JP4654829B2 - 部品実装状態検査装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板の端部に設けられた複数の電極部にそれぞれ実装された部品の実装位置ずれと圧着状態を検査する部品実装状態検査装置及び方法に関するものである。

近年、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ（以下、ＦＰＤと記す）は、大画面化並びにハイビジョン放送などに対応するために、基板の大型化が進行するとともに実装する部品の高精細度化と部品数の増加を来しており、その結果、部品実装位置の位置ずれ検査や、部品と基板の電極の圧着状態の検査を行う工程に、多くの時間と手間がかかるとともに、大掛かりな検査設備が必要になり、大型のＦＰＤのコスト高の原因となっている。

従来のＦＰＤにおける部品実装状態の検査装置としては、部品実装後の実装位置ずれを検査する装置として、基板の電極部に設けられた位置マークと部品に設けられた位置マークを、基板の部品実装面とは反対側から認識カメラで画像認識し、両位置マークの相対位置関係から実装位置ずれを検査するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。なお、位置マークに代えて、部品のリードと基板の電極の位置を認識するようにしたものも知られている。

また、部品の圧着状態の検査装置として、基板の電極と部品の電極の間に異方導電材を介装した状態で熱圧着することにより実装された部品の圧着状態を検査するために、異方導電材中の導電粒子の圧着箇所における基板の電極の隆起状態を微分干渉顕微鏡により観察するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。この検査装置においては、微分干渉顕微鏡に対して基板を載置したステージを移動させ、検査箇所が自動的に順次微分干渉顕微鏡の下に位置決めされるように構成されている。

また、部品の実装位置ずれと部品の圧着状態の検査を同一のカメラで行うようにしたものも知られている（例えば、特許文献３参照。）。
特許第２９２９９２６号明細書 特開２００３−２６９９３４号公報 特許第３３２３３９５号明細書

ところで、基板に部品を実装した後、その実装位置ずれと圧着状態の検査を行う場合に、特許文献１と特許文献２にそれぞれ開示された検査装置に部品を実装された基板を順次搬送して検査を行うようにすると、設備が大掛かりとなるとともに、検査装置間での搬送・位置決めなどに時間がかかり、検査工程の生産性が良くなく、特に基板の大型化と高精細度の進展に伴い、極めて大きな問題となって来ている。

また、これに対して特許文献３に開示されているように、単一の装置で基板にＩＣ部品を接合し、実装位置ずれの検査と圧着状態の検査を１台の共通の認識カメラで行うようにした構成では、検査装置間での搬送位置決めが必要でない点では生産性が向上するが、逆に認識カメラとして視野切替や微分干渉顕微鏡機能への切替が行える構成とする必要があって極めて高価な認識カメラが必要となるため、コスト高になるとともに、位置ずれと圧着状態の検査を別々に順次行う必要があるため、検査に時間がかかるため、やはり検査工程の生産性が良くないという問題がある。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、基板の端部に部品を圧着して実装した基板における実装位置ずれと圧着状態の検査を効率的に生産性良く行うことができる部品実装状態検査装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明の部品実装状態検査装置は、基板の端部に設けられた複数の電極部にそれぞれ部品を実装した後、各部品の実装状態を検査する部品実装状態検査装置であって、基板を載置して基板の受け渡し位置と検査位置との間で移動可能な基板保持部と、検査位置に位置決めされた基板の端部付近を端部に沿って吸着して支持する基板吸着支持部と、基板の電極部に対する部品の実装位置ずれを検出するずれ検出カメラと、電極部に対する部品の圧着状態を検出する圧痕検出カメラと、ずれ検出カメラと圧痕検出カメラを基板の端部に沿って移動させる移動テーブル装置とを備え、前記移動テーブル装置は、第１の送りねじ機構にて駆動される第１の移動体と第２の送りねじ機構にて駆動される第２の移動体を備え、前記第１の移動体に前記ずれ検出カメラを搭載し、また前記第２の移動体に前記圧痕検出カメラを搭載し、前記ずれ検出カメラと前記圧痕検出カメラを独立して移動させるようにしたものである。

また、本発明の部品実装状態検査方法は、基板の端部に設けられた複数の電極部にそれぞれ部品を実装した後、請求項１〜４の何れかに記載された部品実装状態検査装置を用いて各部品の実装状態を検査する部品実装状態検査方法であって、基板を検査位置に移動させる工程と、検査位置で基板の端部付近を端部に沿って吸着支持する工程と、ずれ検出カメラと圧痕検出カメラを基板の端部に沿って移動させ、各電極部に実装された部品の電極部に対する実装位置ずれと電極部に対する部品の圧着状態を順次検出する工程とを備えたものである。

