JP5167921B2

JP5167921B2 - 電子デバイスの実装装置及び実装方法

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Publication number: JP5167921B2
Application number: JP2008104821A
Authority: JP
Inventors: 勉安井; 孝彰土門; 幸司島沢; 靖浩伊藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2008-04-14
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2028-04-14
Also published as: JP2009259910A

Description

本発明は、ワークに対して微小電子デバイスを実装する電子デバイスの実装装置及び実装方法に関する。より詳細には、例えば磁気ヘッドに代表される所謂電子デバイスに対してレーザダイオード素子（LD素子）等を実装する際に、厳密な位置合わせ精度を確保しつつ該実装工程を実施するための、電子デバイスの実装装置及び実装方法に関する。

微細電子デバイスの実装を行う際の該電子デバイスの位置決めについては、チップ状電子デバイスの所謂ボンディング工程に代表される方法が知られている。当該方法では、実装部品たる電子デバイス及びワークである実装基板各々の姿勢等をCCDカメラにより撮影し、これらの画像を処理することによって相対的な所謂XYθ各々のズレを求めている。特許文献1に開示する実装方法においては、更に半田バンプの溶融時のZ方向の熱膨張を考慮してこれらずれの補正を行う方法が開示されている。即ち、公知の実装技術では、バンプ電極の位置合せが主たる目的であり、当該目的を達成する上で最適の方法として実装部品と実装基板との姿勢を得ることとしている。

特開平１０−０３２２２５号公報特開２００６−０４７２６８号公報

磁気ディスクの高記録密度化の要請に応える技術として、書き込み磁界印加の直前に実際の記録媒体となる磁性層に熱を加えることによって保持力を小さくし、微弱且つ狭矮な領域にしか影響しない磁界によっても書き込みを可能とすることで、所謂記録ビットを縮小する方法が提唱されている（特許文献２参照）。このような所謂熱アシスト磁気記録方式に用いられる磁気ヘッドでは、通常の薄膜磁気ヘッドに対してレーザダイオード等の発光素子（以下LD素子）を付加し、該LD素子のレーザ光によって書き込み時のビット加熱を行うこととしている。

特許文献２（特に図３及び４を参照）に開示する熱アシスト磁気記録方式用の磁気ヘッド（２２）の場合、LD素子（４０）の発光点からの出力を非接触で導波路（３５）に導入している。このような構成の場合、LD素子の出力はLD素子の厚み方向及び幅方向に夫々広がりを有するために、導波路との距離が入射効率に大きな影響を及ぼす。このため、LD素子の発光面は従来の磁気ヘッドコア（２２０）に付随して設けられる導波路に対して、間隔、相対角度、等を厳密に制御し、レーザ光の照射方向、照射効率等を所定の値に維持する必要がある。なお、本文件中でのLD素子の実装工程では、LD素子（４０）をホルダ（２３０）に実装し、更に該LD素子が実装されたホルダ（２３０）を磁気ヘッドコア（２２０）に実装することとしている。即ち、前述した導波路−LD素子間の間隔、導波路に対するLD素子からの光の照射方向の相対角度等を所定値に維持するためには、その前段階であるホルダに対するLD素子の実装時の位置関係に依存することが大きい。このようなホルダをワークとし、LD素子を電子デバイスとして実装する工程に対し、従来のバンプ電極を考慮したチップの位置決め方法を当該素子の実装工程を用いることが考えられる。しかし、LD素子発光面と導波路との位置関係は従来のバンプ電極等の位置決めと比較して格段に厳密な精度が求められるため、このような従来から知られる画像処理工程では対応することが困難であると思われる。

本発明は、このような状況に鑑みて為されたものであり、電子デバイスたるLD素子をワークたるホルダに対して、LD素子からのレーザ光の使用効率の最適化を図ることを可能とする電子デバイスの実装方法及び実装方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る電子デバイスの実装方法は、所定の面内で延在する側面を有するワークに対して、該側面を第一の基準面とした場合に第一の基準面に対して所定の位置関係を保持すべき第二の基準面を有する電子デバイスを実装する電子デバイスの実装装置であって、ワークを固定保持するステージと、電子デバイスを保持してワークにおける電子デバイスの実装面に対して電子デバイスを相対的に接近させることが可能であると共に、保持した姿勢を変化させること無く所定の面に対して垂直な方向に電子デバイスを相対的に移動可能な実装ヘッドと、ワークと電子デバイスとが実装直前の微小間隔を保持して対峙した状態にて、第一の基準面と第二の基準面とを通る測定線での各面間でのズレ量を変位として測定可能な変位センサと、を有することを特徴としている。

