JP3857946B2 - 電子部品のボンディング方法及びボンディング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品のボンディング方法及びボンディング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フリップチップボンディング装置等のボンディング装置は、ボンディングステージ上に搬入された配線基板等の基板上にＩＣチップ等の電子部品を熱圧着によりボンディングするものであり、基板はボンディングステージに設けたヒータにより熱圧着に必要な温度に加熱されてからボンディング動作が実行される。また、ボンディングに先立って、カメラを用いた基板と電子部品との相対位置合わせが行なわれる。
【０００３】
位置合わせに用いられるカメラは、通常２台設置される。一方のカメラは基板検出用カメラであって、ボンディングステージの上方に配置され、ボンディングステージに搬入され粗位置決めされた基板を撮像する。これに対し他方のカメラは、電子部品検出用カメラであり、ボンディングヘッドに保持された状態の電子部品を下方より撮像するもので、ボンディングヘッドによる電子部品の搬送経路途中の下方に配置される。
【０００４】
次に、図８のフローチャート図を参照しながら、従来における電子部品のボンディング動作のフローについて説明する。
【０００５】
まず、基板がボンディングステージに供給され、基板検出用カメラ下の撮像位置に位置付けられると（Ｓ１）、制御装置はその基板供給済み信号を受け（Ｓ２）、基板検出用カメラが基板の画像を取り込み、基板に設けられた第１、第２位置合わせマークの位置を検出することで基板の位置を検出する（Ｓ３）。
【０００６】
また、ボンディングヘッドに保持された電子部品が電子部品検出用カメラ上の撮像位置に位置付けられると（Ｓ４）、制御装置はその電子部品供給済み信号を受け（Ｓ５）、電子部品検出用カメラが電子部品の画像を取り込み、電子部品に設けられた第１、第２位置合わせマークの位置を検出することで電子部品の位置を検出する（Ｓ６）。
【０００７】
次に、Ｓ３とＳ６でのマーク検出結果より、演算装置にて、電子部品と基板との相対位置ずれ量並びにその方向、つまり相対位置ずれ状態を計算にて求める（Ｓ７）。そして求めた相対位置ずれ状態に基づいてボンディングヘッドによる基板方向への移動量を補正し、両者の位置合わせを行なう（Ｓ８）。
【０００８】
位置合わせ終了後、ボンディングヘッドが基板に向けて下降し、保持していた電子部品を基板に押圧して、その電子部品を基板にボンディングする（Ｓ９）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した基板検出用カメラを用いた基板の位置検出動作、電子部品検出用カメラを用いた電子部品の位置検出動作についてそれぞれみてみると、動作フロー上、どちらの検出動作を先に行なうかという点について特に何ら定められることなく、とにかく先に撮像位置に到達した方から順に行なうというものであった。これは、画像取り込みによる待ち時間発生をできるだけなくすためである。
【００１０】
例えば、基板の補充により基板の供給が遅れるケース１、電子部品に不良品があってボンディングする良品の供給が遅れるケース２が考えられる。ケース１の場合には、電子部品の位置検出動作が基板の位置検出動作に先立って行なわれ、ケース２の場合には、基板の位置検出動作が電子部品の位置検出動作に先立って行なわれることになる。
【００１１】
さて、前述したように 基板はボンディング前にボンディングに必要な温度までボンディングステージによって加熱される。このため、基板の材質が樹脂テープ等の特に熱変形し易いものである場合に、基板の位置検出動作が先に終了し、その後の電子部品の位置検出動作の終了を待ってボンディングが行なわれるケース２においては、電子部品の位置検出動作を行なっている間に基板はボンディングステージからの熱によって熱変形する。従って、カメラを用いて基板、電子部品それぞれの位置が検出され、その位置情報に基づいて両者の位置合わせが行われたとしても、高精度に相対位置合わせされた、つまり精度の高いボンディングを行なうことが困難であった。
【００１２】
また、ケース１のように電子部品の位置検出動作が先に行なわれ、基板の位置検出動作がその後に行なわれた場合であっても、基板の位置検出動作が終了してからボンディングされるまでの時間が長ければ同様の欠点を有することになる。
【００１３】
本発明は、電子部品を基板に対して高精度でボンディングすることのできる電子部品のボンディング方法及びボンディング装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、電子部品と基板の画像をカメラにより取り込み、その取り込み画像を用いて両者の位置を検出し、検出した位置に基づいて前記電子部品と基板とを位置合わせして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方法において、前記基板が前記電子部品よりも先にカメラによる撮像位置に位置付けられたとしても、少なくとも前記電子部品の位置検出を開始した後に、基板の位置検出を開始することを特徴とする。
【００１５】
また、同方法において、ボンディングを開始するにあたり、カメラによる基板検出動作開始時点、あるいは基板検出動作終了時点から、前記基板と前記電子部品との位置合わせ終了時点、あるいはボンディングが開始される時点までの経過時間Ｔ１を計測し、この経過時間Ｔ１が予め設定した設定時間Ｔ０以内であればその後そのままボンディング動作を実行し、設定時間Ｔ０を超過している場合には、再度、カメラにより前記基板の画像を取り込んでその取り込み画像に基づいて基板の位置を検出し、その検出結果に基づく位置合わせを行なってからボンディングを実行することを特徴とする。
【００１６】
さらに同方法において、前記基板が前記電子部品よりも先にカメラによる撮像位置に位置付けられたとしても、少なくとも前記電子部品の位置検出を開始した後に、基板の位置検出を開始するとともに、ボンディングを開始するにあたり、カメラによる基板検出動作開始時点、あるいは基板検出動作終了時点から、前記基板と前記電子部品との位置合わせ終了時点、あるいはボンディングが開始される時点までの経過時間Ｔ１を計測し、この経過時間Ｔ１が予め設定した設定時間Ｔ０以内であればその後そのままボンディング動作を実行し、設定時間Ｔ０を超過している場合には、再度、カメラにより前記基板の画像を取り込んでその取り込み画像に基づき基板の位置を検出し、その検出結果に基づく位置合わせを行なってからボンディングを実行することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明においては、基板をボンディング位置に送る基板送り装置と、電子部品をボンディング位置に搬送するツールと、前記基板の画像を取り込む第１のカメラと、前記電子部品の画像を取り込む第２のカメラと、前記第１のカメラと第２のカメラの取り込み画像に基づき基板並びに電子部品の位置を検出する演算装置と、この演算装置により検出された前記基板と電子部品の相対位置ずれ状態に基づいて両者を位置合わせする制御装置と、を備える電子部品のボンディング装置において、前記制御装置は、前記基板が前記電子部品よりも先に前記カメラによる撮像位置に位置付けられたとしても、少なくとも前記電子部品の位置検出を開始した後に、基板の位置検出を開始するように前記演算装置を制御することを特徴とする。
【００１８】
また同装置において、前記カメラによる基板画像の取り込み開始時点、あるいは前記演算装置による基板の位置検出動作終了時点から、前記基板と前記電子部品との位置合わせ終了時点、あるいはボンディングが開始される時点までの経過時間Ｔ１を計測するタイマーをさらに備え、前記制御装置は、前記経過時間Ｔ１が予め設定した設定時間Ｔ０以内であればその後そのままボンディング動作を実行させ、設定時間Ｔ０を超過している場合には、再度、前記カメラにより基板の画像を取り込み、その取り込み画像に基づく基板の位置検出動作、並びにその検出結果に基づく位置合わせ動作を実行後、ボンディング動作を実行するように制御することを特徴とする。
【００１９】
さらに同装置において、前記制御装置は、前記基板が前記電子部品よりも先に前記カメラによる撮像位置に位置付けられたとしても、少なくとも前記電子部品の位置検出を開始した後に、基板の位置検出を開始するように前記演算装置を制御するとともに、前記カメラによる基板画像の取り込み開始時点、あるいは前記演算装置による基板の位置検出動作終了時点から、前記基板と前記電子部品との位置合わせ終了時点、あるいはボンディングが開始される時点までの経過時間Ｔ１を計測するタイマーをさらに備え、前記制御装置は、前記経過時間Ｔ１が予め設定した設定時間Ｔ０以内であればその後そのままボンディング動作を実行させ、設定時間Ｔ０を超過している場合には、再度、前記カメラにより基板の画像を取り込み、その取り込み画像に基づく基板の位置検出動作、並びにその検出結果に基づく位置合わせ動作を実行後、ボンディング動作を実行するように制御することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。図１は本発明を適用してなるボンディング装置の側面図、図２は図１をＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向に見た平面図、図３は図１に示したボンディング装置の制御系を示すブロック図、図４は図１のボンディング装置を用いた第１の実施の形態に係わるボンディング動作フローを示すフローチャート図、図５は同じく第２の実施の形態に係わるボンディング動作フローを示すフローチャート図、図６は同じく第３の実施の形態に係わるボンディング動作フローを示すフローチャート図、図７は基板と電子部品の位置合わせ状態を示す平面図である。