この構成によると、基板を基板保持部にて位置決めし、基板の端部付近を基板吸着支持部にて吸着支持した状態で、ずれ検出カメラを移動させて各部品の実装位置ずれの検査を順次行うと同時に、それと並行して圧痕検出カメラを移動させて各部品の圧着状態の検査を順次行うことにより、部品の実装位置ずれと圧着状態の検査を同時に並行して行うことができて効率的に短時間で両検査を行うことができ、また部品が実装されている基板の端部近傍を吸着保持するので、大型の基板においても撓みを生じることなく高精度に位置規制され、焦点合わせなどの調整に時間がかからず、速やかに適正な検査を行うことができ、また基板を固定してカメラを移動させるので、基板が大型化してもコンパクトな装置にでき、また単一の装置でかつずれ検出カメラと圧痕検出カメラはそれぞれ単機能であるためコスト的にも高価にならず、かくして実装位置ずれと圧着状態の検査を効率的に生産性良く行うことができる。また、ずれ検出カメラと圧痕検出カメラを独立して移動させるように構成することで、例えば部品の実装位置ずれは全数検査し、検査に時間を要する圧着状態は両端だけ、又は両端と中央部についてのみ検査するだけで良い場合など、種々の検査態様に効率的に対応することができる。

また、ずれ検出カメラと圧痕検出カメラを予め設定された間隔をあけた状態で同期して移動させるようにすると、両カメラを各部品に対応して個々に位置決めする必要がないので、一層効率的に検査することができる。

また、第１の移動体上に一対のずれ検出カメラを設け、一方のずれ検出カメラは第１の移動体上に設けられた取付ブラケットに設置し、他方のずれ検出カメラは第１の移動体上に設けられた間隔変更テーブル装置の移動体上に設置し、この一対のずれ検出カメラ間の間隔を部品の大きさに応じて可変できるようにすると、一対のずれ検出カメラにて各部品の複数の認識箇所を一度に検出して位置ずれを検査することができる。また、部品の種類に応じて認識箇所の間隔が異なるが、ずれ検出カメラの間隔を可変することで対応することができる。

また、圧痕検出カメラを基板表面に対して接近離間方向に移動させるカメラ軸方向駆動部を設けることで、圧痕検出カメラを基板表面に対して接近離間方向に移動させて焦点合わせを精度良く行うことができ、的確な検査を確実に行うことができる。

また、基板に設けられたマークを検出する基板マーク認識カメラを別に設け、この基板マーク認識カメラで基板の姿勢を検出し、検出結果に応じて基板保持部が基板を基準位置に位置決めするのが好適である。基板保持部による基板の位置決めに、ずれ検出カメラを利用することもできるが、専用の基板マーク検出カメラを用いることにより、シンプルな構成と制御によって効率的に検査することができる。

本発明の部品実装状態検査装置及び方法によれば、部品の実装位置ずれと圧着状態の検査を同時に並行して行うことができて効率的に短時間で両検査を行うことができ、また基板の端部近傍を吸着保持するので、大型の基板においても撓みを生じることなく速やかに適正な検査を行うことができ、基板を固定してカメラを移動させるので、基板が大型化してもコンパクトな装置にでき、また単一の装置でかつ単機能のずれ検出カメラと圧痕検出カメラを用いるのでコスト高にならず、実装位置ずれと圧着状態の検査を効率的に生産性良く行うことができる。

以下、本発明の部品実装状態検査装置の一実施形態について、図１〜図５を参照しながら説明する。本実施形態は、液晶パネル（以下、基板と称する）の端部に設けられた電極部に、異方導電材を介してＴＡＢ（以下、部品と称する）の電極部を仮固着した後、本圧着することで、基板に部品を実装したものを検査対象としたものであり、その部品の電極部と基板の電極部の位置ずれ検査と、異方導電材中の導電粒子による圧痕の検出による部品の圧着状態の検査とを行うものである。尚、本発明においては、基板は、液晶パネルに限定されるものではなく、プラズマディスプレイパネルなどのＦＰＤやその他の各種基板に適用でき、部品もＴＡＢに限らず、フリップチップ実装されるＩＣチップ等の各種部品にも同様に適用できる。

