JP4445663B2 - 高温環境用照明装置、撮像装置、及び電子部品製造装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温環境下における微細加工対象物の位置決めに用いる認識と検査のための照明装置、該照明装置を備えた撮像装置、及び該撮像装置を備えた電子部品製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子機器に使用される電子部品の多くは、電気的にその機能を実現する機能部分、上記電子部品を外気から遮断するパーケッジ部分、及び上記機能部分と外部との電流の伝達を行う部分、によって構成されている。このような構成にてなる例えば図6に示す半導体電子部品1は、例えば図7に示すような、装着装置11と、封止装置12と、加熱装置13とを有する電子部品製造装置10にて製造される。即ち、上記装着装置11では、上記機能部分である半導体素子2に形成された突起状の電極である金属バンプ3に接合材4を転写した後、外部との電流伝達を行う基板5上の電極であるランド6と、上記バンプ3との位置決めを行う。そして基板5に半導体素子2を装着し、バンプ3とランド6とを接続する。
封止装置12では、接続されたバンプ3及びランド6部分に封止材が注入される。加熱装置13では、接合された基板5及び半導体素子2が搬入され、上記接合材4を加熱して、硬化させ、半導体素子2と基板5との電気的接続を完了させる。
【0003】
半導体素子2を基板5に装着する際には、ミクロン単位の精度が必要であり、その精度を確保するために、装着装置11は、図8に示すような構造が採用されており、部品保持部15と、基板保持部16と、認識部17とを備える。部品保持部15は、半導体素子2を保持する保持部材18を昇降させる昇降機構19をボールネジ機構20にて移動させる構造を有する。
一般的に、ボールネジ機構20は、昇降機構19を移動させる距離が長いほど絶対位置との誤差が大きくなる。よって、上記誤差を最小限にとどめるために、半導体素子2を保持している保持部材18と基板5との間に、認識部17のカメラを挿入して位置決めのための撮像を行なう。
【0004】
基板5と保持部材18との直角度がわずかにずれていた場合でも、保持部材18が下降した場合には、その下降ストロークに比例して装着ずれが発生する。従って、装着前の基板5から保持部材18までの高さは、できるだけ小さくなくてはならない。又、認識部17のカメラは、保持部材18に保持されている半導体素子2と、基板5との両方を同時に認識できる構造をもつ。このような構造のため、認識部17の照明装置は、上記カメラと撮像対象物との隙間に入れるように薄く、かつ撮像部分を一様に照明できる構造でなければならない。図9に示すように、従来の照明装置17−1は、樹脂製の導光板21と拡散板22とを有し、樹脂製の光ファイバー23によって照明光を導光板21に導入する構造であった。尚、図9の(a)は照明装置17−1の平面図を示し、図9の(b)は照明装置17−1の断面図を示す。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、照明装置17−1の設置スペースは、非常に狭くかつ限られているにもかかわらず、さらに、電子部品や受動部品の中でも、扱う電気信号の周波数が高周波帯域用の部品では、以下に説明するように照明装置17−1の耐熱性の問題が生じる。
即ち、上記高周波帯域用の部品では、バンプ3とランド6との間に接合材4を用いると、所定の性能が得られない場合がある。このような場合には、バンプ3とランド6との間に接合材4を用いず、バンプ3及びランド6の材質を、同じ金属、もしくは、合金を形成できる金属の組み合わせとして、超音波振動を併用した熱圧着によって、半導体素子2、もしくは受動部品の機能部分と基板5との電気的接続を行ない、所定の性能を得るようにする。
【0006】
上記超音波振動を併用した上記熱圧着は、加熱して接合金属表面を活性化した上で、例えば半導体素子2を超音波振動させて、バンプ3及びランド6の金属原子の拡散現象を生じさせることにより接合する金属拡散接合である。一般的には、バンプ3及びランド6の材質は、共に金、又は金とアルミニウムである。又、加熱温度は、180℃以上である。このような超音波振動を併用した熱圧着による電子部品の製造装置の構成を図10に示している。
【0007】
