JP3785886B2 - 電子部品の実装装置及びその実装方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子部品の実装装置及びその実装方法における二つの座標系の相対位置の校正に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子部品の実装装置を図６によって説明する。図６において、電子部品の実装装置は、基板２を載せた四角柱状の台４を有すると共に、台４をＸ，Ｙ軸方向に移動可能な基板用テーブル６と、電子部品としてのチップ１０を吸着するヘッド１２と、Ｚ軸方向に移動可能なヘッド機構２０と、基板２及びチップ１０を撮像するカメラユニット３０を、二つの平行に設けられた連結板３６を介して固定すると共に、Ｘ，Ｙ軸方向に移動可能なカメラ用テーブル４０と、画像処理部５２とＲＡＭ５４とを有する制御部５０とを備えている。
【０００３】
ヘッド機構２０には、ヘッド１２を下部に有する上下移動機構２２が設けられており、上下移動機構２２の上端に固定されたモータ２４の回転によってヘッド１２を上昇及び下降させるように構成されている。カメラユニット３０には、内側にチップ１０を撮像するためのチップカメラ３２と、基板２を撮像するための基板カメラ３４とが固定され、中央の上面及び下面に円形の撮像口３０ｅが設けられており、チップ１０を撮像する光が点線のような経路を経てチップカメラ３２に撮像され、同様に、基板２を撮像する光が点線のような経路を経て基板カメラ３４に撮像されるように形成されている。
【０００４】
上記のように構成された電子部品の実装装置のチップカメラ３２と基板カメラ３４とに生じるずれ量の校正について説明する。
まず、チップ１０に相当する、中央に十字のマークをしたガラスチップを、ヘッド１２に吸着した状態において、チップカメラ３２はガラスチップを撮像し、画像処理部５２は、該撮像に基づいてガラスチップの十字の中心点を第１の座標系において、Ｘ，Ｙ（０，０）としてＲＡＭ５４に記憶する。
基板２に相当する中央に十字のマークをしたガラス板を台４に保持した状態において、基板カメラ３４はガラス板を撮像し、画像処理部５２は、撮像に基づいてガラス板の十字の中心点を第２の座標系において、 Ｘ，Ｙ （０，０）としてＲＡＭ５４に記憶する。
【０００５】
ヘッド機構２０、Ｘ，Ｙテーブル６，４０を動作させてガラスチップをガラス板上に載せ、この二つのチップを重ね合わせたまま移動して、顕微鏡の検視台（図示せず）の上に載せ、両者の十字マークのずれを第１の座標系 Ｘ，Ｙ （０，０）から±ΔＸ，±ΔＹとして測定する。
このずれをＲＡＭ５４に記憶されている第２の座標系において、（±ΔＸ，±ΔＹ ）を変更してＲＡＭ５４に記憶する。
【０００６】
次に、温度変化などにより、カメラユニット３０に微少な傾きが生じ、チップカメラ３２と基板カメラ３４との座標系の相対位置が変化するので、校正治具６０を用いて以下のように校正している。
ここで、校正治具６０は、チップカメラ３２と基板カメラ３４の相対的位置関係を校正するためのもので、略Ｌ形状の基台６２が設けられており、この基台６２の垂直部には、マーク６４ａが標された円盤部を有するチップマーク柱６４と、基板カメラ３４が撮像するマーク６６ａが標された円盤部を有する基板マーク柱６６と、を備えている。
【０００７】
まず、基準温度における基準位置を得るために、カメラユニット３０を校正治具６０のチップマーク柱６４と基板マーク柱６６との間に挿入し、チップカメラ３２はマーク６４ａを撮像し、基板カメラ３４はマーク６６ａを撮像し、画像処理部６２は、各マーク６４ａ，６６ａの中心位置を各カメラ座標の基準位置として求めて、ＲＡＭ５４に記憶する。
【０００８】