先行する部品実装工程で、基板２の３辺の端部にそれぞれ複数の部品３が所定間隔あけて実装されており（図４参照）、この基板２が、図１に示すように、所定の基板受け渡し位置で、部品実装状態検査装置１の基板保持部４に受け渡される。基板保持部４は、基板受け渡し位置で載置された基板２を所定の検査位置に移送して位置決めするものであり、昇降部（図示せず）上に、Ｘ方向に移動・位置決めするＸ方向テーブル５とＹ方向に移動・位置決めするＹ方向テーブル６と回転方向の位置決めをする回転テーブル７とが設置され、回転テーブル７に基板２を吸着して保持する保持面８を設けた構成とされている。Ｘ方向テーブル５は、レールガイド５ａにて移動自在に支持され、送りねじ機構５ｂにて駆動され、Ｙ方向テーブル６は、レールガイド６ａにて移動自在に支持され、送りねじ機構６ｂにて駆動される。

Ｘ方向の一端側には、検査位置に位置決めされた基板２の端部の近傍を端部に沿って吸着して支持する基板吸着支持部９が配設されている。この基板吸着支持部９は、Ｘ方向に狭幅で、Ｙ方向に長い門型に構成され、その上面に多数の吸着穴９ａが設けられ、基板２の電極部が配置された端部の近傍を載置して吸着保持するように構成されている。

基板吸着支持部９の基板保持部４側に隣接した位置に、基板２の４隅に設けられた基板位置決め用の基板マーク２ａ（図４参照）を認識するための一対の基板マーク認識カメラ１０ａ、１０ｂが配設されている。一方の基板マーク認識カメラ１０ａはＹ方向の一端部に固定設置され、他方の基板マーク認識カメラ１０ｂは、移動テーブル装置１１にて基板２の大きさに応じてＹ方向に移動可能に構成されている。

基板吸着支持部９の基板保持部４とは反対側に隣接した位置に、基板２の電極部に対する部品３の実装位置ずれを観察する一対のずれ検出カメラ１２ａ、１２ｂと、電極部に対する部品３の圧着状態を検出する圧痕検出カメラ１３が配設されている。圧痕検出カメラ１３は、圧着時に生じた異方導電材中の導電粒子による微小な圧痕を検出できるように、光学顕微鏡に干渉装置を組み込んだ微分干渉顕微鏡と認識カメラにて構成されている。これらずれ検出カメラ１２ａ、１２ｂと圧痕検出カメラ１３は、カメラ駆動部としての移動テーブル装置１４にてそれぞれＹ方向に移動及び位置決め可能に構成されている。移動テーブル装置１４は、レールガイド１４ａに沿って移動可能に支持された第１の移動体１５ 、第２の移動体１６を備え、第１の送りねじ機構１４ｂにて駆動される第１の移動体１５にずれ検出カメラ１２ａ、１２ｂが搭載され、第２の送りねじ機構１４ｃにて駆動される第２の移動体１６に圧痕検出カメラ１３が搭載されている。

第１の移動体１５上の一対のずれ検出カメラ１２ａ、１２ｂは、部品３の長手方向両端近傍に設けられた２箇所の認識マークと基板２の電極部に対応して設けられた認識マークを同時にそれぞれ検出できるように設けられたものであり、図２に示すように、一方のずれ検出カメラ１２ａは第１の移動体１５上に立設された取付ブラケット１５ａに設置され、他方のずれ検出カメラ１２ｂは第１の移動体１５上に設けられた間隔変更テーブル装置１７の移動体１７ａ上に設置され、ずれ検出カメラ１２ａ、１２ｂ間の間隔Ａを部品３の大きさ等に応じて可変できるように構成されている。１７ｂは移動体１７ａを移動自在に支持するレールガイド、１７ｃは送りねじ機構である。

第２の移動体１６上の圧痕検出カメラ１３は、ＸＹ平面に対して垂直なＺ軸方向に移動・位置決め可能なＺ軸移動テーブル装置１８の移動体１８ａに設置されている。このＺ軸移動テーブル装置１８が、圧痕検出カメラ１３を基板２の表面に対して接近離間方向に移動させて自動的に高精度に焦点合わせ行うためのカメラ軸方向駆動部を構成している。１８ｂは、移動体１８ａを移動自在に支持するレールガイド、１８ｃは移動体１８ａを駆動する送りねじ機構である。