【００２１】
まず図１乃至図３を用いて、ボンディング装置１０の構成について説明する。
【００２２】
ボンディング装置１０は、基板送り装置１１と、電子部品載置台１２と、ボンディングヘッド１３と、ボンディングステージ１４と、カメラユニット１５と、制御装置１６とを備えて構成される。
【００２３】
基板送り装置１１は、熱に弱い連続したフィルム状のフレキシブルテープ基板（以下単に「基板」という）１をボンディング位置に順次供給するもので、ボンディング位置を間にしてその一方側に供給リール２１、他方側に収納リール２２が配置され、供給リール２１から解き出された基板１はボンディング位置に順次位置付けられ、後述のようにして電子部品が所定位置にボンディングされた後、収納リール２２に巻き取られるようになっている。ここで基板１には、図７に示されるように、そのボンディング面には複数のリード１ａより構成されるリードパターンが一定のピッチで形成されるとともに、各パターン毎に位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２が対向するように一対形成されている。また図示省略したが、基板１の縁に沿っては送りのためのスプロケット孔が形成される。
【００２４】
図１に戻り、ボンディング位置の両側には、供給側スプロケット歯車２４と収納側スプロケット歯車２５とが配設されており、パルスモータ等からなる送りモータ２６にてスプロケット歯車２５が回転駆動される。送りモータ２６は、制御装置１６により送りモータドライバ回路２６ｄ（図３参照）を介して駆動制御される。両スプロケット歯車２４、２５は、基板１に設けられた先に述べたスプロケット孔と係合しており、制御装置１６が制御する長さだけスプロケット歯車２５により基板１を１ピッチずつ間欠的に送給し、基板１のボンディングすべきリードパターンの部分をボンディングステージ１４上のボンディング位置に順次供給する。これらの供給リール２１、収納リール２２、スプロケット歯車２４、２５、送りモータ２６は、それぞれ図示しないスタンドを介してベース１０ａに取り付けられている。
【００２５】
電子部品載置台１２は、ベース１０ａ上に取り付けられており、この電子部品載置台１２の上には、図示しないペレット移送機によって電子部品２が電極を下向きにして所定の位置に載置されるようになっている。なお電子部品２には、図７に示すように、対向するコーナー部に位置合わせマーク２Ｍ１、２Ｍ２が設けられる。
【００２６】
ボンディングヘッド１３は、Ｘ移動部３２とＹ移動部３３からなるＸＹテーブル３１と、Ｘ移動部３２に保持されてＺ方向に移動するＺ移動部３４と、このＺ移動部３４に回転自在に取り付けられたθ移動部３５と、このθ移動部３５に一体保持されてなるボンディングツール３６を有する。
【００２７】
このボンディングツール３６は、その下面に不図示の吸着孔を有し、電子部品２を吸着保持できるようになっている。また、ボンディングツール３６には、不図示のヒータが設けられ、保持した電子部品２をボンディングに必要な温度に加熱する。
【００２８】
ボンディングヘッド１３のＹ移動部３３は、ベース１０ａに固定支持されたスタンド３７にＹ方向に移動自在に保持される。また各移動部３２乃至３５は、制御装置１６によって、Ｘ移動部ドライバ回路３２ｄ、Ｙ移動部ドライバ回路３３ｄ、Ｚ移動部ドライバ回路３４ｄ、θ移動部ドライバ回路３５ｄを介してそれぞれ駆動制御される。
【００２９】
ボンディングステージ１４は、その上面が、送られてくる基板１の下面に接する高さとなるようにベース１０ａに固定される。また、ボンディングステージ１４には不図示のヒータが内蔵され、基板１をボンディングに必要な温度に加熱する。
【００３０】
カメラユニット１５は、その側面に、光軸を水平にした姿勢の基板検出用カメラ４１と電子部品検出用カメラ４２を搭載している。カメラユニット１５の内部には、水平方向と垂直方向に孔１５ａが連通する状態で開けられており、この孔１５ａ内に設けた不図示のミラー、プリズム、ファイバスコープ等の光学系により、基板検出用カメラ４１の光軸を垂直下方に変換し、また電子部品検出用カメラ４２の光軸を垂直上方に変換し、これによりボンディング位置に位置付けられた基板１の画像、特に基板１に設けられた位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２が基板検出用カメラ４１により、そして電子部品２の画像、特に電子部品２に設けられた位置合わせマーク２Ｍ１、２Ｍ２が電子部品検出用カメラ４２により、それぞれ取り込まれるようになっている。
【００３１】
また、カメラユニット１５は、制御装置１６によりカメラユニットドライバ回路１４ｄ（図３参照）を介して駆動制御される不図示の駆動機構により、スタンド３７に取り付けた水平ガイド４３に沿ってＸ方向に移動自在となっている。そして、カメラユニット１５が前進端に移動したときには、基板検出用カメラ４１と電子部品検出用カメラ４２により、ボンディング位置に位置付けられた基板１、電子部品２の画像を孔１５ａを介してそれぞれ取り込み可能位置に、また後退端に移動したときには、ボンディング位置から退避した位置に位置付けられる。
【００３２】
制御装置１６には、図３に示すように、演算装置５１とタイマー５２が接続される。
【００３３】
演算装置５１は、基板検出用カメラ４１と電子部品検出用カメラ４２が取り込んだ各位置合わせマークの画像を処理するとともに、その処理画像に基づいて、電子部品２の位置座標、基板１の位置座標をそれぞれ検出し、検出した両者の位置座標より相対位置ずれ状態を演算して求めるようになっている。相対位置ずれ状態の求め方に関しては後述する。
【００３４】
タイマー５２は、制御装置１６の制御下において、基板検出用カメラ４１が取り込んだ画像に基づく基板１の位置検出動作が演算装置５１にて終了した時点から、カメラ４１、４２を用いて検出した基板１と電子部品２の相対位置ずれ状態に基づき、両者の位置合わせが終了した時点までの時間（以下「経過時間」という）Ｔ１を計測するようになっている。また、演算装置５１には、ボンディングステージ１４の熱による基板１の熱変形、求められるボンディング精度等の要因を考慮し、基板１の位置検出動作が終了した時点から基板１と電子部品２の位置合わせ動作が終了するまでの許容時間Ｔ０が予め設定、記憶されていて、上記の経過時間Ｔ１をこの設定時間Ｔ０と比較するようになっている。
【００３５】
ここで、図７を用いて、演算装置５１における両カメラ４１、４２を用いて検出された位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２、２Ｍ１、２Ｍ２の位置座標を用いた基板１と電子部品２の相対位置ずれ状態の検出について説明する。
【００３６】
まず、検出された基板１の第１、第２位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２の位置座標から、両位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２を結ぶ直線の中点Ｐ１の位置座標、並びにＹ座標に対するこの直線の角度を求める。
【００３７】
また、検出された電子部品２の第１、第２位置合わせマーク２Ｍ１、２Ｍ２の位置座標から、両位置合わせマーク２Ｍ１、２Ｍ２を結ぶ直線の中点Ｐ２の位置座標、並びにＹ座標に対するこの直線の角度を求める。
【００３８】
次に、求めた両中点Ｐ１、Ｐ２の位置座標を用いて、両中点Ｐ１、Ｐ２間のＸ軸方向の相対距離デルタＸとＹ軸方向の相対距離デルタＹを求める。さらに、求めた両直線のＹ座標に対する角度から、両直線が形成する相対角度デルタθを求める。このようにして、基板１と電子部品２１の相対位置ずれ状態が、計算され検出される。
【００３９】
次にこのボンディング装置１０による、電子部品２の基板１に対する一連のボンディング動作について説明する。
【００４０】
まず、カメラユニット１５が前進端に位置付けられているとする。そこで、制御装置１６は送りモータ２６を制御して、ボンディングすべき基板１の所定のリードパターンをボンディングステージ１４上のボンディング位置に位置付ける。
【００４１】
一方、電子部品載置台１２上には、ペレット移送機によって電子部品２が電極を下向きにして所定の位置に載置される。そして電子部品載置台１２に載置された電子部品２は、ボンディングツール３６により吸着保持され、Ｘ移動部３２、Ｙ移動部３３、Ｚ移動部３４の制御により、ボンディングツール３６はボンディングステージ１４上のボンディング位置まで移動する。
【００４２】
ボンディング位置に位置付けられた基板１並びに電子部品２の画像は、カメラユニット１５に搭載された基板検出用カメラ４１と電子部品検出用カメラ４２により取り込まれ、取り込み画像に基づいて両者の相対ずれ状態が演算装置５１にて計算されて検出される。ここでカメラユニット１５は、後退端に移動する。そして制御装置１６は、演算装置５１にて求められた位置ずれ状態をなくすように、Ｘ移動部３２、Ｙ移動部３３、θ移動部３５を駆動制御する。このようにして両者の位置合わせが終了すると、ボンディングツール３６は下降し、電子部品２はボンディングツール３６からの熱とボンディングステージ１４からの熱、それにボンディングツール３６による押圧力により、基板１にボンディングする。
