JP3962906B2 - 部品実装装置及び部品実装方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、ベアチップのような微小な部品をウエーハや基板などの表面の実装しようとする所定の位置に精密に位置合わせして接続材料を用いて固定、実装するための部品実装装置及び部品実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先ず、図１１乃至図８を用いて、従来技術の部品実装装置を説明する。
【０００３】
図１１は従来技術の部品実装装置の構成を概念的に示していて、同図Ａはその側面図、同図Ｂは複数個の部品を実装しようとする従来技術における基板の一部平面図、図１２は従来技術の部品実装装置に組み込まれている従来技術のカメラ装置の構成を概念的に示していて、同図Ａはその平面図、同図Ｂはその側面図、同図Ｃは同図Ｂの矢印Ａから見た側面図、そして図１２は従来技術の部品実装方法及びその装置で複数個の部品が実装されて状態を示した基板の平面図である。
【０００４】
図１１において、符号３００は従来技術の部品実装装置の主構成要部の部品ボンダーを指す。この部品ボンダー３００は、ボンディングツール３１０、基板Ｘ−Ｙテーブル３２０、カメラ装置３３０などから構成されている。
【０００５】
ボンディングツール３１０は、複数個の部品が収納されている部品収納トレイ（不図示）から個々の部品Ｐを吸着、保持する吸着手段を備え、実装しようとする基板Ｂａ上に移動し、そして垂直方向に上下動して、その基板Ｂａの表面に保持していた部品Ｐを接着剤（不図示）などで実装し、時には加熱手段で熱を加えて部品Ｐ及び基板Ｂを加熱し、部品Ｐを押し付けながら固定する機能を備えた装置である。
【０００６】
基板Ｘ−Ｙテーブル３２０は、その上面に基板Ｂａを水平状態で固定でき、水平座標上のＸ軸方向及びＹ軸方向に同一平面内で移動できるテーブルである。
【０００７】
カメラ装置３３０は、図１２に示したように、所定の長さを備えた直方体構造のケース３３１内に、一対の第１カメラユニット３３４と第２カメラユニット３３５とが所定の間隔を開けて互いにそれらの光軸が平行になるように配列されて収納されている。ケース３３１の一方の端部近傍の上面及び下面には、それぞれ上方開口部３３２と下方開口部３３３とが開口している。そしてそのケース３３１内に、上方開口部３３２と下方開口部３３３との中間中央部に４５度の傾斜角で配設された両面ミラー３３６と、この両面ミラー３３６の一方の鏡面で反射された光が第１カメラユニット３３４の光軸に一致するように４５度の角度で配設された第１ミラー３３７と、そして両面ミラー３３６の他の鏡面で反射された光が第２カメラユニット３３５の光軸に一致するように４５度の角度で配設された第２ミラー３３８とが収納された構造で構成されている。
【０００８】
前記部品Ｐとしては、例えば、半導体集積回路チップ（ＩＣチップ）、即ち、ベアチップと称され、半導体ウエハから分割されたパッケージされる前のＩＣチップ、微小な表面実装用の抵抗器、コンデンサ、その他機械的、電磁気的部品などを挙げることができる。
【０００９】
また、この従来技術の部品実装に用いられる従来技術の基板Ｂａは、例えば、両面接着剤が塗布されているポリイミドフィルム、加熱することにより硬化するリバアルファーフィルムなどであり、その基板Ｂａには、図１１に示したように、部品Ｐを所定の位置に精密に実装できるように画像認識マークＭａが形成されているものである。
【００１０】
次に、この部品実装装置における部品ボンダー３００の動作を簡単に説明する。
【００１１】
この部品ボンダー３００では、部品Ｐを基板Ｂａの絶対位置に実装するために、部品Ｐを吸着しているボンディングツール３１０を基板Ｂａの上方に位置させておき、そのボンディングツール３１０と基板Ｘ−Ｙテーブル３２０上の基板Ｂａとの中間部にカメラ装置３３０を介挿し、カメラ装置３３０の上方開口部３３２を通じて部品Ｐのパターン面の画像認識マーク（不図示）を画像認識し、下方開口部３３３を通じて基板Ｂａの画像認識マークＭａを画像認識し、両者の画像認識マークがずれておれば、位置補正を行い、カメラ装置３３０を後退させた後、ボンディングツール３１０を下降させて基板Ｂａ上のその画像認識マークＭａの位置に接着剤などを介して実装、押圧し、必要に応じて加熱して固定する。
【００１２】
図１１Ｂに示した例では、基板Ｂａ上に一対の○印からなる画像認識マークＭａが１個だけ示されており、そこに１個の部品Ｐが固定された状態が示されているが、実際には、部品Ｐを実装しようとする全ての基板Ｂａの表面に前記の画像認識マークＭａと同様の画像認識マークＭａが複数個、所定の配列で形成されている。
【００１３】
例えば、図１２に示したように、部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃを一組とし、複数組の数の画像認識マークＭａ（不図示）が基板Ｂａ上の中央部に形成されていて、ボンディングツール３１０で個々の部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃを順次吸着して基板Ｂａ上に形成されている個々の全画像認識マークＭａの位置に実装、固定されたものである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術の部品ボンダー３００では、複数個の部品Ｐを基板Ｂａ上の絶対位置に実装するものであり、そして複数個の部品Ｐを実装するための全ての基板Ｂａに複数個の画像認識マークＭａを所定の配列で精密に形成する必要があり、また、基板Ｘ−Ｙテーブル３２０も誤差が少ない精密なものを必要とする。
【００１５】
従って、部品Ｐの実装が完了した基板Ｂａの歩留まりは悪く、また、全ての基板Ｂａに画像認識マークＭａを精密に形成する工数を必要とし、更に、高価な基板Ｘ−Ｙテーブル３２０を必要とすることから、製品のコストを低減することが難しい。
【００１６】
ところが、図８に示したように、相対位置に実装するのであれば、基板の画像認識は必ずしも必要ではない。
【００１７】
また、部品Ｐを実装する基板はガラスなど画像認識マークの無いものを使用することが多く、画像認識マークを新たに設けるためには費用が発生する。そのため、基板の画像認識を行わないで部品Ｐを実装する方法を見出す必要があった。
【００１８】
基板の画像認識マークを画像認識をせず、相対位置関係を保ち、高精度実装を行うための１つの方法としては、高精度で移動可能な基板Ｘ−Ｙテーブルを使用することである。或る程度劣る精度で移動できる基板Ｘ−Ｙテーブルと高精度マグネスケールの組み合わせで使用することも考えられるが、その基板Ｘ−Ｙテーブルの水平移動方向の計測はできも垂直方向の計測ができないため、部品Ｐの実装は完全に行うことができない。
【００１９】
しかし、基板Ｘ−Ｙテーブルが如何に高精度とはいえ移動精度の誤差は零ではないため、基板に画像認識マークがある時の実装精度よりは良くなることはない。
【００２０】
本発明は、このような諸点に鑑みて発明されたものであって、図８に示したように、画像認識マークの無い基板に、高精度で移動可能な基板Ｘ−Ｙテーブルを使用することなく、相対位置関係を保ったまま高精度に複数個の部品Ｐを実装することができる部品実装装置及び部品実装方法を得ることを目的とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
それ故、上記課題を解決するために、本発明の部品実装装置は、複数個の部品を基板の所定の位置に所定の配列で実装する部品実装装置であって、
前記部品を吸着して保持する吸着手段を有し、前記基板の表面に前記部品を実装するツール装置と、
前記所定の位置に対応した位置に画像認識マークが付されており、前記基板との相対位置が決定された状態で配置されているテンプレートと、
該テンプレートの前記個々の画像認識マークと前記ツール装置に吸着保持された前記個々の部品とを画像認識する画像認識手段と、
を有し、前記画像認識手段によって認識された前記テンプレートの画像認識マークと前記部品の画像とに基づいて、前記基板上に前記複数の部品を相対的に前記所定の配列でそれぞれ実装することによって構成されていることを特徴とする。
【００２２】
そして上記部品実装装置においては、前記画像認識手段は、水平方向に所定の長さを備え、該長さ方向の一方の端部近傍の上面に上方開口部が、他方の端部近傍の下面に下方開口部が開口されたケース内に、前記上方開口部に対向、傾斜して第１ミラーが、前記下方開口部に対向、傾斜して第２ミラーが配設されており、そして前記第１ミラーで反射された光の光軸上に第１カメラユニットが、前記第２ミラーで反射された光の光軸上に第２カメラユニットが、それぞれ前記ケース内に配設されて構成されていることが好ましい。また、前記第１カメラユニットと前記第２カメラユニットとが背中合わせで配設されていることが好ましい。
【００２５】
