JP3844009B2 - 発光素子の装着方法および装着装置 - Google Patents
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Description
図18は端面発光型のレーザチップ100を導波路基板101に接合した例を示す。導波路基板101には光を通す導波路102が水平方向に形成され、この導波路102とレーザチップ100の光軸とが同軸となるように位置合わせされ、導電性接合材103によって接合される。導波路基板101のレーザチップ100を接合した部位と導波路102を間にして反対側の部位には、光ファイバー104が導波路102と軸心を合わせて取り付けられている。このようにしてレーザチップ100が発生した光は光ファイバー104を通して光通信回線へ伝送される。
上記のようなレーザチップ100と導波路基板101とを接合する際、導波路102とレーザチップ100の光軸とが同軸となるように正確に位置合わせしなければならない。そのためには、レーザチップ100の光軸を導波路基板101の導波路102に対して、X軸,Y軸(光軸方向),Z軸およびθ軸方向に位置合わせする必要がある。特に、X軸方向およびZ軸方向には、ミクロンオーダーの位置精度が必要となる。
まず、第1光学系と第2光学系と第3光学系とを準備する。ここで光学系とは、カメラ単体だけでなく、ミラーやレンズなどを含むことができ、1つの光学系が1つのカメラを備えたものに限らず、2つまたは3つの光学系を1つのカメラで構成することも可能であり、逆に1つの光学系を複数のカメラで構成することも可能である。
第1光学系は吸着ヘッドの上方に光軸を下方に向けて配置されており、第2光学系はステージの下方に光軸を上方に向けて配置されている。第1光学系と第2光学系の光軸は略対向しており、互いに既知の位置関係にある。第3光学系は、第1光学系と光軸の方向が略直交するように配置されたものであり、撮像視野の少なくとも一部は第1光学系の視野を含むように配置されているのがよい。なお、対象とする第1部品と第2部品のサイズが想定視野より大きくなる場合には、第1光学系と第2光学系とを一体のまま平面方向に移動可能とするのがよい。
次に、第1光学系と第2光学系との間に吸着ヘッドを挿入し、第1光学系で吸着ヘッドに付与され上方から認識できるヘッド基準マークを撮像するとともに、第2光学系で吸着ヘッドに吸着された第1部品を撮像し、かつ第1部品を発光させその光軸を第3光学系で同時撮像する。つまり、第1光学系でヘッド基準マークのX,Y座標(Y軸は光軸の方向)を認識し、第2光学系で第1部品のY座標を認識し、第3光学系で発光した第1部品の光軸のX,Z座標を認識できる。なお、Z座標については、必ずしも認識しなくてもよい。このようにして、3つの光学系の撮像データから吸着ヘッドと第1部品の発光中心とのX,Y方向の相対位置を求めることができる。
次に、第1光学系と第2光学系との間にステージを挿入し、第1光学系でステージ上に保持された第2部品を撮像し、第2光学系でステージに付与され下方から認識できるステージ基準マークを撮像する。第1光学系の画像情報から第2部品の位置を認識し、第2光学系の画像情報からステージ(ステージ基準マーク)の位置を認識することで、第2部品とステージのX,Y方向の相対位置を算出できる。
なお、吸着ヘッドと第1部品とを撮像する工程と、ステージと第2部品とを撮像する工程は、いずれを先にしてもよい。
上記のように、第1〜第3の光学系からの画像情報を用いて第1部品と吸着ヘッドのX,Y方向の相対位置、第2部品とステージのX,Y方向の相対位置を算出できる。
次に、吸着ヘッドとステージとを装着位置へ移動させた状態で、ヘッド基準マークとステージ基準マークとを第1,第2の光学系で認識し、これらの位置情報と上述の相対位置情報とを用いて、第1部品と第2部品の位置が所定の関係となるように吸着ヘッドとステージとを位置補正する。この状態で第1部品と第2部品とを装着すれば、実装状態における両部品の相対位置を保証でき、高精度に位置合わせした状態で装着することができる。
なお、本発明において、「位置」という用語は、X,Y,Z方向の位置およびθ方向の向きを総称的に表す。したがって、位置には姿勢も含まれる。