【００４３】
さて、上述したボンディング動作について部分的にさらなる詳細について動作フローを用いて説明する。
【００４４】
まず、第１の実施の形態に係わるボンディング動作フローについて、図４に示すフローチャート図に基づき説明する。
【００４５】
ボンディングツール３６に保持された電子部品１がボンディング位置上方に搬送され電子部品検出用カメラ４２の撮像位置に位置付けられると(Ｓ４１）、制御装置１６は電子部品供給済み信号を受けて（Ｓ４２）、電子部品検出用カメラ４２が電子部品２の画像を取り込み、その取り込み画像に基づいて電子部品２に設けられた第１、第２位置合わせマーク２Ｍ１、２Ｍ２の位置を検出することで電子部品２の位置を検出する（Ｓ４３）。
【００４６】
一方、基板１上の今回ボンディング対象となる所定リードパターン部分がボンディングステージ１４（基板検出用カメラ４１による撮像位置）に供給されると（Ｓ４４）、制御装置１６は供給済み信号を受ける（Ｓ４５）。ここで制御装置１６は、上述の所定リードパターンにボンディングされるべき電子部品２の位置検出動作が既に終了しているか否かを判定する（Ｓ４６）。この判定で未完の場合には、電子部品２の位置検出が終了するまで、基板１の位置検出動作は行なわない。他方、Ｓ４６で電子部品の位置検出動作が既に終了している場合には、この時点で基板検出用カメラ４１により基板１の画像を取り込み、その取り込み画像に基づいて第１、第２位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２の位置を検出することで基板１の位置を検出する（Ｓ４７）。
【００４７】
次に、Ｓ４３とＳ４７でのマーク検出結果に基づいて、演算装置５１にて、電子部品２と基板１との相対位置ずれ量並びにその方向、つまり相対位置ずれ状態が計算にて求められる（Ｓ４８）。そして求められた相対位置ずれ状態をなくすようにボンディングツール３６を移動させ、両者の位置合わせが行なわれる（Ｓ４９）。
【００４８】
位置合わせ終了後、ボンディングツール３６が基板１に向けて下降し、保持していた電子部品２を基板１にボンディングする（Ｓ５０）。
【００４９】
このように、第１の実施の形態において、基板１の位置検出動作は、常に電子部品２の位置検出動作が終了した後に行なわれる。つまり、基板１がたとえ電子部品２よりも先にカメラ４１による撮像位置に位置付けられたとしても、電子部品２の位置検出動作が終了しない限り、基板２の位置検出動作は開始されない。なおこれは、たとえ電子部品２の位置検出動作終了前にカメラ４１により基板１の画像の取り込みが行なわれたとしても、電子部品２の位置検出が終了しない限りは、その取り込み画像に基づく基板１の位置検出動作を行なわず、電子部品２の位置決め動作終了時点で取り込んだ画像に基づく基板１の位置検出動作を行なうようにしても良い。そして、基板１の位置検出動作を終えたら、基板１と電子部品２の位置合わせ動作、それに続くボンディング動作が連続して行なわれる。
【００５０】
第１の実施の形態においては、基板１の位置検出動作終了後に電子部品の位置検出動作による待ち時間が常になく、基板１の位置検出後からボンディング動作が開始されるまでの時間を極力短くできるので、基板１の位置検出後に生じる基板１の伸びにより生じる位置ずれ誤差を最小限に抑えることができ、高精度でボンディングすることができる。
【００５１】
次に、第２の実施の形態に係わるボンディング動作フローについて、図５に示すフローチャート図に基づき説明する。
【００５２】
ボンディングツール３６に保持された電子部品１がボンディング位置上方に搬送され電子部品検出用カメラ４２の撮像位置に位置付けられると（Ｓ５１）、制御装置１６は電子部品供給済み信号を受けて（Ｓ５２）、電子部品検出用カメラ４２が電子部品２の画像を取り込み、電子部品２に設けられた第１、第２位置合わせマーク２Ｍ１、２Ｍ２の位置を検出することで電子部品２の位置を検出する（Ｓ５３）。
【００５３】
一方、基板１上の今回ボンディング対象となる所定リードパターン部分がボンディングステージ１４に供給されると（Ｓ５４）、制御装置１６は供給済み信号を受けて（Ｓ５５）、基板検出用カメラ４１が基板１の画像を取り込み、基板１に設けられた第１、第２位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２の位置を検出することで基板１の位置を検出する（Ｓ５６）。ここで制御装置１６は、基板１の位置検出動作が終了した時点でタイマー５２をスタートさせる（Ｓ５７）。
【００５４】
次に、Ｓ５３とＳ５６でのマーク検出結果に基づき、演算装置５１は、電子部品２と基板１との相対位置ずれ状態を計算にて求める（Ｓ５８）。そして、求めた相対位置ずれ状態に基づいてボンディングツール３６を移動させ、両者の位置合わせを行なう（Ｓ５９）。両者の位置合わせが終了すると、制御装置１６は、その時点でタイマー５２をストップさせる（Ｓ６０）。そこで演算装置５１は、タイマー５２による計測された経過時間Ｔ１と予め演算装置５１内に設定されている許容時間Ｔ０と比較する（Ｓ６１）。そして、経過時間Ｔ１が許容時間Ｔ０以内の場合には、制御装置１６はタイマー５２をリセットするとともに（Ｓ６２）、ボンディングツール３６を基板１に向けて下降させ、保持していた電子部品２を基板１にボンディングする（Ｓ６３）。
【００５５】
一方、Ｓ６１でＴ１がＴ０を越えていた場合、制御装置１６はタイマー５２をリセットした上で（Ｓ６４）、Ｓ５６に戻り、基板検出用カメラ４１にて基板１の画像を再度取り込み、この時の取り込み画像に基づいて基板１に設けられた第１、第２位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２の位置から基板１の位置を再度検出する。その後は、Ｓ５７からＳ６３は同様行なわれる。
【００５６】
先に述べた第１の実施の形態においては、基板１と電子部品２の位置検出動作の順番に着目したが、この第２の実施の形態では、基板１と電子部品２の位置検出動作の順番は問わず、時間管理が行なわれる。すなわち、第２の実施の形態では、基板１と電子部品２の位置合わせが終了した時点で、経過時間Ｔ１と許容時間Ｔ０とが比較される。そして、経過時間Ｔ１が許容時間Ｔ０以内の場合には引き続いてボンディング動作が実行されるが、経過時間Ｔ１が許容時間Ｔ０を越えたときには、基板１の位置検出を再度行なった上でボンディング動作を実行する。従って、基板１の位置検出後に、基板１がボンディングステージ１４により受ける熱による基板１の伸びを最小限に抑えることができ、ボンディング精度が低下することを極力防止することができる。
【００５７】
さらに、電子部品２の供給が遅れた場合でも、Ｔ１＜＝Ｔ０を満足する範囲においては、先に基板１の位置検出動作を完了させておくことができるので、第１の実施の形態に比較して、基板１の位置検出動作に要する分だけ待ち時間、ひいては基板１や電子部品２の位置検出動作開始からボンディング終了までのトータル時間を短くすることができる。
【００５８】
次に、第３の実施の形態に係わるボンディング動作フローについて、図６に示すフローチャート図に基づき説明する。
【００５９】
ボンディングツール３６に保持された電子部品１がボンディング位置上方に搬送され電子部品検出用カメラ４２の撮像位置に位置付けられると(Ｓ６１）、制御装置１６は電子部品供給済み信号を受けて（Ｓ６２）、電子部品検出用カメラ４２が電子部品２の画像を取り込み、電子部品２に設けられた第１、第２位置合わせマーク２Ｍ１、２Ｍ２の位置を検出することで電子部品２の位置を検出する（Ｓ６３）。
【００６０】
一方、基板１上の今回ボンディング対象となる所定リードパターン部分がボンディングステージ１４に供給されると（Ｓ６４）、制御装置１６は供給済み信号を受ける（Ｓ６５）。ここで制御装置１６は、上述の所定リードパターン部分にボンディングされるべき電子部品２の位置検出動作が既に終了しているか否かを判定する（Ｓ６６）。この判定で未完の場合には、電子部品２の位置検出動作が終了するまで、基板１の位置検出動作は行なわない。他方、Ｓ６６で電子部品の位置検出動作が既に終了している場合には、この時点で基板検出用カメラ４１により基板１の画像を取り込み、第１、第２位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２の位置を検出することで基板１の位置を検出する（Ｓ６７）。ここで制御装置１６は、基板１の位置検出動作が終了した時点でタイマー５２をスタートさせる（Ｓ６８）。
【００６１】
次に、Ｓ６３とＳ６７でのマーク検出結果に基づき、演算装置５１は、電子部品２と基板１との相対位置ずれ状態を計算にて求める（Ｓ６９）。そして、求めた相対位置ずれ状態に基づいてボンディングツール３６を移動させ、両者の位置合わせを行なう（Ｓ７０）。両者の位置合わせが終了すると、制御装置１６は、その時点でタイマー５２をストップさせる（Ｓ７１）。そこで演算装置５１は、タイマー５２による計測された経過時間Ｔ１と予め演算装置５１内に設定されている許容時間Ｔ０と比較する（Ｓ７２）。そして、経過時間Ｔ１が許容時間Ｔ０以内の場合には、制御装置１６はタイマー５２をリセット（Ｓ７３）するとともに、ボンディングツール３６を基板１に向けて下降させ、保持していた電子部品２を基板１にボンディングする（Ｓ７４）。
【００６２】
