JP4710432B2

JP4710432B2 - 部品実装装置及び部品実装方法

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Publication number: JP4710432B2
Application number: JP2005182513A
Authority: JP
Inventors: 正久細井; 典夫川谷; 昭彦渡辺; 義道吉田
Original assignee: Sony Corp
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Priority date: 2005-06-22
Filing date: 2005-06-22
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2025-06-22
Also published as: JP2007005494A

Description

本発明は、部品実装装置に関し、特に、マウントヘッドにより部品を保持してワーク上の所定の位置に部品を実装する部品実装装置及び部品実装方法に関する。

従来、半導体チップ（ベアチップ）等の電子部品を基板に実装する際、フリップチップボンディング装置が使用される。フリップチップボンディング装置は、半導体チップが載置されたトレーと、半導体チップを実装する基板（回路基板）と、半導体チップを基板上に実装するためのボンディングツールと、トレー上の半導体チップをボンディングツールに受け渡すチップ反転アームとを有する。フリップチップボンディング装置は、チップ反転アームの先端部に設けた吸着ヘッドによってトレー上の半導体チップを吸着保持し、この後、上記チップ反転アームが１８０度反転し半導体チップの表裏を逆転させる。このような状態でボンディングツールの吸着ヘッドによって半導体チップを吸着保持するとともに、ｘｙステージによって位置決めされた基板上の所定の位置に半導体チップをボンディングツールの吸着ヘッドによってマウントするようにしている。また、フリップチップボンディング装置は、ボンディングツールの吸着ヘッドに吸着保持された半導体チップを撮像するカメラと、基板上を撮像するカメラとを有しており、この２つのカメラからの画像により画像認識をし、半導体チップのマウントする位置を認識している。

ところで、フリップチップボンディング装置は、基板上にマウントされる半導体チップのマウント精度が重要視される。

そこで、従来のフリップチップボンディング装置は、このマウント精度を高精度なものとしつつ位置決めを行うための様々な部材が設けられており、装置自体が大型なものになり、また高価なものとなっていた。

例えば、図１２のような従来のフリップチップボンディング装置１００は、半導体チップ１０１が載置されたトレー１０２をｘｙ平面上に駆動させるための駆動機構と、半導体チップ１０１を実装する基板１０３をｘｙ平面上に駆動させるための駆動機構と、半導体チップ１０１を基板１０３上に実装するためのボンディングツール１０４をｚ軸方向に駆動させるための駆動機構と、トレー１０２上の半導体チップ１０１をボンディングツール１０４の吸着ヘッド１０５に受け渡すチップ反転アーム１０６を駆動させるための駆動機構と、カメラユニット１０７を駆動させるための駆動機構とが設けられている。さらに、このフリップチップボンディング装置１００のカメラユニット１０７は、図１３に示すように、筐体１０７ａ内に、ボンディングツール１０４の吸着ヘッド１０５に吸着保持された半導体チップ１０１を撮像するカメラ１１１と基板１０３上を撮像するカメラ１１２とがｙ方向に並設され、各カメラ１１１、１１２の撮像側に相対する片面反射ミラー１１３、１１４がｙ軸に対してｘ方向に±４５度の角度で対向配置され、各ミラー１１３、１１４の中間に両面反射ミラー１１５がｙ軸に対してｚ方向に４５度の角度で配置された構成となっている。また、両面反射ミラー１１５に対しｚ方向の筐体１０７ａの両面には、画像取り込み用の開口部１１６、１１７が設けられている。

このような構成を有するフリップチップボンディング装置１００は、各部材をそれぞれ駆動させるための駆動機構が多数設けられ、装置の大型化を招いていた。

さらに、フリップチップボンディング装置１００は、半導体チップ１０１のマウント精度を高精度なものとするために、例えば、カメラユニット１０７を駆動させる駆動軸にリニアスケールなどが用いられて精度の高い位置決めを行っており、そのことも、装置の大型化及び高コスト化につながっていた。

また一方で、図１４に示すフリップチップボンディング装置１３０では、上述のようなカメラユニット１０７の代わりに、半導体チップ１０１が実装される基板１０３が載置されるステージ１３１にボンディングツール１０４の吸着ヘッド１０５に吸着された半導体チップ１０１を撮像するカメラ１３２と、基板１０３が載置されるステージ１３１と対向する位置に基板１０３を撮像するカメラ１３３とを設けた構成のものもある。フリップチップボンディング装置１３０は、半導体チップ１０１のマウント精度を高精度なものに保つためマウント位置を検出する２つのカメラ１３２、１３３の相対位置関係が重要となってくる。

