JP5914868B2

JP5914868B2 - 部品の実装装置

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Publication number: JP5914868B2
Application number: JP2014082137A
Authority: JP
Inventors: 貴大三宅; 裕蛯原; 貴寿大隅; 大輔櫻井
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2034-04-11
Also published as: JP2015005726A; TW201503314A; TWI517352B

Description

本発明は、実装部材を基板に対し、接合部材を介して実装する部品の実装装置に関する。ここで、実装とは、例えば、ＭＥＭＳ素子を基板にはんだバンプを介しての実装又は光学ガラスをイメージセンサチップに接着樹脂を介しての実装である。

近年、スマートフォン又はタブレット端末の小型化及び高性能化の消費者ニーズに伴い、これらの端末に使用されているデバイスの小型及び高性能化の流れが加速している。

このようなデバイスの中に、実装部材と基板との間の部材間ギャップが、センサ特性に大きく影響を与える製品がある。

一例として、撮像装置がある。撮像装置のパッケージ方法は、光学ガラスとイメージセンサチップとをセラミック等のパッケージによって気密封止する従来のパッケージタイプから、より小型化が可能なチップサイズパッケージタイプに移行しつつある。チップサイズパッケージタイプの撮像装置では、イメージセンサチップの受光部の外周を接合部材である接着樹脂で取り囲み、この接着樹脂の上に光学ガラスを接合し、受光部を気密封止する構造となっている。撮像装置では、焦点距離を合わせるために、光学ガラスとイメージセンサチップとの距離を一定にしなければならない。従来のパッケージタイプの撮像装置では、光学ガラスとイメージセンサチップとの距離はパッケージによって規正されていたが、チップサイズパッケージタイプでは、接着樹脂によって接合するため、光学ガラスとイメージセンサチップとの距離を規正する部材がない。そのため、光学ガラスとイメージセンサチップとの間の部材間ギャップを高精度に維持するように実装する必要がある。

また、別の例として、静電容量式ＭＥＭＳ加速度センサがある。このセンサでは、錘に形成された可動電極と対向する固定電極との静電容量を検出する。可動電極を形成した錘は、可動ビームで保持されている。この錘に加速度が印加されると、可動ビームを回転の基点とし、錘が回転し、可動電極と固定電極との間のギャップが変化する。このギャップ変化を静電容量値の変化として捕らえ、静電容量値に換算する。この静電容量式ＭＥＭＳ加速度センサは、ギャップに対する感度が非常に高いため、静電容量式ＭＥＭＳ加速度センサとＡＳＩＣとの間の部材間ギャップを数ミクロンオーダーの誤差で実装しなければならない。

従来、実装高さを高精度に制御する部品の実装装置としては、実装機のヘッドの側面に搭載されたレーザ変位計によって、レーザ変位計の検出面から基板の上面までの距離を測定しながら、その測定結果をフィードバックしつつ実装ヘッドを駆動させて実装を行っていた。

以下に、図６を用いて従来の高精度に部材間ギャップを制御する部品の実装装置について説明する。

従来の実装では、実装ヘッド１０１の先端にある吸着ツール１０２により、吸着面１０３に実装部材１０４を吸着保持できる機構を有し、ステージ１０５上に固定されている基板１０６に対して実装ヘッド１０１を降下させ、接合部材１０７を介して実装を行う。

このとき、下記に示す方法で、部材間ギャップを制御している。まず、実装前に図７に示すように、レーザ変位計１０８の検出面１０９と吸着ツール１０２の吸着面１０３までの距離Ｂを、基準面１１０を有する基準治具１１１を用いて求める。すなわち、吸着ツール１０２の吸着面１０３を基準治具１１１の基準面１１０に接触させ、吸着ツール１０２の吸着面１０３が基準面１１０に接触した状態で、レーザ変位計１０８によって検出面１０９から基準面１１０までの距離を測定して、検出面１０９から吸着ツール１０２の吸着面１０３までの距離Ｂを求める。