一方、Ｓ７２でＴ１がＴ０を越えていた場合、制御装置１６はタイマー５２をリセットした上で（Ｓ７５）、Ｓ６７に戻り、基板検出用カメラ４１にて基板１の画像を再度取り込み、このときの取り込み画像に基いて基板１に設けられた第１、第２位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２の位置をから基板１の位置を再度検出する。その後は、Ｓ６８からＳ７４は同様行なわれる。
【００６３】
この第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様な理由から、基板１の位置検出動作後に生じた基板１の伸びのためにボンディング精度が低下することを極力防止することができ、また、第１の実施の形態に比較して、基板１の位置検出動作に要する分だけ待ち時間、ひいては基板１や電子部品２の位置検出からボンディング終了までのトータル時間を短くすることができる。
【００６４】
また、第３の実施の形態においては、基板１の位置検出動作が完了するまでに電子部品２の位置検出動作は既に完了しているので、第２の実施の形態に比較して、Ｓ７２においてＴ１＞Ｔ０なる頻度は少ない。従って基板１を再検出して基板１と電子部品２との位置合わせの修正を行なう頻度が少なくなり、基板１の位置を最初に検出からボンディング開始までの時間を極力短くすることができる。
【００６５】
さらに、第１の実施の形態においては、必ず電子部品２の位置検出動作を先に行なってから基板１の位置検出動作を行なうものであるため、基板１の位置検出動作後に生じる基板１の伸びにより生じる位置ずれ誤差を最小限に抑えることができ、高精度でボンディングすることができることは既に述べたとおりであるが、万が一何らかの原因で基板１の位置検出後、基板１と電子部品２の位置合わせが終了するまで時間が必要以上に経過してしまった場合には、その間での基板１の予想外の伸びにより、カメラ４１、４２を用いて検出された基板１、電子部品２それぞれの位置情報に基づいて両者の位置合わせ動作が行われたとしても、ボンディング精度に影響を与える懸念がある。ところが第３の実施の形態において、このような場合には、Ｓ７２でＴ１＞Ｔ０となって基板１の再度の位置検出が行なわれることになるから、上述した懸念が取り除かれ、ボンディング精度をより向上させることができる。
【００６６】
なお、上述した第１、第３の実施の形態では、Ｓ４６あるいはＳ６６における判定基準を、電子部品２の位置検出動作が既に終了しているかとし、未完の場合には、電子部品２の位置検出動作が終了するまで基板１の位置検出動作を行なわないようにした。しかしながら、電子部品２の位置検出動作に必要な時間と基板１の位置検出動作に必要な時間を考慮し、予測される時間差が短い、これは両位置検出動作が同時に開始されたと仮定したときに、基板１の位置検出動作が先に終了したとしても、基板１の位置検出動作終了後から電子部品２の位置検出動作の終了までの時間が、その間にボンディングステージ１４から受ける熱による基板１の伸び量が許容される範囲内であるような場合には、電子部品２の位置検出動作の開始、つまり検出画像の取り込みの有無を判定基準としても構わない。
【００６７】
また、第２、第３の実施の形態において、Ｓ５７あるいはＳ６８でのタイマー５２のスタート時期を、基板１の位置検出動作が終了した時期とし、Ｓ６０あるいはＳ７１でのタイマー５２のストップ時期を基板１と電子部品２の位置合わせが終了した時点とした。しかしながら、基板１の検出時間を見込んだ値にＴＯを設定すれば、タイマースタート時期は、基板検出動作開始時でも良く、さらにタイマーストップ時期は、基板１と電子部品２との位置合わせ終了後に、ボンディングツール３６を支持するＺ移動部３４に対して制御装置１６より下降信号が出力される時期、つまりボンディング動作が開始される時期としても構わない。
【００６８】
また上述した実施の形態では、基板１と電子部品２の位置合わせのために両者に位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２、２Ｍ１、２Ｍ２を設けた例であったが、特別なマークを設けることなく、特徴あるリードパターンや電極パターンをマークの代わりに用いても良い。
【００６９】
また、基板１と電子部品２の位置合わせのために、ボンディングツール３６の移動量を補正するようにしたが、ボンディングステージ１４側を移動させることで両者の位置合わせを行なうようにしても構わない。
【００７０】
さらに、フィルム状のフレキシブルテープ基板１を例に取って説明したが、本発明は、テープ状でない基板であっても、熱の影響を受けやすい基板であれば適用可能である。
【００７１】
また、基板検出用カメラ４１と電子部品検出用カメラ４２を別に設けることなく、１つのカメラにて両方の位置を検出するものであっても良い。
【００７２】
なお、上述のいずれの実施の形態では、基板１と電子部品２のカメラ４１、４２による撮像位置をボンディングステージ１４の近辺に設定した。こうすることで、位置検出後の位置合わせ時において、位置合わせに必要な基板１あるいは電子部品２の移動量を少なく抑えることができるため、特にリード配列が密のような場合にはボンディング精度向上に寄与し、好ましい。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、電子部品を基板に対して高精度でボンディングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなるボンディング装置の側面図。
【図２】図１をＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向に見た平面図。
【図３】図１に示したボンディング装置の制御系を示すブロック図。
【図４】図１のボンディング装置を用いた第１の実施の形態に係わるボンディング動作フローを示すフローチャート図。
【図５】図１のボンディング装置を用いた第２の実施の形態に係わるボンディング動作フローを示すフローチャート図。
【図６】図１のボンディング装置を用いた第３の実施の形態に係わるボンディング動作フローを示すフローチャート図。
【図７】基板と電子部品の位置合わせ状態を示す平面図。
【図８】 従来技術におけるボンディング動作フローを示すフローチャート図。
【符号の説明】
１ フレキシブルテープ基板
１ａ リード
１Ｍ１位置合わせマーク
１Ｍ２位置合わせマーク
２ 電子部品
２Ｍ１位置合わせマーク
２Ｍ２位置合わせマーク
１０ ボンディング装置
１０ａベース
１１ 基板送り装置
１２ 電子部品載置台
１３ ボンディングヘッド
１４ ボンディングステージ
１４ｄ カメラユニットドライバ回路
１５ カメラユニット
１６ 制御装置
２１ 供給リール
２２ 収納リール
２４ スプロケット歯車
２５ スプロケット歯車
２６ 送りモータ
２６ｄ送りモータドライブ回路
３１ ＸＹテーブル
３２ Ｘ移動部
３２ｄＸ移動部ドライバ回路
３３ Ｙ移動部
３３ｄＹ移動部ドライバ回路
３４ Ｚ移動部
３４ｄＺ移動部ドライバ回路
３５ θ移動部
３５ｄθ移動部ドライバ回路
３６ ボンディングツール
３７ スタンド
４１ 基板検出用カメラ
４２ 電子部品検出用カメラ
４３ 水平ガイド
５１ 演算装置
５２ タイマー
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品のボンディング方法及びボンディング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フリップチップボンディング装置等のボンディング装置は、ボンディングステージ上に搬入された配線基板等の基板上にＩＣチップ等の電子部品を熱圧着によりボンディングするものであり、基板はボンディングステージに設けたヒータにより熱圧着に必要な温度に加熱されてからボンディング動作が実行される。また、ボンディングに先立って、カメラを用いた基板と電子部品との相対位置合わせが行なわれる。
【０００３】
位置合わせに用いられるカメラは、通常２台設置される。一方のカメラは基板検出用カメラであって、ボンディングステージの上方に配置され、ボンディングステージに搬入され粗位置決めされた基板を撮像する。これに対し他方のカメラは、電子部品検出用カメラであり、ボンディングヘッドに保持された状態の電子部品を下方より撮像するもので、ボンディングヘッドによる電子部品の搬送経路途中の下方に配置される。
【０００４】
次に、図８のフローチャート図を参照しながら、従来における電子部品のボンディング動作のフローについて説明する。
【０００５】
まず、基板がボンディングステージに供給され、基板検出用カメラ下の撮像位置に位置付けられると（Ｓ１）、制御装置はその基板供給済み信号を受け（Ｓ２）、基板検出用カメラが基板の画像を取り込み、基板に設けられた第１、第２位置合わせマークの位置を検出することで基板の位置を検出する（Ｓ３）。
【０００６】
また、ボンディングヘッドに保持された電子部品が電子部品検出用カメラ上の撮像位置に位置付けられると（Ｓ４）、制御装置はその電子部品供給済み信号を受け（Ｓ５）、電子部品検出用カメラが電子部品の画像を取り込み、電子部品に設けられた第１、第２位置合わせマークの位置を検出することで電子部品の位置を検出する（Ｓ６）。
【０００７】
次に、Ｓ３とＳ６でのマーク検出結果より、演算装置にて、電子部品と基板との相対位置ずれ量並びにその方向、つまり相対位置ずれ状態を計算にて求める（Ｓ７）。そして求めた相対位置ずれ状態に基づいてボンディングヘッドによる基板方向への移動量を補正し、両者の位置合わせを行なう（Ｓ８）。