更に、本発明の部品実装装置は、複数個の部品を基板の所定の位置に所定の配列で実装する部品実装装置であって、前記基板を固定するテーブル装置と、前記複数個の部品を個々に吸着、保持する吸着手段を備え、前記基板の表面に前記複数個の部品を実装するためのツール装置と、前記基板上に前記所定の配列で実装される前記複数個の個々の部品の実装位置に対応した画像認識マークが付されており、前記基板との相対位置が決定された状態で前記テーブル装置と一体になって移動するテンプレートと、前記ツール装置と、前記テーブル装置及び前記テンプレートとの間に出入りし、前記ツール装置に吸着されている前記部品を認識する第１カメラユニットと該第１カメラユニットで認識される前記部品に対応した前記テンプレート上の前記画像認識マークを認識する第２カメラユニットを備えたカメラ装置と、前記ツール装置と前記テーブル装置と前記カメラ装置を制御するための制御手段と、を備えていることを特徴とする。
【００２６】
更にまた、本発明の他の部品実装装置は、複数個の部品を基板の所定の位置に所定の配列で実装する部品実装装置であって、前記基板を上面に固定するテーブル装置と、前記基板上に前記所定の配列で実装される前記複数個の個々の部品の実装位置に対応した画像認識マークが形成されており、前記テーブル装置の下面に固定されているテンプレートと、前記基板と前記テンプレートとが固定されているテーブル装置を同一の平面内で水平状態を保って移動させる駆動装置と、前記複数個の部品を個々に吸着、保持する吸着手段を備え、前記基板の表面に実装するために垂直に上下動するツール装置と、前記ツール装置の下方に所定の間隔を開けて配設され、下方に前記テーブル装置が存在しない場合は、前記ツール装置に吸着された前記個々の部品を認識し、そして前記ツール装置の下方に前記テーブル装置が存在する場合には、前記画像認識された前記部品に対応した前記テンプレート上の前記画像認識マークを認識するカメラ装置と、前記ツール装置と前記テーブル装置と前記カメラ装置を制御するための制御装置と、を備えていることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の部品実装方法は、基板に複数個の部品を所定の位置に所定の配列で実装する部品実装方法において、
前記所定の位置に画像認識マークが付されていない基板と、前記所定の位置に対応した位置に画像認識マークが付されており、前記基板との相対位置が決定された状態で配置されているテンプレートを用い、前記部品を吸着して保持する吸着手段を有するツール装置によって、該テンプレートの前記個々の画像認識マークと前記ツール装置に吸着保持された前記個々の部品とを画像認識して前記テンプレートの画像認識マークと前記部品の画像とに基づいて、前記基板上に前記部品を相対的に前記所定の配列で実装することを特徴とする。
【００２８】
それ故、本発明の部品実装装置によれば、極めてコンパクトな構造で構成でき、吸着されている部品とテンプレートとの画像認識マークを同時に画像認識でき、また、基板の大きさ、特に長さに対応して構成することができる。また部品実装装置の一構成要部であるカメラ装置を１台のカメラユニットで構成することができる。
【００３０】
そして、本発明の部品実装装置によれば、カメラ装置の構成を変更するだけで、安価な基板Ｘ−Ｙテーブルを始めとして既存の各種装置で構成でき、そして一枚のテンプレートを用いることによって、画像認識マークを必要としない殆ど全ての大きさの基板に、複数個の部品を所定の配列で相対的に、かつ精密に実装することができる。
【００３１】
更にまた、本発明の他の部品実装装置によれば、カメラ装置として１台のカメラカメラユニットで済み、そして一枚のテンプレートを固定した安価な基板Ｘ−Ｙテーブルに加えて既存の各種装置で構成でき、一枚のテンプレートを用いることにより、画像認識マークを必要としない全ての大きさの基板に、複数個の部品を所定の配列で相対的に、かつ精密に実装することができる。
また、本発明の部品実装方法によれば、一枚のテンプレートを用いることにより、画像認識マークを必要としない基板に複数個の部品を所定の配列で相対的に、かつ精密に実装することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて、本発明の実施形態のカメラ装置、テーブル装置、部品実装方法及びその装置を説明する。
【００３３】
なお、以下に記す実施の形態は、本発明の好適な実施形態例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されいるが、本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではないことを予め断っておく。
【００３４】
図１は本発明の部品実装装置の構成を示すブロック図、図２は図１に示した本発明の部品実装装置に用いて好適な第１実施形態の部品ボンダーの平面図、図３は図２に示した部品ボンダーの矢印Ａから見た側面図、図４は図２に示した部品ボンダーの矢印Ｂから見た正面図、図５は図２乃至図４に示した部品ボンダーに組み込まれている本発明の一実施形態のカメラ装置を示していて、同図Ａはその上面図、同図Ｂは同図Ａの矢印Ａから見た側面図、同図Ｃは同図Ａの矢印Ｂから見た側面図、図６は図２乃至図４に示した部品ボンダーの主要部分を示していて、同図Ａはその側面図、同図Ｂは基板とテンプレートとの関係を示す平面図、図７は本発明の部品実装装置の動作フローチャート、図８は図１に示した本発明の部品実装装置を用いて基板に複数個の部品を実装した一状態を示した平面図、図９は本発明の第２実施形態の部品ボンダーに用いて好適なテーブル装置を示していて、同図Ａはその裏面図、同図Ｂは同図Ａの側面図、そして図１０は図２乃至図４に示した部品ボンダーに組み込まれているテーブル装置の代わりに図９に示した本発明のテーブル装置を用いて部品を基板に実装する部品実装方法を説明するための工程図である。
【００３５】
先ず、図１を用いて、本発明の一実施形態の部品実装装置の構成を説明する。この部品実装装置１は、本発明の第１実施形態の部品ボンダー１００、制御装置２、操作パネル３、カメラ装置１４０、モニタ４などから構成されている。
【００３６】
制御装置２は、電源、制御機器、モータドライバ、温度調節装置、画像処理装置、その他の機器から構成されている。
【００３７】
部品ボンダー１００の構成は、モータ駆動関係装置としては基板Ｘ−Ｙテーブル、部品反転Ｘステージ、トレイＹステージ、ツールＺステージ、ツールθステージ、カメラＸ−Ｙステージ、カメラＺステージを備えており、ツール関係装置としてはあおり機構、圧力検出、ヒータを備えている。
【００３８】
操作パネル３は、入力機器、表示機器、その他の機器から構成されている。
【００３９】
カメラ装置１４０は、本発明の一つであって、その詳細な構成、構造は後記するが、テンプレートＴ及び部品の画像認識を行う機能を備えている。
【００４０】
部品ボンダー１００は制御装置２からの動作指令及び加熱電力を受けて各種モータが制御され、基板Ｘ−ＹテーブルをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動制御し、部品反転ＸステージをＸ軸方向に移動制御し、トレイＹステージをＹ軸方向に移動制御し、ツールＺステージをＺ軸方向に移動制御し、ツールθステージを回転制御し、カメラＸ−ＹステージをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動制御し、そしてカメラＺステージをＺ軸方向に昇降制御し、ツール関係装置のあおり、圧力検出、加熱温度を制御する。
【００４１】
部品ボンダー１００からは制御装置２に、基板Ｘ−Ｙテーブルなどの位置情報、温度、圧力のデータがフィードバックされる。その或る情報はモニタ４の表示パネルに表示される。
【００４２】
モニタ４は表示パネルで構成されている。
【００４３】
操作パネル３の入力機器から制御装置２へは、自動或いは手動で動作モード指定、温度、圧力、時間の圧着条件、部品形状、実装位置などの機種データが入力され、制御装置２から操作パネル３へは温度、圧力、電源、異常などのデータ、状態表示情報がフィードバックされ、表示機器で表示される。
【００４４】
後記するカメラ装置１４０からはテンプレートＴの画像認識マークＭｂ（図６Ｂ）と部品の画像認識マークの画像が供給され、両画像のずれを認識して、そのずれを補正する制御指令が制御装置２からテーブル装置へ送られ、正確な実装位置を指示する。
【００４５】
モニタ４には、制御装置２からの制御、動作状態などの画像処理結果が表示され、部品実装装置１が正常に作動しているか否かを操作者が確認できるようになされている。
【００４６】
次に、図２乃至図４を用いて、本発明の部品実装装置１の主要部分である部品ボンダー１００の構成、構造を説明する。
【００４７】
この部品ボンダー１００は架台１０１（図３）の上面にベース１０２が固定されている。そのベース１０２上に、部品供給装置１１０、部品反転装置１２０、ツール装置１３０、カメラ装置１４０、テーブル装置１５０が配設されている。
【００４８】
ベース１０２の一端部に配設されている部品供給装置１１０はガイド１１１（図３）と、このガイド１１１上に取り付けられ、Ｙ軸方向に移動、制御されるトレイステージ１１２と、トレイステージ１１２がトレイＹモータ１１３によって駆動、制御されるように取り付けられている。トレイステージ１１２の上には実装しようとするベアチップのような部品Ｐが複数個収納された部品収納トレイ１１４が載置、固定される。
【００４９】
この部品収納トレイ１１４は、制御装置２の下に、後記する部品反転装置１２０により部品Ｐが吸着され、取り出される度にトレイＹモータ１１３が作動し、トレイステージ１１２がＹ軸方向に送られるように構成されている。