２つのカメラの相対位置関係を認識する方法としては、２つのカメラの位置を合わせる方法が知られている。その方法は、例えば、図１５に示すように、２つのカメラ１３２、１３３が対向するような位置に移動し、その間に位置合わせ装置１３４が挿入され、表裏から同じ位置と認識できる対象を撮像することで、位置合わせを行う。

フリップチップボンディング装置１３０では、基板１０３を撮像するカメラ１３３が、基板１０３と焦点が合う距離Ｌ１に配置され、ボンディングツール１０４の吸着ヘッド１０５に吸着保持された半導体チップ１０１を撮像するカメラ１３２が、半導体チップ１０１と焦点が合う距離Ｌ２に配置されている。フリップチップボンディング装置１３０においては、上述の方法のように２つのカメラ１３２、１３３の位置を合わせるための位置合わせ装置１３４をこれら２つのカメラ１３２、１３３間に挿入した場合、位置合わせ装置１３４を、カメラ１３２とは距離Ｌ２離間させ、カメラ１３３とは距離Ｌ１離間させる、又は、カメラに焦点距離調整手段を設ける必要がある。上記いずれの方法であっても、位置合わせのためにカメラをｚ方向に移動させ、また元の位置に戻す必要があり、移動に伴い精度が低下するという問題が生じていた。

特開２００２−９１１３号

そこで、本発明は、上述の問題点に鑑みて、従来からフリップチップボンディング装置と変わらない高精度の部品実装を実現しつつ、装置の小型化、低コスト化を図ることができる部品実装装置及び部品実装方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明に係る部品実装装置は、基板上の所定位置に、該基板と対向する位置に設けたマウントヘッドにより保持した部品を実装する。部品実装装置は、上記基板及び上記部品を載置するステージと、上記ステージを該ステージの主面と同一の平面上に移動させるステージ駆動部と、上記ステージ上の上記部品を上記マウントヘッドに供給する部品供給部と、上記マウントヘッドを上記ステージの主面に垂直な方向に移動させるとともに上記ステージの主面に垂直な方向を回転軸として回転させるマウントヘッド駆動部と、上記ステージ上に固定され上記マウントヘッドに保持された上記部品に設けた部品認識マークを撮像して部品画像情報を出力する第１のカメラと、上記ステージと対向する位置に固定され上記ステージに配置された上記基板に設けた基板認識マークを撮像して基板画像情報を出力する第２のカメラと、上記第１のカメラから出力された上記部品画像情報と上記第２のカメラから出力された上記基板画像情報とに基づいて、上記ステージ駆動部と上記マウントヘッド駆動部を制御する制御信号を出力する制御部とを備える。

また、部品実装装置は、上記マウントヘッド駆動部を設けたフレームの上記第１のカメラと対向する位置或いは上記ステージ上の上記第２のカメラと対向する位置との少なくとも１箇所に原点マークを設けてもよい。部品実装装置は、上記第１のカメラ又は上記第２のカメラにより撮像された上記原点マークの画像情報を上記制御部に出力して上記ステージ駆動部と上記マウントヘッド駆動部の動作制御を行って上記ステージと上記マウントヘッドの相対移動の基準点設定を行う。

さらに、部品実装装置は、上記第１のカメラと上記第２のカメラとの間に配置され、一方の面及び他方の面方向から上記第１のカメラ及び上記第２のカメラにより検出可能な基準マークが設けられた認識パターン部と、上記認識パターン部の一方の面に接して設けられた第１のレンズと、上記認識パターン部の他方の面に接して設けられた第２のレンズとからなる位置調整手段を備えるようにしてもよい。部品実装装置は、上記第１のカメラ及び上記第２のカメラからそれぞれ撮像した上記位置調整手段の上記認識パターン部の上記基準マークの画像情報が上記制御部へと出力される。部品実装装置は、上記制御部において上記第１のカメラと上記第２のカメラとからの上記認識パターン部の上記基準マークの画像情報に基づいて上記ステージと上記マウントヘッドとの相対基準位置からのズレを検出し、上記ステージ駆動部と上記マウントヘッド駆動部の動作制御を行って上記ステージと上記マウントヘッドとの相対位置関係を調整する。