次に、温度変動後の校正量を得るために、同様に、カメラユニット３０を校正治具６０のチップマーク柱６４と基板マーク柱６６との間に挿入し、チップカメラ３２はマーク６４ａを撮像し、基板カメラ３４はマーク６６ａを撮像し、画像処理部６２は、各マーク６４ａ，６６ａの中心位置の変動量を各カメラ座標において求め、ＲＡＭ５４に記憶したカメラ座標の基準位置との差を演算し、校正量として各カメラの座標系の相対位置関係の基準位置を変更してＲＡＭ５４に記憶する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記電子部品の実装装置は、チップカメラ３２の座標系と基板カメラ３４との座標系の相対位置関係を校正する作業が煩雑であり、且つ、温度変動などの校正作業も煩雑であるという問題点があった。
【００１０】
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、校正が簡易な電子部品の実装装置及びその実装方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電子部品の実装装置は、
第１の対象物に標された第１の基準マークを撮像する第１の撮像手段と、
上記第１の対象物と対向配置される第２の対象物に標された第２の基準マークを撮像する第２の撮像手段と、
上記第１及び第２の基準マークを撮像し、上記第１の撮像手段と第２の撮像手段の相対位置を検出する第３の撮像手段と、
を備えた電子部品の実装装置であって、
上記第１及び第２の撮像手段により撮像された情報に基づいて、上記第１及び第２の撮像手段の第１，第２の座標系における上記第１，第２の基準マークの第１，第２の位置を求めると共に、
上記第３の撮像手段により撮像された情報に基づいて、上記第１，第２の基準マークの上記第３の撮像手段の第３の座標系における上記第１，第２の基準マークの第３，第４の位置を求める画像処理手段と、
上記第１の座標系を基準にして上記第１，第２の位置を、上記第３，第４の位置に基づいて、上記第１の位置と第２の位置との校正量を求める算出手段と、
上記第１及び上記第２の撮像手段を固定すると共に、Ｘ，Ｙ方向に移動させる第１のテーブルと、
上記第３の撮像手段を固定すると共に、Ｘ，Ｙ方向に移動させる第２のテーブルと、
上記第１又は第２の撮像手段を基準として、上記第１の座標系と上記第２の座標系との傾きの校正量を求める傾き量算出手段を、
を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
他の発明に係る電子部品の実装装置は、第１のテーブルを移動して、第１の撮像手段が第１の基準マークを撮像し、画像処理手段が第１の座標系において第１の基準マークの第１の移動量を求めると共に、第２の撮像手段が第２の基準マークを撮像し、画像処理手段が第２の座標系において上記第２の基準マークの第２の移動量を求め、上記傾き量算出手段が上記第１及び第２の移動量に基づいて上記第１の座標系に対する上記第２の座標系の傾きを求め、第２のテーブルを移動して、第３の撮像手段が上記第１の基準マークを撮像して、上記画像処理手段が上記第３の座標系における上記第１の基準マークの第３の移動量を求めると共に、上記第２の撮像手段が上記第２の基準マークを撮像して、上記画像処理手段が上記第２の座標系において上記第２の基準マークの第４の移動量を求め、上記傾き量算出手段が上記第３及び第４の移動量に基づいて上記第２の座標系に対する上記第３の座標系の傾きを求めることを特徴とするものである。
【００１５】
他の発明に係る電子部品の実装装置は、