【０００８】
位置合わせ終了後、ボンディングヘッドが基板に向けて下降し、保持していた電子部品を基板に押圧して、その電子部品を基板にボンディングする（Ｓ９）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した基板検出用カメラを用いた基板の位置検出動作、電子部品検出用カメラを用いた電子部品の位置検出動作についてそれぞれみてみると、動作フロー上、どちらの検出動作を先に行なうかという点について特に何ら定められることなく、とにかく先に撮像位置に到達した方から順に行なうというものであった。これは、画像取り込みによる待ち時間発生をできるだけなくすためである。
【００１０】
例えば、基板の補充により基板の供給が遅れるケース１、電子部品に不良品があってボンディングする良品の供給が遅れるケース２が考えられる。ケース１の場合には、電子部品の位置検出動作が基板の位置検出動作に先立って行なわれ、ケース２の場合には、基板の位置検出動作が電子部品の位置検出動作に先立って行なわれることになる。
【００１１】
さて、前述したように 基板はボンディング前にボンディングに必要な温度までボンディングステージによって加熱される。このため、基板の材質が樹脂テープ等の特に熱変形し易いものである場合に、基板の位置検出動作が先に終了し、その後の電子部品の位置検出動作の終了を待ってボンディングが行なわれるケース２においては、電子部品の位置検出動作を行なっている間に基板はボンディングステージからの熱によって熱変形する。従って、カメラを用いて基板、電子部品それぞれの位置が検出され、その位置情報に基づいて両者の位置合わせが行われたとしても、高精度に相対位置合わせされた、つまり精度の高いボンディングを行なうことが困難であった。
【００１２】
また、ケース１のように電子部品の位置検出動作が先に行なわれ、基板の位置検出動作がその後に行なわれた場合であっても、基板の位置検出動作が終了してからボンディングされるまでの時間が長ければ同様の欠点を有することになる。
【００１３】
本発明は、電子部品を基板に対して高精度でボンディングすることのできる電子部品のボンディング方法及びボンディング装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、電子部品と基板の画像をカメラにより取り込み、その取り込み画像を用いて両者の位置を検出し、検出した位置に基づいて前記電子部品と基板とを位置合わせして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方法において、前記基板が前記電子部品よりも先にカメラによる撮像位置に位置付けられたとしても、少なくとも前記電子部品の位置検出を開始した後に、基板の位置検出を開始することを特徴とする。
【００１５】
また、同方法において、ボンディングを開始するにあたり、カメラによる基板検出動作開始時点、あるいは基板検出動作終了時点から、前記基板と前記電子部品との位置合わせ終了時点、あるいはボンディングが開始される時点までの経過時間Ｔ１を計測し、この経過時間Ｔ１が予め設定した設定時間Ｔ０以内であればその後そのままボンディング動作を実行し、設定時間Ｔ０を超過している場合には、再度、カメラにより前記基板の画像を取り込んでその取り込み画像に基づいて基板の位置を検出し、その検出結果に基づく位置合わせを行なってからボンディングを実行することを特徴とする。
【００１６】
さらに同方法において、前記基板が前記電子部品よりも先にカメラによる撮像位置に位置付けられたとしても、少なくとも前記電子部品の位置検出を開始した後に、基板の位置検出を開始するとともに、ボンディングを開始するにあたり、カメラによる基板検出動作開始時点、あるいは基板検出動作終了時点から、前記基板と前記電子部品との位置合わせ終了時点、あるいはボンディングが開始される時点までの経過時間Ｔ１を計測し、この経過時間Ｔ１が予め設定した設定時間Ｔ０以内であればその後そのままボンディング動作を実行し、設定時間Ｔ０を超過している場合には、再度、カメラにより前記基板の画像を取り込んでその取り込み画像に基づき基板の位置を検出し、その検出結果に基づく位置合わせを行なってからボンディングを実行することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明においては、基板をボンディング位置に送る基板送り装置と、電子部品をボンディング位置に搬送するツールと、前記基板の画像を取り込む第１のカメラと、前記電子部品の画像を取り込む第２のカメラと、前記第１のカメラと第２のカメラの取り込み画像に基づき基板並びに電子部品の位置を検出する演算装置と、この演算装置により検出された前記基板と電子部品の相対位置ずれ状態に基づいて両者を位置合わせする制御装置と、を備える電子部品のボンディング装置において、前記制御装置は、前記基板が前記電子部品よりも先に前記カメラによる撮像位置に位置付けられたとしても、少なくとも前記電子部品の位置検出を開始した後に、基板の位置検出を開始するように前記演算装置を制御することを特徴とする。
【００１８】
また同装置において、前記カメラによる基板画像の取り込み開始時点、あるいは前記演算装置による基板の位置検出動作終了時点から、前記基板と前記電子部品との位置合わせ終了時点、あるいはボンディングが開始される時点までの経過時間Ｔ１を計測するタイマーをさらに備え、前記制御装置は、前記経過時間Ｔ１が予め設定した設定時間Ｔ０以内であればその後そのままボンディング動作を実行させ、設定時間Ｔ０を超過している場合には、再度、前記カメラにより基板の画像を取り込み、その取り込み画像に基づく基板の位置検出動作、並びにその検出結果に基づく位置合わせ動作を実行後、ボンディング動作を実行するように制御することを特徴とする。
【００１９】
さらに同装置において、前記制御装置は、前記基板が前記電子部品よりも先に前記カメラによる撮像位置に位置付けられたとしても、少なくとも前記電子部品の位置検出を開始した後に、基板の位置検出を開始するように前記演算装置を制御するとともに、前記カメラによる基板画像の取り込み開始時点、あるいは前記演算装置による基板の位置検出動作終了時点から、前記基板と前記電子部品との位置合わせ終了時点、あるいはボンディングが開始される時点までの経過時間Ｔ１を計測するタイマーをさらに備え、前記制御装置は、前記経過時間Ｔ１が予め設定した設定時間Ｔ０以内であればその後そのままボンディング動作を実行させ、設定時間Ｔ０を超過している場合には、再度、前記カメラにより基板の画像を取り込み、その取り込み画像に基づく基板の位置検出動作、並びにその検出結果に基づく位置合わせ動作を実行後、ボンディング動作を実行するように制御することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。図１は本発明を適用してなるボンディング装置の側面図、図２は図１をＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向に見た平面図、図３は図１に示したボンディング装置の制御系を示すブロック図、図４は図１のボンディング装置を用いた第１の実施の形態に係わるボンディング動作フローを示すフローチャート図、図５は同じく第２の実施の形態に係わるボンディング動作フローを示すフローチャート図、図６は同じく第３の実施の形態に係わるボンディング動作フローを示すフローチャート図、図７は基板と電子部品の位置合わせ状態を示す平面図である。
【００２１】
まず図１乃至図３を用いて、ボンディング装置１０の構成について説明する。
【００２２】
ボンディング装置１０は、基板送り装置１１と、電子部品載置台１２と、ボンディングヘッド１３と、ボンディングステージ１４と、カメラユニット１５と、制御装置１６とを備えて構成される。
【００２３】
基板送り装置１１は、熱に弱い連続したフィルム状のフレキシブルテープ基板（以下単に「基板」という）１をボンディング位置に順次供給するもので、ボンディング位置を間にしてその一方側に供給リール２１、他方側に収納リール２２が配置され、供給リール２１から解き出された基板１はボンディング位置に順次位置付けられ、後述のようにして電子部品が所定位置にボンディングされた後、収納リール２２に巻き取られるようになっている。ここで基板１には、図７に示されるように、そのボンディング面には複数のリード１ａより構成されるリードパターンが一定のピッチで形成されるとともに、各パターン毎に位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２が対向するように一対形成されている。また図示省略したが、基板１の縁に沿っては送りのためのスプロケット孔が形成される。
【００２４】
図１に戻り、ボンディング位置の両側には、供給側スプロケット歯車２４と収納側スプロケット歯車２５とが配設されており、パルスモータ等からなる送りモータ２６にてスプロケット歯車２５が回転駆動される。送りモータ２６は、制御装置１６により送りモータドライバ回路２６ｄ（図３参照）を介して駆動制御される。両スプロケット歯車２４、２５は、基板１に設けられた先に述べたスプロケット孔と係合しており、制御装置１６が制御する長さだけスプロケット歯車２５により基板１を１ピッチずつ間欠的に送給し、基板１のボンディングすべきリードパターンの部分をボンディングステージ１４上のボンディング位置に順次供給する。これらの供給リール２１、収納リール２２、スプロケット歯車２４、２５、送りモータ２６は、それぞれ図示しないスタンドを介してベース１０ａに取り付けられている。