上述した目的を達成する本発明に係る部品実装方法は、基板上の所定位置に、該基板と対向する位置に設けたマウントヘッドにより保持した部品を実装する。部品実装方法は、ステージ駆動部により上記基板及び上記部品が載置されるステージを該ステージの主面と同一の平面上に移動させるステージ駆動工程と、部品供給部により上記ステージ上の上記部品を上記マウントヘッドに供給する部品供給工程と、マウントヘッド駆動部により上記マウントヘッドを上記ステージの主面に垂直な方向に移動させるとともに上記ステージの主面に垂直な方向を回転軸として回転させるマウントヘッド駆動工程と、上記ステージ上に固定した第１のカメラにより上記マウントヘッドに保持された上記部品に設けた部品認識マークを撮像して部品画像情報を出力する第１の画像検出工程と、上記ステージと対向する位置に固定した第２のカメラにより上記ステージに配置された上記基板に設けた基板認識マークを撮像して基板画像情報を出力する第２の画像検出工程と、上記第１のカメラから出力された上記部品画像情報と上記第２のカメラから出力された上記基板画像情報とに基づいて制御部から出力される制御信号により上記ステージ駆動部と上記マウントヘッド駆動部を制御するステージ・マウントヘッド駆動工程とを有する。

本発明によれば、基板及び部品を載置するステージを駆動させるステージ駆動部と、ステージ上に固定されてマウントヘッドに保持された部品に設けた部品認識マークを撮像して部品画像情報を出力する第１のカメラと、ステージと対向する位置に固定されてステージ上に載置した基板に設けた基板認識マークを撮像して基板画像情報を出力する第２のカメラとを備えるので、駆動軸数を減らすことができ、装置自体の小型化を図ることができ、かつ、装置の低価格を実現することができる。また、本発明によれば、上述のように小型化を図ることができるので、ｘｙステージの移動距離を減らすことができ、熱膨張等による歪みの影響を大きく受けることなく実装することができ、高精度を保つことができる。

以下、本発明の実施の形態として示す部品実装装置１について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１〜図３に示すように、本発明の部品実装装置１は、架台１０を備え、架台１０の上面にベース１１が配されている。部品実装装置１は、ベース１１上に、ｘｙステージ１２と、フレーム１３と、チップ供給部１４とが取付けられている。

ｘｙステージ１２には、基板ｘモータ１５と基板ｙモータ１６とが取付けられており、主面上に基板２が載置されるとともに、半導体チップ（部品）３が載置されるチップトレイ４が設けられている。さらに、ｘｙステージ１２には、後述するボンディングツール１７（マウントヘッド）に吸着保持される半導体チップ３に設けられたチップ認識用のチップマーク等を画像認識するための上方カメラ（第１のカメラ）１８が取付けられている。ｘｙステージ１２は、基板ｘモータ１５及び基板ｙモータ１６の駆動によりｘｙ方向に移動する。

フレーム１３には、ボンディングツール１７と、ツールｚリニアガイド１９と、ツールｚリニアガイド１９に沿って、すなわちｚ軸方向にボンディングツール１７を駆動させるツールｚシリンダ２０と、ボンディングツール１７のｚ軸に対する回転位置、すなわちθ方向の位置を制御するツール制御機構（マウントヘッド駆動部）２１と、後述するｘｙステージ１２の位置を認識するための原点マーク４１とが取付けられている。さらに、フレーム１３には、基板２に設けられた基板認識用の基板マーク等を画像認識するための下方カメラ（第２のカメラ）２２が取付けられている。なお、下方カメラ２２は、上述に限らず、ボンディングツール１７等のｚ方向やｚ軸に対して回転するθ方向に移動されない固定された位置、例えば、フレーム１３に固定された原点マーク４１の近傍位置で、ｘｙステージ１２と対向する位置であればその固定位置は限定されない。

チップトレイ４は、基板２に実装される半導体チップ３が載置される。基板ｘモータ１５は、ｘ軸に平行でｘｙステージ１２に連結された駆動軸と接続されており、モータを駆動させることにより、ｘｙステージ１２を駆動軸に沿ったｘ方向に移動させる。同様に、基板ｙモータ１６も、ｙ軸に平行でｘｙステージ１２に連結された駆動軸と接続されており、モータを駆動させることにより、ｘｙステージ１２を駆動軸に沿ったｙ方向に移動させる。

ボンディングツール１７は、ｘｙステージ１２と対向する位置に設けられており、ツールｚシリンダ２０の駆動により、ツールｚリニアガイド１９に沿ってｚ方向に移動するとともに、ツール制御機構２１に設けられた回転角調整手段（図示せず）により、ツール回転軸２１ａの軸回り（図２中θ方向）に沿って回転する。ボンディングツール１７は、チップトレイ４上の半導体チップ３をチップ供給部１４を介して受け渡され、受け渡された半導体チップ３を基板２の所定の位置に実装する。ボンディングツール１７は、受け渡される半導体チップ３を吸着保持する吸着保持手段と、基板２に実装する際に、半導体チップ３を加熱するチップ加熱手段とを有しており、半導体チップ３を基板２の所定の位置に実装する。