なお、上述した電子デバイスの実装装置では、該測定線は平行な複数の測定線であり、複数の測定線における各々のズレ量から第一の基準面と第二の基準面との平行度を判定する判定手段を更に有することが好ましい。また、当該実装装置では、ステージを内部に保持してステージの周囲空間を囲んで密閉空間を形成し、該密閉空間内に供給される不活性ガスの濃度を所定の値に維持可能とするパージボックスと、該パージボックス内部に保持されるワーク及び電子デバイスに対して変位センサを接近及び離間させる変位センサ退避駆動手段と、を更に有することがより好ましい。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る電子デバイスの実装方法は、所定の面内で延在する側面を有するワークに対して、該側面を第一の基準面とした場合に第一の基準面に対して所定の位置関係を保持すべき第二の基準面を有する電子デバイスを実装する電子デバイスの実装方法であって、ワークをステージ上に固定保持し、第二の基準面と第一の基準面とが実装時の状態に近い状態で並ぶように電子デバイスをワークとの間に微小間隔が保持されるように近接させ、第一の基準面と第二の基準面とを通る測定線での各面間でのズレ量を変位として測定し、該測定の結果が所定の変位量を超える場合には測定結果に基づいて電子デバイスをワークに対して相対的に移動させ、電子デバイスをワークに対して実装する、ことを特徴としている。

なお、上述する電子デバイスの実装方法では、該測定線は平行な複数の測定線であり、複数の測定線における各々のズレ量から第一の基準面と第二の基準面との平行度を判定し、該平行度を向上させるために電子デバイスの姿勢とワークの姿勢とを相対的に変化させることが好ましい。また、当該実装方法では、電子デバイスをワークに近接させる前に、電子デバイスの姿勢及びワークの姿勢より第一の基準面と第二の基準面との位置関係をあらかじめ把握し、第二の基準面と第一の基準面とが実装時の状態に近い状態で並ぶように電子デバイスの姿勢をワークの姿勢に対して相対的に変化させておくことがより好ましい。

本発明によれば、ワークに実装される電子デバイスの側面からワーク第一の基準面までの距離を高精度に保ちつつ実装することが可能となる。また、実装される電子デバイスの側面の第一の基準面に対する所謂θズレ（平行からずれた状態）を正確に把握することが可能となり、該θズレをなくした上での実装を行うことが可能となる。更に、これらの効果から、側面に発光点を有するLD素子を導波路に対して非接触でも高精度に位置合わせして固定することが可能となり、導波路を介して得られるレーザ光の出力の安定化を図ることが可能となる。

図１に本発明が対象とするワーク、LD素子、及び光導波路の関係を模式的に示す。同図において、LD素子１は、ワーク３の所定面３ｂ上に搭載される。LD素子１はレーザ光を照射する発光点１ａを一側面１ｂに有している。該発光点１ａから照射されたレーザ光５は、LD/導波路間距離ｄを経て光導波路７に至る。光導波路７は集光作用を有し、所定の光放出端部（不図示）よりレーザ光を放射する。当該放射光は前述したビットに対応した大きさまで集光されている。光導波路７はワーク３に対して所定の位置関係を維持するように固定されており、ワーク３とLD素子１とが当該所定の位置関係を得るようにLD素子１をワーク３に対して搭載することにより、前述したLD/導波路間距離ｄの確保と、導波路受光面７ａと発光点１ａとの位置関係の確保が為される。実際の搭載時においては、LD素子１における発光点１ａが配置される一側面１ｂと平行且つ同じ向きとなるワーク３の一側面３ａを第一の基準面とし、当該第一の基準面３ａと該一側面１ｂとの位置関係の計測が同時平行的に為される。これにより、LD素子１のワーク３（より厳密には光導波路７）に対する位置関係を精度よく保った搭載、即ち実装が可能となる。なお、本発明はその他の電子デバイスも適用可能であり、LD素子は電子デバイスに、ワークは該電子デバイスが実装されるワークとして認識されることが好ましい。

次に、本発明の一実施形態であって、上述した第一の基準面３ａと一側面１ｂとの位置関係を計測する方法について、これら二面の変位を測定するセンサとこれら部材との関係、及び方法の詳細について、センサ及び部材を模式的に示す図２を参照して説明する。同図中において、ワーク３は不図示のステージ（後述するワークトレイ５１ａ）により第一の基準面３ａが、同図中に定義するＸＹ平面に対して垂直となるようにＸＹ平面上に固定されている。即ち、第一の基準面３ａは所定のＸＺ平面内に延在し、一側面１ｂは電子デバイスの第二の基準面であって該第一の基準面３ａと略平行な所定に位置関係を有する面として認識される。また、LD素子１は後述する吸着コレット１３ａによって該ＸＹ平面と平行となるように吸着保持されている。LD素子１とワーク３との位置関係を計測する際には、吸着コレット１３ａは所定高さまで降下した状態であってLD素子１とワーク３とを非接触として所定の微細間隔を保持している。センサ２７は非接触方式のレーザ変位センサであって、図のＸＹ平面に垂直なＺ軸方向にレーザ光をスキャンし、当該スキャン方向に存在する段差を測定面の変位として測定する。尚、センサ２７は、ワーク３の第一の基準面３ａにレーザ変位の焦点が合うように配置されている。また、LD素子１から発したレーザ光５が光導波路７に対して効率よく入射するためには、位置ずれの許容値が1μm以下とする必要があることから、用いるレーザ変位センサの測定分解能は0.1μm以下であることが好ましい。