そして、図６に示すように、実装中に、実装ヘッド１０１の側面に設けられているレーザ変位計１０８を用い、検出面１０９から基板１０６の上面１１３までの距離Ａを求める。

吸着ツール１０２の吸着面１０３と実装部材１０４の上面１１２とが一致していると仮定すると、吸着ツール１０２の吸着面１０３で実装部材１０４の上面１１２を吸着保持している状態では、検出面１０９から基板１０６の上面１１３までの距離Ａと、検出面１０９から吸着ツール１０２の吸着面１０３までの距離Ｂとから、吸着ツール１０２の吸着面１０３から基板１０６の上面１１３までの距離、つまり実装部材１０４の上面１１２から基板１０６の上面１１３までの高さＥがＥ＝Ａ−Ｂによって算出することができる。そして、実装部材１０４の厚みＣを事前に測定しておけば、実装部材１０４と基板１０６との間の部材間ギャップＤが、Ｄ＝Ｅ―Ｃによって求めることができる。そして、実装部材１０４を基板１０６に実装するときに、前記部材間ギャップＤが予め設定された値になるよう、前記ヘッド１０１を下降方向への駆動を制御するようになっている。例えば、特許文献１を参照。

特開２００７−１５７７６７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、レーザ変位計１０８の検出面１０９から吸着ツール１０２の吸着面１０３までの距離Ｂを事前に測定するので、長時間の稼動での駆動部の温度上昇又ははんだ接合におけるはんだ溶融のための温度上昇に起因する実装装置の熱膨張の影響を受けてしまう。このため、図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、レーザ変位計１０８の検出面１０９から吸着ツール１０２の吸着面１０３までの距離Ｂが、距離Ｂとは異なる距離Ｂ’になり、事前測定の結果から変化することになる。そのため、部材間ギャップＤが測定結果と実際の値との間に差が生じ、高精度に制御できないという問題を有していた。

本発明は、駆動部の温度上昇又ははんだ接合におけるはんだ溶融のための温度上昇などに起因する実装装置の熱膨張の影響を受けることなく、部材間ギャップを高精度に制御しながら実装することができる、部品の実装装置を提供することを目的としている。

前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１つの態様によれば、実装ヘッドと、
前記実装ヘッドの先端に備えられて、部品としての実装部材を吸着保持可能な吸着ツールと、
基板を固定するステージと、
前記実装ヘッドを昇降させ、前記実装ヘッドの降下時に前記実装部材に接合部材を介して実装する昇降駆動装置と、
測定光が前記実装ヘッド内の空洞を通過して、第一検出面から前記実装部材までの高さを測定する第一非接触光学距離測定部と、
測定光が前記実装ヘッド内の空洞を通過して、第二検出面から前記基板の上面までの高さを測定する第二非接触光学距離測定部と、
前記第一非接触光学距離測定部で測定された前記実装部材の前記高さと、前記第二非接触光学距離測定部で測定された前記基板の前記上面の前記高さとに基づいて、前記実装部材と前記基板との間の距離である部材間ギャップが予め設定された値になるように、前記昇降駆動装置を制御して前記実装ヘッドを降下させて、前記実装部材を前記接合部材を介して前記基板に実装するように動作制御する制御装置とを備える、
部品の実装装置を提供している。

本発明の前記態様によれば、実装中に実装部材までの距離と基板の上面までの距離とを同時に測定し、部材間ギャップを算出し、部材間ギャップを制御しながら実装するようにしている。このため、実装ヘッドの昇降駆動装置などの駆動部分の温度上昇又ははんだ接合におけるはんだ溶融のための温度上昇などに起因する実装装置の熱膨張の影響を受けることなく、部材間ギャップを高精度に制御しながら実装することが可能となる。