ツールｚリニアガイド１９は、フレーム１３上で、ｚ軸と平行な方向に設けられたガイドであり、このガイドに沿って、ボンディングツール１７をｚ方向に移動させる。

ツールｚシリンダ２０は、エアシリンダからなり、ツール制御機構２１に連結されたボンディングツール１７をツールｚリニアガイド１９に沿ってｚ方向に移動させる。ツールｚシリンダ２０は、チップ供給部１４からボンディングツール１７に受け渡された半導体チップ３を基板２に実装する際のｚ方向の２点間（チップ供給部１４から半導体チップ３が供給されるｚ方向の上位置と、半導体チップ３を基板２に実装するｚ方向の下位置）で移動させるものである。また、ツールｚシリンダ２０は、半導体チップ３を基板２に実装する際、半導体チップ３を基板２に加圧させる。なお、ツールｚシリンダ２０は、上述のようにエアシリンダに限らず、２点間を移動させ、加圧するための駆動源であればよく、油圧シリンダ等を用いてもよい。

ツール制御機構２１は、ｚ軸と平行に設けられたツール回転軸２１ａの軸回りに沿ってボンディングツール１７を回転させる回転角調整手段を有している。ツール制御機構２１は、上方カメラ１８による撮像画像に基づいて画像認識された半導体チップ３の位置状態により回転角調整手段を制御しボンディングツール１７を所定の回転位置に回転させる。

チップ供給部１４は、先端に吸着部が設けられたチップ反転アーム１４ａを有しており、このチップ反転アーム１４ａがｘｙステージ１２上のチップトレイ４に載置された半導体チップ３を吸着保持した後、反転し、ボンディングツール１７に受け渡す。

上方カメラ１８は、ｘｙステージ１２上、例えばチップトレイ４と基板２との間に設けられ、ボンディングツール１７に吸着保持される半導体チップ３に設けられたチップ認識用のチップマーク等を撮像する。上方カメラ１８は、ｘｙステージ１２上に設けられているので、基板ｘモータ１５及び基板ｙモータ１６を駆動させてｘｙステージ１２を介して、ｘｙ平面上を移動することができる。上方カメラ１８は、焦点距離が固定されたカメラであり、その焦点距離がｘｙステージ１２と対向する位置に設けられたボンディングツール１７に吸着保持された実装前の半導体チップ３に焦点が合う距離である。

下方カメラ２２は、フレーム１３に固定され、基板２に設けられた基板認識用の基板マーク等を撮像する。下方カメラ２２は、フレーム１３に固定されており移動することはできないが、ｘｙステージ１２を移動させることにより、所望とするｘｙステージ１２上の位置を撮像することができる。下方カメラ２２は、上方カメラ１８と同様に、焦点距離が固定されたカメラであり、その焦点距離はｘｙステージ１２上のチップトレイ４に載置された半導体チップ３や基板２に焦点が合う距離である。

図４は、このような部品実装装置１の制御系を示すブロック図であり、部品実装装置１は制御部２３を介して制御される。また、図４に示すように、制御部２３には操作パネル２４、上方カメラ１８、下方カメラ２２、表示モニタ２５、実装装置本体が接続されるようになっている。操作パネル２４は、制御部２３に対して動作モード指令と、半導体チップ３を実装するための温度、圧力、時間等の諸条件（圧着条件）と、半導体チップ３の形状、実装位置（機種データ）等の各種データを供給する。一方、制御部２３から操作パネル２４に対しては、実装条件、異常事態の有無等のデータ及び状態表示のための情報が供給される。また、上方カメラ１８及び下方カメラ２２は、制御部２３に対して画像情報を供給する。この画像情報は制御部２３によって画像処理される。また制御部２３から画像処理結果が表示モニタ２５に供給され、その表示パネルによって表示が行なわれる。

また、制御部２３は、実装装置本体に対して動作指令を行なうとともに、ボンディングツール１７に半導体チップ３を加熱する電力を供給する。実装装置本体からは、制御部２３にセンサおよびエンコーダ等の出力信号が位置情報として与えられる。さらに、実装装置本体からは、実装する半導体チップ３の温度及び圧力に関するデータが制御部２３に供給される。

次に、上述の構成を有する部品実装装置１の半導体チップ３を基板２に実装する動作について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。

まず、事前準備及び作業準備として、作業者は、操作パネル２４を操作して、平行度調整を行った後（ＳＴ１）、基板２をｘｙステージ１２の所定の位置にセットする（ＳＴ２）とともに、半導体チップ３が収納されたチップトレイ４をｘｙステージ１２上の所定の位置にセットする（ＳＴ３）。