第１及び第２の基準マークと、第１及び第２の撮像手段からなるカメラユニットの撮像口と、上記第３の撮像手段とを、ほぼ一直線上にして撮像したものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態を図１によって説明する。図１はこの発明の実施の形態を示す電子部品の実装装置の全体図である。図１中、図６と同一符号は同一又は相当部分を示して説明を省略する。図１において、電子部品の実装装置は、チップ１０を撮像するための第１の撮像手段としてのチップカメラ３２と、基板２を撮像するための第２の撮像手段としての基板カメラ３４と、チップカメラ３２と基板カメラ３４との相対位置を検出せしめる第３の撮像手段としての相対位置カメラ１０１と、相対位置カメラ１０１及びチップカメラ３２で認識できるようにガラス板の中央に第１の基準マークとしてのマーク１０３ａを蒸着させた第１の対象物としての上レチクル１０３と、相対位置カメラ１０１及び基板カメラ３４で認識できるようにガラス板の中央に第２の基準マークとしてのマーク１０５ａを蒸着させた第２の対象物としての下レチクル１０５と、下レチクル１０５を相対位置カメラ１０１の上部へ出し入れするためのシリンダ１０７と、から成っている。
【００１７】
制御部２００は、チップカメラ３２、基板カメラ３４、相対位置カメラ１０１が撮像した像を処理してＸ，Ｙ座標値を求める画像処理部２０１と、該座標値に基づいてチップカメラ３２、基板カメラ３４の座標系のずれ（傾きを含む）を校正するための校正値を算出する算出手段及び傾き量算出手段としての算出部２０３と、該校正値、画像処理部２０１のＸ，Ｙ座標値を記憶するＲＡＭ２０５とを備えている。
【００１８】
次に、チップカメラ３２の座標系と基板カメラ３４の座標系の校正について図１及び図２を参照して説明する。まず、ヘッド１２に上レチクル１０３を吸着した後、シリンダ１０７は相対位置カメラ１０１が下レチクル１０５のマーク１０５ａを中央に認識するように水平移動して停止する。第１のテーブルとしてのカメラ用テーブル４０および第２のテーブルとしての基板用テーブル６を移動して、図２に示すように、上レチクル１０３のマーク１０３ａ、カメラユニット３０の開口３０ｅ、下レチクル１０５のマーク１０５ａ、相対位置カメラ１０１がほぼ同一直線上になるように配置する。
【００１９】
かかる状態において、チップカメラ３２はマーク１０３ａを撮像し、画像処理部２０１は該撮像情報に基づいてマーク１０３ａを、第１の座標系としてのチップカメラ座標系により位置Ｐ１ａ （ｘ１ａ、ｙ１ａ）として求め、相対位置カメラ１０１はマーク１０５ａを撮像し、画像処理部２０１は該撮像情報に基づいてマーク１０５ａを、第３の座標系としての相対位置カメラ座標系により位置Ｐ２ｃ（ｘ２ｃ、ｙ２ｃ ）として求める。基板カメラ３４はマーク１０５ａを撮像し、画像処理部２０１は該撮像情報に基づいてマーク１０５ａを、第２の座標系としての基板カメラ座標系の位置Ｐ３ｂ（ｘ３ｂ、ｙ３ｂ）として求める。
【００２０】
次に、カメラ用テーブル４０、下レチクル１０５を待避してヘッド１２を下降し、マーク１０３ａの高さを、基板２にチップ１０を載せる位置まで下降させる。ここで、該位置にするのは、ヘッド機構２０の上下移動機構２２の移動誤差を考慮したためである。相対位置カメラ１０１はマーク１０３ａを撮像し、画像処理部２０１は該撮像情報に基づいてマーク１０３ａの中心を、相対位置カメラ座標系により位置Ｐ４ｃ （ｘ４ｃ、ｙ４ｃ ）を求める。
【００２１】
ここで、図３は各座標系の関係を示したもので、チップカメラ座標系はＸａ−Ｙａ、 基板カメラ座標系はＸｂ−Ｙｂ、相対位置カメラ座標系はＸｃ−Ｙｃで示している。
各座標系間の傾きがない場合は、位置Ｐ３ｂ，Ｐ２ｃは、同一点を測定しているので、Ｐ３ｂ= Ｐ２ｃとすると、位置Ｐ４ｃ （ｘ４ｃ、ｙ４ｃ ）を基板カメラ座標系で示した点を位置Ｐ４ｂ（ｘ４ｂ、ｙ４ｂ ）とすると、位置Ｐ４ｂ（ｘ４ｂ、ｙ４ｂ ）は下式となる。