（ａ）は常温時及び（ｂ）は実装装置熱膨張時における、本発明の第１実施形態における部品の実装装置を説明する概略断面図第１実施形態における部品の実装装置を用いた部品と基板の実装フロー（高速降下時）を示す説明図第１実施形態における部品の実装装置を用いた部品と基板の実装フロー（低速降下時）を示す説明図第１実施形態における部品の実装装置を用いた部品と基板の実装フロー（接合部材接触及びギャップ保持時）を示す説明図第１実施形態における部品の実装装置を用いた部品と基板の実装フロー（引き上げ及び冷却時）を示す説明図第１実施形態における部品の実装装置を用いた部品と基板の実装フロー（高速上昇時）を示す説明図本発明の第２実施形態における部品の実装装置を説明する概略断面図実装部材がレーザ光を透過しない場合の本発明の第３実施形態における部品の実装装置を説明する概略断面図実装部材がレーザ光を透過する場合の第３実施形態における部品の実装装置を説明する概略断面図プリズムによる測定光の1回屈折及び実装部材がレーザ光を透過しない場合の第３実施形態の変形例における部品の実装装置を説明する概略断面図プリズムによる測定光の２回屈折及び実装部材がレーザ光を透過しない場合の第３実施形態の変形例における部品の実装装置を説明する概略断面図プリズムによる測定光の２回屈折及び実装部材がレーザ光を透過する場合の第３実施形態の変形例における部品の実装装置を説明する概略断面図従来例における部品の実装装置を説明する概略断面図従来例における基準冶具によって吸着ツールの保持面とレーザ変位計の検出面との高さの差を求めるときの説明図（ａ）は常温時及び（ｂ）は実装装置熱膨張時における、従来例における部品の実装装置を説明する概略断面図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１の（ａ）は、常温時における、本発明の第１実施形態にかかる部品実装装置の構成を示す模式図である。

本発明の第１実施形態にかかる部品実装装置は、接合部材１５が形成された基板１２を固定するステージ１０と、接合部材１５が形成されかつ部品として機能する実装部材１１を吸着可能な吸着ツールの一例としてのガラス吸着ツール４と、そのガラス吸着ツール４が下端に搭載された実装ヘッド３と、実装ヘッド３の駆動に用いる昇降駆動装置の一例としてのＺ軸駆動機構１と、Ｚ軸駆動機構１の駆動を制御する制御装置１６とを備えている。

実装ヘッド３には、実装ヘッド３のＺ軸方向（上下方向）の変位を測定する変位計測機構２を備えている。変位計測機構２は、例えば光学式レーザエンコーダ又はリニアセンサなどである。後述する距離Ａを測定する第二非接触光学距離測定部７の検出可能距離外のとき、変位計測機構２での計測値に基づき、制御装置１６でＺ軸駆動機構１の駆動を制御する。第二非接触光学距離測定部７の検出可能距離まで達すると、変位計測機構２での計測値に基づく制御から、第一非接触光学距離測定部５及び第二非接触光学距離測定部７の測定値に基づく制御に切り替える。

実装ヘッド３の下端には、ガラス吸着ツール４が支持されている。ガラス吸着ツール４は、実装部材１１の上面１３を下端面である吸着面２６で吸着保持可能としている。ガラス吸着ツール４での吸着及吸着解除動作、すなわち、図示しない真空吸引装置のオン及びオフ、又は、真空吸引装置と吸着面２６の吸着孔との間の管路の弁による開閉は、制御装置１６での制御により行われている。

なお、第１及び後述する第２実施形態では、吸着ツールの一例として、測定部５，７のレーザ光（測定光）Ｌ５，Ｌ７を透過可能なガラス吸着ツール４により説明しているが、これに限られるものではない。例えば、レーザ光を透過しない吸着ツールとし、かつ、吸着ツールで実装部材を吸着したときに、吸着ツールから実装部材の一部がはみ出て、そのはみ出た実装部材の一部の上面１３に測定部５からのレーザ光が当たるようにしてもよい。

実装ヘッド３には、その側部に、下向きにそれぞれ向きかつそれぞれ基準面として機能する第一検出面６と第二検出面８とを有するとともに、第一非接触光学距離測定部５と、第二非接触光学距離測定部７とを備えている。第一検出面６と第二検出面８とは、Ｚ軸方向に対して、同一面上に配置されている。