次に、制御部２３は、入力された部品データ及び加工条件に基づいて、チップ供給部１４を駆動させ、チップ反転アーム１４ａの吸着部により、チップトレイ４上の半導体チップ３を吸着保持させる（ＳＴ４）。その後、制御部２３は、チップ供給部１４を制御し、チップ反転アーム１４ａを１８０°反転させ（ＳＴ５）、半導体チップ３をボンディングツール１７に受け渡す（ＳＴ６）。

次に、制御部２３は、下方カメラ２２からの画像情報に基づいて、基板２上の基板マークを画像認識し、上方カメラ１８からの画像情報に基づいて、半導体チップ３上のチップマークを認識し、ツール制御機構２１及びｘｙステージ１２を駆動させ、半導体チップ３の実装される位置に補正する（ＳＴ７）。

次に、制御部２３は、ツールｚシリンダ２０を制御し、ボンディングツール１７をｚ方向に下降させ、半導体チップ３を基板２上に搭載させる（ＳＴ８）。また、制御部２３は、ツールｚシリンダ２０を制御し、ボンディングツール１７に保持された半導体チップを加圧する（ＳＴ９）。最後に、制御部２３は、ボンディングツール１７を制御し、半導体チップ３を加熱し、基板２上に実装する（ＳＴ１０）。

以上により、制御部２３は、半導体チップ３を基板２上に実装し、上記動作を繰り返すことにより、次の半導体チップ３を実装する。

以上のような構成を有する部品実装装置１は、ｘｙステージ１２上に基板２及び半導体チップ３が載置されたチップトレイ４が設けられているので、従来はチップトレイ４をｘｙ方向に駆動させるための２つの駆動源と基板２をｘｙ方向に駆動させるための２つの駆動源とで４つの駆動源が必要なのに対し、ｘ方向とｙ方向にそれぞれ駆動させる２つの駆動源（基板ｘモータ１５及び基板ｙモータ１６）のみで、所望とする位置に移動させることができ、駆動軸の軸数を減らすことができ、装置自体の小型化を図ることができる。部品実装装置１は、さらに、ｘｙステージ１２上に上方カメラ１８が設けられており、ｘｙステージ１２の駆動源（基板ｘモータ１５及び基板ｙモータ１６）を用いることにより上方カメラ１８をｘｙ平面の所望とする位置に移動させることができ、上方カメラ１８を所望とする位置に移動させるための駆動源を設ける必要がなく、さらに小型化を図ることができる。

また、部品実装装置１は、ｘｙステージ１２上でｘｙ平面上を移動する焦点距離が固定された上方カメラ１８とフレーム１３に固定された下方カメラ２２を用いるので、焦点距離を調整するフォーカス機能等を備える必要がなく、小型化を図ることができる。

また、部品実装装置１は、上述のように小型化を図ることができるので、ｘｙステージ１２の移動距離を減らすことができ、熱膨張等による歪みの影響を大きく受けることなく実装することができ、高精度を保つことができる。

続いて、部品実装装置１の位置合わせについて説明する。部品実装装置１は、上方カメラ１８及び下方カメラ２２により、実装する半導体チップ３の位置状態や基板２の位置状態を認識し修正することができる。部品実装装置１は、さらなる精度向上のために、フレーム１３で上方カメラ１８と対向する位置に設けられ、上方カメラ１８により撮像されて画像認識可能な原点マーク４１が設けられている。部品実装装置１は、上方カメラ１８からの画像情報に基づいて原点マーク４１を画像認識し、その点を原点とすることにより、正確に上方カメラ１８の位置合わせを行うことができる。

原点マーク４１は、部品実装装置１のフレーム１３に固定されており、上方カメラ１８からの画像情報に基づいて画像認識される、例えばドットパターンからなる。また、原点マーク４１は、移動距離の縮小によりさらなる精度向上が図れるように、実装作業上の重要な位置、例えば、ボンディングツール１７の近傍に設けられている。

次に、部品実装装置１の位置合わせ作業について説明する。部品実装装置１は、事前作業として、例えば、基板ｘモータ１５及び基板ｙモータ１６のトルクを検出することにより、粗原点を設定する。次に、部品実装装置１は、上方カメラ１８の位置合わせを行うために、原点マーク４１の画像認識を行う。このようにして認識された原点マーク４１の位置を基準として、部品実装装置１は、上述のように、チップ供給部１４によりボンディングツール１７に受け渡された半導体チップ３の状態を上方カメラ１８からの画像情報に基づいて画像認識するとともに、下方カメラ２２からの画像情報に基づいて基板２の位置を画像認識する（図６（Ａ））。また、下方カメラ２２からの画像情報に基づいて、基板２の所定の位置を認識し（図６（Ｂ））、上方カメラ１８からの画像情報に基づいて半導体チップ３の位置を認識し（図６（Ｃ））、実装される位置に基板２を移動させ（図６（Ｄ））、最終的に半導体チップ３を基板２の所定の位置に実装する（図６（Ｅ））。

