータ値によって自動計算される。ツール交換高さＮは、ツール交換時にボンディングヘッド７を下降させてツールストック部１９上のツール８を自動装着する際の高さ位置であり、各ツールごとに固定値として入力される。
【００３３】
ここで、観察高さＬ、認識高さＫを求める手順について説明する。ボンディング装置において、上下観察光学装置１０によって基板４や電子部品９の撮像を正しく行うためには、図３に示す状態（合焦状態）をボンディング動作中に反復して再現するためのマシンパラメータを設定する必要がある。上下観察光学装置１０は、上下両方向の光路とも固定された焦点距離を固有値として有しているが、これらの固有値はそのままマシンパラメータとして用いることができない。
【００３４】
このため、合焦状態におけるボンディングヘッド７、上下観察光学装置１０の位置をそれぞれ示す観察高さＬ、認識高さＫを、ヘッド昇降機構６、焦点位置調整機構１２の座標系における座標値として求める必要がある。以下、この座標値を求めるために行われる観察高さＬ、認識高さＫのティーチング処理について図５のフローチャートに沿って説明する。
【００３５】
まず、基準となるツール８をボンディングヘッド７に装着する（ＳＴ１）。次いで、予め厚み寸法が判明している基板４をボンディングステージ３にセットするとともに、予め厚み寸法が判明している電子部品９をツール８に吸着させる（ＳＴ２）。この後、基板４の画像を表示部１５のモニタに表示させ、表示画像を目視観察しながら焦点位置調整機構１２をインチング操作することによって、焦点が合う高さに上下観察光学装置１０の高さを合わせる（ＳＴ３）。そして、（ＳＴ３）にて焦点が合う高さを観察高さＬとして制御部１４の記憶装置に記憶させる（ＳＴ４）。
【００３６】
次いで、同様にして電子部品９の画像を表示部１５のモニタに表示させ、表示画像を目視観察しながらヘッド昇降機構６をインチング操作することによって、焦点が合う高さにボンディングヘッド７の高さを合わせる（ＳＴ５）。そして、（ＳＴ５）にて焦点が合う高さを認識高さＫとして制御部１４の記憶装置に記憶させる（ＳＴ６）。これにより、厚み寸法が既知の基板４、電子部品９、ツール８を対象とした基準状態における観察高さＬ、認識高さＫが求められ、基準マシンパラメータとして登録される。
【００３７】
このようにして、基準状態におけるマシンパラメータ（観察高さＬ、認識高さＫ）が与えられることにより、基板４、電子部品９、ツール８の寸法が変わった場合においても、これらの寸法データを入力することにより、必要なマシンパラメータが計算により自動的に求められる。以下、図６に示す基板４、電子部品９およびツールの組み合わせについて、計算例を説明する。
【００３８】
図６（ａ）は、同一品種の基板４（Ｓ１）に対して、２種類の電子部品９（Ｐ１およびＰ２）を、それぞれ対応したツール８（Ｔ１およびＴ２）を用いて実装する２つの組み合わせを実装対象とする例を示している。実装作業の開始に先立って、まずデータ入力が行われ、この場合には、基板Ｓ１の厚み寸法ｃ１，電子部品Ｐ１，Ｐ２の厚み寸法ｂ１，ｂ２、ツールＴ１，Ｔ２の厚み寸法ａ１，ａ２およびツールＴ１，Ｔ２のツール交換高さＮ１，Ｎ２が入力される。
【００３９】
次いで、上記２つの組み合わせのうちの１つの組み合わせを基準として、図５に示す手順に従って観察高さＬ、認識高さＫのティーチングを行う。これにより、基板Ｓ１に電子部品Ｐ１をツールＴ１を用いて実装する場合の観察高さＬ１、認識高さＫ１が求められる。そしてこのティーチング結果に基づき、同一の基板Ｓ１に電子部品Ｐ２をツールＴ２を用いて実装する場合の認識高さＫ２が、Ｋ２＝Ｋ１＋（ａ１−ａ２）＋（ｂ１−ｂ２）の計算式によって自動計算される。
【００４０】
すなわち、電子部品９とツール８が換わることによる厚み寸法の差分だけ、認識高さＫが変更される。そして実際のボンディング工程においては、ヘッド側光路の焦点をボンディングヘッド７に保持されている電子部品９に合わせるために、変更された認識高さＫに基づいてボンディングヘッド７の高さが調整される。
【００４１】
また、電子部品Ｐ１，Ｐ２を対象とした部品吸着高さＭ１，Ｍ２が、予め記憶されている基準吸着高さＭ０と、入力された厚み寸法ｂ１，ｂ２に基づいて、Ｍ１＝Ｍ０−ｂ１、Ｍ２＝Ｍ０−ｂ２の計算式によって自動計算される。これにより、図３に示す観察高さＬ、認識高さＫ、図４に示す待機高さＨ、部品吸着高さＭ、ツール交換高さＮがすべて与えられる。
【００４２】