上述の金属拡散接合によって電子部品を製造する装置では、接合材4を加熱硬化させる必要がないため、一つの設備で装着及び接合を完了させることができるが、その反面、基板5を例えば200℃以上の高温に加熱することから、上記認識部17の照明装置の設置場所は、輻射熱によって180℃程度の高温環境となる。このような高温環境下では、樹脂製の導光板21及び拡散板22を有する上記照明装置17−1は、たとえポリカーボネートのような耐熱樹脂にて導光板21等を作製したものでも、せいぜい160℃程度の耐熱性しか持ち得ず、照明装置17−1自体が熱的に破損してしまい、使用できなかつた。
したがって、上述の金属拡散接合を行なう電子部品製造装置では、照明装置としては、認識部17のカメラの光軸と同じ光軸を使用可能な同軸照明しか採用できない。しかしながら上記同軸照明では、照明条件が非常に悪く、撮像画像において被撮像物の輪郭が不鮮明となってしまう。よって、被撮像物を精度良く視覚認識することができず、半導体素子2と基板5との装着精度が悪く電子部品製造装置の精度を維持できなかった。
【0008】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、高温環境下においても被照明物を均一な明るさにて照明でき、又、高温環境下においても位置決め用の視覚認識を高精度にて行うことができる、高温環境用照明装置、該高温環境用照明装置を備えた撮像装置、及び該撮像装置を備えた電子部品製造装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は以下のように構成する。
本発明の第1態様の高温環境用照明装置は、透光性材料で耐熱性を有する石英ガラスにてなる基材及び該基材に設けられる耐熱性の反射材を有する照明部材であって、当該照明部材の厚み方向における上記基材の第1面が当該照明部材にて照明される被照明物に対向して配置される照明部材と、
上記照明部材の上記厚み方向の中央部に取り付けられ、上記照明部材の上記厚み方向に交差する方向から上記基材へ光を供給する光供給装置と、を備え、
上記照明部材は、上記光供給装置から上記基材へ供給された光を、上記被照明物における明るさが一様になるように無作為に屈折し一様な拡散照明光にする拡散照明光生成部を上記第1面及び上記厚み方向において上記第1面と互いに対向する上記基材の第2面に設け、上記反射材は上記第2面を覆って設けられ上記第2面側から上記第1面側へ上記拡散照明光を反射させる、
ことを特徴とする。
【0010】
上記拡散照明光生成部は、上記基材の第1面及び第2面を研削加工して形成することもできる。
【0011】
又、本発明の第2態様の撮像装置は、上記第1態様の高温環境用照明装置と、上記照明部材の中央部には、上記厚み方向に当該照明部材を貫通する貫通孔が形成され、
上記反射材側に設けられ、かつ上記貫通孔を通して上記被照明物を撮像するカメラと、
を備えたことを特徴とする。
【0012】
又、本発明の第3態様の電子部品製造装置は、上記第2態様の撮像装置を備えたことを特徴とする。
【0013】
さらに、上記第3態様の電子部品製造装置は、部品を保持するとともに超音波振動を作用させながら上記被照明物へ上記電子部品を押圧する部品保持装置と、
上記被照明物を保持する保持部、及び上記部品保持装置による上記部品の振動押圧動作により上記部品と上記被照明物とを接合させる接合温度に上記被照明物を加熱する加熱部を有する被装着体保持装置と、をさらに備え、
上記被照明物の上方に上記部品が配置されているとき、上記高温環境用照明装置の上記照明部材及び上記撮像装置の上記カメラは、上記部品と上記被照明物との隙間に配置することもできる。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態である高温環境用照明装置、該高温環境用照明装置を備えた撮像装置、及び該撮像装置を備えた電子部品製造装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において同じ構成部分については同じ符号を付している。
まず、上記高温環境用照明装置について説明する。
上記高温環境用照明装置101は、照明部材110と、光供給装置120とを備える。照明部材110は、図2及び図3に示すように、板状の透光性材料で本実施形態では、例えば、厚み3mm、サイズ30×30mmの耐熱性を有する石英ガラスにてなる基材111と、該基材111に設けられる耐熱性の反射材112とを有し、本実施形態では、照明部材110の中央部には当該照明部材110をその厚み方向に貫通する貫通孔113が形成されている。