第1,第2,第3の光学系は常時固定の位置関係に保持しておく必要はなく、少なくとも撮像時において、既知の位置関係にあればよい。例えばヘッドまたはステージの挿入時に一時的にいずれかの光学系を退避させ、その後で元の位置に復帰させてもよい。この場合の光学系の移動機構は、再現性のある機構を用いる必要がある。
さらに、位置合わせ作業を第1〜第3の光学系で撮像しながら実施できるので、装着作業中における第1,第2部品間のずれをも検知できる。したがって、例えばバンプ接合工法などにおいて、ヒータの熱によってヘッドやステージが熱変形を起こしても、この熱変形を随時認識して第1,第2部品の位置を補正できるため、加熱条件下でも精度のよい位置決めが可能である。
本発明では、第3光学系で第1部品(発光素子)の光軸のX方向の位置を認識しており、第2部品のX,Y方向の位置は第1,第2光学系によって認識しているので、第2部品に対して第1部品をX方向に正確に位置決めできる。
第1光学系と第2光学系の光軸が同軸で正確に対向するように予め調整しておいても、時間経過や温度変化などによって光軸のずれが生じることが避けられず、またサブミクロンオーダーのような高精度な位置精度を保つことは難しい。そこで、第1光学系と第2光学系とで上下両方から同一マークを認識することで、双方の光学系の光軸のずれ量を求め、この光軸ずれ量を用いて、第1部品と吸着ヘッドの相対位置の算出、第2部品とステージの相対位置の算出、さらには吸着ヘッドとステージとの位置補正などを行えば、誤差が加算されず、精度のよい位置合わせが可能となる。
キャリブレーションマークの挿入位置のZ軸方向高さは、望ましくは接合面の高さとするのがよい。
なお、キャリブレーションは、部品装着時に毎回行なうのが最も高精度を維持できるが、部品装着の設定回数毎あるいは設定時間毎に行なってもよい。
第1光学系と光軸と第3光学系の光軸とをほぼ直交させる必要があるが、その直交方向の光軸ずれ量を測定する方法として、上方向と横方向からの相対位置関係が既知のキャリブレーションマークを第1光学系と第3光学系との間に挿入し、そのキャリブレーションマークを撮像することで、光軸ずれ量を容易に認識できる。この光軸ずれ量を用いて、第1部品と吸着ヘッドの相対位置の算出などを行えば、誤差が加算されず、精度のよい位置合わせが可能となる。
キャリブレーションマークを吸着ヘッドやステージとは別の部材に設けたマークとしてもよいが、キャリブレーションマークを吸着ヘッドまたはステージに設ければ、キャリブレーション用の別部材が不要となり、構造が簡単になるという利点がある。
なお、キャリブレーションマークは複数の光学系から同時に認識できる必要がある。
そのため、吸着ヘッドまたはステージに設けられた上下貫通穴や、透明体(ガラス板)などに設けたマークなどをキャリブレーションマークとして用いることができる。
発光素子である第1部品の選別工程を別に行ってもよいが、請求項5のように光軸測定の際に選別工程を同時に行えば、工程数を削減でき、生産性を高めることができる。
このように常時相対位置が固定された第1〜第3光学系を用いて位置の認識を行なえば、光学系を相互に移動させる場合に比べて、移動機構による誤差の影響を少なくできるので、位置決め精度を上げることが可能であり、かつ高度な移動機構を必要としない。
この場合には、装着作業途中における熱変形に対する連続的な位置補正を行なうので、熱変形があっても常に精度よく第1部品と第2部品とを位置決めし、装着することができる。
例えば、第2部品が水平方向の導波路を有する導波路基板の場合、第1部品(発光素子)の端面の光軸と導波路とのZ方向の位置合わせも重要である。特に、加熱によって接合する場合には、熱変形量が大きく、再現性も期待できないため、予め熱変形量を予測することができないからである。
そこで、請求項8のように、光軸測定用の第3光学系を用いて、第1部品と第2部品との上下方向の相対距離を測定し、リアルタイムで補正すれば、第1部品の第2部品に対する実装高さを正確に制御することができる。
すなわち、部品吸着穴は第1部品または第2部品を吸着する穴であり、部品と最も近い位置にある。そのため、部品吸着穴をヘッド基準マークまたはステージ基準マークとして使用すれば、吸着ヘッドやステージに熱変形があっても、部品との相対位置ずれ量が最も少なくて済む。