ｘ４ｂ= ｘ３ｂ−ｘ２ｃ +ｘ４ｃ・・・・・・・・（１）
ｙ４ｂ= ｙ３ｂ−ｙ２ｃ +ｙ４ｃ・・・・・・・・（２）
【００２２】
チップカメラ座標系の位置Ｐ１ａ （ｘ１ａ、ｙ１ａ）は、ヘッド１２が下降し、チップ１０が基板２の上に搭載される時には、基板カメラ座標系の位置Ｐ４ｂ（ｘ４ｂ、ｙ４ｂ ）の点となる。
すなわち、基板カメラ座標系を基準として、基板カメラ（ｘｂ、ｙｂ）とチップカメラ（ｘａ、ｙａ）との相対位置関係式はＸ成分のずれ量をα、Ｙ成分のずれ量をβとすると、下記となる。
ｘｂ＝ ｘａ＋α・・・・・・・・（３）
ｙｂ＝ ｙａ＋β・・・・・・・・（４）
ここに、α= ｘ３ｂ−ｘ２ｃ +ｘ４ｃ−ｘ１ａ・・・（５）
β= ｙ３ｂ−ｙ２ｃ +ｙ４ｃ−ｙ１ａ・・・（６）
算出部２０３は上記（５）及び（６）式よりずれ量α、β値を求めてＲＡＭ２０５に記憶することによりチップカメラ座標系と基板カメラ座標系の校正をすることができる。
【００２３】
実施の形態２．
この発明の他の実施の形態を図１，図４，図５によって説明する。この実施の形態は、チップカメラ３２と基板カメラ３４とに傾きがある場合、座標系において、該傾きを構成するものである。
図４に示すように、各座標系間に傾きが有った場合は、基板カメラ座標系Ｘｂ−Ｙｂを基準とし、チップカメラ座標系Ｘａ−Ｙａの傾きをθａｂ、相対位置カメラ座標系Ｘｃ−Ｙｃの傾きをθｃｂとするとチップカメラ（ｘａ'、ｙａ'）に対する基板カメラ（ｘｂ'、ｙｂ'）の相対位置関係式は下記となる。
ｘｂ'＝ ｘａ'cosθ_ab− ｙａ' sinθ_ab＋α′・・・（７）
ｙｂ'＝ ｘａ' sinθ_ab＋ ｙａ' cosθ_ab＋β′・・・（８）
上記（５），（６）式から類推して相対位置関係式はＸ成分のずれ量をα′、Ｙ成分のずれ量をβ′とすると、下記となる。
α′＝ｘ_3b−ｘ_{2c ′} +ｘ_4c′−ｘ_1a′・・・（９）
β′＝ｙ_3b−ｙ_{2c ′} +ｙ_4c′−ｙ_1a′・・・（１０）
ここに、ｘ_2c′＝ｘ２ｃcosθ_cb−ｙ２ｃsinθ_cb
ｘ_4c′＝ｘ４ｃcosθ_cb−ｙ４ｃsinθ_cb
ｘ_1a′＝ｘ１ａcosθ_ab−ｙ１ａsinθ_ab
ｙ_2c′＝ｘ２ｃsinθ_cb+ｙ２ｃcosθ_cb
ｙ_4c′＝ｘ４ｃsinθ_cb+ｙ４ｃcosθ_cb
ｙ_1a′＝ｘ１ａsinθ_ab+ｙ１ａcosθ_ab
である。
【００２４】
また、前記各座標系間の傾きθａｂ、θｃｂとすると下記のように表現できる。
θ_ab＝−θ_Aa＋θ_Ab・・・・・・（１１）
θ_cb＝−θ_Bc＋θ_Bb・・・・・・（１２）
ここに、θ_Aa＝チップカメラ座標系に対するカメラ用テーブル座標系の傾き
θ_Ab＝基板カメラ座標系に対するカメラ用テーブル座標系の傾き
θ_Bc＝基板用テーブル座標系に対する相対位置カメラ座標系の傾き
θ_Bb＝基板カメラ座標系に対する基板用テーブル座標系の傾き
【００２５】
ここで、傾きθ_Aa〜θ_Bbを図５を参照して下記のように求める。図5は、傾きθ_Aa〜θ_Bbを求めるための基板カメラ座標系（ａ），チップカメラ座標系（ｂ），相対位置座標系（ｃ）による説明図である。
まず、ヘッド１２に上レチクル１０３を吸着した状態において、チップカメラ３２は、上レチクル１０３のマーク１０３ａを撮像し、図５（ｂ）に示すようにカメラ用テーブル４０をＸ方向に微少移動ΔＸした後、マーク１０３ａを撮像して、画像処理部２０１は、該二つのマーク１０３ａのＹ軸成分の値から、第１の移動量Δｙ₁値を求めて算出部２０３は下式により傾きθ_Aaを求めてＲＡＭ２０５に記憶する。
θ_Aa＝ｓｉｎ^-（Δｙ₁／ΔＸ）・・・・・・（１3）
【００２６】