さらに、照明部材110の厚み方向において、基材111の互いに対向する第1面1111及び第2面1112には、上記光供給装置120から当該照明部材110の基材111に供給された光を、被照明物における明るさが一様になるように無作為に屈折する拡散照明光生成部114がそれぞれ設けられる。本実施形態では、拡散照明光生成部114は、上記第1面1111及び第2面1112をそれぞれ、粒径#60の砥粒を用いてサンドブラスト加工による、研削加工して形成する。
【0015】
又、拡散照明光生成部114を形成する上記研削加工の程度により、基材111に供給された光の拡散度を制御することができ、被照明物における明るさの均一さを制御することができる。よって、研削加工の程度を異ならせた照明部材110を取り替えて使用することによって、種々の拡散度合いの照明を実現することが可能である。
【0016】
尚、本実施形態では上述のように上記第1面1111及び第2面1112をそれぞれ研削加工して拡散照明光生成部114を形成したが、これに限定されるものではない。例えば、本実施形態における拡散照明光生成部114と同様の機能を果たす部材が存在するときには、該部材を拡散照明光生成部として上記第1面1111及び第2面1112に例えば貼付することもできる。即ち、拡散照明光生成部114は、基材111自体を処理して設けられるものに限定されない。
【0017】
上記反射材112は、上記第2面1112を覆って設けられ、該第2面1112に設けた拡散照明光生成部114にて形成された上記拡散照明光を上記第2面1112側から上記第1面1111側へ反射する部材である。このような反射材112は、金属板を拡散照明光生成部114へ機械的に接合して設けても良いし、スパッタリングによって金やアルミニウムなどの金属厚膜を拡散照明光生成部114上へ形成してもよい。
【0018】
以上のように構成される照明部材110は、図1の(a)、(b)に示すように、上記拡散照明光を出射する開口部分である投光窓1151を有する箱状のケーシング115内に、上記第1面1111を投光窓1151から露出させるようにして保持、収納される。尚、図1の(a)は、高温環境用照明装置101の平面図を示し、図1の(b)は図1の(a)の断面図を示す。又、上記投光窓1151に対向するケーシング115の反投光側支持板1152には、上記貫通孔113に対応して開口1153が形成されている。このようなケーシング115は、放熱性が高いアルミニウムや、熱膨張係数の低いインバー系の合金を用いて作製する。
【0019】
上記光供給装置120は、制御装置180にて動作制御される光源装置121と、該光源装置121にて発生した光を、上記照明部材110の厚み方向に交差する方向から上記照明部材110へ供給する導光部材122とを有する。該導光部材122は、本実施形態では、例えば光ファイバーであって上記ケーシング115内に収納されており、導光部材122の一端1221は、図示するように上記基材111の光入射面1113に対して直交し、かつ基材111の厚み方向の中央部に取り付けられる。尚、光入射面1113に対する導光部材122の一端1221の取り付け角度は、上記直交方向に限定されるものではなく、照明部材110の厚み方向に交差する方向から、光源装置121にて発生した光を基材111に供給可能な角度であればよい。
【0020】
以上のように構成される上記高温環境用照明装置101の動作を以下に説明する。
当該高温環境用照明装置101にて照明される被照明物、例えば基板5に対向するように上記投光窓1151を配向する。そして、光源装置121を動作させて光を発生し、該光は導光部材122を通して上記基材111の光入射面1113に導かれる。図3に示すように、光入射面1113にて、導光部材122の端面1222からは、出射角φで上記光が基材111に出射される。このとき、基材111の厚みの半分に位置する中央線1114よりも反射材112側に入射した入射光の第1成分は、反射材112に隣接する上記拡散照明光生成部114にて、上述のように無作為かつ均一に屈折して、反射材112にて上記第1面1111側へ反射される。一方、上記中央線1114よりも第1面1111側に入射した入射光の第2成分は、第1面1111側の拡散照明光生成部114にて、上述のように無作為かつ均一に屈折される。又、反射材112にて上記第1面1111側へ反射された、上記第2成分の入射光も、併せて第1面1111側の拡散照明光生成部114にて、上述のように無作為かつ均一に屈折される。よって、入射光の全ての成分は、一様な拡散照明光となり、ケーシング115の投光窓1151から上記基板5へ照射される。