【００２５】
電子部品載置台１２は、ベース１０ａ上に取り付けられており、この電子部品載置台１２の上には、図示しないペレット移送機によって電子部品２が電極を下向きにして所定の位置に載置されるようになっている。なお電子部品２には、図７に示すように、対向するコーナー部に位置合わせマーク２Ｍ１、２Ｍ２が設けられる。
【００２６】
ボンディングヘッド１３は、Ｘ移動部３２とＹ移動部３３からなるＸＹテーブル３１と、Ｘ移動部３２に保持されてＺ方向に移動するＺ移動部３４と、このＺ移動部３４に回転自在に取り付けられたθ移動部３５と、このθ移動部３５に一体保持されてなるボンディングツール３６を有する。
【００２７】
このボンディングツール３６は、その下面に不図示の吸着孔を有し、電子部品２を吸着保持できるようになっている。また、ボンディングツール３６には、不図示のヒータが設けられ、保持した電子部品２をボンディングに必要な温度に加熱する。
【００２８】
ボンディングヘッド１３のＹ移動部３３は、ベース１０ａに固定支持されたスタンド３７にＹ方向に移動自在に保持される。また各移動部３２乃至３５は、制御装置１６によって、Ｘ移動部ドライバ回路３２ｄ、Ｙ移動部ドライバ回路３３ｄ、Ｚ移動部ドライバ回路３４ｄ、θ移動部ドライバ回路３５ｄを介してそれぞれ駆動制御される。
【００２９】
ボンディングステージ１４は、その上面が、送られてくる基板１の下面に接する高さとなるようにベース１０ａに固定される。また、ボンディングステージ１４には不図示のヒータが内蔵され、基板１をボンディングに必要な温度に加熱する。
【００３０】
カメラユニット１５は、その側面に、光軸を水平にした姿勢の基板検出用カメラ４１と電子部品検出用カメラ４２を搭載している。カメラユニット１５の内部には、水平方向と垂直方向に孔１５ａが連通する状態で開けられており、この孔１５ａ内に設けた不図示のミラー、プリズム、ファイバスコープ等の光学系により、基板検出用カメラ４１の光軸を垂直下方に変換し、また電子部品検出用カメラ４２の光軸を垂直上方に変換し、これによりボンディング位置に位置付けられた基板１の画像、特に基板１に設けられた位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２が基板検出用カメラ４１により、そして電子部品２の画像、特に電子部品２に設けられた位置合わせマーク２Ｍ１、２Ｍ２が電子部品検出用カメラ４２により、それぞれ取り込まれるようになっている。
【００３１】
また、カメラユニット１５は、制御装置１６によりカメラユニットドライバ回路１４ｄ（図３参照）を介して駆動制御される不図示の駆動機構により、スタンド３７に取り付けた水平ガイド４３に沿ってＸ方向に移動自在となっている。そして、カメラユニット１５が前進端に移動したときには、基板検出用カメラ４１と電子部品検出用カメラ４２により、ボンディング位置に位置付けられた基板１、電子部品２の画像を孔１５ａを介してそれぞれ取り込み可能位置に、また後退端に移動したときには、ボンディング位置から退避した位置に位置付けられる。
【００３２】
制御装置１６には、図３に示すように、演算装置５１とタイマー５２が接続される。
【００３３】
演算装置５１は、基板検出用カメラ４１と電子部品検出用カメラ４２が取り込んだ各位置合わせマークの画像を処理するとともに、その処理画像に基づいて、電子部品２の位置座標、基板１の位置座標をそれぞれ検出し、検出した両者の位置座標より相対位置ずれ状態を演算して求めるようになっている。相対位置ずれ状態の求め方に関しては後述する。
【００３４】
タイマー５２は、制御装置１６の制御下において、基板検出用カメラ４１が取り込んだ画像に基づく基板１の位置検出動作が演算装置５１にて終了した時点から、カメラ４１、４２を用いて検出した基板１と電子部品２の相対位置ずれ状態に基づき、両者の位置合わせが終了した時点までの時間（以下「経過時間」という）Ｔ１を計測するようになっている。また、演算装置５１には、ボンディングステージ１４の熱による基板１の熱変形、求められるボンディング精度等の要因を考慮し、基板１の位置検出動作が終了した時点から基板１と電子部品２の位置合わせ動作が終了するまでの許容時間Ｔ０が予め設定、記憶されていて、上記の経過時間Ｔ１をこの設定時間Ｔ０と比較するようになっている。
【００３５】
ここで、図７を用いて、演算装置５１における両カメラ４１、４２を用いて検出された位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２、２Ｍ１、２Ｍ２の位置座標を用いた基板１と電子部品２の相対位置ずれ状態の検出について説明する。
【００３６】
まず、検出された基板１の第１、第２位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２の位置座標から、両位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２を結ぶ直線の中点Ｐ１の位置座標、並びにＹ座標に対するこの直線の角度を求める。
【００３７】
また、検出された電子部品２の第１、第２位置合わせマーク２Ｍ１、２Ｍ２の位置座標から、両位置合わせマーク２Ｍ１、２Ｍ２を結ぶ直線の中点Ｐ２の位置座標、並びにＹ座標に対するこの直線の角度を求める。
【００３８】
次に、求めた両中点Ｐ１、Ｐ２の位置座標を用いて、両中点Ｐ１、Ｐ２間のＸ軸方向の相対距離デルタＸとＹ軸方向の相対距離デルタＹを求める。さらに、求めた両直線のＹ座標に対する角度から、両直線が形成する相対角度デルタθを求める。このようにして、基板１と電子部品２１の相対位置ずれ状態が、計算され検出される。
【００３９】
次にこのボンディング装置１０による、電子部品２の基板１に対する一連のボンディング動作について説明する。
【００４０】
まず、カメラユニット１５が前進端に位置付けられているとする。そこで、制御装置１６は送りモータ２６を制御して、ボンディングすべき基板１の所定のリードパターンをボンディングステージ１４上のボンディング位置に位置付ける。
【００４１】
一方、電子部品載置台１２上には、ペレット移送機によって電子部品２が電極を下向きにして所定の位置に載置される。そして電子部品載置台１２に載置された電子部品２は、ボンディングツール３６により吸着保持され、Ｘ移動部３２、Ｙ移動部３３、Ｚ移動部３４の制御により、ボンディングツール３６はボンディングステージ１４上のボンディング位置まで移動する。
【００４２】
ボンディング位置に位置付けられた基板１並びに電子部品２の画像は、カメラユニット１５に搭載された基板検出用カメラ４１と電子部品検出用カメラ４２により取り込まれ、取り込み画像に基づいて両者の相対ずれ状態が演算装置５１にて計算されて検出される。ここでカメラユニット１５は、後退端に移動する。そして制御装置１６は、演算装置５１にて求められた位置ずれ状態をなくすように、Ｘ移動部３２、Ｙ移動部３３、θ移動部３５を駆動制御する。このようにして両者の位置合わせが終了すると、ボンディングツール３６は下降し、電子部品２はボンディングツール３６からの熱とボンディングステージ１４からの熱、それにボンディングツール３６による押圧力により、基板１にボンディングする。
【００４３】
さて、上述したボンディング動作について部分的にさらなる詳細について動作フローを用いて説明する。
【００４４】
まず、第１の実施の形態に係わるボンディング動作フローについて、図４に示すフローチャート図に基づき説明する。
【００４５】
ボンディングツール３６に保持された電子部品１がボンディング位置上方に搬送され電子部品検出用カメラ４２の撮像位置に位置付けられると(Ｓ４１）、制御装置１６は電子部品供給済み信号を受けて（Ｓ４２）、電子部品検出用カメラ４２が電子部品２の画像を取り込み、その取り込み画像に基づいて電子部品２に設けられた第１、第２位置合わせマーク２Ｍ１、２Ｍ２の位置を検出することで電子部品２の位置を検出する（Ｓ４３）。
【００４６】
一方、基板１上の今回ボンディング対象となる所定リードパターン部分がボンディングステージ１４（基板検出用カメラ４１による撮像位置）に供給されると（Ｓ４４）、制御装置１６は供給済み信号を受ける（Ｓ４５）。ここで制御装置１６は、上述の所定リードパターンにボンディングされるべき電子部品２の位置検出動作が既に終了しているか否かを判定する（Ｓ４６）。この判定で未完の場合には、電子部品２の位置検出が終了するまで、基板１の位置検出動作は行なわない。他方、Ｓ４６で電子部品の位置検出動作が既に終了している場合には、この時点で基板検出用カメラ４１により基板１の画像を取り込み、その取り込み画像に基づいて第１、第２位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２の位置を検出することで基板１の位置を検出する（Ｓ４７）。
【００４７】
次に、Ｓ４３とＳ４７でのマーク検出結果に基づいて、演算装置５１にて、電子部品２と基板１との相対位置ずれ量並びにその方向、つまり相対位置ずれ状態が計算にて求められる（Ｓ４８）。そして求められた相対位置ずれ状態をなくすようにボンディングツール３６を移動させ、両者の位置合わせが行なわれる（Ｓ４９）。
【００４８】
位置合わせ終了後、ボンディングツール３６が基板１に向けて下降し、保持していた電子部品２を基板１にボンディングする（Ｓ５０）。
【００４９】