当該構成において、実際にLD素子１をワーク３に搭載する手順を説明する。まず、ワーク３が所定位置に固定された状態で、吸着コレット１３ａがLD素子１の所定面を吸着保持してワーク３の直上まで移動する。その後吸着コレット１３ａは降下し、LD素子１下面とワーク３上面との間隔が1〜10μmとなった段階で降下を停止する。以上の動作により、LD素子１をワーク３に搭載する際のＸ方向上の位置は予め大まかに決定される。この状態で、センサ２７により、ワーク３の第一の基準面３ａとLD素子１の一側面１ｂとの距離Δｄの測定を開始する。測定を実施しながら吸着コレットのＹ方向の微調整を行い、一側面１ｂが所定の位置に達したことが確認された段階で、吸着コレット１３ａを更に降下させ、LD素子１とワーク３とを接触させる。接触後吸着コレット１３ａ等に対してLD素子１のワーク３に対する実装操作を行わせ、搭載を為す。なお、測定箇所としてはLD素子１の発光点１ａを中心とすることが好ましい。これにより、発光点１ａから光導波路７の導波路受光面７ａまでの距離を高精度に制御することが可能となる。なお、本実施形態では、変位センサ２７の測定線がＺ軸方向と一致することとして述べているが、本発明は当該形態に限定されず、第一の基準面３ａと一側面１ｂとを通る直線であってこれら各面間の変位を測定可能であれば、測定線の配置、方向は当該形態に限定されない。

通常のチップマウンタ等であれば、実装ヘッド等の位置停止精度等、各種駆動系の動作精度の相乗効果によって最終的な実装位置の再現性は数十μmレベルとなる。また、画像の撮像位置を改変しても最終的な実装位置近傍での撮像−姿勢制御を行うことが困難であることから、従来の駆動系等を用いる限り当該再現性のレベルを大きく向上することは困難である。本発明によれば、搭載直前でのLD素子１とワーク３との実際の位置関係を第一の基準面ベースで測定し、該測定の結果に基づいて搭載位置を微調整することから、駆動系が従来構成からなった場合であっても、従来構成では得られないレベルの搭載精度を得ることが可能となる。

なお、ワーク３の固定状態が適切ではなく、吸着コレット１３ａに保持されたLD素子１に対してワーク３が斜めになっている、即ち第一の基準面３ａと一側面１ｂとが平行でないことも考えられる。図３Ａ及び３Ｂはそのような状態に対応する搭載位置の調整方法の一部を示している。当該調整方法では、一旦図２に示す調整方法にて発光点１ａを含むＺ軸における第一の基準面３ａと一側面１ｂとの距離Δｄの調整を行う。次に、第一の基準面３ａの延在方向であってセンサ２７のレーザ光スキャン方向と垂直な第一の方向（図中左下方に向かう矢印方向、即ちＸ座標マイナス方向）に、ワーク３を50μm程度移動させる。図３Ａに示す工程では、当該移動後に再度センサ２７による第一の基準面３ａと一側面１ｂとの間隔Δｄ_１の値を測定する。続いて、ワーク３を第一の方向とは反対の方向（Ｘ座標のプラス方向）にワーク３を100μm程度移動させる。図３Ｂに示し工程では、当該移動後に再度センサ２７による第一の基準面３ａと一側面１ｂとの間隔Δｄ_２の値を測定する。これらΔｄ_１及びΔｄ_２の値を比較することによってLD素子１に対するワーク３の姿勢所謂θズレが得られる。得られたθズレに基づいて、例えば吸着コレット１３ａを適量回転させ、第一の基準面３ａと一側面１ｂとの平行度を確保した後、再度図２に示したΔｄの値を計測しつつLD素子１の搭載位置を調整する操作を実施し、最終的な搭載を行う。なお、これらθズレの算出等は、平行度の判定手段たる後述するCPU１０１において成される。また、当該実施の形態では、再現性の良さ、測定時間短縮等の観点から、θズレ測定に際しての測定線を前述したＺ軸に沿った測定線と平行としているが、θズレを測定する際の測定線が略平行であれば、これらの配置、方向は特に限定しなくとも良い。例えばワーク形状、LD素子の形状等は、第一の基準面及び第二の基準面（一側面）に対応する面を各々有していれば良く、更にこれらの面が単純に平行な２平面とならない場合には種々の測定線を設けることが好ましい場合もあり得る。