【００５０】
部品反転装置１２０は、ベース１２１上にＸ軸方向に平行に敷設されて２本のリニアガイド１２２、１２３と、これらリニアガイド１２２、１２３の上にＸ軸方向に微細に移動可能に取り付けられているステージ１２４と、このステージ１２４の中央部に取り付けられている反転アーム１２５と、反転シリンダ１２６（図３）と、部品反転モータ１２７（図３）とから構成されている。
【００５１】
この部品反転装置１２０は、制御装置２の下に、ステージ１２４上に取り付けられている反転アーム１２５が反転シリンダ１２６により１８０度回動でき、部品反転モータ１２７によりＸ軸方向方向に移動、制御される。反転アーム１２５の先端部には部品吸着ノズル（図示せず）が取り付けられてあり、部品収納トレイ１１４内にフェイスアップ状態で置かれている任意の部品Ｐを吸着後、反転して、後記するボンディングツールに部品Ｐを受け渡す。
【００５２】
ツール装置１３０は、ベース１０２上に垂直に取り付けられているフレーム１３１を基に構成されていて、フレーム１３１には一対の平行なリニアガイド１３２が取り付けられていて、それらリニアガイド１３２を介してツール制御装置１３３が取り付けられている。ツール制御装置１３３にはツール回転軸１３４がベース１０２に垂直に取り付けられていて、その先端部にあおり装置１３５が固定されている。このあおり装置１３５には垂直にボンディングツール１３６が取り付けられている。また、ツール制御装置１３３にはツールＺモータ１３７が取り付けられており、ツール制御装置１３３はこのツールＺモータ１３７によりを昇降させられる。
【００５３】
カメラ装置１４０は、フレーム１３１の側面に固定されたカメラベース１４１を基に構成されており、フレーム１３１の内側にカメラＺステージ１４２が取り付けられていて、このカメラＺステージ１４２に本発明の一つであるカメラ１４３が固定され、更に、カメラＺステージ１４２に、これを昇降させるカメラＺモータ１４４が連結されている。カメラ１４３の構成及び構造については、図５を用いて後記する。
【００５４】
テーブル装置１５０はベース１０２上に水平状態で取り付けられている基板Ｘ−Ｙテーブル１５１から構成されている。この基板Ｘ−Ｙテーブル１５１は高精度で移動可能な高価なものでなくてよい。この基板Ｘ−Ｙテーブル１５１には基板Ｘモータ１５２と基板Ｙモータ１５３とが連結されていて、基板Ｘ−Ｙテーブル１５１は基板Ｘモータ１５２でＸ軸方向に、基板Ｙモータ１５３でＹ軸方向に駆動、制御される。また、基板Ｘ−Ｙテーブル１５１の部品供給装置１１０側とは反対側の側面側にテンプレート受け１６０が水平状態で固定されていて、基板Ｘ−Ｙテーブル１５１と一体となって移動する。
【００５５】
カメラ１４３は、図５に示したように、所定の長さの直方体のケース１４３１から構成されており、そのケース１４３１の一方の端部近傍の上面に上方開口部１４３２が、他方の端部近傍の下面に下方開口部１４３３が開口されている。ケース１４３１内には、上方開口部１４３２に対向、傾斜して第１ミラー１４３４が、下方開口部１４３３に対向、傾斜して第２ミラー１４３５が配設されており、そして第１ミラー１４３４で反射された光の光軸上に第１カメラユニット１４３６が、第２ミラー１４３５で反射された光の光軸上に第２カメラユニット１４３７が背中合わせで配設されている。両第１ミラー１４３４及び第２ミラー１４３５はそれぞれ第１カメラユニット１４３６及び第２カメラユニット１４３７の光軸に対して４５度の傾斜角度で配設され、そして両第１カメラユニット１４３６及び第２カメラユニット１４３７の光軸がインラインに整列されていることが望ましい。
【００５６】
第１カメラユニット１４３６はボンディングツール３１０で吸着されている部品Ｐの画像認識マークを、第２カメラユニット１４３７は後記するテンプレートＴに付されている画像認識マークＭｂ（図６Ｂ）を撮像するものであり、それらが撮像したそれぞれの画像を位置情報として制御装置２にフィードバックする。
【００５７】
なお、部品Ｐを実装しようとする基板の大きさ、特に長さが短い場合には、両第１カメラユニット１４３６及び第２カメラユニット１４３７を同一の向きに配列するとか、互いに向かい合わせに配列するカメラ１４３の構成で対応させることができる。
【００５８】
また、第１カメラユニット１４３６及び第２カメラユニット１４３７共にＣＣＤ（Ｃａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）のような固体撮像素子から構成されている小型カメラを用いるのが望ましい。
【００５９】
次に、図１乃至図５に加えて図６乃至図８を用いて、本発明の部品実装装置１の動作を説明する。
【００６０】
この部品実装装置１に用いる基板は、従来技術の基板Ｂａと同様に、例えば、両面接着剤が塗布されているポリイミドフィルム、加熱することにより硬化するリバアルファーフィルムなどのフィルム状絶縁性の基板であるが、その基板の部品実装面には、図８に示したように、図１１に示したような部品Ｐを所定の位置に実装させるための画像認識マークＭａが形成されていないものである。このような画像認識マークＭａが形成されていない基板を、以下、「基板Ｂ」と記す。
【００６１】
そしてまた、本発明の部品実装装置１においては、例えば、図６Ｂに示したような画像認識マークＭｂが付された、例えば、ガラス製のテンプレートＴを用いることを特徴とする。基板Ｂに、複数種の、例えば、図８Ａに実施例のように３種類の部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃを一組の単位として、例えば、マトリックス状に配列、実装しようとするならば、このテンプレートＴの表面には、その必要な単位数だけ、同一の寸法のマトリックス配列で、或いは相似形の寸法のマトリックス配列で画像認識マークＭｂなどを付しておく。
【００６２】
次に、図７に示した工程順で基板Ｂに所定の配列で部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃを実装する。
【００６３】
先ず、部品実装装置１における部品供給装置１１０のトレイステージ１１２、カメラ装置１４０のカメラ１４３、基板Ｘ−Ｙテーブル１５１及びテンプレート受け１６０の平行度を調整する（Ｓ１）。
【００６４】
次に、基板Ｘ−Ｙテーブル１５１上に基板Ｂを水平状態でセットし（Ｓ２）、テンプレート受け１６０の上面に基板Ｂに実装する部品Ｐの配列に対応したテンプレートＴを水平状態で固定する（Ｓ３）。また、部品収納トレイ１１４をトレイステージ１１２に水平状態でセットする（Ｓ４）。
【００６５】
基板ＢとテンプレートＴとのセットが終了すると、基板Ｙモータ１５３を駆動して基板Ｘ−Ｙテーブル１５１とテンプレート受け１６０とをボンディングツール１３６及びカメラ装置１４０の下方に移動させる。
【００６６】
次に、部品反転装置１２０を作動させ、反転アーム１２５の先端部に取り付けられている部品吸着ノズル（不図示）で部品収納トレイ１１４内にファイスアップ状態で収納されている任意の１個の部品Ｐａを吸着し（Ｓ５）、その後、部品Ｐａを吸着した状態で反転アーム１２５を１８０度反転させ（Ｓ６）、部品Ｐａをボンディングツール１３６に受け渡す（Ｓ７）。
【００６７】
次に、第２カメラユニット１４３７はテンプレートＴ上の画像認識マークを認識し（Ｓ８）、第１カメラユニット１４３６は受け渡された部品Ｐａの画像認識マークを認識する（Ｓ９）。これらの位置情報は制御装置２（図１）に入力され、画像処理される。その結果はツール制御装置１３３などにフィードバックされ、そのツール制御装置１３３によりボンディングツール１３６は基板Ｂの水平面に対して垂直軸上で回転し、また、吸着されている部品Ｐａの姿勢はあおり装置１３５により基板Ｂの平面に対して平行に調整される（Ｓ１０）。
【００６８】
次に、前記のように基板Ｘ−Ｙテーブル１５１の平面動作とボンディングツール１３６の上下動及び回転動作により、姿勢が補正された部品Ｐａが基板Ｂ上の任意の位置に搭載され（Ｓ１１）、ツールＺモータ１３７も作動してボンディングツール１３６を垂直方向に下降させて部品Ｐａを加圧する（Ｓ１２）。そして基板Ｂの材質によっては、必要に応じてボンディングツール１３６でその実装した部品Ｐａを加熱する（Ｓ１３）。以上の工程を経て１個の部品Ｐａの基板Ｂへの実装が終了する（Ｓ１４）。その結果は、図６Ｂに示したような状態である。
【００６９】
図７に示した工程図において、工程Ｓ１から工程Ｓ４は手動で行うように示したが、これらも工程Ｓ５から工程Ｓ１４までの動作と同様に、制御装置２（図１）の制御の下で自動的に行われるように構成することもできる。
【００７０】
部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃの基板Ｂへの実装は、一枚の基板Ｂ上の全ての位置に部品Ｐａが実装された後、次の部品Ｐｂを同様に全て実装し、そして最後に部品Ｐｃを同様に全て実装するようにしてもよく、一組の部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃを一単位として、順次、基板Ｂ全面に実装して行く方法を採ってもよい。
【００７１】