なお、上述に限らず、原点マーク４１の他に同様のマークを、基準マークとして、フレーム１３に設け、この基準マークもカメラの位置合わせを行うことができる原点とすることも可能である。具体的には、図７に示すような部品実装装置５０であり、原点マーク４１の他に、基準マーク５１がフレーム１３に設けられている。このように、位置合わせのための基準点を原点マーク４１と基準マーク５１との２箇所に設けることにより、上方カメラ１８から近い位置にあるマークを撮像して画像認識することにより、位置合わせを行うことができるので、原点位置までの移動距離を短くすることができ、精度向上、作業効率の向上を図ることができる。また、原点マーク４１と基準マーク５１との位置関係を予め認識しておくと、ｘｙステージ１２の移動距離の校正を行うことができる。

さらに、基準マークを１つに限らず、格子状に配列された複数のドットパターンからなるものとして、カメラ近傍のマークを用いて、位置合わせを行うことにより、原点位置移動を短距離化することができ、精度向上、作業効率の向上を図ることができる。

さらに、半導体チップの位置認識と原点マーク４１の認識とを上方カメラ１８で撮像して画像認識する処理に限らず、原点マーク４１を画像認識するための第３のカメラをｘｙステージ１２上に設けるようにしてもよい。具体的には、図８に示すような部品実装装置６０であり、第３のカメラ６１が設けられている。この第３のカメラ６１により認識される基準マーク６２は、図８（Ａ）に示すように、半導体チップ３を上方カメラ１８により撮像する画像の位置と同じである。つまり、第３のカメラ６１からの画像情報に基づいて認識される基準マーク６２の位置は、上方カメラ１８からの画像情報に基づいて半導体チップ３を画像認識するｘｙステージ１２の移動位置において、認識できる位置に設けられている。また、第３のカメラ６１により認識される原点マーク６３は、図８（Ｂ）に示すように、基板２をボンディングツール１７により半導体チップ３が実装される位置と同じである。つまり、第３のカメラにより認識される原点マーク６３の位置は、基板２に半導体チップ３が実装される位置にｘｙステージ１２を移動させた位置において、認識される位置に設けられている。

また、部品実装装置１のように、原点マーク４１をフレーム１３上に固定したことに限らず、例えば、ｘｙステージ１２上の所定の位置に原点マークを設け、下方カメラ２２により、位置合わせを行うようにしてもよい。

続いて、部品実装装置１に適用される位置調整装置について説明する。

位置調整装置３０は、図９に示すように、対向する位置に移動された上方カメラ１８及び下方カメラ２２の間に挿入される。また、位置調整装置３０は、図１０及び図１１に示すように、略円板状の筐体３１と、筐体３１の一方の面に取付けられた第１のレンズ３２と、他方の面に取付けられた第２のレンズ３３と、第１のレンズ３２と第２のレンズ３３との間に設けられた認識パターン部３４とから構成されている。また、位置調整装置３０は、第１のレンズ３２、認識パターン部３４、第２のレンズ３３が同一直線上になるように配置されている。

筐体３１は、図１０に示すように、略円板状の部材から形成されており、一方の面３１ａに第１のレンズ３２を嵌合するための嵌合溝３１ｂと、他方の面３１ｃに第２のレンズ３３を嵌合するための嵌合溝３１ｄとが設けられている。また、筐体３１の略中央部には、認識パターン部３４が設けられている。さらに、筐体３１は、他方の面３１ｃに、部品実装装置１の所定の位置に取付けるための段差３１ｅが設けられている。なお、筐体３１は、上述に限らず、認識パターン部３４が形成されるだけの薄板部を有するとともに、第１のレンズ３２及び第２のレンズ３３とを固定し、部品実装装置１の所定の箇所に取付けることができるものであれば、その形状は限定されない。

第１のレンズ３２及び第２のレンズ３３は、焦点距離を短くする凸レンズから形成されており、例えば、下方カメラ２２及び上方カメラ１８の焦点距離を１／２以上、１未満の範囲にするレンズである。第１のレンズ３２の焦点距離を１／２よりも小さくするレンズを用いると、上方カメラ１８と下方カメラ２２との間に挿入した際に、認識パターン部３４を認識することができなくなり、焦点距離が１であるレンズを用いると、レンズを設ける必要がなくなるためである。