【0021】
このように本実施形態の上記高温環境用照明装置101によれば、基材111、ケーシング115、及び反射材114は、耐熱性材料にてなり、被照明物を均一な明るさにて照明する拡散照明光生成部114を設けたことにより、高温環境下であっても、被照明物に対して一様な照明を与えることができる。よって、該高温環境用照明装置101を用いて上記被照明物の撮像を行なったときには、位置決め用の視覚認識を高精度にて行うことが可能となる。
【0022】
以上説明した高温環境用照明装置101を備えた撮像装置について以下に説明する。
図4に示すように、本実施形態の撮像装置201は、上述した高温環境用照明装置101と、耐高温用のカメラ211とを備える。該カメラ211は、高温環境用照明装置101の上記ケーシング115の上記反投光側支持板1152に取り付けられ、上記貫通孔113及び反投光側支持板1152の開口1153を通して被撮像物、例えば基板5に存在するパターンを拡大し撮像する。又、カメラ211は、制御装置180にて動作制御されパターン認識を行う画像処理装置212に接続され、カメラ211にて撮像された撮像情報は画像処理装置212にて画像処理され、例えば基板5の位置決め用マークの認識が行なわれる。
【0023】
このような撮像装置201によれば、高温環境用照明装置101が上述のように高温環境下でも、一様な照明条件にて上記被照明物である被撮像物を照らすことができるので、高温環境下においても安定して画像認識を行うことができる。
【0024】
さらに上述の撮像装置201を備えた電子部品製造装置について以下に説明する。
図5に示すように、本実施形態の電子部品製造装置301は、上述の撮像装置201と、部品保持装置311と、被装着体保持装置321と、部品供給装置331とを備える。尚、本実施形態では、上記被照明物であり上記被撮像物である被装着体の一例として、半導体素子2を装着する基板5を例に採るが、基板5に限定されるものではない。即ち、この明細書で被照明物、被撮像物、及び被装着体とは、樹脂基板、紙−フェノール基板、セラミック基板、ガラス・エポキシ(ガラエポ)基板、フィルム基板等の回路基板、単層基板若しくは多層基板などの回路基板、部品、筐体、又は、フレーム等、回路が形成されている対象物を意味する。
【0025】
上記部品保持装置311は、昇降機構313と、ボールネジ機構314と、超音波振動発生装置315とを備える。上記昇降機構313は、部品の一例である半導体素子2を保持する、例えば吸着ノズルにて構成される保持部材312を、その軸方向に沿って昇降させる装置である。上記ボールネジ機構314は、上記保持部材312の昇降方向に直交する水平方向に昇降機構313を移動させる装置であり、上記昇降機構313に係合するボールネジ3141と、該ボールネジをその軸周り方向へ回転させる駆動部の一例であるモータ3142とを有する。上記超音波振動発生装置315は、上記保持部材312に取り付けられ上記保持部材312の軸方向にほぼ直交する方向へ上記保持部材312を超音波振動振動させる。尚、このように構成される部品保持装置311は、制御装置180にて動作制御されて、半導体素子2を保持するとともに超音波振動を作用させながら被装着体の一例である基板5へ上記半導体素子2を押圧する。
【0026】
上記被装着体保持装置321は、上記基板5を保持する保持部322と、上記部品保持装置311による上記半導体素子2の振動押圧動作により半導体素子2と基板5とを接合させる接合温度に基板5を加熱する加熱部323とを有する。尚、被装着体保持装置321も制御装置180にて動作制御される。
【0027】
上記部品供給装置331は、不図示の例えば半導体ウエハから切り出された半導体素子2を保持して、上記部品保持装置311の保持部材312に受け渡す装置である。
又、本実施形態の電子部品製造装置301における上記撮像装置201には、上記ケーシング115及び該ケーシング115に取り付けられたカメラ211を、制御装置180の動作制御に基いて、待機位置と撮像位置との間で移動させる移動装置215を設けている。
【0028】