以上の操作を、ワーク３とLD素子１との間隔が1〜10μm程度の間隔を維持して行うことによって、実際にLD素子１をワーク３に搭載する際に生じる位置ずれを最小限に抑制することが可能となる。これら操作は、後述するメインCPU１０１の変位センサコントローラ２７ａによって実行される。なお、本実施の形態ではθズレ測定の際のワーク３の移動量を中心より50μmとしているが、当該値はワーク或いはLD素子の大きさ、形状等に応じて随時変更されることが好ましい。また、本実施の形態では、ワーク３を移動することとしているが、ワーク３を固定し、LD素子１をＸ座標に沿って移動させることとしても良い。

次に、以上の構成を有した実装装置の実施形態について図面を参照して説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る電子デバイスの実装装置の概略構成を示す斜視図である。また、図５は、当該電子デバイス実装装置の各構成の接続様式の概略を示すブロック図である。当該電子デバイスの実装装置１００は、LD素子実装部１０と、LD素子供給部６０とからなる。LD素子供給部６０にはウエハ用ステージ６１とゲルトレイ用ステージ６３が配置される。ウエハ用ステージ６１上にはエキスパンドテープと呼ばれる粘着テープ６１ａが載置固定されており、当該粘着テープ６１ａ上にはウエハよりチップ状に切り出されたままの状態にLD素子１が固着されている。当該ステージ６１は不図示のチップ突上げ機構等を有し、当該機構により密集状態のLD素子１であるチップを粘着テープ６１ａより取り外し容易な状態とすることが可能となっている。該突上げ機構等と後述する搬送ヘッド３５との協働により単独のLD素子１が当該ステージ６１上より取り外され、該LD素子１は隣接して配置されるゲルトレイ用ステージ６３上に配置されるゲルトレイ６３ａの上に一旦載置される。ゲルトレイ６３ａも表面に粘着性を有するトレイであり、該粘着性を利用してLD素子１をその表面上に固着保持する。搬送ヘッド３５は、ゲルトレイ６３ａ上から吸着保持したLD素子１をLD素子実装部１０に搬送し、実装工程に供給する。本実施形態では、上述の如く、エキスパンドテープ６１ａ上から単独のLD素子１を取り出して直接実装工程に供給するのではなく、一旦ゲルトレイ６３ａ上に載置した後に実装工程に供給することとしている。これにより、ゲルトレイ６３ａ上でのLD素子１たるチップの適否のチェック、より安定的な姿勢での実装部への供給等を行うことが可能となる。また、本実施形態とは別に、搬送ヘッド３５はステージ６１からLD素子１を直接LD素子実装部１０に供給する動作を行うことも可能であり、ゲルトレイ６３ａからLD素子１を直接LD素子実装部１０に供給する動作を行うことも可能である。即ち、LD素子１の供給は、ステージ６１からゲルトレイ６３ａを経由する、ステージ６１から直接に、或いはゲルトレイ６３ａから直接に、といった複数の供給形態を実現し、実験的な生産工程或いは量産向けの生産工程に対応することも本実施形態は可能となっている。更には、本実施形態ではこのような複数のトレイからなる構成を用いているが、本発明は当該形態に限定されず公知の種々の供給トレイを用いることが可能である。

LD素子実装部１０は、LD素子実装系１１、LD素子供給系３１、及びワーク搬送系５１を有する。LD素子実装系１１は、実装ヘッド１３、実装ヘッド用Ｙ軸駆動系１５、実装ヘッド用Ｚ軸駆動系１７、実装ヘッド用θ駆動系１９、ワーク用上カメラ２１、LD素子用下カメラ２３、ワーク用ヒータ２５、及び変位センサ２７を有する。実装ヘッド１３は不図示の排気系を接続されており、先端部の吸着コレット１３ａの吸着開口が配置されるコレット端部においてLD素子１を吸着保持する。実装ヘッド１３は実装ヘッド用θ駆動系１９と接続されており、吸着コレット１３ａは軸心を中心として実装ヘッド１３と共に回転することが可能とされる。また、実装ヘッド１３及び実装ヘッド用θ駆動系１９は実装ヘッド用Ｚ軸駆動系１７によりＺ軸方向に駆動可能に支持され、実装ヘッド用Ｚ軸駆動系１７は実装ヘッド用Ｙ軸駆動系１５によってＹ軸方向に駆動可能に支持される。実装ヘッド１３は、後述するLD素子用中間トレイ３３よりLD素子１を吸着保持し、実装ヘッド用Ｚ軸駆動系１７によりＺ軸上方に移動し、実装ヘッド用Ｙ軸駆動系１５によってＹ軸プラス方向（図中左下方向)に移動し、実装位置直上に至る。なお、ここで述べる駆動系は、所謂ステッピングモータ、スライダ、スライダガイド等からなる公知の駆動系であり、当該駆動系自体が本発明の主たる特徴を構成することが無いことから、各構成についてのここでの詳細な説明は省略する。