認識パターン部３４は、筐体３１の略中央部の薄板部で、一方の面３１ａ及び他方の面３１ｃの両面から見えることができ、その位置が両面から同じと認識され得るようなピンホールが設けられている。認識パターン部３４は、例えば、板厚０．０１３ｍｍに対し、直径が０．１ｍｍのピンホールが設けられている。なお、認識パターン部３４は、一方の面３１ａ及び他方の面３１ｃの両面から見えることができ、その位置が両面から同じと認識され得るようなマーク等であり、カメラの被写界深度に対して小さい板厚に設けられた、例えば、ガラスにメッキしたパターン、エッジの薄いテーパ穴、薄いフィルム、ガラスの刻印等であってもよい。

上述のような構成を有する位置調整装置３０は、上方カメラ１８及び下方カメラ２２の中間点に配され、上方カメラ１８、下方カメラ２２、認識パターン部３４とが同一直線上になるような位置に配置され、位置を調整する。具体的には、部品実装装置１においては、下方カメラ２２は、フレーム１３に固定されているので、認識パターン部３４は下方カメラ２２の下側に配され、ｘｙステージ１２を駆動することにより、ｘｙステージ１２上の上方カメラ１８を、下方カメラ２２、認識パターン部３４、上方カメラ１８が同一直線上になるように、それぞれのカメラからの画像情報を画像認識しながら、補正移動させる。上方カメラ１８、認識パターン部３４、下方カメラ２２が同一直線上になるように、ｘｙステージ１２のみを移動させ、位置合わせすることにより、上方カメラ１８及び下方カメラ２２の位置合わせを調整する。

以上のような構成を有する位置調整装置３０によれば、互いに対向して配置される上方カメラ１８及び下方カメラ２２の位置合わせを、上方カメラ１８が固定されたｘｙステージ１２のみを対向方向に対して垂直な方向（ｘｙ方向）にのみ移動させるので、位置合わせの精度を向上させることができる。

また、部品実装装置１は、下方カメラ２２がフレーム１３に固定されており、上方カメラ１８がｘｙ方向にのみ移動可能なｘｙステージ１２上に固定されているので、カメラの位置合わせを精度よく行うことによって、マウント精度の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る部品実装装置の平面図である。本発明の一実施形態に係る部品実装装置の正面図である。本発明の一実施形態に係る部品実装装置の側面図である。本発明の一実施形態に係る部品実装装置の制御ユニット及び操作パネルの関係を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る部品実装装置の動作を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係る部品実装装置の他の実施の形態を説明するための模式図である。本発明の一実施形態に係る部品実装装置の他の実施の形態を説明するための模式図である。本発明の一実施形態に係る部品実装装置の他の実施の形態を説明するための模式図である。本発明の一実施形態に係る位置調整装置のカメラとの位置関係を説明するための模式図である。本発明の一実施形態に係る位置調整装置の斜視図である。本発明の一実施形態に係る位置調整装置の断面図である。従来の部品実装装置を示す模式図である。従来の部品実装装置のカメラユニットの概略構成を示す平面図、側面図、正面図である。他の従来の部品実装装置を示す模式図である。位置合わせ作業を説明するための模式図である。

１、５０、６０部品実装装置、２基板、３半導体チップ、４チップトレイ、１０架台、１１ベース、１２ｘｙステージ、１３フレーム、１４チップ供給部、１４ａチップ反転アーム、１５基板ｘモータ、１６基板ｙモータ、１７ボンディングツール、１８上方カメラ、１９ツールｚリニアガイド、２０ツールｚシリンダ、２１ツール制御機構、２２下方カメラ、２３制御部、２４操作パネル、２５表示モニタ、３０位置調整装置、３１筐体、３１ａ一方の面、３１ｂ、３１ｄ嵌合溝、３１ｃ他方の面、３２第１のレンズ、３３第２のレンズ、３４認識パターン部、４１原点マーク、５１、６２基準マーク、６１第３のカメラ、６３原点マーク