第一非接触光学距離測定部５は、前記第一検出面６から、ガラス吸着ツール４で吸着保持した前記実装部材１１の上面１３までの距離Ｂを測定している。

第二非接触光学距離測定部７は、前記第二検出面８から前記基板１２の上面１４までの距離Ａを測定している。

なお、一例として第一非接触光学距離測定部５の第一検出面６及び第二非接触光学距離測定部７の第二検出面８をそれぞれ基準面としたが、実装ヘッド３又はステージ１０上のある面を基準面としても良い。

距離Ｂを測定する第一非接触光学距離測定部５と距離Ａを測定する第二非接触光学距離測定部７としては、一例として、それぞれレーザ変位計で構成している
また、第一非接触光学距離測定部５と第二非接触光学距離測定部７とからそれぞれ出射される測定光Ｌ５，Ｌ７について、実装ヘッド３内での、ガラス吸着ツール４以外での光路は、空洞９で構成されている。すなわち、第一非接触光学距離測定部５から出射される測定光Ｌ５は、空洞９を通過したのち、ガラス吸着ツール４を透過して、実装部材１１の上面１３に到達し、前記第一検出面６から前記実装部材１１の上面１３までの距離Ｂを測定している。第二非接触光学距離測定部７から出射される測定光Ｌ７は、空洞９を通過したのち、ガラス吸着ツール４を透過して、基板１２の上面１４に到達し、前記第二検出面８から前記基板１２の上面１４までの距離Ａを測定している。

第一非接触光学距離測定部５と第二非接触光学距離測定部７との検出信号及び事前に測定した実装部材１１の厚みＣとは、制御装置１６に入力される。第一検出面６から実装部材１１の上面１３までの距離Ｂと、第二検出面８から基板１２の上面１４までの距離Ａと、事前に測定された実装部材１１の厚みＣとから、実装部材１１の下面５０と基板１２の上面１４との間の距離である部材間ギャップＤ（Ｄ＝Ａ−Ｂ−Ｃ）を制御装置１６（詳しくは、制御装置１６内の演算部）で算出する。

そして、実装部材１１を基板１２に実装するときに、部材間ギャップＤを制御装置１６で算出しながら、基板１２の部材間ギャップＤが予め設定された値になるよう、制御装置１６からの制御信号により、Ｚ軸駆動機構１が実装ヘッド３の下降方向への駆動制御されるようになっている。

なお、一例として、実装部材１１の下面５０と基板１２の上面１４との間の距離である部材間ギャップＤを制御するとしているが、対象部材の制御すべき値が実装部材１１の上面１３から基板１２の上面１４までの高さＥの場合は、第一検出面６から実装部材１１までの距離Ｂと第二検出面８から基板１２の上面１４までの距離Ａから高さＥ（Ｅ＝Ａ−Ｂ）を制御装置１６で算出し、高さＥを予め設定された値になるように、実装ヘッド３のＺ軸駆動機構１を制御して実装することも可能である。

図１の（ｂ）に実装装置熱膨張時の状態を示すように、例えば長時間の駆動などによる温度上昇又は温度変化のあるプロセスにより実装装置が熱膨張し、第二検出面８から基板１２の上面１４までの距離Ａが、距離Ａとは異なる距離Ａ’に変化した場合又は第一検出面６から実装部材１１の上面１３までの距離Ｂが、距離Ｂとは異なる距離Ｂ’に変化した場合でも、実装中に第一検出面６から実装部材１１の上面１３までの距離Ｂ’を測定し、実装部材１１と基板１２との間の距離である部材間ギャップＤを算出しているため、実装装置の熱膨張の影響を受けることなく、部材間ギャップＤを高精度に実装することができる。

図２を用いて、実装部材１１と基板１２とを、接合部材１５の一例としてはんだバンプを介して実装する場合の実装フローについて説明する。ただし、実装部材１１は、ＩＣチップといった一般的な半導体チップ又はＭＥＭＳ素子であってもよい。また、基板１２は、ＩＣチップ又はセラミック及び有機材料からなる基材に配線パターンを形成した配線基板であってもよい。