また、ヘッド(またはステージ)の背後から透明体を介して基準マークである部品吸着穴を透視可能であるから、実装途中でもヘッド(またはステージ)の背後から光学系によって容易に撮像することができる。つまり、実装途中におけるヘッド(またはステージ)の位置を正確に認識することができるので、精度の高い位置決めが可能となる。
第1部品と第2部品とを熱と圧力とをかけて装着する場合に、加熱ヒータを部品と最も近い位置、すなわち部品吸着穴の近傍に設けれることで、部品に対して熱を最も効率良く伝えることができ、接合性能の向上を図ることができる。
なお、ヘッド(またはステージ)を加熱すると、周囲の空気の揺らぎによって光学系による撮像画像に歪みが発生し、誤差の原因になる。しかし、請求項10の構造の吸着ヘッドまたはステージを使用した場合、ヒータの熱によって中空部も加熱されるが、中空部はエアー吸引通路からのエアー吸引によって減圧された状態にあるので、空気の密度が低く、揺らぎが少ない。そのため、透明体および中空部を介して部品吸着穴を撮像したとき、揺らぎによる誤差が少なく、精度のよい撮像データを得ることができる。
ヘッド(またはステージ)は駆動機構によってX,Y,Zあるいはθ軸方向に駆動されるが、このヘッドを駆動機構に片持ち構造で支持した場合には、透明体の背後は開放されているので、透明体の背後にカメラやミラーなどを配置するのは容易である。しかし、片持ち支持構造のヘッドは、第1部品と第2部品とを接合した時の加圧力によって撓む可能性があるため、高精度の接合が難しい。これに対し、ヘッドの背後をブラケットを介して駆動機構などに支持した場合には、加圧力が作用した場合でも撓みにくく、高精度の接合が可能になる。しかし、ブラケットが邪魔になって背後にカメラなどを配置しにくい。そこで、ヘッドの背後、特に透明体の背後に空洞部を持つブラケットで支持することにより、カメラがブラケットと干渉せず、部品吸着穴を容易に撮像できるとともに、ヘッド(またはステージ)を駆動機構に安定して支持できる。
なお、本発明において光学系とは、カメラのほか、ミラーやプリズムなどを用いて画像をカメラに向かって反射させる機能を持つ部分を含む。したがって、空洞部にはカメラ以外のミラーやプリズム、レンズなどの撮像用光学系のみが挿入されてもよい。
電源装置としては、吸着ヘッドまたはステージと干渉しないように、横方向に退避できる構造のものがよい。第1部品が表裏面に電極を有する発光素子の場合には、吸着ヘッドに吸着された発光素子の表裏面に電源装置の一対のプローブを同時に接触させることができない。そのため、例えば吸着ヘッドの吸着面に電極を設け、この電極と発光素子の一方の電極を接触させ、吸着ヘッドの電極と発光素子の他方の電極とに電源装置の一対のプローブを接触させることで、発光素子を容易に発光させることができる。
また、上記のように複数の光学系で吸着ヘッドと第1部品との相対位置、第2部品とステージとの相対位置を認識し、装着するので、吸着ヘッドとステージとを駆動する軸機構として必要な精度を位置分解能だけとすることができ、高精度な再現性を必要としない。そのため、安価な軸機構を採用しながら、極めて高精度な装着を行なうことができる。
さらに、装着作業を第1,第2の光学系で上下から撮像し、かつ側方から第3光学系で撮像しながら実施できるので、熱変形やロストモーションなどの再現性誤差は、装着作業中に補正が可能である。そのため、加熱条件下でも精度のよい位置決めが可能である。
この実施例の実装装置は、ヘッド部1a、ステージ部1b、第1カメラ20、第2カメラ21、第3カメラ22、制御装置25などで構成されている。
なお、吸着ヘッド2にレーザチップPを加熱するための加熱手段を設けてもよい。
吸着ヘッド2はZ軸駆動機構7を介してX軸駆動機構8に取り付けられ、さらにX軸駆動機構8はY軸駆動機構9に連結されている。そのため、吸着ヘッド2はX,Y,Z軸方向の任意の位置に移動することができる。
吸着ヘッド2は、図示しない供給位置でレーザチップPを吸着し、実装位置へ運んで基板Bに実装することができる。