次に、図６（ｂ）を参照して、基板４、電子部品９およびツール８の厚み寸法が前述と異なる場合、すなわち、基板Ｓ２に電子部品Ｐ３をツールＴ３を用いて実装する場合におけるマシンパラメータを、上記ティーチング結果を用いて求める方法について説明する。この場合においてもまず、基板Ｓ２の厚み寸法ｃ２、電子部品Ｐ３の厚み寸法ｂ３、ツールＴ３の厚み寸法ａ３およびツールＴ３のツール交換高さＮ３が入力される。
【００４３】
そして、この場合の観察高さＬ２がＬ２＝Ｌ１＋（ｃ１−ｃ２）の計算式によって、また認識高さＫ３が、Ｋ３＝Ｋ１＋（ａ１−ａ２）＋（ｂ１−ｂ２）＋（ｃ１−ｃ２）の計算式によって自動計算される。すなわち、基板４の厚み寸法の差分だけ観察高さＬが変更され、電子部品９とツール８が換わることによる厚み寸法の差分に加えて、基板４の厚み寸法の差分を加えた調整代だけ認識高さＫが変更される。
【００４４】
そして実際のボンディング工程においては、ヘッド側光路の焦点をボンディングヘッド７に保持されている電子部品９に合わせるために、変更された認識高さＫに基づいてボンディングヘッド７の高さが調整される。この場合においては、認識高さ調整は、焦点位置調整による上下観察光学手段の上下方向の位置の変化に基づいて、認識高さ（上下観察光学手段による電子部品撮像時のボンディングヘッドの高さ）が変更される。
【００４５】
この電子部品のボンディング装置は上記のように構成されており、以下ボンディング方法について、図７〜図１６を参照して説明する。まず図７は、基板４が載置されたボンディングステージ３の上方において、ツールＴ１が装着されたボンディングヘッド７が待機高さＨに位置し、電子部品９（Ｐ１）を載置した電子部品搬送部１８が、ボンディングヘッド７の下方に進出した状態を示している。
【００４６】
この後図８に示すように、ボンディングヘッド７は部品吸着高さＭ１まで下降する。これにより、ツールＴ１は電子部品Ｐ１の上面に当接し、電子部品Ｐ１を真空吸着によって保持する。次いで図９に示すように、ツールＴ１に電子部品Ｐ１を吸着保持したボンディングヘッド７が待機高さＨまで上昇して待機する。この動作と並行して、電子部品搬送部１８がボンディングヘッド７の下方から退避するとともに、上下観察光学装置１０がボンディングヘッド７の下方に進出する。
【００４７】
このとき、図１０に示すように、上下観察光学装置１０のＺ座標値が基板４に対応した観察高さＬ１となるように焦点位置調整機構１２が制御され、上下観察光学装置１０のステージ側光路の焦点が基板４の上面に合わされるとともに、ボンディングヘッド７が電子部品Ｐ１に対応した認識高さＫ１まで下降し、上下観察光学装置１０のヘッド側光路の焦点が電子部品Ｐ１の下面に合わされる。そしてこの状態で、上下観察光学装置１０による基板４および電子部品Ｐ１の撮像が行われ、基板４および電子部品Ｐ１の位置が認識される。
【００４８】
次いで、電子部品Ｐ１の基板４へのボンディングが行われる。図１１に示すように、上下観察光学装置１０がボンディングヘッド７の下方から退避したならば、ボンディングヘッド７が下降する。この下降動作において、ボンディングヘッド７はまず第１ボンディング高さＢ１まで高速下降する。そしてこの後、ボンディングヘッド７を小刻みに下降させるサーチ動作を行い、サーチ動作の途中において電子部品Ｐ１が基板４に当接したことが検知されたならば、ボンディング動作を行う。すなわち、ボンディングヘッド７は第２のボンディング高さＢ２まで下降し、電子部品Ｐ１を基板４に対して所定のボンディング荷重で押圧し、この押圧状態を所定時間継続する。これにより、電子部品Ｐ１は基板４にボンディングにより実装される。そして基板４への所定の実装作業が完了したならば、基板４がボンディングステージ３から搬出される。
【００４９】
この後、異なる電子部品Ｐ２を対象としたボンディングを行うための、ツール交換動作が行われる。まず図１２に示すように、ボンディングヘッド７が待機高さＨまで上昇したならば、移動テーブル１７（図１参照）をボンディングヘッド７の下方に移動させる。そして、空のツールストック部１９をボンディングヘッド７の下方に位置させ、次いで図１３に示すように、ツールＴ１が装着されたボンディングヘッド７をツールＴ１に対応したツール交換高さＮ１まで下降させる。これにより、ツールＴ１はツールストック部１９上に着地し、この状態でツールＴ１の保持を解除することにより、ツールＴ１はボンディングヘッド７から離脱してツールストック部１９上に載置される。
【００５０】
この後、図１４に示すようにボンディングヘッド７を一旦待機高さＨまで上昇させ、移動テーブル１７（図１）を右方向へ移動させる。これにより、ツールＴ１が載置されたツールストック部１９がボンディングヘッド７の下方から退去するとともに、新たに装着される交換対象のツールＴ２が載置されたツールストック部１９がボンディングヘッド７の下方に移動する。