実装ヘッド１３及び実装ヘッド用Ｚ軸駆動系１７等の具体的配置について、これらを拡大した状態をＹ軸方向に沿って見た場合の概略構成図を図６に示す。図６に示すように、実装ヘッド用Ｙ軸駆動系１５は、Ｙ軸用ガイド１５ａ、該Ｙ軸用ガイド１５ａ上に摺動可能に支持されるＹ軸移動フレーム１５ｂ、及びＹ軸駆動モータ１５ｃ（図４参照）から構成される。Ｙ軸駆動モータ１５ｃにより、Ｙ軸移動用フレーム１５ｂはＹ軸用ガイド１５ａ上をＹ軸方向に沿って前後に移動される。なお、Ｙ軸用ガイド１５ａ及びＹ軸駆動モータ１５ｃは電子デバイス実装装置１００の本体フレームに固定されている。実装ヘッド用Ｚ軸駆動系１７は、前述したＹ軸移動用フレーム１５ｂ上に固定され支持されるＺ軸用ガイド１７ａ、当該Ｚ軸用ガイド１７ａ上に摺動可能に支持されるＺ軸移動用フレーム１７ｂ、及びＺ軸駆動モータ１７ｃから構成される。Ｚ軸駆動モータ１７ｃにより、Ｚ軸移動用フレーム１７ｂはＺ軸用ガイド１７ａ上をＺ軸方向に沿って上下に移動される。実装ヘッド用θ駆動系１９は、前述したＺ軸移動用フレーム１７ｂに対して固定されるθ軸駆動モータ１９ａ、Ｚ軸を中心として回転可能に支持される減速機１９ｂ、及び該減速機１９ｂと該θ軸駆動モータ１９ａとの間に懸架されるベルト等からなる動力伝達機構１９ｃから構成される。減速機１９ｂは実装ヘッド１３と同軸で連結され、θ駆動用モータ１９ａが発する回転力は動力伝達機構１９ｃ、減速機１９ｂの順で伝達され、減速機１９ｂによって適当な回転力に変換された後に、実装ヘッド１３を軸回転させる力として用いられる。吸着コレット１３ａは、実装ヘッド１３と同軸に配置されるパイプ状の部材からなりLD素子１を吸着保持する。また、実装ヘッド１３の本体部分と吸着コレット１３ａとの間には加圧力発生装置１３ｂが配置され、当該加圧力発生装置１３ｂによってLD素子１をワーク３に対して実装する際の加圧力が得られる。

ワーク用上カメラ２１は、ワーク３が実装位置まで搬送され、停止した状態に在るときに当該ワーク３を撮像することを目的とし、実装位置の直上に配置される。当該ワーク用上カメラ２１は、停止状態にあるワーク３の所定位置に対するＸＹ方向のズレ及び正規の姿勢に対する所謂θズレを得るために、ワーク３の画像を得る。LD素子用下カメラ２３は、実装ヘッド１３がLD素子１を吸着保持してＹ軸プラス方向に搬送する途中において、該LD素子１を下方から撮像することを目的として、該Ｙ軸上であって上方に向かって配置される。当該LD素子用下カメラ２３は、実装ヘッド１３の搬送ラインであるＹ軸に対しての、LD素子１の中心線のズレ及び傾き（θズレ）を得るために、LD素子１の画像を得る。これらカメラから得られた画像は、各々対応する画像処理装置２１ａ、２３ａに送られて画像処理が為され、更に処理結果は当該処理装置よりメインCPU１０１に送られ、当該メインCPU１０１よって求めるズレの値が算出される。

ワーク用ヒータ２５は、実装位置に存在するワーク３を下方より加熱する。なお、本実施形態で用いるワーク用ヒータ２５は、実装時のワーク３の温度が230〜300℃に制御されるよう、当該温度域の保持が容易な抵抗加熱型のものを用いているが、当該温度域に対応可能であれば公知の種々のヒータを用いることが可能である。ワーク搬送系５１は、複数のワーク３を所定位置に並置可能なワークトレイ５１ａ、該ワークトレイ５１ａが移載されるワーク移載路５１ｂ、ワーク移載路５１ｂに配されたワークトレイ５１ａを移動させるワークトレイ駆動装置５１ｃ、及びワーク３をワークトレイ５１１ａ上に移載するためのワーク３移送用アクチュエータ５１ｄから構成される。ワークトレイ駆動装置５１ｃは、Ｘ軸方向に延在するワーク移載路５１ｂに沿ってワークトレイ５１ａを間欠駆動し、ワーク用上カメラ２１直下の所定位置にワーク３を所定時間保持し、該保持の間に当該ワーク３へのLD素子１の実装が為される。また、実装位置周辺は不図示のパージボックスによって閉鎖空間とされており、加熱時に配線等が酸化によって劣化することがないように、窒素バルブ４１ａを介して窒素タンク４３からの窒素が供給され、該閉鎖空間内部での窒素（不活性ガス）の濃度を所定の一定値に維持することを可能としている。また、ワークトレイ５１ａ及び実装ヘッド１３が当該パージボックス内部に対する侵入或いは退避を可能とするように、当該パージボックスにはシャッター４１ｂが付随しており、当該シャッター４１ｂの開閉はメインCPU１０１によって為される。変位センサ２７の詳細については、先に述べていることからここでの記述は省略する。なお、実装操作時においてはワーク載置テーブルが高温となること等の理由から、変位センサ２７はLD素子１の位置決め（搭載位置の調整時）以外はこの比較的高い温度に維持される領域から退避していることが好ましい。このため、本実施形態では、変位センサ回避駆動用アクチュエータ２９を該変位センサ２７に付随させ、位置決め操作時以外では加熱領域から当該変位センサ２７が退避（パージボックス近傍から離間）する構成としている。より詳細には、該パージボックス内に変位センサ２７は進入することなくパージボックスの近傍にて変位の測定を行う。このため、変位センサ２７がパージボックスに近接して停止した際に変位測定が可能となるように、ワーク３と変位センサ２７との間に存在するパージボックスの壁は変位測定用のレーザ光を透過可能な材質により構成される。