なお、キャリブレーションマーク6a,6bは上記のような透明体6に形成する場合に限らず、非透明部材に穴などを形成することでキャリブレーションマークとしてもよい。また、キャリブレーションマークをステージ11ではなく、吸着ヘッド2に設けてもよい。
なお、ステージ11に基板Bを加熱するための加熱手段を設けてもよい。
ステージ11はX軸駆動機構15に取り付けられ、X軸駆動機構15の両端部はそれぞれY1軸駆動機構16とY2軸駆動機構17とにヒンジ15aを介して連結されている。そのため、Y1軸駆動機構16の移動量とY2軸駆動機構17の移動量とを変えることにより、ステージ11をθ軸方向に角度調整することができる。したがって、ステージ11はX,Y,θ軸方向の任意の位置に移動することができる。
ステージ11は、図示しない供給位置で基板Bを受け取り、実装位置へ運ぶ機能を有する。
図4の(a)は、第1カメラ20、第2カメラ21および第3カメラ22のキャリブレーション工程を示す。まず、実装位置に配置されている第1カメラ20と第2カメラ21との間に、吸着ヘッド2を挿入し、キャリブレーションマーク6aを接合面高さに調整する。そして、両方のカメラ20,21で吸着ヘッド2に設けられたキャリブレーションマーク6aを撮像し、両方のカメラ20,21の光軸ずれ量を求める。光軸のずれ量は、後述するレーザチップPと吸着ヘッド2との相対位置の算出、基板Bとステージ11との相対位置の算出、吸着ヘッド2とステージ11との位置補正などに利用される。同様に、第3カメラ22でキャリブレーションマーク6bを撮像する。このとき、キャリブレーションマーク6a,6bは一定の位置関係に設定されているので、第1カメラ20と第3カメラ22との光軸ずれ量を求めることができる。
なお、図4の(b),(c)における第1カメラ20、第2カメラ21の焦点距離が、キャリブレーションマーク6aを認識した時(図4の(a))の焦点距離と異なるので、ヘッド基準マーク5、アライメントマークB1およびステージ基準マーク14などを明確に認識できるように、オートフォーカス機能を用いるのがよい。
レーザチップPの光軸のZ位置情報としては、例えばレーザチップPの発光部P1と吸着ヘッド2の下面との高さZであってもよいし、発光部P1とレーザチップPの下面との高さであってもよし、さらには吸着ヘッド2の側面に第3カメラ22の視野内にマークを設け、このマークと発光部P1との高さであってもよい。
図4の(b)で位置認識した後、図4の(c)でステージ11を退避させ、さらに図4の(d)で実装位置へ戻した時、駆動機構15〜17の精度によっては基板Bが図4の(b)の位置に再現性よく戻れるとは限らない。また、第1カメラ20の視界は吸着ヘッド2によって遮られているので、基板Bを第1カメラ20で直接認識できない。そこで、実装工程では、第2カメラ21で基準マーク14を認識し、図4の(b)で算出した相対位置データから、基板Bの位置が図4の(c)におけるレーザチップPの位置に合うようにステージ11をXY方向に移動させる。吸着ヘッド2は図4の(c)の位置に保持したままであるから、レーザチップPには位置ずれがなく、基板Bの位置補正だけを行なえばよい。なお、θ軸方向のずれがある場合には、ステージ11をθ方向に移動させればよい。
以上のようにして、レーザチップPと基板BとをXYZ方向に正確に位置合わせすることができ、この状態で実装することで高精度な製品を得ることができる。
すなわち、まず吸着ヘッド2とレーザチップPとの位置関係を認識し、次に基板Bとステージ11との位置関係を認識し、基板Bを実装位置で保持したまま、レーザチップPを実装位置へ移動させて実装してもよい。
そのような場合の対策として、実装工程(図4の(d)参照)において、次のような方法を用いることができる。
まず、ヘッド基準マーク5とステージ基準マーク14とを第1,第2カメラ20,21で認識し、上述の相対位置情報を用いてレーザチップPと基板Bの位置が一致する位置に吸着ヘッド2とステージ11とを仮止めする。この時点では、レーザチップPと基板Bとは軽く接触しているに過ぎない。
次に、吸着ヘッド2およびステージ11の一方もしくは双方を接合のために加熱(例えば350℃/5sec以上)しつつ加圧し、その間、ヘッド基準マーク5とステージ基準マーク14を第1,第2カメラ20,21で連続的に撮像する。そして、上記仮止め工程の相対位置関係を維持するよう、吸着ヘッド2とステージ11とを相対位置補正する。