以上の構成の部品実装状態検査装置１による検査方法を、主として図４を参照して説明する。まず、部品３が実装された基板２が、部品実装状態検査装置１に対する所定の受け渡し位置に供給されると、その基板２を基板保持部４の保持面８で受け取って吸着保持し、基板保持部４にて基板２の検査すべき一側の端部をＸ方向の一端側に向け、図４（ａ）に示すように、その端部を基板吸着支持部９に隣接する位置に一旦位置決めする。そして、基板２の当該端部の両端の基板マーク２ａを基板マーク認識カメラ１０ａ、１０ｂにて検出し、基板２の保持面８の中心に対するＸＹ方向の位置ずれ及び回転姿勢の位置ずれを検出する。基板マーク認識カメラ１０ｂは基板２の大きさに応じて予め移動テーブル装置１１にて位置決めされている。

次に、基板保持部４にて、基板２の位置ずれ検出結果に応じて、基板２の位置と回転姿勢の補正を行いつつ、基板２を検査時の基準位置に位置決めする。この基板２の位置決め状態で、図４（ｂ）に示すように、部品３が実装されている電極部が設けられている基板２の端部が基板吸着支持部９から突出し、その端部に隣接する部分が基板吸着支持部９にて吸着保持される。このように基板２の検査すべき端部近傍を基板吸着支持部９にて吸着保持することで、基板２が大型であっても検査部位が撓み等によって位置ずれすることがなく、簡単かつ速やかに適正な検出が可能となる。

この状態で、まず一番端に実装されている部品３の電極と基板２側の電極部との位置ずれを検査するため、部品３の両端部に設けられている位置マーク３Ｍとそれと対応して基板の端部に設けられている位置マーク２Ｍを、ずれ検出カメラ１２ａ、１２ｂにて画像認識する。これらずれ検出カメラ１２ａ、１２ｂの間隔Ａは、部品３の大きさに応じて予め間隔変更テーブル装置１７にて適切に設定されている。また、基板の位置マーク２Ｍ及び部品３の位置マーク３Ｍとしては、図５（ａ）〜（ｅ）に示すように、種々の形態のものが考えられ、両マーク２Ｍ、３Ｍの相対的な位置関係を求めることで、基板２の電極部と部品３の電極の位置ずれ量を検出することができ、検出した位置ずれ量が所定の許容範囲内に収まったものは適正に位置決めされて実装されていると判定し、許容値を超えている場合は実装不良であると判定される。

一番端の部品３の実装位置検査が終了すると、移動テーブル装置１４を作動させ、第１の移動体１５と第２の移動体１６を同期して同時に移動させ、図４（ｃ）に示すように、第１の移動体１５上のずれ検出カメラ１２ａ、１２ｂを二番目の部品３の電極と基板２の電極部との位置ずれを検査する位置に位置決めするとともに、第２の移動体１６上の圧痕検出カメラ１３を最初の部品３の任意の電極とそれが接合されている基板２側の電極の圧着状態を検出する位置に位置させる。

この状態で、二番目の部品３の実装位置ずれをずれ検出カメラ１２ａ、１２ｂにて上記と同様に検出し、それと同時に圧痕検出カメラ１３にて圧着時に生じた導電粒子による圧痕の状態を検出し、それによって圧着状態を検査する。その際、圧痕検出カメラの焦点深度は±数十μｍ程度で、ずれ検出カメラの焦点深度が±０．１ｍｍ程度であるのに対して小さいため、高精度のピント合わせが必要であり、そのためＺ軸移動テーブル装置１８にて圧痕検出カメラ１３を基板２の表面に対して接近離間方向に移動調整し、自動焦点合わせ制御を行うことで、簡単かつ短時間に精度の良い検査を行うことができる。

以後、図４（ｂ）から（ｃ）への過程と同様の過程を繰り返して、ずれ検出カメラ１２ａ、１２ｂと圧痕検出カメラ１３を基板２の端部に沿って順次移動させて、各部品３の基板２側の電極部に対する実装位置ずれと電極部に対する部品３の圧着状態を順次検出して当該端部の全ての部品３の検査を行う。また、基板２の他の側辺の端部に実装された部品３についても同様検査する場合は、基板保持部４の回転テーブル７にて基板２を回転させて同様の検査を行う。また、当該基板２に対する検査が終了すると、この基板２を所定の受け渡し部に移動させて搬出し、次の基板２を受け取って上記と同様に検査を行う。