LD素子供給系３１は、LD素子用中間トレイ３３、搬送ヘッド３５、搬送ヘッドＸ軸駆動系３７、及び搬送ヘッドＸ軸駆動系３９を有する。搬送ヘッド３５及び搬送ヘッドＺ軸駆動系３９等の具体的配置について、これらを拡大した状態をＸ軸方向に沿って見た場合の概略構成図を図７に示す。搬送ヘッドＸ軸駆動系３７は、搬送ヘッドＸ軸用ガイド３７ａ、該搬送ヘッドＸ軸用ガイド３７ａ上に摺動可能に支持される搬送ヘッドＸ軸移動フレーム３７ｂ、及び搬送ヘッドＸ軸駆動モータ３７ｃ（図４参照）から構成される。搬送ヘッドＸ軸駆動モータ３７ｃにより、搬送ヘッドＸ軸移動用フレーム３７ｂは搬送ヘッドＸ軸用ガイド３７ａ上をＸ軸方向に沿って前後に移動される。なお、搬送ヘッドＸ軸用ガイド３７ａ及び搬送ヘッドＸ軸駆動モータ３７ｃは電子デバイス実装装置１００の本体フレームに固定されている。

搬送ヘッド用Ｚ軸駆動系３９は、前述した搬送ヘッドＸ軸移動用フレーム３７ｂ上に固定され支持される搬送ヘッドＺ軸用ガイド３９ａ、当該搬送ヘッドＺ軸用ガイド３９ａ上に摺動可能に支持される搬送ヘッドＺ軸移動用フレーム３９ｂ、及び搬送ヘッドＺ軸駆動モータ３９ｃから構成される。搬送ヘッドＺ軸駆動モータ３９ｃにより、搬送ヘッドＺ軸移動用フレーム３９ｂは搬送ヘッドＺ軸用ガイド３９ａ上をＺ軸方向に沿って上下に移動される。搬送ヘッド３５は不図示の排気系を接続されており、先端部の搬送用吸着コレット３５ａの吸着開口が配置されるコレット端部においてLD素子１を吸着保持する。また、搬送ヘッド３５の本体部分と搬送用吸着コレット３５ａとの間には、当該搬送用吸着コレット３５ａがゲルトレイ６３ａ上のLD素子１を吸着する際に該LD素子に衝撃を与えることを防止するために、緩衝装置３５ｂが配置される。搬送用ヘッド３５はゲルトレイ上のLD素子１を吸着保持し、LD素子用中間トレイ３３上の所定位置に移載する。なお、ここで述べる駆動系は、所謂ステッピングモータ、スライダ、スライダガイド等からなる公知の駆動系であり、当該駆動系自体が本発明の主たる特徴を構成することが無いことから、各構成についてのここでの詳細な説明は省略する。また、実際には以上の構成が為す動作については各種センサ確認センサ１０１ａによって適当な位置での停止、動作実行の有無等が確認され、この確認結果に基づいて順次個々の構成の動作が実行される。

以上の構成からなる電子デバイス実装装置１００における実際の実装工程を図８に示すフローチャートを用いて詳述する。まず、ステップ０において、LD素子１がゲルトレイ６３ａ上等、所定のLD素子供給用のトレイ上に配置される。該ステップ０では、同時にワーク３のみが載置されたワークトレイ５１ａが移送され、LD素子実装予定のワーク３がワーク用上カメラ２１直下の実装位置に配置される。続いて、搬送ヘッド３５が、LD素子供給用のトレイ上にあるLD素子１を吸着保持し、該LD素子１をLD素子用中間トレイ３３上の所定位置まで搬送する(ステップ１)。LD素子１の搬送後、搬送ヘッド１はLD素子供給用のトレイ方向に移動する。続いて、ステップ２において、搬送ヘッド３５のＸ軸上の位置と入れ替わるようにＹ軸方向から実装ヘッド１３がLD素子１上に移動、降下し、LD素子１を吸着保持する。実装ヘッド１３は該LD素子１を吸着保持した後、所定の高さまで上昇し、Ｙ軸に沿って移動を開始する。この移動の途中において、LD素子用下カメラ２３にてLD素子の電極パターン、外形等を撮像し、第二の画像処理装置２３ａにて撮像された映像を画像処理し、当該処理画像からメインCPU１０１においてLD素子１の保持姿勢等が把握される。当該操作と平行し、ステップ４ではワーク用上カメラ２１によってワーク３の電極パターン、外形等を撮像し、第一の画像処理装置２１ａにて撮像された映像を画像処理し、当該処理画像から、メインCPU１０１においてワーク３の載置状態が把握される。