【００５１】
そしてこの状態で、図１５に示すようにボンディングヘッド７をツールＴ２に対応したツール交換高さＮ２まで下降させる。これにより、ボンディングヘッド７にはツールＴ２が装着される。この後、図１６に示すようにツール交換を終えたボンディングヘッド７が待機高さＨまで上昇し、ツールストック部１９が左側へ退去して、ツール交換動作を終了する。この後、新たな基板４が搬入されたボンディングステージ３上に載置され、図７〜図１１に示すボンディング動作が、電子部品Ｐ２を対象として反復される。
【００５２】
すなわち、上記ボンディング作業においては、ボンディングに先立ってツール８に保持された電子部品９をボンディングステージ３に保持された基板４の上方に位置させ、基板４と電子部品９とを上下観察光学装置１０によって観察して位置を認識する。この位置認識においては、まず上下観察光学装置１０を前記ボンディングヘッドと前記ボンディングステージとの間に進入させる。
【００５３】
この後焦点あわせが行われる。すなわち上下観察光学装置１０のステージ側光路の焦点を基板４に合わせるために、焦点位置調整機構１２を駆動して、上下観察光学装置１０の上下方向の位置を予め設定された観察高さＬに合わせて焦点位置を調整する（焦点位置調整工程）。
【００５４】
次いで上下観察光学装置１０のヘッド側光路の焦点をボンディングヘッド７に保持されている電子部品９に合わせるためにボンディングヘッド７の高さ位置を予め設定された認識高さＫに合わせて焦点位置を調整する（認識高さ調整工程）。この認識高さ調整は、焦点位置調整工程における上下観察光学装置１０の上下方向の位置の変化に基づいて、認識高さＫ、すなわち電子部品撮像時のボンディングヘッド７の高さを変更することによって行われる。
【００５５】
そして焦点が合わされたならば、上下観察光学装置１０によって電子部品９と基板４とを撮像して位置を認識し、この認識結果に基づいて両者を位置合わせした上で、電子部品９を基板４にボンディングする。
【００５６】
この電子部品のボンディングにおいて、厚み寸法が異なる複数種類の基板４や電子部品９をボンディング対象とする場合にあっても、基板４と電子部品９およびこれに対応したツール８の１つの組み合わせについて観察高さＬ、認識高さＫのティーチングを行うことにより、その他の基板４と電子部品９との組み合わせについては、これらの寸法データを入力することのみによって、各組み合わせについての観察高さＬ、認識高さＫなどのマシンパラメータが自動計算される。
【００５７】
これにより、従来の電子部品のボンディング装置において必要とされたボンディングステージを基板の厚みに対応したものに取り替える段取り替え作業や、ボンディングツールの認識高さの設定をデータ入力によって変更する設定変更作業などの品種切り換え作業をその都度行う必要がなく、品種切り換え性に優れた電子部品のボンディング装置が実現される。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、ステージ側光路の焦点をボンディングステージ上の被接合物に合わせるために上下観察光学手段の上下方向の位置を調整する焦点位置調整手段と、ボンディングヘッドに保持された電子部品に焦点が合った合焦点の高さである認識高さのうち基準となる認識高さを記憶する記憶装置と、この基準となる認識高さと焦点位置調整手段による上下観察光学手段の上下方向の位置の変化に基づいて認識高さを計算してヘッド昇降機構を制御して上下観察光学手段による電子部品撮像時のボンディングヘッドの高さを変更する認識高さ変更手段とを備えることにより、基板や電子部品やツールの厚み寸法に応じた値に焦点位置を正しく合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の側面図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の上下観察光学装置の部分斜視図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置の上下観察光学装置の焦点位置の説明図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品のボンディング装置のヘッド高さの説明図
【図５】本発明の一実施の形態のボンディング装置による観察高さ、認識高さのティーチング処理のフローチャート
【図６】本発明の一実施の形態のボンディング装置における入力データの説明図