上記のような方法を用いれば、実装途中にXY方向のずれが発生しても、そのずれをカメラ20,21によりリアルタイムで検出して補正するので、正確な接合が可能となる。
そこで、第3カメラ22を用いてレーザチップPと基板Bとの隙間を測定し、リアルタイムで補正しながら実装すれば、レーザチップPの光軸を基板Bに対して最適な高さに合わせることが可能になる。
隙間の測定方法には、図6示すような3種類の方法が考えられる。
第1の測定方法は、図6の(a)に示すように、レーザチップPと基板Bの外形端面より隙間t1を測定する方法である。
第2の測定方法は、図6の(b)に示すように、吸着ヘッド2とステージ11の外形端面より隙間t2を測定する方法である。
第3の測定方法は、図6の(c)に示すように、吸着ヘッド2とステージ11に設けた基準マーク2a,11aから隙間t3を測定する方法である。
上記いずれかの方法を用いることで、画像で認識補正しながら、レーザチップPと基板Bとの接合隙間を任意に調整することができる。なお、第2と第3の測定方法では、レーザチップPの光軸を認識した時、光軸とヘッド2の端面または基準マークとの相対位置を認識しておく必要がある。
この実施例の実装装置も、ヘッド部30およびステージ部40と、第1〜第3光学系60,61,66と、制御装置(図示せず)とで構成されている。
ヘッド部30は、レーザチップPを吸着する吸着ヘッド31と、例えばX,Y,Z軸方向に駆動する駆動機構32と、吸着ヘッド31を駆動機構32に連結するブラケット33とで構成されている。ブラケット33は対向する一対の支持壁33aを備えており、その間にX軸方向に貫通した空洞部33bが設けられている。この空洞部33bには、第1光学系60(ミラー部)がX軸方向より出入り自在に挿入される。
第1光学系60は、カメラ60aと、X軸方向に延びる筒形のレンズ60bと、レンズ60bの先端に取り付けられたプリズムまたはミラー60cとを備えており、このミラー60cがブラケット33の空洞部33bに挿入される。そして、部品吸着穴37aの光をミラー60cで反射させ、レンズ60bを介してカメラ60aで撮像できるようになっている。
第1〜第3光学系60,61,66は、オートフォーカス機能を備えたものがよい。
大型の基板Bに複数の部品Pを実装する場合に対応するため、両光学系20,21はXY軸駆動機構62によりXY方向に一体に移動可能となっている。
また、第1光学系60をZ1軸駆動機構64によって上下方向に調整し、第2光学系61をZ2軸駆動機構65によって上下方向に調整し、第3光学系66をY軸駆動機構67によって水平方向に調整することで、各光学系60,61,66のフォーカス調整を独自に行なうこともできる。
また、吸着ヘッド31とステージ41とを上下対称構造とし、ブラケット33およびブラケット43も上下対称構造としたが、取り扱う第1部品(発光素子)Pおよび第2部品(基板)Bの形状や大きさに応じて任意の構造を採ることができる。
ブラケット33,43として、実施例のような一対の支持壁33aで支持する構造部材を使用したので、吸着ヘッド31およびステージ41を駆動機構32,42に対して両端支持構造で支持することができ、実装時の加圧力による吸着ヘッド31およびステージ41の撓みを防止できる。しかも、ブラケット33,43は光学系60,61のミラー部60c,61cを挿入自在な空洞部33b,43bを有するので、実装途中におけるヘッド基準マーク37a,47aを容易に認識することができる。
この実施例では、支柱部63にZ軸方向に移動可能に設けられたテーブル70上に、カメラ71とレンズ72とカメラ71の視野を上下半分ずつに分割するミラー(またはプリズム)73,74とが設置されている。カメラ71の光軸は、ミラー73によって上向きに曲げられ、Z軸方向に移動不能なミラー支持部材75に設けられた2つのミラー(またはプリズム)76,77によって下向きに曲げられ、ヘッド基準マーク37aを撮像することができる。一方、ミラー74によって下方に向かって曲げられた光軸は、Z軸方向に移動不能なミラー支持部材78に設けられた2つのミラー(またはプリズム)79,80によって上向きに曲げられ、ステージ基準マーク47aを撮像することができる。このように、1台のカメラ71で2つの光学系を構成することができる。