得られた結果に基づいて、実装ヘッド側の実装ヘッド用Ｙ軸駆動系１５及び実装ヘッド用θ駆動系１９の動作量、及びワーク搬送系５１でのＸ軸方向出の停止位置を調整し、ワーク３に対するLD素子１の適切な姿勢が概ね確保された状態を得る(ステップ５)。この状態を実装ヘッド１３がLD素子１をワーク３の直上に至るまでに得た後、ステップ６にて実装ヘッド１３をＺ軸に沿って降下させる。なお、前述したように、当該ステップ６ではLD素子１をワーク３には接触させず、微少量浮かした状態にて実装ヘッド１３を停止しておく。この状態にて、前述した変位センサ２７によるワーク３の第一の基準面に対するLD素子１の一側面の変位量を測定する（ステップ７）。変位量（面同士のズレの大きさ）が所望値より小さいと判断された場合には、操作は次のステップに移行する。逆に大きいと判断された場合には、実装ヘッド１３をＹ軸方向に微小移動させ、再度変位量の測定を実施する。このＹ軸方向の移動と変位量の再測定の操作は、測定される変位量が所望値以下となるまで実行される。

続いて、ステップ８にて、前述したように、LD素子１の発光点１ａから等距離にある適当な２位置において再度変位量の測定が為される。この２位置での測定結果によってLD素子１のワーク３に対する所謂軸ズレ（θズレ）が得られる。得られる軸ズレが所望値以下であった場合には、次工程であるステップ９に進む。逆に所望値より大きい場合には、実装ヘッド１３を微少量回転させ、再度軸ズレの程度を測定する。この微小回転と軸ズレの測定の操作は、測定される軸ズレが所望値以下となるまで実行される。面同士の変位及び軸ズレが所望値以下であることが確認された後、ステップ９にてLD素子１をワーク３に対して所定の荷重を伴って押し付けて、実装を行う。なお、本実施形態においては、実装時のワーク３の保持温度は230〜300℃、付加荷重は100g/cmm^２、付加時間は1〜30secとしている。なお、当該条件は確実に実装が為される条件として設定されているが、変位センサ２７が適切な測定結果を得ること及び実装ヘッド１３の動作の安定性等を考慮した場合、当該条件保持温度230〜250℃、付加荷重は20〜40g/cmm^２、付加時間は1〜10secとすることが好ましい。

なお、上述のフローにおいて、例えば複数回に一回ステップ３及び４の工程を実施することで、ステップ７での変位センサによる変位量の測定を実施可能とするある程度の位置関係の保持が担保できるのであれば、これらステップは例えば１０回の実装工程毎に行う等しても良い。また、ステップ８の工程に関しても、ステップ３及び４により得られる所謂軸ズレとの相関からある程度の再現性が担保できるのであれば、当該ステップを例えば１０回の実装工程毎に行う等しても良い。特に実装工程を成す空間は石英ガラス等からなるパージボックスによって外部から熱的に遮断されて高温に保持される状態となる可能性が高いため、変位センサ２７を当該空間近傍に長時間保持した場合、当該変位センサ２７から得られる変位量の精度が劣化する、或いはセンサ自体が適切に動作し得なくなる可能性もある。このため、変位センサ２７の動作をステップ７における一回の測定で済ますことが好ましく、予め当該ステップ以前の工程にて変位量を小さくしておくことが好ましい。

以上の工程を実施することによって、ワークにおける第一の基準面に対する実装される電子デバイスの側面からの距離を高精度に保ちつつ実装することが可能となる。また、第一の基準面に対する実装される電子デバイスの側面のθズレ（平行からずれた状態）を正確に把握することが可能となり、該θズレをなくした上での実装を行うことが可能となる。更に、これらの効果から、側面に発光点を有するLD素子を導波路に対して非接触でも高精度に位置合わせして固定することが可能となり、導波路を介して得られるレーザ光の出力の安定化を図ることが可能となる。

上述した実施形態においては、実装された電子デバイスとして所謂熱アシスト方式の磁気ヘッドを念頭において、ワーク３として所謂ホルダを対象とし且つこれにLD素子を実装する場合を例として述べている。しかしながら、本発明の適用対象は当該熱アシスト方式の磁気ヘッドに限定されず、特定の面を基準として従来と比較して高い精度での位置決めを行った上で電子デバイスの実装を行う場合等種々のケースについて適用可能である。