接合部材１５が形成された基板１２を、例えば１２０〜１６０℃で保持されたステージ１０に固定する。一方、接合部材１５が形成された実装部材１１を、例えば２５０〜３５０℃で保持された実装ヘッド３に設けられたガラス吸着ツール４で吸着保持する。

次いで、ステージ１０上に固定された基板１２に対して、実装部材１１を吸着保持した実装ヘッド３を位置合わせする。

次いで、基板１２に実装部材１１を実装するため、まず最初に、実装ヘッド３は、Ｚ軸駆動機構１により高速降下する（図２Ａ）。このとき、第二検出面８から基板１２の上面１４までの距離Ａが、第二非接触光学距離測定部７の検出可能距離よりも大きい場合には、変位計測機構２によって計測された計測値に基づいて制御装置１６がＺ軸駆動機構１を駆動制御している。

次いで、実装ヘッド３がＺ軸下降方向に駆動され、距離Ａを測定する第二非接触光学距離測定部７の検出可能距離まで達すると、第二非接触光学距離測定部７により第二検出面８から基板１２の上面１４までの距離Ａが検出される。第二非接触光学距離測定部７によって距離Ａが検出されると、Ｚ軸の駆動制御を、変位計測機構２による下降制御から、第一非接触光学距離測定部５及び第二非接触光学距離測定部７による部材間ギャップＤの制御に変更する。

そして、部材間ギャップＤを制御装置１６で算出しながら、ガラス吸着ツール４に保持された実装部材１１が基板１２に近づき、所定の高さまで下降すると、制御装置１６がＺ軸駆動機構１を駆動制御して、実装ヘッド３の下降速度が減速される（図２Ｂ）。実装部材１１と基板１２とのそれぞれに形成された接合部材１５の直径が例えば６０〜８０μｍであれば、実装ヘッド３の下降速度が減速するのは、実装部材１１と基板１２とにそれぞれ形成された接合部材１５同士が接触する位置より上であって、実装部材１１と基板１２との間の距離である部材間ギャップＤが例えば２２０〜２６０μｍになったときと設定した。

次いで、制御装置１６がＺ軸駆動機構１を駆動制御して、実装ヘッド３がさらに下降し、実装部材１１と基板１２との間の距離である部材間ギャップＤが例えば９０〜１３０μｍになった場合、実装部材１１が基板１２に接合部材１５を介して接触したと制御装置１６（詳しくは、制御装置１６内の判断部）で判断し、その状態で停止して、実装ヘッド３とステージ１０との間で実装部材１１を基板１２に対して加熱加圧しつつ例えば３〜５秒保持して、接合部材１５を溶融する（図２Ｃ）。

次いで、実装部材１１と基板１２との間の距離である部材間ギャップＤが予め設定されている値、例えば１００〜１４０μｍになるよう制御装置１６がＺ軸駆動機構１を駆動制御して実装ヘッド３を引き上げ、その状態で停止して、実装ヘッド３を例えば１２０〜１６０℃まで冷却する（図２Ｄ）。

次いで、制御装置１６の制御によりガラス吸着ツール４での吸着を解除してガラス吸着ツール４から実装部材１１を離したのち、制御装置１６がＺ軸駆動機構１を駆動制御して実装ヘッド３を高速で上昇させる（図２Ｅ）。

図１の（ｂ）のように前記実装フロー中での、実装ヘッド３の昇温又は冷却時に実装装置の熱膨張により第二検出面８から基板１２の上面１４までの距離Ａが距離Ａ’に変化した場合又は第一検出面６から実装部材１１の上面１３までの距離Ｂが距離Ｂ’に変化した場合には、部材間ギャップＤが予め設定された値になるように制御装置１６がＺ軸駆動機構１を駆動制御して実装ヘッド３の位置が制御される。