要は、基板Ｂ上に画像認識マークが無く、部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ間の相対位置さえ合っておればよいのであって、図５に示したようなカメラ１４３により、テンプレートＴ上の画橡認識マークＭｂと各部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃにある画像認識マークを認識して、基板Ｘモータ１５２及び基板Ｙモータ１５３の作動により基板Ｘ−Ｙテーブル１５１のＸ軸方向及びＹ軸方向への平面動作とツールＺモータ１３７の作動によりボンディングツール１３６の上下、回転動作により各部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃを基板Ｂ上の任意の位置に搭載して行けばよい。
【００７２】
それらの部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃの実装結果は、図８に示したような状態となる。これら全単位の部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃは基板Ｂ上に相対的な位置に実装される。図８Ａに示したように、基板Ｂの左上隅に偏って配列状態で実装されてもよく、図８Ｂに示したように、基板Ｂの右下隅に偏ってな配列状態で実装されてもよい。
【００７３】
基板及び実装しようとする部品の種類、個数などが異なれば、部品を実装しようとする基板に対応して画像認識マークが付されたテンプレートを用いる。
【００７４】
次に、図９及び図１０を用いて、本発明の第２実施形態の部品ボンダーを説明する。
【００７５】
図１０に本発明の第２実施形態の部品ボンダー２００の一部、即ち、その一部分のあおり装置１３５及びボンディングツール１３６と１台のカメラユニット２１０と基板Ｘ−Ｙテーブル２２０とだけが示されている。
【００７６】
この部品ボンダー２００の特徴は基板Ｘ−Ｙテーブル２２０の下面に画像認識マークＭｂが付されたテンプレートＴがはめ込まれて固定されていることと、１台のカメラユニット２１０のみを用いた点にある。基板Ｘ−Ｙテーブル２２０は、無論、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動可能のものである。また、テンプレートＴと部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃを認識するカメラユニット２１０は基板Ｘ−Ｙテーブル２２０の下に、上向きに取り付けられている。この部品実装装置の他の構成部分は部品実装装置１の構成部分とほぼ同一であるので割愛する。
【００７７】
次に、図１０を用いて、この部品ボンダー２００の動作を説明する。
【００７８】
先ず、同図Ａに示したように、基板Ｘ−Ｙテーブル２２０を側方に逃がした後、部品Ｐａを実装しようとする基板Ｂを基板Ｘ−Ｙテーブル２２０の上に固定する。そしてカメラユニット２１０でボンディングツール１３６に吸着、固定された部品Ｐａを画像認識する。次に、基板Ｘ−Ｙテーブル２２０をボンディングツール１３６の下方に戻して、テンプレートＴに付されている画像認識マークＭｂを画像認識する。続いて基板Ｘ−Ｙテーブル２２０のＸ軸方向とＹ軸方向との位置補正及びボンディングツール１３６のθ方向の回転で位置補正した後、ボンディングツール１３６を下降させて基板Ｂ上に実装、固定すれば、第１実施形態の部品ボンダー１００による部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃの基板Ｂへの相対位置関係を保った状態での高精度な実装を実現でき。
【００７９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、
１．基板に画像認識マークが無くても、相対位置関係を保った高精度な実装を実現でき、従来技術のように各基板に画像認識マークを設ける必要が無く、そのための費用を削減できる
２．高性能で高価な基板Ｘ−Ｙテーブルを必要としない。しかし、高精度な実装を実現できるため、部品実装装置の製作費を抑えることができる。
３．カメラユニットとテンプレートを除くと、通常のフリップチップボンダー装置と同一であるため、既存の設備を若干改造することで流用できる
など、数々の優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の部品実装装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 図１に示した本発明の部品実装装置に用いて好適な第１実施形態の部品ボンダーの平面図である。
【図３】 図２に示した部品ボンダーの矢印Ａから見た側面図である。
【図４】 図２に示した部品ボンダーの矢印Ｂから見た正面図である。
【図５】 図２乃至図４に示した部品ボンダーに組み込まれている本発明の一実施形態のカメラ装置を示していて、同図Ａはその上面図、同図Ｂは同図Ａの矢印Ａから見た側面図、同図Ｃは同図Ａの矢印Ｂから見た側面図である。
【図６】 図２乃至図４に示した部品ボンダーの主要部分を示していて、同図Ａはその側面図、同図Ｂは基板とテンプレートとの関係を示す平面図である。
【図７】 本発明の部品実装装置の動作フローチャートである。
【図８】 図１に示した本発明の部品実装装置を用いて基板に複数個の部品を実装した一状態を示した平面図である。
【図９】 本発明の第２実施形態の部品ボンダーに用いて好適なテーブル装置を示していて、同図Ａはその裏面図、同図Ｂは同図Ａの側面図である。
【図１０】 図２乃至図４に示した部品ボンダーに組み込まれているテーブル装置の代わりに図９に示した本発明のテーブル装置を用いて部品を基板に実装する部品実装方法を説明するための工程図である。
【図１１】 従来技術の部品実装装置の構成を概念的に示していて、同図Ａはその側面図、同図Ｂは複数個の部品を実装しようとする従来技術における基板の一部平面図である。
【図１２】 従来技術の部品実装装置に組み込まれている従来技術のカメラ装置の構成を概念的に示していて、同図Ａはその平面図、同図Ｂはその側面図、同図Ｃは同図Ｂの矢印Ａから見た側面図である。
【図１３】 従来技術の部品実装方法及びその装置で複数個の部品が実装されて状態を示した基板の平面図である。
【符号の説明】
１…本発明の実施形態の部品実装装置、２…制御装置、３…操作パネル、４…モニタ、１００…本発明の第１実施形態の部品ボンダー、１０１…架台、１０２…ベース、１１０…部品供給装置、１１２…トレイステージ、１１４…部品収納トレイ、１２０…部品反転装置、１２４…ステージ、１２５…反転アーム、１３０…ツール装置、１３１…フレーム、１３３…ツール制御装置、１３５…あおり装置、１３６…ボンディングツール、１４０…本発明の実施形態のカメラ装置、１４１…カメラベース、１４２…カメラＺステージ、１４３…カメラ、１４３１…ケース、１４３２…上方開口部、１４３３…下方開口部、１４３４…第１ミラー、１４３５…第２ミラー、１４３６…第１カメラユニット、１４３７…第２カメラユニット、１５０…テーブル装置、１５１…基板Ｘ−Ｙテーブル、１６０…テンプレート受け、２００…本発明の第２実施形態の部品ボンダー、２１０…カメラ、２２０…基板Ｘ−Ｙテーブル、Ｂ…基板、Ｐ，Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ…部品、Ｍｂ…画像認識マーク、Ｔ…テンプレート
本発明は、ベアチップのような微小な部品をウエーハや基板などの表面の実装しようとする所定の位置に精密に位置合わせして接続材料を用いて固定、実装するための部品実装装置及び部品実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先ず、図１１乃至図８を用いて、従来技術の部品実装装置を説明する。
【０００３】
図１１は従来技術の部品実装装置の構成を概念的に示していて、同図Ａはその側面図、同図Ｂは複数個の部品を実装しようとする従来技術における基板の一部平面図、図１２は従来技術の部品実装装置に組み込まれている従来技術のカメラ装置の構成を概念的に示していて、同図Ａはその平面図、同図Ｂはその側面図、同図Ｃは同図Ｂの矢印Ａから見た側面図、そして図１２は従来技術の部品実装方法及びその装置で複数個の部品が実装されて状態を示した基板の平面図である。
【０００４】
図１１において、符号３００は従来技術の部品実装装置の主構成要部の部品ボンダーを指す。この部品ボンダー３００は、ボンディングツール３１０、基板Ｘ−Ｙテーブル３２０、カメラ装置３３０などから構成されている。
【０００５】
ボンディングツール３１０は、複数個の部品が収納されている部品収納トレイ（不図示）から個々の部品Ｐを吸着、保持する吸着手段を備え、実装しようとする基板Ｂａ上に移動し、そして垂直方向に上下動して、その基板Ｂａの表面に保持していた部品Ｐを接着剤（不図示）などで実装し、時には加熱手段で熱を加えて部品Ｐ及び基板Ｂを加熱し、部品Ｐを押し付けながら固定する機能を備えた装置である。
【０００６】
基板Ｘ−Ｙテーブル３２０は、その上面に基板Ｂａを水平状態で固定でき、水平座標上のＸ軸方向及びＹ軸方向に同一平面内で移動できるテーブルである。
【０００７】