このような構成において、上記被装着体保持装置321の保持部322に保持されている半導体素子2の上方に、部品保持装置311にて半導体素子2が配置されているとき、上記高温環境用照明装置101のケーシング115に備わる照明部材110部分、及び上記ケーシング115に設けられる上記カメラ211は、上記半導体素子2と上記基板5との隙間における撮像位置に上記移動装置215にて配置される。
【0029】
以上説明したように構成される本実施形態の電子部品製造装置301では、まず、上記部品供給装置331にて半導体素子2が上記部品保持装置311に供給され、保持部材312にて保持される。そしてボールネジ機構314にて基板5の上方へ配置される。一方、不図示の基板搬送装置にて当該電子部品製造装置301に搬送されてきた基板5は、被装着体保持装置321の保持部322に保持された後、半導体素子2の接合のため、加熱部323にて例えば200℃以上に加熱される。このような状態において、半導体素子2と基板5との隙間に、上記高温環境用照明装置101の照明部材110部分及び上記カメラ211が配置される。このとき、ケーシング115に形成されている上記投光窓1151は、基板5に対向しており、照明部材110から発した上記拡散照明光は基板5を照らす。そして、カメラ211にて基板5が撮像される。撮像情報は、カメラ211から画像処理装置212へ供給される。
次に、上記ケーシング115の上下を反転して投光窓1151を半導体素子2に対向させて、照明部材110から発した上記拡散照明光を半導体素子2へ照射する。そして、カメラ211にて半導体素子2を撮像し、撮像情報は、カメラ211から画像処理装置212へ供給される。
【0030】
上述したように、照明部材110から発する上記拡散照明光は、被撮像物を均一に照らすので、基板5及び半導体素子2の各撮像情報は、例えば被認識部分の輪郭を従来に比べて明瞭に表示することができる。よって、基板5上における当該半導体素子2の装着位置に当該半導体素子2が装着されるように、上記各撮像情報に基いて、制御装置180にて基板5及び半導体素子2の相対的な位置ずれ量が求められる。求まった位置ずれ量に基いて、基板5及び半導体素子2の少なくとも一方の配置位置を補正する。
該補正後又は補正中に、ケーシング115及びカメラ211を上記移動装置215にて上記待機位置に退避させた後、部品保持装置311にて半導体素子2に超音波振動を作用させながら半導体素子2を基板5に押圧して、基板5に半導体素子2を装着する。
【0031】
以上説明した電子部品製造装置301によれば、上述のように耐熱性を有する高温環境用照明装置101を備えているので、被装着体であり被撮像物であり被照明物である基板5を例えば200℃以上に加熱していても、安定して画像認識及び位置決めを行うことができる。よって、部品と被装着体とが接合した電子部品を安定して高精度に製造することができる。
【0032】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の第1態様の高温環境用照明装置によれば、耐熱性を有する基材及び反射材を有する照明部材を備え、さらに上記基材には、該基材に供給された光を拡散照明光とする拡散照明光生成部を設けたことより、高温環境下であっても使用可能であり、かつ上記拡散照明光生成部により、被照明物を均一に照明することができる。
【0033】
又、基材の第1面及び第2面を研削加工して上記拡散照明光生成部を形成するようにしたことで、容易に拡散照明光生成部を形成することができ、かつ研削加工の程度に応じて、基材に供給された光の拡散程度を容易に制御することができる。
【0034】
又、本発明の第2態様の撮像装置によれば、上記第1態様の高温環境用照明装置を有することから、高温環境下においても被撮像物を均一な明るさにて照明することができる。よって、高温環境下でも、一様な照明条件で安定してカメラから撮像情報を得ることができる。したがって、該撮像情報に基いて画像認識を行なうことで、上記被撮像物の位置決め用の視覚認識を高精度にて行うことができる。
【0035】
又、本発明の第3態様の電子部品製造装置によれば、上記第2態様の撮像装置を備えることから、高温環境下でも、一様な照明条件で安定してカメラから撮像情報を得ることができ、該撮像情報に基いて画像認識を行なうことで、上記被撮像物の位置決め用の視覚認識を高精度にて行うことができる。よって安定して部品と被装着体との位置決めを行うことができる。よって、例えば金属拡散接合を行ない部品と被装着体との接合を行なうような場合であっても、部品と被装着体とが接合した電子部品を安定して高精度に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一つの実施形態である高温環境用照明装置を示す図である。