このように、第１の実施の形態において、基板１の位置検出動作は、常に電子部品２の位置検出動作が終了した後に行なわれる。つまり、基板１がたとえ電子部品２よりも先にカメラ４１による撮像位置に位置付けられたとしても、電子部品２の位置検出動作が終了しない限り、基板２の位置検出動作は開始されない。なおこれは、たとえ電子部品２の位置検出動作終了前にカメラ４１により基板１の画像の取り込みが行なわれたとしても、電子部品２の位置検出が終了しない限りは、その取り込み画像に基づく基板１の位置検出動作を行なわず、電子部品２の位置決め動作終了時点で取り込んだ画像に基づく基板１の位置検出動作を行なうようにしても良い。そして、基板１の位置検出動作を終えたら、基板１と電子部品２の位置合わせ動作、それに続くボンディング動作が連続して行なわれる。
【００５０】
第１の実施の形態においては、基板１の位置検出動作終了後に電子部品の位置検出動作による待ち時間が常になく、基板１の位置検出後からボンディング動作が開始されるまでの時間を極力短くできるので、基板１の位置検出後に生じる基板１の伸びにより生じる位置ずれ誤差を最小限に抑えることができ、高精度でボンディングすることができる。
【００５１】
次に、第２の実施の形態に係わるボンディング動作フローについて、図５に示すフローチャート図に基づき説明する。
【００５２】
ボンディングツール３６に保持された電子部品１がボンディング位置上方に搬送され電子部品検出用カメラ４２の撮像位置に位置付けられると（Ｓ５１）、制御装置１６は電子部品供給済み信号を受けて（Ｓ５２）、電子部品検出用カメラ４２が電子部品２の画像を取り込み、電子部品２に設けられた第１、第２位置合わせマーク２Ｍ１、２Ｍ２の位置を検出することで電子部品２の位置を検出する（Ｓ５３）。
【００５３】
一方、基板１上の今回ボンディング対象となる所定リードパターン部分がボンディングステージ１４に供給されると（Ｓ５４）、制御装置１６は供給済み信号を受けて（Ｓ５５）、基板検出用カメラ４１が基板１の画像を取り込み、基板１に設けられた第１、第２位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２の位置を検出することで基板１の位置を検出する（Ｓ５６）。ここで制御装置１６は、基板１の位置検出動作が終了した時点でタイマー５２をスタートさせる（Ｓ５７）。
【００５４】
次に、Ｓ５３とＳ５６でのマーク検出結果に基づき、演算装置５１は、電子部品２と基板１との相対位置ずれ状態を計算にて求める（Ｓ５８）。そして、求めた相対位置ずれ状態に基づいてボンディングツール３６を移動させ、両者の位置合わせを行なう（Ｓ５９）。両者の位置合わせが終了すると、制御装置１６は、その時点でタイマー５２をストップさせる（Ｓ６０）。そこで演算装置５１は、タイマー５２による計測された経過時間Ｔ１と予め演算装置５１内に設定されている許容時間Ｔ０と比較する（Ｓ６１）。そして、経過時間Ｔ１が許容時間Ｔ０以内の場合には、制御装置１６はタイマー５２をリセットするとともに（Ｓ６２）、ボンディングツール３６を基板１に向けて下降させ、保持していた電子部品２を基板１にボンディングする（Ｓ６３）。
【００５５】
一方、Ｓ６１でＴ１がＴ０を越えていた場合、制御装置１６はタイマー５２をリセットした上で（Ｓ６４）、Ｓ５６に戻り、基板検出用カメラ４１にて基板１の画像を再度取り込み、この時の取り込み画像に基づいて基板１に設けられた第１、第２位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２の位置から基板１の位置を再度検出する。その後は、Ｓ５７からＳ６３は同様行なわれる。
【００５６】
先に述べた第１の実施の形態においては、基板１と電子部品２の位置検出動作の順番に着目したが、この第２の実施の形態では、基板１と電子部品２の位置検出動作の順番は問わず、時間管理が行なわれる。すなわち、第２の実施の形態では、基板１と電子部品２の位置合わせが終了した時点で、経過時間Ｔ１と許容時間Ｔ０とが比較される。そして、経過時間Ｔ１が許容時間Ｔ０以内の場合には引き続いてボンディング動作が実行されるが、経過時間Ｔ１が許容時間Ｔ０を越えたときには、基板１の位置検出を再度行なった上でボンディング動作を実行する。従って、基板１の位置検出後に、基板１がボンディングステージ１４により受ける熱による基板１の伸びを最小限に抑えることができ、ボンディング精度が低下することを極力防止することができる。
【００５７】
さらに、電子部品２の供給が遅れた場合でも、Ｔ１＜＝Ｔ０を満足する範囲においては、先に基板１の位置検出動作を完了させておくことができるので、第１の実施の形態に比較して、基板１の位置検出動作に要する分だけ待ち時間、ひいては基板１や電子部品２の位置検出動作開始からボンディング終了までのトータル時間を短くすることができる。
【００５８】
次に、第３の実施の形態に係わるボンディング動作フローについて、図６に示すフローチャート図に基づき説明する。
【００５９】
ボンディングツール３６に保持された電子部品１がボンディング位置上方に搬送され電子部品検出用カメラ４２の撮像位置に位置付けられると(Ｓ６１）、制御装置１６は電子部品供給済み信号を受けて（Ｓ６２）、電子部品検出用カメラ４２が電子部品２の画像を取り込み、電子部品２に設けられた第１、第２位置合わせマーク２Ｍ１、２Ｍ２の位置を検出することで電子部品２の位置を検出する（Ｓ６３）。
【００６０】
一方、基板１上の今回ボンディング対象となる所定リードパターン部分がボンディングステージ１４に供給されると（Ｓ６４）、制御装置１６は供給済み信号を受ける（Ｓ６５）。ここで制御装置１６は、上述の所定リードパターン部分にボンディングされるべき電子部品２の位置検出動作が既に終了しているか否かを判定する（Ｓ６６）。この判定で未完の場合には、電子部品２の位置検出動作が終了するまで、基板１の位置検出動作は行なわない。他方、Ｓ６６で電子部品の位置検出動作が既に終了している場合には、この時点で基板検出用カメラ４１により基板１の画像を取り込み、第１、第２位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２の位置を検出することで基板１の位置を検出する（Ｓ６７）。ここで制御装置１６は、基板１の位置検出動作が終了した時点でタイマー５２をスタートさせる（Ｓ６８）。
【００６１】
次に、Ｓ６３とＳ６７でのマーク検出結果に基づき、演算装置５１は、電子部品２と基板１との相対位置ずれ状態を計算にて求める（Ｓ６９）。そして、求めた相対位置ずれ状態に基づいてボンディングツール３６を移動させ、両者の位置合わせを行なう（Ｓ７０）。両者の位置合わせが終了すると、制御装置１６は、その時点でタイマー５２をストップさせる（Ｓ７１）。そこで演算装置５１は、タイマー５２による計測された経過時間Ｔ１と予め演算装置５１内に設定されている許容時間Ｔ０と比較する（Ｓ７２）。そして、経過時間Ｔ１が許容時間Ｔ０以内の場合には、制御装置１６はタイマー５２をリセット（Ｓ７３）するとともに、ボンディングツール３６を基板１に向けて下降させ、保持していた電子部品２を基板１にボンディングする（Ｓ７４）。
【００６２】
一方、Ｓ７２でＴ１がＴ０を越えていた場合、制御装置１６はタイマー５２をリセットした上で（Ｓ７５）、Ｓ６７に戻り、基板検出用カメラ４１にて基板１の画像を再度取り込み、このときの取り込み画像に基いて基板１に設けられた第１、第２位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２の位置をから基板１の位置を再度検出する。その後は、Ｓ６８からＳ７４は同様行なわれる。
【００６３】
この第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様な理由から、基板１の位置検出動作後に生じた基板１の伸びのためにボンディング精度が低下することを極力防止することができ、また、第１の実施の形態に比較して、基板１の位置検出動作に要する分だけ待ち時間、ひいては基板１や電子部品２の位置検出からボンディング終了までのトータル時間を短くすることができる。
【００６４】
また、第３の実施の形態においては、基板１の位置検出動作が完了するまでに電子部品２の位置検出動作は既に完了しているので、第２の実施の形態に比較して、Ｓ７２においてＴ１＞Ｔ０なる頻度は少ない。従って基板１を再検出して基板１と電子部品２との位置合わせの修正を行なう頻度が少なくなり、基板１の位置を最初に検出からボンディング開始までの時間を極力短くすることができる。
【００６５】
さらに、第１の実施の形態においては、必ず電子部品２の位置検出動作を先に行なってから基板１の位置検出動作を行なうものであるため、基板１の位置検出動作後に生じる基板１の伸びにより生じる位置ずれ誤差を最小限に抑えることができ、高精度でボンディングすることができることは既に述べたとおりであるが、万が一何らかの原因で基板１の位置検出後、基板１と電子部品２の位置合わせが終了するまで時間が必要以上に経過してしまった場合には、その間での基板１の予想外の伸びにより、カメラ４１、４２を用いて検出された基板１、電子部品２それぞれの位置情報に基づいて両者の位置合わせ動作が行われたとしても、ボンディング精度に影響を与える懸念がある。ところが第３の実施の形態において、このような場合には、Ｓ７２でＴ１＞Ｔ０となって基板１の再度の位置検出が行なわれることになるから、上述した懸念が取り除かれ、ボンディング精度をより向上させることができる。
【００６６】