カメラ装置３３０は、図１２に示したように、所定の長さを備えた直方体構造のケース３３１内に、一対の第１カメラユニット３３４と第２カメラユニット３３５とが所定の間隔を開けて互いにそれらの光軸が平行になるように配列されて収納されている。ケース３３１の一方の端部近傍の上面及び下面には、それぞれ上方開口部３３２と下方開口部３３３とが開口している。そしてそのケース３３１内に、上方開口部３３２と下方開口部３３３との中間中央部に４５度の傾斜角で配設された両面ミラー３３６と、この両面ミラー３３６の一方の鏡面で反射された光が第１カメラユニット３３４の光軸に一致するように４５度の角度で配設された第１ミラー３３７と、そして両面ミラー３３６の他の鏡面で反射された光が第２カメラユニット３３５の光軸に一致するように４５度の角度で配設された第２ミラー３３８とが収納された構造で構成されている。
【０００８】
前記部品Ｐとしては、例えば、半導体集積回路チップ（ＩＣチップ）、即ち、ベアチップと称され、半導体ウエハから分割されたパッケージされる前のＩＣチップ、微小な表面実装用の抵抗器、コンデンサ、その他機械的、電磁気的部品などを挙げることができる。
【０００９】
また、この従来技術の部品実装に用いられる従来技術の基板Ｂａは、例えば、両面接着剤が塗布されているポリイミドフィルム、加熱することにより硬化するリバアルファーフィルムなどであり、その基板Ｂａには、図１１に示したように、部品Ｐを所定の位置に精密に実装できるように画像認識マークＭａが形成されているものである。
【００１０】
次に、この部品実装装置における部品ボンダー３００の動作を簡単に説明する。
【００１１】
この部品ボンダー３００では、部品Ｐを基板Ｂａの絶対位置に実装するために、部品Ｐを吸着しているボンディングツール３１０を基板Ｂａの上方に位置させておき、そのボンディングツール３１０と基板Ｘ−Ｙテーブル３２０上の基板Ｂａとの中間部にカメラ装置３３０を介挿し、カメラ装置３３０の上方開口部３３２を通じて部品Ｐのパターン面の画像認識マーク（不図示）を画像認識し、下方開口部３３３を通じて基板Ｂａの画像認識マークＭａを画像認識し、両者の画像認識マークがずれておれば、位置補正を行い、カメラ装置３３０を後退させた後、ボンディングツール３１０を下降させて基板Ｂａ上のその画像認識マークＭａの位置に接着剤などを介して実装、押圧し、必要に応じて加熱して固定する。
【００１２】
図１１Ｂに示した例では、基板Ｂａ上に一対の○印からなる画像認識マークＭａが１個だけ示されており、そこに１個の部品Ｐが固定された状態が示されているが、実際には、部品Ｐを実装しようとする全ての基板Ｂａの表面に前記の画像認識マークＭａと同様の画像認識マークＭａが複数個、所定の配列で形成されている。
【００１３】
例えば、図１２に示したように、部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃを一組とし、複数組の数の画像認識マークＭａ（不図示）が基板Ｂａ上の中央部に形成されていて、ボンディングツール３１０で個々の部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃを順次吸着して基板Ｂａ上に形成されている個々の全画像認識マークＭａの位置に実装、固定されたものである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術の部品ボンダー３００では、複数個の部品Ｐを基板Ｂａ上の絶対位置に実装するものであり、そして複数個の部品Ｐを実装するための全ての基板Ｂａに複数個の画像認識マークＭａを所定の配列で精密に形成する必要があり、また、基板Ｘ−Ｙテーブル３２０も誤差が少ない精密なものを必要とする。
【００１５】
従って、部品Ｐの実装が完了した基板Ｂａの歩留まりは悪く、また、全ての基板Ｂａに画像認識マークＭａを精密に形成する工数を必要とし、更に、高価な基板Ｘ−Ｙテーブル３２０を必要とすることから、製品のコストを低減することが難しい。
【００１６】
ところが、図８に示したように、相対位置に実装するのであれば、基板の画像認識は必ずしも必要ではない。
【００１７】
また、部品Ｐを実装する基板はガラスなど画像認識マークの無いものを使用することが多く、画像認識マークを新たに設けるためには費用が発生する。そのため、基板の画像認識を行わないで部品Ｐを実装する方法を見出す必要があった。
【００１８】
基板の画像認識マークを画像認識をせず、相対位置関係を保ち、高精度実装を行うための１つの方法としては、高精度で移動可能な基板Ｘ−Ｙテーブルを使用することである。或る程度劣る精度で移動できる基板Ｘ−Ｙテーブルと高精度マグネスケールの組み合わせで使用することも考えられるが、その基板Ｘ−Ｙテーブルの水平移動方向の計測はできも垂直方向の計測ができないため、部品Ｐの実装は完全に行うことができない。
【００１９】
しかし、基板Ｘ−Ｙテーブルが如何に高精度とはいえ移動精度の誤差は零ではないため、基板に画像認識マークがある時の実装精度よりは良くなることはない。
【００２０】
本発明は、このような諸点に鑑みて発明されたものであって、図８に示したように、画像認識マークの無い基板に、高精度で移動可能な基板Ｘ−Ｙテーブルを使用することなく、相対位置関係を保ったまま高精度に複数個の部品Ｐを実装することができる部品実装装置及び部品実装方法を得ることを目的とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
それ故、上記課題を解決するために、本発明の部品実装装置は、複数個の部品を基板の所定の位置に所定の配列で実装する部品実装装置であって、
前記部品を吸着して保持する吸着手段を有し、前記基板の表面に前記部品を実装するツール装置と、
前記所定の位置に対応した位置に画像認識マークが付されており、前記基板との相対位置が決定された状態で配置されているテンプレートと、
該テンプレートの前記個々の画像認識マークと前記ツール装置に吸着保持された前記個々の部品とを画像認識する画像認識手段と、
を有し、前記画像認識手段によって認識された前記テンプレートの画像認識マークと前記部品の画像とに基づいて、前記基板上に前記複数の部品を相対的に前記所定の配列でそれぞれ実装することによって構成されていることを特徴とする。
【００２２】
そして上記部品実装装置においては、前記画像認識手段は、水平方向に所定の長さを備え、該長さ方向の一方の端部近傍の上面に上方開口部が、他方の端部近傍の下面に下方開口部が開口されたケース内に、前記上方開口部に対向、傾斜して第１ミラーが、前記下方開口部に対向、傾斜して第２ミラーが配設されており、そして前記第１ミラーで反射された光の光軸上に第１カメラユニットが、前記第２ミラーで反射された光の光軸上に第２カメラユニットが、それぞれ前記ケース内に配設されて構成されていることが好ましい。また、前記第１カメラユニットと前記第２カメラユニットとが背中合わせで配設されていることが好ましい。
【００２５】
更に、本発明の部品実装装置は、複数個の部品を基板の所定の位置に所定の配列で実装する部品実装装置であって、前記基板を固定するテーブル装置と、前記複数個の部品を個々に吸着、保持する吸着手段を備え、前記基板の表面に前記複数個の部品を実装するためのツール装置と、前記基板上に前記所定の配列で実装される前記複数個の個々の部品の実装位置に対応した画像認識マークが付されており、前記基板との相対位置が決定された状態で前記テーブル装置と一体になって移動するテンプレートと、前記ツール装置と、前記テーブル装置及び前記テンプレートとの間に出入りし、前記ツール装置に吸着されている前記部品を認識する第１カメラユニットと該第１カメラユニットで認識される前記部品に対応した前記テンプレート上の前記画像認識マークを認識する第２カメラユニットを備えたカメラ装置と、前記ツール装置と前記テーブル装置と前記カメラ装置を制御するための制御手段と、を備えていることを特徴とする。
【００２６】
更にまた、本発明の他の部品実装装置は、複数個の部品を基板の所定の位置に所定の配列で実装する部品実装装置であって、前記基板を上面に固定するテーブル装置と、前記基板上に前記所定の配列で実装される前記複数個の個々の部品の実装位置に対応した画像認識マークが形成されており、前記テーブル装置の下面に固定されているテンプレートと、前記基板と前記テンプレートとが固定されているテーブル装置を同一の平面内で水平状態を保って移動させる駆動装置と、前記複数個の部品を個々に吸着、保持する吸着手段を備え、前記基板の表面に実装するために垂直に上下動するツール装置と、前記ツール装置の下方に所定の間隔を開けて配設され、下方に前記テーブル装置が存在しない場合は、前記ツール装置に吸着された前記個々の部品を認識し、そして前記ツール装置の下方に前記テーブル装置が存在する場合には、前記画像認識された前記部品に対応した前記テンプレート上の前記画像認識マークを認識するカメラ装置と、前記ツール装置と前記テーブル装置と前記カメラ装置を制御するための制御装置と、を備えていることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の部品実装方法は、基板に複数個の部品を所定の位置に所定の配列で実装する部品実装方法において、
前記所定の位置に画像認識マークが付されていない基板と、前記所定の位置に対応した位置に画像認識マークが付されており、前記基板との相対位置が決定された状態で配置されているテンプレートを用い、前記部品を吸着して保持する吸着手段を有するツール装置によって、該テンプレートの前記個々の画像認識マークと前記ツール装置に吸着保持された前記個々の部品とを画像認識して前記テンプレートの画像認識マークと前記部品の画像とに基づいて、前記基板上に前記部品を相対的に前記所定の配列で実装することを特徴とする。