ヘッド１２に上レチクル１０３を吸着した状態において、相対位置カメラ１０１は、マーク１０３ａを撮像し、図５（ｃ）に示すように基板用テーブル６をＸ方向に微少移動ΔＸした後、マーク１０３ａを撮像して、画像処理部２０１は該二つのマーク１０３ａのＹ軸成分の値から、第３の移動量Δｙ₂値を求めて算出部２０３は下式により傾きθ_ＢＣを求めてＲＡＭ２０５に記憶する。
θ_ＢＣ＝ｓｉｎ^-（Δｙ₂／ΔＸ）・・・・・・（１4）
【００２７】
基板カメラ３４は下レチクル１０５のマーク１０５ａを撮像し、図５（ａ）に示すようにカメラ用テーブル４０又は基板用テーブル６をＸ方向に微少移動した後、マーク１０５ａを撮像して、画像処理部２０１は、該二つのマーク１０５ａのＹ軸成分の値を求めてから、第２の移動量Δｙ₃，第４の移動量Δｙ₄を求めて算出部２０３は下式により傾きθ_Ab，θ_Bbを求めてＲＡＭ２０５に記憶することによりチップカメラ３２と基板カメラ３４とに生じた傾きをチップカメラ座標系と基板カメラ座標系において校正できる。
θ_Ab＝ｓｉｎ^-（Δｙ₃／ΔＸ）・・・・・・（１5）
θ_Bb＝ｓｉｎ^-（Δｙ₄／ΔＸ）・・・・・・（１6）
なお、上記実施の形態では、カメラ用テーブル４０及び基板用テーブル６をＸ方向に移動して、移動量Δｙ₁〜Δｙ₄を求めたが、カメラ用テーブル４０及び基板用テーブル６をＹ方向に移動して、移動量Δｘ₁〜Δｘ₄を求めても良い。
【００２８】
また、上記実施の形態では、上レチクル１０３を用いたが、ヘッド１２にマークを付けたり、ヘッド１２の形状における特徴点をカメラで認識してヘッド１２の位置を求めても良い。
【００２９】
【発明の効果】
この発明によれば、
第１及び第２の撮像手段により撮像された情報に基づいて、第１及び第２の撮像手段の第１，第２の座標系における上記第１，第２の基準マークの第１，第２の位置を求めると共に、
第３の撮像手段により撮像された情報に基づいて、第１，第２の基準マークの上記第３の撮像手段の第３の座標系における上記第１，第２の基準マークの第３，第４の位置を求める画像処理手段と、
上記第１の座標系を基準にして上記第１，第２の位置を、上記第３，第４の位置に基づいて、上記第１の位置と第２の位置との校正量を求める算出手段と、
を備え、
上記第１及び第２の撮像手段を固定すると共に、Ｘ，Ｙ方向に移動させる第１のテーブルと、
上記第３の撮像手段を固定すると共に、Ｘ，Ｙ方向に移動させる第２のテーブルと、
上記第１又は第２の撮像手段を基準として、第１の撮像手段と第２の撮像手段との傾きの校正量を求める傾き量算出手段を、
備えたので、
第１の撮像手段と第２の撮像手段との傾きの校正量を簡易に求めることができ、
第１の座標系の第１の基準マークの位置と、第２の座標系の第２の基準マークの位置とを、精度良く校正量を求めることができる
という効果がある。
【００３１】
他の発明によれば、第１の撮像手段と第２の撮像手段との傾きの校正量を簡易に演算できるという効果がある。
【００３２】
他の発明によれば、第１及び第２の基準マークと、第１及び第２の撮像手段からなるカメラユニットの撮像口と、上記第３の撮像手段とを、ほぼ一直線上にして撮像したので、第１から第３の撮像手段の移動精度の影響を受けずに、校正量を求めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態による電子部品の実装装置を示す全体構成図である。
【図２】 図１における、カメラユニットの撮像口と、相対位置カメラと、上レチクル、下レチクルを一直線上に配置した側面図である。
【図３】 図１における、チップカメラ座標系（ａ），基板カメラ座標系（ｂ），相対位置座標系（ｃ）による基準マークの認識画像図である。