Claims

基板上の所定位置に、該基板と対向する位置に設けたマウントヘッドにより保持した部品を実装する部品実装装置において、
上記基板及び上記部品を載置するステージと、
上記ステージを該ステージの主面と同一の平面上に移動させるステージ駆動部と、
上記ステージ上の上記部品を上記マウントヘッドに供給する部品供給部と、
上記マウントヘッドを、上記ステージの主面に垂直な方向に移動させるとともに上記ステージの主面に垂直な方向を回転軸として回転させるマウントヘッド駆動部と、
上記ステージ上に固定され、上記マウントヘッドに保持された上記部品に設けた部品認識マークを撮像して部品画像情報を出力する第１のカメラと、
上記ステージと対向する位置に固定され、上記ステージ上に載置した上記基板に設けた基板認識マークを撮像して基板画像情報を出力する第２のカメラと、
上記第１のカメラから出力された上記部品画像情報に基づく上記マウントヘッド駆動部の動作制御と上記第２のカメラから出力された上記基板画像情報に基づく上記ステージ駆動部の動作制御を行う制御部と
を備える部品実装装置。
上記マウントヘッド駆動部は、エアシリンダからなる請求項１記載の部品実装装置。
上記マウントヘッド駆動部を設けたフレームの上記第１のカメラと対向する位置或いは上記ステージ上の上記第２のカメラと対向する位置との少なくとも１箇所に原点マークを設け、
上記制御部において、上記第１のカメラ又は上記第２のカメラにより撮像された上記部品画像情報又は上記基板画像情報と上記第１のカメラ又は上記第２のカメラにより撮像された上記原点マークの画像情報とに基づいて上記ステージ駆動部と上記マウントヘッド駆動部の動作制御を行って上記ステージと上記マウントヘッドの相対移動の基準点設定を行う請求項１記載の部品実装装置。
対向する位置に移動された上記第１のカメラと上記第２のカメラとの間に配置され、一方の面及び他方の面方向から上記第１のカメラ及び上記第２のカメラにより検出可能な基準マークが設けられた認識パターン部と、上記認識パターン部の一方の面に接して設けられた第１のレンズと、上記認識パターン部の他方の面に接して設けられた第２のレンズとからなる位置調整手段を備え、
上記制御部において、上記第１のカメラと上記第２のカメラからそれぞれ出力された上記認識パターン部の上記基準マークの画像情報を比較し、上記第１のカメラと上記第２のカメラの位置ズレの検出結果に基づいて上記ステージ駆動部と上記マウントヘッド駆動部の動作制御を行って上記ステージと上記マウントヘッドとの相対位置関係を調整する請求項１記載の部品実装装置。
基板上の所定位置に、該基板と対向する位置に設けたマウントヘッドにより保持した部品を実装する部品実装方法において、
ステージ駆動部により上記基板及び上記部品が載置されるステージを該ステージの主面と同一の平面上に移動させるステージ駆動工程と、
部品供給部により上記ステージ上の上記部品を上記マウントヘッドに供給する部品供給工程と、
マウントヘッド駆動部により上記マウントヘッドを上記ステージの主面に垂直な方向に移動させるとともに上記ステージの主面に垂直な方向を回転軸として回転させるマウントヘッド駆動工程と、
上記ステージ上に固定した第１のカメラにより、上記マウントヘッドに保持された上記部品に設けた部品認識マークを撮像して部品画像情報を出力する第１の画像検出工程と、
上記ステージと対向する位置に固定した第２のカメラにより、上記ステージ上に載置した上記基板に設けた基板認識マークを撮像して基板画像情報を出力する第２の画像検出工程と、
制御部において上記第１のカメラから出力された上記部品画像情報と上記第２のカメラから出力された上記基板画像情報とに基づいて、上記ステージ駆動部と上記マウントヘッド駆動部を制御するステージ・マウントヘッド駆動工程と
を有する部品実装方法。
上記マウントヘッド駆動工程は、エアシリンダを用いて上記マウントヘッドを上記ステージの主面に垂直な方向に駆動させる工程である請求項５記載の部品実装方法。
上記マウントヘッド駆動部を設けたフレームの上記第１のカメラと対向する位置或いは上記ステージ上の上記第２のカメラと対向する位置との少なくとも１箇所に原点マークを設け、
上記第１のカメラ又は上記第２のカメラにより、上記原点マークを撮像して原点マーク画像情報を上記制御部に出力し、
上記制御部において、上記原点マーク画像情報に基づいて上記ステージ駆動部と上記マウントヘッド駆動部の動作制御を行って上記ステージと上記マウントヘッドの相対移動の基準点設定を行う基準点検出工程を備える請求項５記載の部品実装方法。
対向する位置に移動された上記第１のカメラと上記第２のカメラとの間に配置され、一方の面及び他方の面方向から上記第１のカメラ及び上記第２のカメラにより検出可能な基準マークが設けられた認識パターン部と、上記認識パターン部の一方の面に接して設けられた第１のレンズと、上記認識パターン部の他方の面に接して設けられた第２のレンズとからなる位置調整手段を備え、
上記制御部における上記第１のカメラと上記第２のカメラからそれぞれ出力された上記認識パターン部の上記基準マークの画像情報の比較により検出した上記第１のカメラと上記第２のカメラの位置ズレの検出結果に基づいて、上記ステージ駆動部と上記マウントヘッド駆動部の動作制御を行って上記ステージと上記マウントヘッドとの相対位置関係を調整する位置調整工程を備える請求項５記載の部品実装方法。