【００２８】
それ故、本発明の部品実装装置によれば、極めてコンパクトな構造で構成でき、吸着されている部品とテンプレートとの画像認識マークを同時に画像認識でき、また、基板の大きさ、特に長さに対応して構成することができる。また部品実装装置の一構成要部であるカメラ装置を１台のカメラユニットで構成することができる。
【００３０】
そして、本発明の部品実装装置によれば、カメラ装置の構成を変更するだけで、安価な基板Ｘ−Ｙテーブルを始めとして既存の各種装置で構成でき、そして一枚のテンプレートを用いることによって、画像認識マークを必要としない殆ど全ての大きさの基板に、複数個の部品を所定の配列で相対的に、かつ精密に実装することができる。
【００３１】
更にまた、本発明の他の部品実装装置によれば、カメラ装置として１台のカメラカメラユニットで済み、そして一枚のテンプレートを固定した安価な基板Ｘ−Ｙテーブルに加えて既存の各種装置で構成でき、一枚のテンプレートを用いることにより、画像認識マークを必要としない全ての大きさの基板に、複数個の部品を所定の配列で相対的に、かつ精密に実装することができる。
また、本発明の部品実装方法によれば、一枚のテンプレートを用いることにより、画像認識マークを必要としない基板に複数個の部品を所定の配列で相対的に、かつ精密に実装することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて、本発明の実施形態のカメラ装置、テーブル装置、部品実装方法及びその装置を説明する。
【００３３】
なお、以下に記す実施の形態は、本発明の好適な実施形態例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されいるが、本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではないことを予め断っておく。
【００３４】
図１は本発明の部品実装装置の構成を示すブロック図、図２は図１に示した本発明の部品実装装置に用いて好適な第１実施形態の部品ボンダーの平面図、図３は図２に示した部品ボンダーの矢印Ａから見た側面図、図４は図２に示した部品ボンダーの矢印Ｂから見た正面図、図５は図２乃至図４に示した部品ボンダーに組み込まれている本発明の一実施形態のカメラ装置を示していて、同図Ａはその上面図、同図Ｂは同図Ａの矢印Ａから見た側面図、同図Ｃは同図Ａの矢印Ｂから見た側面図、図６は図２乃至図４に示した部品ボンダーの主要部分を示していて、同図Ａはその側面図、同図Ｂは基板とテンプレートとの関係を示す平面図、図７は本発明の部品実装装置の動作フローチャート、図８は図１に示した本発明の部品実装装置を用いて基板に複数個の部品を実装した一状態を示した平面図、図９は本発明の第２実施形態の部品ボンダーに用いて好適なテーブル装置を示していて、同図Ａはその裏面図、同図Ｂは同図Ａの側面図、そして図１０は図２乃至図４に示した部品ボンダーに組み込まれているテーブル装置の代わりに図９に示した本発明のテーブル装置を用いて部品を基板に実装する部品実装方法を説明するための工程図である。
【００３５】
先ず、図１を用いて、本発明の一実施形態の部品実装装置の構成を説明する。この部品実装装置１は、本発明の第１実施形態の部品ボンダー１００、制御装置２、操作パネル３、カメラ装置１４０、モニタ４などから構成されている。
【００３６】
制御装置２は、電源、制御機器、モータドライバ、温度調節装置、画像処理装置、その他の機器から構成されている。
【００３７】
部品ボンダー１００の構成は、モータ駆動関係装置としては基板Ｘ−Ｙテーブル、部品反転Ｘステージ、トレイＹステージ、ツールＺステージ、ツールθステージ、カメラＸ−Ｙステージ、カメラＺステージを備えており、ツール関係装置としてはあおり機構、圧力検出、ヒータを備えている。
【００３８】
操作パネル３は、入力機器、表示機器、その他の機器から構成されている。
【００３９】
カメラ装置１４０は、本発明の一つであって、その詳細な構成、構造は後記するが、テンプレートＴ及び部品の画像認識を行う機能を備えている。
【００４０】
部品ボンダー１００は制御装置２からの動作指令及び加熱電力を受けて各種モータが制御され、基板Ｘ−ＹテーブルをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動制御し、部品反転ＸステージをＸ軸方向に移動制御し、トレイＹステージをＹ軸方向に移動制御し、ツールＺステージをＺ軸方向に移動制御し、ツールθステージを回転制御し、カメラＸ−ＹステージをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動制御し、そしてカメラＺステージをＺ軸方向に昇降制御し、ツール関係装置のあおり、圧力検出、加熱温度を制御する。
【００４１】
部品ボンダー１００からは制御装置２に、基板Ｘ−Ｙテーブルなどの位置情報、温度、圧力のデータがフィードバックされる。その或る情報はモニタ４の表示パネルに表示される。
【００４２】
モニタ４は表示パネルで構成されている。
【００４３】
操作パネル３の入力機器から制御装置２へは、自動或いは手動で動作モード指定、温度、圧力、時間の圧着条件、部品形状、実装位置などの機種データが入力され、制御装置２から操作パネル３へは温度、圧力、電源、異常などのデータ、状態表示情報がフィードバックされ、表示機器で表示される。
【００４４】
後記するカメラ装置１４０からはテンプレートＴの画像認識マークＭｂ（図６Ｂ）と部品の画像認識マークの画像が供給され、両画像のずれを認識して、そのずれを補正する制御指令が制御装置２からテーブル装置へ送られ、正確な実装位置を指示する。
【００４５】
モニタ４には、制御装置２からの制御、動作状態などの画像処理結果が表示され、部品実装装置１が正常に作動しているか否かを操作者が確認できるようになされている。
【００４６】
次に、図２乃至図４を用いて、本発明の部品実装装置１の主要部分である部品ボンダー１００の構成、構造を説明する。
【００４７】
この部品ボンダー１００は架台１０１（図３）の上面にベース１０２が固定されている。そのベース１０２上に、部品供給装置１１０、部品反転装置１２０、ツール装置１３０、カメラ装置１４０、テーブル装置１５０が配設されている。
【００４８】
ベース１０２の一端部に配設されている部品供給装置１１０はガイド１１１（図３）と、このガイド１１１上に取り付けられ、Ｙ軸方向に移動、制御されるトレイステージ１１２と、トレイステージ１１２がトレイＹモータ１１３によって駆動、制御されるように取り付けられている。トレイステージ１１２の上には実装しようとするベアチップのような部品Ｐが複数個収納された部品収納トレイ１１４が載置、固定される。
【００４９】
この部品収納トレイ１１４は、制御装置２の下に、後記する部品反転装置１２０により部品Ｐが吸着され、取り出される度にトレイＹモータ１１３が作動し、トレイステージ１１２がＹ軸方向に送られるように構成されている。
【００５０】
部品反転装置１２０は、ベース１２１上にＸ軸方向に平行に敷設されて２本のリニアガイド１２２、１２３と、これらリニアガイド１２２、１２３の上にＸ軸方向に微細に移動可能に取り付けられているステージ１２４と、このステージ１２４の中央部に取り付けられている反転アーム１２５と、反転シリンダ１２６（図３）と、部品反転モータ１２７（図３）とから構成されている。
【００５１】
この部品反転装置１２０は、制御装置２の下に、ステージ１２４上に取り付けられている反転アーム１２５が反転シリンダ１２６により１８０度回動でき、部品反転モータ１２７によりＸ軸方向方向に移動、制御される。反転アーム１２５の先端部には部品吸着ノズル（図示せず）が取り付けられてあり、部品収納トレイ１１４内にフェイスアップ状態で置かれている任意の部品Ｐを吸着後、反転して、後記するボンディングツールに部品Ｐを受け渡す。
【００５２】
ツール装置１３０は、ベース１０２上に垂直に取り付けられているフレーム１３１を基に構成されていて、フレーム１３１には一対の平行なリニアガイド１３２が取り付けられていて、それらリニアガイド１３２を介してツール制御装置１３３が取り付けられている。ツール制御装置１３３にはツール回転軸１３４がベース１０２に垂直に取り付けられていて、その先端部にあおり装置１３５が固定されている。このあおり装置１３５には垂直にボンディングツール１３６が取り付けられている。また、ツール制御装置１３３にはツールＺモータ１３７が取り付けられており、ツール制御装置１３３はこのツールＺモータ１３７によりを昇降させられる。
【００５３】
カメラ装置１４０は、フレーム１３１の側面に固定されたカメラベース１４１を基に構成されており、フレーム１３１の内側にカメラＺステージ１４２が取り付けられていて、このカメラＺステージ１４２に本発明の一つであるカメラ１４３が固定され、更に、カメラＺステージ１４２に、これを昇降させるカメラＺモータ１４４が連結されている。カメラ１４３の構成及び構造については、図５を用いて後記する。
【００５４】