図14において、第1カメラ81と第2カメラ82とが位置決め手段83によって光軸が対向するように保持され、第3カメラ84と第4カメラ85とが光軸が対向するように位置決め手段86によって保持されている。さらに、第5カメラ87がその光軸が第3カメラ84と第4カメラ85の光軸と直交するように位置決め手段86で保持されている。なお、第5カメラ87の取付位置は、ヘッド進行方向と直角方向でもよい。第1カメラ81と第2カメラ82、第3カメラ84と第4カメラ85は、それぞれXY方向には相対位置が固定され、フォーカス方向には移動自在である。また、第5カメラ87はその光軸方向にフォーカス移動自在である。
図15の(a)はキャリブレーション工程であり、第1カメラ81と第2カメラ82との間に吸着ヘッド2の先端部を挿入し、両方のカメラ81,82で吸着ヘッド2に設けられたキャリブレーションマーク6aを撮像し、両方のカメラ81,82の光軸ずれ量を求めると同時に、第5カメラ87でキャリブレーションマーク6bを撮像する。同様に、第3カメラ84と第4カメラ85との間にステージ11を挿入し、両方のカメラ84,85でステージ11に設けられたキャリブレーションマーク19を撮像し、両方のカメラ84,85の光軸ずれ量を求める。
図15の(b)は吸着ヘッド2に吸着されている部品Pをカメラ81,82の間に挿入し、ステージ11に保持されている基板Bをカメラ84,85の間に挿入した状態を示す。なお、基板Bの上には接合材B2が取り付けられている。この状態で、カメラ81,82によってヘッド基準マーク5と部品Pとの相対位置を認識し、カメラ84,85によって基板Bとステージ基準マーク14との相対位置を認識する。そして、同時に部品Pを発光させ、その光軸位置を第5カメラ87で認識する。したがって、部品Pの位置とヘッド2のマーク5、光軸の位置関係が記憶され、基板Bの位置とステージ11のマーク14との位置関係が記憶される。
図15の(c)は第3,第4カメラ84,85の間に吸着ヘッド2を移動させ、第3カメラ84でヘッド基準マーク5を認識し、第4カメラ85でステージ基準マーク14を認識し、第5カメラ87によって部品Pと基板Bとの隙間が所定の値となるようにヘッド2を下降させて寸止めした状態を示す。ここでは、第3,第4カメラ84,85の間に吸着ヘッド2およびステージ11を移動させたが、第1,第2カメラ81,82の間に吸着ヘッド2およびステージ11を移動させ、第1カメラ81でヘッド基準マーク5を認識し、第2カメラ82でステージ基準マーク14を認識してもよい。
図15の(d)は接合工程であり、部品Pと基板Bとを加熱しながら接合を行う。加熱によって部品Pと基板Bの相対位置がずれないように、第3,第4カメラ84,85で連続的にマーク5,14を撮像することで、リアルタイムで吸着ヘッド2またはステージ11を位置補正することができる。同時に、第5カメラ87で部品Pと基板Bとの隙間を測定し、その隙間が所定の値となるようにヘッド高さをリアルタイムで補正することができる。そのため、図18に示すように発光素子の光軸を導波路基板の導波路に正確に合致させることができる。
上記のように、第1,第2カメラ81,82と第3,第4カメラ84,85の2組のカメラ対を使用すれば、一方のカメラ対で吸着ヘッド2側を撮像している間に、他方のカメラ対でステージ11側を撮像できるので、位置合わせおよび実装を高速で行うことができる。
なお、接合材B2としてUV硬化樹脂を使用するとすれば、図15の(d)の段階でUVを水平方向から照射して固着させることができる。
なお、図6の(b),(c)に示すように、部品間の隙間をヘッドとステージの隙間に置き換えて測定する場合には、第5カメラ87で部品Pの光軸認識および実装高さ認識に兼用できる。
本発明の装着装置は、上記実施例に示された構造に限るものではなく、本発明の各工程を実施できる構造であればよい。