上記実施形態では、ずれ検出カメラ１２ａ、１２ｂと圧痕検出カメラ１３を予め設定された間隔をあけた状態で同期して移動させるようにした例を説明したが、ずれ検出カメラ１２ａ、１２ｂと圧痕検出カメラ１３を独立して移動させるようにしても良い。そのようにすると、例えば部品３の実装位置ずれは全数検査し、圧痕検出カメラ１３による検査は、時間を要する場合があるので、両端だけ、又は両端と中央部についてのみ検査するだけで良い場合など、種々の検査態様に効率的に対応することができる。

本発明の部品実装状態検査装置によれば、部品の実装位置ずれと圧着状態の検査を同時に並行して行うことができて効率的に短時間で両検査を行うことができ、また基板の端部近傍を吸着保持するので、大型の基板においても撓みを生じることなく速やかに適正な検査を行うことができ、また単一の装置でかつ単機能のずれ検出カメラと圧痕検出カメラを用いるのでコスト高にならず、実装位置ずれと圧着状態の検査を効率的に生産性良く行うことができるため、大型のＦＰＤなどの基板における部品の実装状態の検査に有効に利用できる。

本発明の部品実装状態検査装置の一実施形態の全体斜視図。 同実施形態におけるずれ検出カメラの配設状態を示す斜視図。 同実施形態における圧痕検出カメラの配設状態を示す斜視図。 同実施形態における部品実装状態検査工程を順次示す平面図と側面図。 同実施形態における基板の位置マークと部品の位置マークの各種組合せ例の説明図。

符号の説明

１ 部品実装状態検査装置
２ 基板
３ 部品
４ 基板保持部
９ 基板吸着支持部
１０ａ、１０ｂ 基板マーク認識カメラ
１２ａ、１２ｂ ずれ検出カメラ
１３ 圧痕検出カメラ
１４ 移動テーブル装置（カメラ駆動部）
１５ 移動体
１６ 移動体
１７ 間隔変更テーブル装置
１８ Ｚ軸移動テーブル装置（カメラ軸方向駆動部）

Claims (6)

1. 基板の端部に設けられた複数の電極部にそれぞれ部品を実装した後、各部品の実装状態を検査する部品実装状態検査装置であって、基板を載置して基板の受け渡し位置と検査位置との間で移動可能な基板保持部と、検査位置に位置決めされた基板の端部付近を端部に沿って吸着して支持する基板吸着支持部と、基板の電極部に対する部品の実装位置ずれを検出するずれ検出カメラと、電極部に対する部品の圧着状態を検出する圧痕検出カメラと、ずれ検出カメラと圧痕検出カメラを基板の端部に沿って移動させる移動テーブル装置とを備え、
   前記移動テーブル装置は、第１の送りねじ機構にて駆動される第１の移動体と第２の送りねじ機構にて駆動される第２の移動体を備え、前記第１の移動体に前記ずれ検出カメラを搭載し、また前記第２の移動体に前記圧痕検出カメラを搭載し、前記ずれ検出カメラと前記圧痕検出カメラを独立して移動させるようにしたことを特徴とする部品実装状態検査装置。
2. 前記第１の移動体上に一対の前記ずれ検出カメラを設け、一方のずれ検出カメラは前記第１の移動体上に設けられた取付ブラケットに設置し、他方のずれ検出カメラは前記第１の移動体上に設けられた間隔変更テーブル装置の移動体上に設置し、この一対のずれ検出カメラ間の間隔を部品の大きさに応じて可変できるようにしたことを特徴とする請求項１記載の部品実装状態検査装置。
3. 圧痕検出カメラを基板表面に対して接近離間方向に移動させるカメラ軸方向駆動部を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の部品実装状態検査装置。
4. 基板に設けられたマークを検出する基板マーク認識カメラを別に設け、この基板マーク認識カメラで基板の姿勢を検出し、検出結果に応じて基板保持部が基板を基準姿勢に位置決めすることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の部品実装状態検査装置。
5. 基板の端部に設けられた複数の電極部にそれぞれ部品を実装した後、請求項１〜４の何れかに記載された部品実装状態検査装置を用いて各部品の実装状態を検査する部品実装状態検査方法であって、基板を検査位置に移動させる工程と、検査位置で基板の端部付近を端部に沿って吸着支持する工程と、ずれ検出カメラと圧痕検出カメラを基板の端部に沿って移動させ、各電極部に実装された部品の電極部に対する実装位置ずれと電極部に対する部品の圧着状態を順次検出する工程とを備えたことを特徴とする部品実装状態検査方法。
6. ずれ検出カメラと圧痕検出カメラを予め設定された間隔をあけた状態で同期して移動させることを特徴とする請求項５記載の部品実装状態検査方法。

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