テーブル装置１５０はベース１０２上に水平状態で取り付けられている基板Ｘ−Ｙテーブル１５１から構成されている。この基板Ｘ−Ｙテーブル１５１は高精度で移動可能な高価なものでなくてよい。この基板Ｘ−Ｙテーブル１５１には基板Ｘモータ１５２と基板Ｙモータ１５３とが連結されていて、基板Ｘ−Ｙテーブル１５１は基板Ｘモータ１５２でＸ軸方向に、基板Ｙモータ１５３でＹ軸方向に駆動、制御される。また、基板Ｘ−Ｙテーブル１５１の部品供給装置１１０側とは反対側の側面側にテンプレート受け１６０が水平状態で固定されていて、基板Ｘ−Ｙテーブル１５１と一体となって移動する。
【００５５】
カメラ１４３は、図５に示したように、所定の長さの直方体のケース１４３１から構成されており、そのケース１４３１の一方の端部近傍の上面に上方開口部１４３２が、他方の端部近傍の下面に下方開口部１４３３が開口されている。ケース１４３１内には、上方開口部１４３２に対向、傾斜して第１ミラー１４３４が、下方開口部１４３３に対向、傾斜して第２ミラー１４３５が配設されており、そして第１ミラー１４３４で反射された光の光軸上に第１カメラユニット１４３６が、第２ミラー１４３５で反射された光の光軸上に第２カメラユニット１４３７が背中合わせで配設されている。両第１ミラー１４３４及び第２ミラー１４３５はそれぞれ第１カメラユニット１４３６及び第２カメラユニット１４３７の光軸に対して４５度の傾斜角度で配設され、そして両第１カメラユニット１４３６及び第２カメラユニット１４３７の光軸がインラインに整列されていることが望ましい。
【００５６】
第１カメラユニット１４３６はボンディングツール３１０で吸着されている部品Ｐの画像認識マークを、第２カメラユニット１４３７は後記するテンプレートＴに付されている画像認識マークＭｂ（図６Ｂ）を撮像するものであり、それらが撮像したそれぞれの画像を位置情報として制御装置２にフィードバックする。
【００５７】
なお、部品Ｐを実装しようとする基板の大きさ、特に長さが短い場合には、両第１カメラユニット１４３６及び第２カメラユニット１４３７を同一の向きに配列するとか、互いに向かい合わせに配列するカメラ１４３の構成で対応させることができる。
【００５８】
また、第１カメラユニット１４３６及び第２カメラユニット１４３７共にＣＣＤ（Ｃａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）のような固体撮像素子から構成されている小型カメラを用いるのが望ましい。
【００５９】
次に、図１乃至図５に加えて図６乃至図８を用いて、本発明の部品実装装置１の動作を説明する。
【００６０】
この部品実装装置１に用いる基板は、従来技術の基板Ｂａと同様に、例えば、両面接着剤が塗布されているポリイミドフィルム、加熱することにより硬化するリバアルファーフィルムなどのフィルム状絶縁性の基板であるが、その基板の部品実装面には、図８に示したように、図１１に示したような部品Ｐを所定の位置に実装させるための画像認識マークＭａが形成されていないものである。このような画像認識マークＭａが形成されていない基板を、以下、「基板Ｂ」と記す。
【００６１】
そしてまた、本発明の部品実装装置１においては、例えば、図６Ｂに示したような画像認識マークＭｂが付された、例えば、ガラス製のテンプレートＴを用いることを特徴とする。基板Ｂに、複数種の、例えば、図８Ａに実施例のように３種類の部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃを一組の単位として、例えば、マトリックス状に配列、実装しようとするならば、このテンプレートＴの表面には、その必要な単位数だけ、同一の寸法のマトリックス配列で、或いは相似形の寸法のマトリックス配列で画像認識マークＭｂなどを付しておく。
【００６２】
次に、図７に示した工程順で基板Ｂに所定の配列で部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃを実装する。
【００６３】
先ず、部品実装装置１における部品供給装置１１０のトレイステージ１１２、カメラ装置１４０のカメラ１４３、基板Ｘ−Ｙテーブル１５１及びテンプレート受け１６０の平行度を調整する（Ｓ１）。
【００６４】
次に、基板Ｘ−Ｙテーブル１５１上に基板Ｂを水平状態でセットし（Ｓ２）、テンプレート受け１６０の上面に基板Ｂに実装する部品Ｐの配列に対応したテンプレートＴを水平状態で固定する（Ｓ３）。また、部品収納トレイ１１４をトレイステージ１１２に水平状態でセットする（Ｓ４）。
【００６５】
基板ＢとテンプレートＴとのセットが終了すると、基板Ｙモータ１５３を駆動して基板Ｘ−Ｙテーブル１５１とテンプレート受け１６０とをボンディングツール１３６及びカメラ装置１４０の下方に移動させる。
【００６６】
次に、部品反転装置１２０を作動させ、反転アーム１２５の先端部に取り付けられている部品吸着ノズル（不図示）で部品収納トレイ１１４内にファイスアップ状態で収納されている任意の１個の部品Ｐａを吸着し（Ｓ５）、その後、部品Ｐａを吸着した状態で反転アーム１２５を１８０度反転させ（Ｓ６）、部品Ｐａをボンディングツール１３６に受け渡す（Ｓ７）。
【００６７】
次に、第２カメラユニット１４３７はテンプレートＴ上の画像認識マークを認識し（Ｓ８）、第１カメラユニット１４３６は受け渡された部品Ｐａの画像認識マークを認識する（Ｓ９）。これらの位置情報は制御装置２（図１）に入力され、画像処理される。その結果はツール制御装置１３３などにフィードバックされ、そのツール制御装置１３３によりボンディングツール１３６は基板Ｂの水平面に対して垂直軸上で回転し、また、吸着されている部品Ｐａの姿勢はあおり装置１３５により基板Ｂの平面に対して平行に調整される（Ｓ１０）。
【００６８】
次に、前記のように基板Ｘ−Ｙテーブル１５１の平面動作とボンディングツール１３６の上下動及び回転動作により、姿勢が補正された部品Ｐａが基板Ｂ上の任意の位置に搭載され（Ｓ１１）、ツールＺモータ１３７も作動してボンディングツール１３６を垂直方向に下降させて部品Ｐａを加圧する（Ｓ１２）。そして基板Ｂの材質によっては、必要に応じてボンディングツール１３６でその実装した部品Ｐａを加熱する（Ｓ１３）。以上の工程を経て１個の部品Ｐａの基板Ｂへの実装が終了する（Ｓ１４）。その結果は、図６Ｂに示したような状態である。
【００６９】
図７に示した工程図において、工程Ｓ１から工程Ｓ４は手動で行うように示したが、これらも工程Ｓ５から工程Ｓ１４までの動作と同様に、制御装置２（図１）の制御の下で自動的に行われるように構成することもできる。
【００７０】
部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃの基板Ｂへの実装は、一枚の基板Ｂ上の全ての位置に部品Ｐａが実装された後、次の部品Ｐｂを同様に全て実装し、そして最後に部品Ｐｃを同様に全て実装するようにしてもよく、一組の部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃを一単位として、順次、基板Ｂ全面に実装して行く方法を採ってもよい。
【００７１】
要は、基板Ｂ上に画像認識マークが無く、部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ間の相対位置さえ合っておればよいのであって、図５に示したようなカメラ１４３により、テンプレートＴ上の画橡認識マークＭｂと各部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃにある画像認識マークを認識して、基板Ｘモータ１５２及び基板Ｙモータ１５３の作動により基板Ｘ−Ｙテーブル１５１のＸ軸方向及びＹ軸方向への平面動作とツールＺモータ１３７の作動によりボンディングツール１３６の上下、回転動作により各部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃを基板Ｂ上の任意の位置に搭載して行けばよい。
【００７２】
それらの部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃの実装結果は、図８に示したような状態となる。これら全単位の部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃは基板Ｂ上に相対的な位置に実装される。図８Ａに示したように、基板Ｂの左上隅に偏って配列状態で実装されてもよく、図８Ｂに示したように、基板Ｂの右下隅に偏ってな配列状態で実装されてもよい。
【００７３】
基板及び実装しようとする部品の種類、個数などが異なれば、部品を実装しようとする基板に対応して画像認識マークが付されたテンプレートを用いる。
【００７４】
次に、図９及び図１０を用いて、本発明の第２実施形態の部品ボンダーを説明する。
【００７５】
図１０に本発明の第２実施形態の部品ボンダー２００の一部、即ち、その一部分のあおり装置１３５及びボンディングツール１３６と１台のカメラユニット２１０と基板Ｘ−Ｙテーブル２２０とだけが示されている。
【００７６】
この部品ボンダー２００の特徴は基板Ｘ−Ｙテーブル２２０の下面に画像認識マークＭｂが付されたテンプレートＴがはめ込まれて固定されていることと、１台のカメラユニット２１０のみを用いた点にある。基板Ｘ−Ｙテーブル２２０は、無論、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動可能のものである。また、テンプレートＴと部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃを認識するカメラユニット２１０は基板Ｘ−Ｙテーブル２２０の下に、上向きに取り付けられている。この部品実装装置の他の構成部分は部品実装装置１の構成部分とほぼ同一であるので割愛する。