本発明において、第1光学系を吸着ヘッドより上方に配置し、第2光学系をステージより下方に配置したが、少なくともヘッド基準マークおよびステージ基準マークからの光を受ける部分(例えばレンズやミラーなど)が吸着ヘッドより上方およびステージより下方に位置すればよく、カメラがそれぞれ吸着ヘッドより上方、ステージより下方に配置されている必要はない。したがって、複数のミラーやプリズムを用いて吸着ヘッドの側方や下方、あるいはステージの側方や下方に配置されたカメラに光を反射するようにしてもよい。
例えば、図17に示すように、導波路基板91に高さ基準となる台座92を形成した場合には、レーザチップ95を台座92に押し付けた状態で接合するだけで、レーザチップ95の光軸と導波路基板91の導波路93とをZ方向に正確に合わせすることができるため、第3光学系で光軸のZ方向の位置を認識する必要がないからである。なお、96は金属接合部である。
P1 発光部
B 基板(第2部品)
2 吸着ヘッド
5 ヘッド基準マーク
6a,6b キャリブレーションマーク
7,8,9 ヘッド用駆動機構
11 ステージ
14 ステージ基準マーク
15,16,17 ステージ用駆動機構
20 第1カメラ
21 第2カメラ
22 第3カメラ
25 制御装置
Claims (13)
- 吸着ヘッドの下端部に横方向への光軸を有する発光素子である第1部品を吸着し、この第1部品をステージ上に保持された第2部品に位置合わせして装着する方法において、
上記吸着ヘッドより上方に配置された第1光学系と、上記ステージより下方であって、第1光学系と光軸が略対向するように配置された第2光学系と、第1光学系と光軸の方向が略直交するように配置された第3光学系とを準備する工程と、
第1光学系と第2光学系との間に吸着ヘッドを挿入し、第1光学系で吸着ヘッドに付与され上方から認識できるヘッド基準マークを撮像するとともに、第2光学系で吸着ヘッドに吸着された第1部品を撮像し、かつ第1部品を発光させその光軸を第3光学系で認識する工程と、
第1光学系と第2光学系との間にステージを挿入し、第1光学系でステージ上に保持された第2部品を撮像するとともに、第2光学系でステージに付与され下方から認識できるステージ基準マークを撮像する工程と、
上記第1光学系,第2光学系および第3光学系からの画像情報を用いて第1部品と吸着ヘッドの相対位置、第2部品とステージの相対位置を算出する工程と、
上記吸着ヘッドとステージとを装着位置へ移動させた状態で、上記ヘッド基準マークとステージ基準マークとを上記第1,第2の光学系で認識し、これらの位置情報と上記相対位置情報とを用いて、第1部品と第2部品の位置が所定の関係となるように吸着ヘッドおよびステージの少なくとも一方を位置補正する工程と、
上記位置補正後、第1部品と第2部品とを装着する工程と、を備えたことを特徴とする発光素子の装着方法。 - 上記第1光学系と第2光学系とを準備する工程は、第1光学系と第2光学系との間に上下両方から認識できる単一のキャリブレーションマークを挿入し、このキャリブレーションマークを第1光学系と第2光学系とで撮像することで、第1光学系と第2光学系の光軸ずれ量を測定する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の発光素子の装着方法。
- 上記第1光学系と第3光学系とを準備する工程は、第1光学系と第3光学系との間に上方向と横方向からの相対位置関係が既知のキャリブレーションマークを挿入し、このキャリブレーションマークを第1光学系と第3光学系とで撮像することで、第1光学系と第3光学系の光軸ずれ量を測定する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の発光素子の装着方法。
- 上記キャリブレーションマークは、上記吸着ヘッドまたはステージに設けられたマークであることを特徴とする請求項2または3に記載の発光素子の装着方法。
- 上記第1部品を発光させその光軸を第3光学系で認識する工程において、
上記第1部品の発光状態を計測し、その発光状態が規格値から外れる場合には、後続の工程へ進まずに第1部品を不良品として排出することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の発光素子の装着方法。 - 上記第1光学系、第2光学系および第3光学系は、上記ヘッド基準マークと第1部品とを撮像する工程、上記第2部品とステージ基準マークとを撮像する工程、上記吸着ヘッドおよびステージの少なくとも一方を位置補正する工程、および第1部品と第2部品とを装着する工程の間中、固定の位置関係に保持されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の発光素子の装着方法。