【図４】 この発明の他の実施の形態による基板カメラ座標系（ａ），チップカメラ座標系（ｂ），相対位置座標系（ｃ）による基準マークの認識画像図である。
【図５】 この発明の他の実施の形態による傾きθ_Aa〜θ_Bbを求めるための基板カメラ座標系（ａ），チップカメラ座標系（ｂ），相対位置座標系（ｃ）による説明図である。
【図６】 従来の電子部品の実装装置を示す全体構成図である。
【符号の説明】
３０ｅ 撮像口、３２ チップカメラ（第１の撮像手段）、３４ 基板カメラ（第２の撮像手段）、１０１ 相対位置カメラ（第３の撮像手段）、１０３ 上レチクル（第１の対象物）、１０３ａ 上点マーク（第１の基準マーク）、１０５ 下レチクル（第２の対象物）、１０５ａ 下点マーク（第２の基準マーク）、２０１ 画像処理部、２０５ 算出部（算出手段，傾き量算出手段）。

Claims (3)

1. 第１の対象物に標された第１の基準マークを撮像する第１の撮像手段と、
   上記第１の対象物と対向配置される第２の対象物に標された第２の基準マークを撮像する第２の撮像手段と、
   上記第１及び第２の基準マークを撮像し、上記第１の撮像手段と第２の撮像手段の相対位置を検出する第３の撮像手段と、
   を備えた電子部品の実装装置であって、
   上記第１及び第２の撮像手段により撮像された情報に基づいて、上記第１及び第２の撮像手段の第１，第２の座標系における上記第１，第２の基準マークの第１，第２の位置を求めると共に、
   上記第３の撮像手段により撮像された情報に基づいて、上記第１，第２の基準マークの上記第３の撮像手段の第３の座標系における上記第１，第２の基準マークの第３，第４の位置を求める画像処理手段と、
   上記第１の座標系を基準にして上記第１，第２の位置を、上記第３，第４の位置に基づいて、上記第１の位置と第２の位置との校正量を求める算出手段と、
   上記第１及び上記第２の撮像手段を固定すると共に、Ｘ，Ｙ方向に移動させる第１のテーブルと、
   上記第３の撮像手段を固定すると共に、Ｘ，Ｙ方向に移動させる第２のテーブルと、
   上記第１又は第２の撮像手段を基準として、上記第１の座標系と上記第２の座標系との傾きの校正量を求める傾き量算出手段を、
   備えたことを特徴とする電子部品の実装装置。
2. 上記第１のテーブルを移動して、上記第１の撮像手段が上記第１の基準マークを撮像し、
   上記画像処理手段が上記第１の座標系において第１の基準マークの第１の移動量を求めると共に、
   上記第２の撮像手段が上記第２の基準マークを撮像し、
   上記画像処理手段が第２の座標系において上記第２の基準マークの第２の移動量を求め、
   上記傾き量算出手段が上記第１及び第２の移動量に基づいて上記第１の座標系に対する上記第２の座標系の傾きを求め、
   上記第２のテーブルを移動して、上記第３の撮像手段が上記第１の基準マークを撮像して、
   上記画像処理手段が上記第３の座標系における上記第１の基準マークの第３の移動量を求めると共に、
   上記第２の撮像手段が上記第２の基準マークを撮像して、
   上記画像処理手段が上記第２の座標系において上記第２の基準マークの第４の移動量を求め、
   上記傾き量算出手段が上記第３及び第４の移動量に基づいて上記第２の座標系に対する上記第３の座標系の傾きを求める
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装装置。
3. 上記第１及び第２の基準マークと、上記第１及び第２の撮像手段からなるカメラユニットの撮像口と、上記第３の撮像手段とを、ほぼ一直線上にして撮像する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品の実装装置。

Images