【００７７】
次に、図１０を用いて、この部品ボンダー２００の動作を説明する。
【００７８】
先ず、同図Ａに示したように、基板Ｘ−Ｙテーブル２２０を側方に逃がした後、部品Ｐａを実装しようとする基板Ｂを基板Ｘ−Ｙテーブル２２０の上に固定する。そしてカメラユニット２１０でボンディングツール１３６に吸着、固定された部品Ｐａを画像認識する。次に、基板Ｘ−Ｙテーブル２２０をボンディングツール１３６の下方に戻して、テンプレートＴに付されている画像認識マークＭｂを画像認識する。続いて基板Ｘ−Ｙテーブル２２０のＸ軸方向とＹ軸方向との位置補正及びボンディングツール１３６のθ方向の回転で位置補正した後、ボンディングツール１３６を下降させて基板Ｂ上に実装、固定すれば、第１実施形態の部品ボンダー１００による部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃの基板Ｂへの相対位置関係を保った状態での高精度な実装を実現でき。
【００７９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、
１．基板に画像認識マークが無くても、相対位置関係を保った高精度な実装を実現でき、従来技術のように各基板に画像認識マークを設ける必要が無く、そのための費用を削減できる
２．高性能で高価な基板Ｘ−Ｙテーブルを必要としない。しかし、高精度な実装を実現できるため、部品実装装置の製作費を抑えることができる。
３．カメラユニットとテンプレートを除くと、通常のフリップチップボンダー装置と同一であるため、既存の設備を若干改造することで流用できる
など、数々の優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の部品実装装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 図１に示した本発明の部品実装装置に用いて好適な第１実施形態の部品ボンダーの平面図である。
【図３】 図２に示した部品ボンダーの矢印Ａから見た側面図である。
【図４】 図２に示した部品ボンダーの矢印Ｂから見た正面図である。
【図５】 図２乃至図４に示した部品ボンダーに組み込まれている本発明の一実施形態のカメラ装置を示していて、同図Ａはその上面図、同図Ｂは同図Ａの矢印Ａから見た側面図、同図Ｃは同図Ａの矢印Ｂから見た側面図である。
【図６】 図２乃至図４に示した部品ボンダーの主要部分を示していて、同図Ａはその側面図、同図Ｂは基板とテンプレートとの関係を示す平面図である。
【図７】 本発明の部品実装装置の動作フローチャートである。
【図８】 図１に示した本発明の部品実装装置を用いて基板に複数個の部品を実装した一状態を示した平面図である。
【図９】 本発明の第２実施形態の部品ボンダーに用いて好適なテーブル装置を示していて、同図Ａはその裏面図、同図Ｂは同図Ａの側面図である。
【図１０】 図２乃至図４に示した部品ボンダーに組み込まれているテーブル装置の代わりに図９に示した本発明のテーブル装置を用いて部品を基板に実装する部品実装方法を説明するための工程図である。
【図１１】 従来技術の部品実装装置の構成を概念的に示していて、同図Ａはその側面図、同図Ｂは複数個の部品を実装しようとする従来技術における基板の一部平面図である。
【図１２】 従来技術の部品実装装置に組み込まれている従来技術のカメラ装置の構成を概念的に示していて、同図Ａはその平面図、同図Ｂはその側面図、同図Ｃは同図Ｂの矢印Ａから見た側面図である。
【図１３】 従来技術の部品実装方法及びその装置で複数個の部品が実装されて状態を示した基板の平面図である。
【符号の説明】
１…本発明の実施形態の部品実装装置、２…制御装置、３…操作パネル、４…モニタ、１００…本発明の第１実施形態の部品ボンダー、１０１…架台、１０２…ベース、１１０…部品供給装置、１１２…トレイステージ、１１４…部品収納トレイ、１２０…部品反転装置、１２４…ステージ、１２５…反転アーム、１３０…ツール装置、１３１…フレーム、１３３…ツール制御装置、１３５…あおり装置、１３６…ボンディングツール、１４０…本発明の実施形態のカメラ装置、１４１…カメラベース、１４２…カメラＺステージ、１４３…カメラ、１４３１…ケース、１４３２…上方開口部、１４３３…下方開口部、１４３４…第１ミラー、１４３５…第２ミラー、１４３６…第１カメラユニット、１４３７…第２カメラユニット、１５０…テーブル装置、１５１…基板Ｘ−Ｙテーブル、１６０…テンプレート受け、２００…本発明の第２実施形態の部品ボンダー、２１０…カメラ、２２０…基板Ｘ−Ｙテーブル、Ｂ…基板、Ｐ，Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ…部品、Ｍｂ…画像認識マーク、Ｔ…テンプレート
Claims (6)
- 複数個の部品を基板の所定の位置に所定の配列で実装する部品実装装置であって、
前記部品を吸着して保持する吸着手段を有し、前記基板の表面に前記部品を実装するツール装置と、
前記所定の位置に対応した位置に画像認識マークが付されており、前記基板との相対位置が決定された状態で配置されているテンプレートと、
該テンプレートの前記個々の画像認識マークと前記ツール装置に吸着保持された前記個々の部品とを画像認識する画像認識手段と、
を有し、前記画像認識手段によって認識された前記テンプレートの画像認識マークと前記部品の画像とに基づいて、前記基板上に前記複数の部品を相対的に前記所定の配列でそれぞれ実装することを特徴とする部品実装装置。 - 前記画像認識手段は、水平方向に所定の長さを備え、該長さ方向の一方の端部近傍の上面に上方開口部が、他方の端部近傍の下面に下方開口部が開口されたケース内に、前記上方開口部に対向、傾斜して第１ミラーが、前記下方開口部に対向、傾斜して第２ミラーが配設されており、そして前記第１ミラーで反射された光の光軸上に第１カメラユニットが、前記第２ミラーで反射された光の光軸上に第２カメラユニットが、それぞれ前記ケース内に配設されて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置。
- 前記第１カメラユニットと前記第２カメラユニットとが背中合わせで配設されていることを特徴とする請求項２に記載の部品実装装置。
- 複数個の部品を基板の所定の位置に所定の配列で実装する部品実装装置であって、
前記基板を固定するテーブル装置と、
前記複数の部品を個々に吸着、保持する吸着手段を備え、前記基板の表面に前記複数個の部品を実装するためのツール装置と、
前記基板上に前記所定の配列で実装される前記複数個の個々の部品の実装位置に対応した画像認識マークが付されており、前記基板との相対位置が決定された状態で前記テーブル装置と一体になって移動するテンプレートと、
前記ツール装置と、前記テーブル装置及び前記テンプレートとの間に出入りし、前記ツール装置に吸着されている前記部品を認識する第１カメラユニットと、該第１カメラユニットで認識される前記部品に対応した前記テンプレート上の前記画像認識マークを認識する第２カメラユニットを備えたカメラ装置と、
前記ツール装置と前記テーブル装置と前記カメラ装置を制御するための制御手段と、
を備えていることを特徴とする部品実装装置。 - 複数個の部品を基板の所定の位置に所定の配列で実装する部品実装装置であって、
前記基板を上面に固定するテーブル装置と、
前記基板上に前記所定の配列で実装される前記複数個の個々の部品の実装位置に対応した画像認識マークが付されており、前記テーブル装置の下面に固定されているテンプレートと、
前記基板と前記テンプレートとが固定されているテーブル装置を同一の平面内で水平状態を保って移動させる駆動装置と、
前記複数個の部品を個々に吸着、保持する吸着手段を備え、前記基板の表面に実装するために垂直に上下動するツール装置と、
前記ツール装置の下方に所定の間隔を開けて配設され、下方に前記テーブル装置が存在しない場合は、前記ツール装置に吸着された前記個々の部品を認識し、そして前記ツール装置の下方に前記テーブル装置が存在する場合には、前記画像認識された前記部品に対応した前記テンプレート上の前記画像認識マークを認識するカメラ装置と、
前記ツール装置と前記テーブル装置と前記カメラ装置を制御するための制御装置と、
を備えていることを特徴とする部品実装装置。 - 基板に複数個の部品を所定の位置に所定の配列で実装する部品実装方法において、
前記所定の位置に画像認識マークが付されていない基板と、前記所定の位置に対応した位置に画像認識マークが付されており、前記基板との相対位置が決定された状態で配置されているテンプレートを用い、前記部品を吸着して保持する吸着手段を有するツール装置によって、該テンプレートの前記個々の画像認識マークと前記ツール装置に吸着保持された前記個々の部品とを画像認識して前記テンプレートの画像認識マークと前記部品の画像とに基づいて、前記基板上に前記部品を相対的に前記所定の配列で実装することを特徴とする部品実装方法。
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