なお、上述した第１、第３の実施の形態では、Ｓ４６あるいはＳ６６における判定基準を、電子部品２の位置検出動作が既に終了しているかとし、未完の場合には、電子部品２の位置検出動作が終了するまで基板１の位置検出動作を行なわないようにした。しかしながら、電子部品２の位置検出動作に必要な時間と基板１の位置検出動作に必要な時間を考慮し、予測される時間差が短い、これは両位置検出動作が同時に開始されたと仮定したときに、基板１の位置検出動作が先に終了したとしても、基板１の位置検出動作終了後から電子部品２の位置検出動作の終了までの時間が、その間にボンディングステージ１４から受ける熱による基板１の伸び量が許容される範囲内であるような場合には、電子部品２の位置検出動作の開始、つまり検出画像の取り込みの有無を判定基準としても構わない。
【００６７】
また、第２、第３の実施の形態において、Ｓ５７あるいはＳ６８でのタイマー５２のスタート時期を、基板１の位置検出動作が終了した時期とし、Ｓ６０あるいはＳ７１でのタイマー５２のストップ時期を基板１と電子部品２の位置合わせが終了した時点とした。しかしながら、基板１の検出時間を見込んだ値にＴＯを設定すれば、タイマースタート時期は、基板検出動作開始時でも良く、さらにタイマーストップ時期は、基板１と電子部品２との位置合わせ終了後に、ボンディングツール３６を支持するＺ移動部３４に対して制御装置１６より下降信号が出力される時期、つまりボンディング動作が開始される時期としても構わない。
【００６８】
また上述した実施の形態では、基板１と電子部品２の位置合わせのために両者に位置合わせマーク１Ｍ１、１Ｍ２、２Ｍ１、２Ｍ２を設けた例であったが、特別なマークを設けることなく、特徴あるリードパターンや電極パターンをマークの代わりに用いても良い。
【００６９】
また、基板１と電子部品２の位置合わせのために、ボンディングツール３６の移動量を補正するようにしたが、ボンディングステージ１４側を移動させることで両者の位置合わせを行なうようにしても構わない。
【００７０】
さらに、フィルム状のフレキシブルテープ基板１を例に取って説明したが、本発明は、テープ状でない基板であっても、熱の影響を受けやすい基板であれば適用可能である。
【００７１】
また、基板検出用カメラ４１と電子部品検出用カメラ４２を別に設けることなく、１つのカメラにて両方の位置を検出するものであっても良い。
【００７２】
なお、上述のいずれの実施の形態では、基板１と電子部品２のカメラ４１、４２による撮像位置をボンディングステージ１４の近辺に設定した。こうすることで、位置検出後の位置合わせ時において、位置合わせに必要な基板１あるいは電子部品２の移動量を少なく抑えることができるため、特にリード配列が密のような場合にはボンディング精度向上に寄与し、好ましい。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、電子部品を基板に対して高精度でボンディングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなるボンディング装置の側面図。
【図２】図１をＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向に見た平面図。
【図３】図１に示したボンディング装置の制御系を示すブロック図。
【図４】図１のボンディング装置を用いた第１の実施の形態に係わるボンディング動作フローを示すフローチャート図。
【図５】図１のボンディング装置を用いた第２の実施の形態に係わるボンディング動作フローを示すフローチャート図。
【図６】図１のボンディング装置を用いた第３の実施の形態に係わるボンディング動作フローを示すフローチャート図。
【図７】基板と電子部品の位置合わせ状態を示す平面図。
【図８】 従来技術におけるボンディング動作フローを示すフローチャート図。
【符号の説明】
１ フレキシブルテープ基板
１ａ リード
１Ｍ１位置合わせマーク
１Ｍ２位置合わせマーク
２ 電子部品
２Ｍ１位置合わせマーク
２Ｍ２位置合わせマーク
１０ ボンディング装置
１０ａベース
１１ 基板送り装置
１２ 電子部品載置台
１３ ボンディングヘッド
１４ ボンディングステージ
１４ｄ カメラユニットドライバ回路
１５ カメラユニット
１６ 制御装置
２１ 供給リール
２２ 収納リール
２４ スプロケット歯車
２５ スプロケット歯車
２６ 送りモータ
２６ｄ送りモータドライブ回路
３１ ＸＹテーブル
３２ Ｘ移動部
３２ｄＸ移動部ドライバ回路
３３ Ｙ移動部
３３ｄＹ移動部ドライバ回路
３４ Ｚ移動部
３４ｄＺ移動部ドライバ回路
３５ θ移動部
３５ｄθ移動部ドライバ回路
３６ ボンディングツール
３７ スタンド
４１ 基板検出用カメラ
４２ 電子部品検出用カメラ
４３ 水平ガイド
５１ 演算装置
５２ タイマー
Claims (4)
- 電子部品と基板の画像をカメラにより取り込み、その取り込み画像を用いて両者の位置を検出し、検出した位置に基づいて前記電子部品と基板とを位置合わせして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方法において、ボンディングを開始するにあたり、カメラによる基板検出動作開始時点、あるいは基板検出動作終了時点から、前記基板と前記電子部品との位置合わせ終了時点、あるいはボンディングが開始される時点までの経過時間Ｔ１を計測し、この経過時間Ｔ１が予め設定した設定時間Ｔ０以内であればその後そのままボンディング動作を実行し、設定時間Ｔ０を超過している場合には、再度、カメラにより前記基板の画像を取り込んでその取り込み画像に基づいて基板の位置を検出し、その検出結果に基づく位置合わせを行なってからボンディングを実行することを特徴とする電子部品のボンディング方法。
- 電子部品と基板の画像をカメラにより取り込み、その取り込み画像を用いて両者の位置を検出し、検出した位置に基づいて前記電子部品と基板とを位置合わせして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方法において、前記基板が前記電子部品よりも先にカメラによる撮像位置に位置付けられたとしても、少なくとも前記電子部品の位置検出を開始した後に、基板の位置検出を開始するとともに、ボンディングを開始するにあたり、カメラによる基板検出動作開始時点、あるいは基板検出動作終了時点から、前記基板と前記電子部品との位置合わせ終了時点、あるいはボンディングが開始される時点までの経過時間Ｔ１を計測し、この経過時間Ｔ１が予め設定した設定時間Ｔ０以内であればその後そのままボンディング動作を実行し、設定時間Ｔ０を超過している場合には、再度、カメラにより前記基板の画像を取り込んでその取り込み画像に基づき基板の位置を検出し、その検出結果に基づく位置合わせを行なってからボンディングを実行することを特徴とする電子部品のボンディング方法。
- 基板をボンディング位置に送る基板送り装置と、電子部品をボンディング位置に搬送するツールと、前記基板の画像を取り込む第１のカメラと、前記電子部品の画像を取り込む第２のカメラと、前記第１のカメラと第２のカメラの取り込み画像に基づき基板並びに電子部品の位置を検出する演算装置と、この演算装置により検出された前記基板と電子部品の相対位置ずれ状態に基づいて両者を位置合わせする制御装置と、を備える電子部品のボンディング装置において、前記カメラによる基板画像の取り込み開始時点、あるいは前記演算装置による基板の位置検出動作終了時点から、前記基板と前記電子部品との位置合わせ終了時点、あるいはボンディングが開始される時点までの経過時間Ｔ１を計測するタイマーをさらに備え、前記制御装置は、前記経過時間Ｔ１が予め設定した設定時間Ｔ０以内であればその後そのままボンディング動作を実行させ、設定時間Ｔ０を超過している場合には、再度、前記カメラにより基板の画像を取り込み、その取り込み画像に基づく基板の位置検出動作、並びにその検出結果に基づく位置合わせ動作を実行後、ボンディング動作を実行するように制御することを特徴とする電子部品のボンディング装置。
- 基板をボンディング位置に送る基板送り装置と、電子部品をボンディング位置に搬送するツールと、前記基板の画像を取り込む第１のカメラと、前記電子部品の画像を取り込む第２のカメラと、前記第１のカメラと第２のカメラの取り込み画像に基づき基板並びに電子部品の位置を検出する演算装置と、この演算装置により検出された前記基板と電子部品の相対位置ずれ状態に基づいて両者を位置合わせする制御装置と、を備える電子部品のボンディング装置において、前記制御装置は、前記基板が前記電子部品よりも先に前記カメラによる撮像位置に位置付けられたとしても、少なくとも前記電子部品の位置検出を開始した後に、基板の位置検出を開始するように前記演算装置を制御するとともに、前記カメラによる基板画像の取り込み開始時点、あるいは前記演算装置による基板の位置検出動作終了時点から、前記基板と前記電子部品との位置合わせ終了時点、あるいはボンディングが開始される時点までの経過時間Ｔ１を計測するタイマーをさらに備え、前記制御装置は、前記経過時間Ｔ１が予め設定した設定時間Ｔ０以内であればその後そのままボンディング動作を実行させ、設定時間Ｔ０を超過している場合には、再度、前記カメラにより基板の画像を取り込み、その取り込み画像に基づく基板の位置検出動作、並びにその検出結果に基づく位置合わせ動作を実行後、ボンディング動作を実行するように制御することを特徴とする電子部品のボンディング装置。
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