本発明が対象とするワーク、LD素子、及び光導波路の関係を模式的に示す図である。本発明の一実施形態であるLD素子とワークとの変位を変位センサにて測定する状態を模式的に示す図である。図２に示す構成を用いてθズレを測定する際の工程を模式的に示す図である。図２に示す構成を用いてθズレを測定する際の工程を模式的に示す図である。本発明の一実施形態に係る電子デバイスの実装装置の概略構成を示す斜視図である。図４に示す電子デバイスの実装装置の各構成間の関係を示すブロック図である。図４に示す実施形態における実装ヘッドを拡大して示す図である。図４に示す実施形態における搬送ヘッドを拡大して示す図である。図４に示す実装装置を用いてLD素子をワークに実装する工程を示すフローチャートである。

符号の説明

１：LD素子、３：ワーク、５：レーザ光、７：光導波路、１０：LD素子実装部、１１：LD素子実装系、１３：実装ヘッド、１５：実装ヘッド用Ｙ軸駆動系、１７：実装ヘッド用Ｚ軸駆動系、１９：実装ヘッド用θ駆動系、２１：ワーク用上カメラ、２３：LD素子用下カメラ、２５：ワーク用ヒータ、２７：変位センサ、２９：変位センサ回避駆動用アクチュエータ、３１：LD素子供給系、３３：LD素子用中間トレイ、３５：搬送ヘッド、３７：搬送ヘッド用Ｘ軸駆動系、３９：搬送ヘッド用Ｚ軸駆動系、４３：窒素タンク、５１：ワーク搬送系、６０：LD素子供給部、６１：ウエハ用ステージ、６３：ゲルトレイ用ステージ、１００：電子デバイス実装装置、１０１：メインCPU

Claims

所定の面内で延在する側面を有するワークに対して、前記側面を第一の基準面とした場合に前記第一の基準面に対して所定の位置関係を保持すべき第二の基準面を有する電子デバイスを実装する電子デバイスの実装装置であって、
前記ワークを固定保持するステージと、
前記電子デバイスを保持して前記ワークにおける前記電子デバイスの実装面に対して前記電子デバイスを相対的に接近させることが可能であると共に、前記電子デバイスを保持した姿勢を変化させること無く前記所定の面に対して垂直な方向に相対的に移動可能な実装ヘッドと、
前記ワークと前記電子デバイスとが実装直前の微小間隔を保持して対峙した状態にて、前記第一の基準面と前記第二の基準面とを通る、レーザ変位センサにおけるレーザ光のスキャンラインである測定線での各面間でのズレ量を変位として測定可能な変位センサと、を有することを特徴とする電子デバイスの実装装置。
前記測定線は平行な複数の測定線であり、前記複数の測定線における各々のズレ量から前記第一の基準面と前記第二の基準面との平行度を判定する判定手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスの実装装置。
前記ステージを内部に保持して前記ステージの周囲空間を囲んで密閉空間を形成し、前記密閉空間内に供給される不活性ガスの濃度を所定の値に維持可能とするパージボックスと、
前記パージボックス内部に保持される前記ワーク及び前記電子デバイスに対して前記変位センサを接近及び離間させる変位センサ退避駆動手段と、を更に有することを特徴とする請求項１或いは２に記載の電子デバイスの実装装置。
所定の面内で延在する側面を有するワークに対して、前記側面を第一の基準面とした場合に前記第一の基準面に対して所定の位置関係を保持すべき第二の基準面を有する電子デバイスを実装する電子デバイスの実装方法であって、
前記ワークをステージ上に固定保持し、
前記第二の基準面と前記第一の基準面とが実装時の状態に近い状態で並ぶように前記電子デバイスを前記ワークとの間に微小間隔が保持されるように近接させ、
前記第一の基準面と前記第二の基準面とを通る、レーザ変位センサにおけるレーザ光のスキャンラインである測定線での各面間でのズレ量を変位として測定し、
前記測定結果が所定の変位量を超える場合には前記測定結果に基づいて前記電子デバイスを前記ワークに対して相対的に移動させ、
前記電子デバイスを前記ワークに対して実装する、ことを特徴とする電子デバイスの実装方法。
前記測定線は平行な複数の測定線であり、前記複数の測定線における各々のズレ量から前記第一の基準面と前記第二の基準面との平行度を判定し、前記平行度を向上させるために前記電子デバイスの姿勢と前記ワークの姿勢とを相対的に変化させることを特徴とする請求項４に記載の電子デバイスの実装方法。
前記電子デバイスを前記ワークに近接させる前に、前記電子デバイスの姿勢及び前記ワークの姿勢より前記第一の基準面と前記第二の基準面との位置関係をあらかじめ把握し、前記第二の基準面と前記第一の基準面とが実装時の状態に近い状態で並ぶように前記電子デバイスの姿勢を前記ワークの姿勢に対して相対的に変化させておくことを特徴とする請求項４或いは５に記載の電子デバイスの実装方法。