【図2】 図1に示す照明部材の断面図である。
【図3】 図1に示す照明部材における光の屈折、拡散状態を説明するための図である。
【図4】 図1に示す高温環境用照明装置を備えた撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図5】 図4に示す撮像装置を備えた電子部品製造装置の構成を示すブロック図である。
【図6】 電子部品の構成を示す図である。
【図7】 従来の電子部品製造装置の構成を示す図である。
【図8】 図7に示す電子部品製造装置において基板の撮像状態を示す図である。
【図9】 図7に示す電子部品製造装置に備わる従来の照明装置の構造を示す図である。
【図10】 金属拡散接合を行なう従来の電子部品製造装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
2…半導体素子、5…基板、
101…高温環境用照明装置、110…照明部材、111…基材、
112…反射材、113…貫通孔、114…拡散照明光生成部、
120…光供給装置、201…撮像装置、211…カメラ、
301…電子部品製造装置、311…部品保持装置、
321…被装着体保持装置、322…保持部、323…加熱部、
1111…第1面、1112…第2面。
Claims (5)
- 透光性材料で耐熱性を有する石英ガラスにてなる基材(111)及び該基材に設けられる耐熱性の反射材(112)を有する照明部材であって、当該照明部材の厚み方向における上記基材の第1面(1111)が当該照明部材にて照明される被照明物(2、5)に対向して配置される照明部材(110)と、
上記照明部材の上記厚み方向の中央部に取り付けられ、上記照明部材の上記厚み方向に交差する方向から上記基材へ光を供給する光供給装置(120)と、を備え、
上記照明部材は、上記光供給装置から上記基材へ供給された光を、上記被照明物における明るさが一様になるように無作為に屈折し一様な拡散照明光にする拡散照明光生成部(114)を上記第1面及び上記厚み方向において上記第1面と互いに対向する上記基材の第2面(1112)に設け、上記反射材は上記第2面を覆って設けられ上記第2面側から上記第1面側へ上記拡散照明光を反射させる、
ことを特徴とする高温環境用照明装置。 - 上記拡散照明光生成部は、上記基材の第1面及び第2面を研削加工して形成される、請求項1記載の高温環境用照明装置。
- 請求項1又は2記載の高温環境用照明装置(101)と、
上記照明部材の中央部には、上記厚み方向に当該照明部材を貫通する貫通孔(113)が形成され、
上記反射材側に設けられ、かつ上記貫通孔を通して上記被照明物を撮像するカメラ(211)と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。 - 請求項3記載の撮像装置(201)を備えたことを特徴とする電子部品製造装置。
- 部品(2)を保持するとともに超音波振動を作用させながら上記被照明物(5)へ上記電子部品を押圧する部品保持装置(311)と、
上記被照明物を保持する保持部(322)、及び上記部品保持装置による上記部品の振動押圧動作により上記部品と上記被照明物とを接合させる接合温度に上記被照明物を加熱する加熱部(323)を有する被装着体保持装置(321)と、をさらに備え、
上記被照明物の上方に上記部品が配置されているとき、上記高温環境用照明装置の上記照明部材及び上記撮像装置の上記カメラは、上記部品と上記被照明物との隙間に配置される、請求項4記載の電子部品製造装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000354436A JP4445663B2 (ja) | 2000-11-21 | 2000-11-21 | 高温環境用照明装置、撮像装置、及び電子部品製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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