【図７】本発明の一実施の形態のボンディング装置の動作説明図
【図８】本発明の一実施の形態のボンディング装置の動作説明図
【図９】本発明の一実施の形態のボンディング装置の動作説明図
【図１０】本発明の一実施の形態のボンディング装置の動作説明図
【図１１】本発明の一実施の形態のボンディング装置の動作説明図
【図１２】本発明の一実施の形態のボンディング装置の動作説明図
【図１３】本発明の一実施の形態のボンディング装置の動作説明図
【図１４】本発明の一実施の形態のボンディング装置の動作説明図
【図１５】本発明の一実施の形態のボンディング装置の動作説明図
【図１６】本発明の一実施の形態のボンディング装置の動作説明図
【符号の説明】
３ボンディングステージ
４基板
６ヘッド昇降機構
７ボンディングヘッド
８ボンディングツール（ツール）
９電子部品
１０上下観察光学装置
１２焦点位置調整機構
１３認識部
１４制御部

Claims

電子部品を被接合物にボンディングする電子部品のボンディング装置であって、前記被接合物を保持するボンディングステージと、下端部に電子部品を保持するツールを備えたボンディングヘッドと、このボンディングヘッドを前記ボンディングステージに下降させてボンディングヘッドに保持されている電子部品を被接合物に押しつけるヘッド昇降機構と、前記ボンディングヘッドと前記ボンディングステージとの間に進入し、ボンディングステージ上の被接合物を観察するステージ側光路とボンディングヘッドに保持されている電子部品を観察するヘッド側光路とを備えた上下観察光学手段と、前記ステージ側光路の焦点を前記ボンディングステージ上の被接合物に合わせるために前記上下観察光学手段の上下方向の位置を調整する焦点位置調整手段と、ボンディングヘッドに保持された電子部品に焦点が合った合焦点の高さである認識高さのうち基準となる認識高さを記憶する記憶装置と、この基準となる認識高さと前記焦点位置調整手段による前記上下観察光学手段の上下方向の位置の変化に基づいて認識高さを計算して前記ヘッド昇降機構を制御することにより、前記上下観察光学手段による電子部品撮像時のボンディングヘッドの高さを変更する認識高さ変更手段とを備えたことを特徴とする電子部品のボンディング装置。
ボンディングヘッドのツールに保持された電子部品をボンディングステージに保持された被接合物の上方に位置させ、前記ボンディングステージ上の被接合物を観察するステージ側光路と前記ボンディングヘッドに保持されている電子部品を観察するヘッド側光路とを備えた上下観察光学手段によって電子部品と被接合物を観察して位置を認識し、この認識結果に基づいて両者を位置合わせしてボンディングするボンディング方法であって、ボンディングに先立って前記上下観察光学手段を前記ボンディングヘッドと前記ボンディングステージとの間に進入させる工程と、前記ステージ側光路の焦点を前記ボンディングステージ上の被接合物に合わせるために前記上下観察光学手段の上下方向の位置を調整する焦点位置調整工程と、前記ヘッド側光路の焦点を前記ボンディングヘッドに保持されている電子部品に合わせるために前記ボンディングヘッドの高さを調整する認識高さ調整工程とを含み、
前記焦点位置調整工程は、予め厚み寸法が判明しているツールをボンディングヘッドに装着し、次いで予め厚み寸法が判明している基板をボンディングステージにセットするとともに、予め厚み寸法が判明している電子部品をツールに吸着させ、この後、基板の画像を表示部のモニタに表示させ、表示画像を目視観察しながら焦点位置調整機構をインチング操作することによって焦点が合う高さに上下観察光学装置の高さを合わせてその高さを観察高さとして制御部の記憶装置に記憶させる工程を含み、
また前記認識高さ調整工程は、前記焦点位置調整工程と同様にしてボンディングヘッドのツールに保持された電子部品の画像を表示部のモニタに表示させ、表示画像を目視観察しながらヘッド昇降機構をインチング操作することによって、焦点が合う高さにボンディングヘッドの高さを合わせてその高さを認識高さとして制御部の記憶装置に記憶させる工程を含み、
前記焦点位置調整工程と認識高さ調整工程とにより厚み寸法が既知の基板、電子部品、ツールを対象とした基準状態における観察高さと、認識高さを求めて基準マシンパラメータとして制御部に登録し、
以上のようにして基準状態におけるマシンパラメータが与えられることにより、基板、電子部品、ツールの寸法が変わった場合においては、これらの寸法データを入力することにより、必要なマシンパラメータを計算により自動的に求めることを特徴とする電子部品のボンディング方法。