- 上記装着位置における吸着ヘッドとステージとの位置補正工程は、
上記ヘッド基準マークとステージ基準マークとを上記第1,第2光学系で認識し、上記相対位置情報を用いて第1部品と第2部品の位置が所定の関係となるように吸着ヘッドとステージとを仮止めする工程と、
上記吸着ヘッドおよびステージの一方もしくは双方を接合のために加熱しながら、ヘッド基準マークとステージ基準マークを第1,第2光学系で連続的に撮像し、上記仮止め工程の相対位置関係を維持すべく吸着ヘッドとステージとを相対位置補正する工程と、を含むことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の発光素子の装着方法。 - 上記第1部品と第2部品とを装着する工程において、第3光学系を用いて第1部品と第2部品との上下方向の相対距離を測定し、その接合隙間を補正しながら装着することを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の発光素子の装着方法。
- 横方向への光軸を有する発光素子である第1部品と第2部品とを位置合わせして装着する発光素子の装着装置において、
下端部に第1部品を吸着し、上方から認識できるヘッド基準マークを有する吸着ヘッドと、
上端部に第2部品を保持し、下方から認識できるステージ基準マークを有するステージと、
上記吸着ヘッドおよびステージをX,Y,Zおよびθ方向に相対移動させる駆動機構と、
上記吸着ヘッドの上方に配置され、ステージに保持された第2部品とヘッド基準マークとを撮像する第1光学系と、
上記ステージの下方であって、第1光学系の光軸と略対向するように配置され、吸着ヘッドに吸着された第1部品とステージ基準マークとを撮像する第2光学系と、
第1光学系と光軸の方向が略直交するように配置され、第1部品を発光させた時の光軸を撮像する第3光学系と、
上記第1〜第3の光学系からの画像情報を用いて、第1部品と吸着ヘッドの相対位置、第2部品とステージの相対位置を算出する演算装置と、
上記吸着ヘッドとステージとを装着位置へ移動させた状態で、上記ヘッド基準マークとステージ基準マークとを上記第1,第2の光学系で認識し、これらの位置情報と上述の相対位置情報とを用いて、第1部品と第2部品の位置が所定の関係となるように吸着ヘッドとステージとを位置補正する制御装置と、を備えたことを特徴とする発光素子の装着装置。 - 上記吸着ヘッドおよびステージの少なくとも一方は、
部品吸着穴と、上記部品吸着穴の背後に設けられ、部品吸着穴と連通する中空部と、上記中空部の部品吸着穴と対向する面を閉鎖し、部品吸着穴を背後から透視可能な透明体と、上記中空部に接続されたエアー吸引通路と、上記部品吸着穴の近傍に固定された加熱用ヒータとを備え、
上記透明体を介して部品吸着穴をヘッド基準マークまたはステージ基準マークとして認識可能としたことを特徴とする請求項9に記載の発光素子の装着装置。 - 上記吸着ヘッドまたはステージは、上記駆動機構に対しブラケットを介して取り付けられており、
上記ブラケットには上記透明体を介して部品吸着穴を撮像するための第1または第2の光学系を挿入自在な空洞部が形成されていることを特徴とする請求項10に記載の発光素子の装着装置。 - 上記第3光学系で第1部品の光軸を認識する際、上記第1部品を発光させるための電源装置を備えることを特徴とする請求項9ないし11のいずれかに記載の発光素子の装着装置。
- 上記第3光学系は第1部品および第2部品、または吸着ヘッドおよびステージを側方から撮像し、
上記演算装置は、第3光学系からの画像情報を用いて、第1部品と第2部品との上下方向の相対距離を算出し、
上記制御装置は、上記相対距離情報に基づいて、第1部品と第2部品との接合隙間を補正することを特徴とする請求項9ないし12のいずれかに記載の発光素子の装着装置。
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