前記実装フローでは、実装ヘッド降下中又は実装部材１１を接合部材１５を介した基板１２への実装中に、部材間ギャップＤを制御装置１６で算出し、予め設定された値になるように制御装置１６がＺ軸駆動機構１を駆動制御して実装ヘッド３の位置を制御している。しかしながら、実装ヘッド降下中又は実装部材１１を接合部材１５を介した基板１２への実装中に部材間ギャップＤを第一非接触光学距離測定部５と第二非接触光学距離測定部７とで測定したのち部材間ギャップＤを制御装置１６で算出し、それらの測定及び算出結果に基づいて、制御装置１６がＺ軸駆動機構１を駆動制御して実装ヘッド３を駆動させても良い。後者の方法は、実装装置の熱膨張（例えば実装装置の長時間駆動による熱膨張）の影響を受けずに実装することができる。また、前者の方法は、実装装置の熱膨張（例えば実装装置の長時間駆動による熱膨張）の影響及び実装プロセス中の温度変化による実装装置の熱膨張の影響を受けずに実装することができる。

前記のように、実装中に、第一検出面６から実装部材１１の上面１３までの距離Ｂと第二検出面８から基板１２の上面１４までの距離Ａとの同時測定結果と実装部材１１の厚みＣとから、部材間ギャップＤを制御装置１６で算出し、部材間ギャップＤを制御装置１６がＺ軸駆動機構１を駆動制御しながら実装するため、例えば長時間の稼動でのＺ軸駆動機構１などの駆動部分の温度上昇又ははんだ接合におけるはんだ溶融のための温度上昇などに起因する実装装置の熱膨張の影響を受けることなく、部材間ギャップＤを高精度に制御しながら実装することが可能となり、例えば、部材間ギャップＤのバラツキを３σで６μｍにすることができる。

（第２実施形態）
図３を用いて、本発明の第２実施形態としての部品実装装置の構成を説明する。第２実施形態は、第１実施形態とは、実装部材が異なる。

第一非接触光学距離測定部５の測定光Ｌ５が実装部材１１を厚み方向に透過し、第一検出面６から実装部材１１の下面５０までの距離が測定できる場合の部材間ギャップＤの算出方法について説明する。第一非接触光学距離測定部５の測定光Ｌ５が実装部材１１を透過する場合とは、例えば、実装部材１１がガラスで第一非接触光学距離測定部５の測定光Ｌ５を透過する場合、又は、実装部材１１がシリコンチップで、第一非接触光学距離測定部５の測定光Ｌ５の波長がシリコンを透過しやすい１１００ｎｍ〜５０００ｎｍの波長を用いる場合などである。

この場合、第一非接触光学距離測定部５は、前記第一検出面６から、ガラス吸着ツール４で吸着保持した実装部材１１の下面５０までの距離Ｆを測定している。第二非接触光学距離測定部７は、前記第二検出面８から前記基板１２の上面１４までの距離Ａを測定している。

そして、第一検出面６から実装部材１１の下面５０までの距離Ｆと、第二検出面８から基板１２の上面１４までの距離Ａから、部材間ギャップＤ（Ｄ＝Ａ−Ｆ）を制御装置１６（詳しくは、制御装置１６内の演算部）で算出する。

実装フローについては、ギャップの算出方法以外は、第１実施形態と同様である。

このように測定光Ｌ５が実装部材１１を厚み方向に透過する場合には、事前に実装部材１１の厚みＣを測定する必要がなくなる。そのため、実装部材１１の厚みＣの測定誤差の影響を受けず、部材間ギャップＤをより高精度に実装することができる。

（第３実施形態）
図４Ａ及び図４Ｂを用いて、第３実施形態としての部品実装装置の構成を説明する。第３実施形態は、第１実施形態とは、非接触光学距離測定部が異なる。図４Ａは、レーザ光（測定光）Ｌ２１が実装部材１１を不透過なように、分光干渉方式レーザ変位計２１と検出面２２と空洞９とが配置されている構成を示す。図４Ｂは、レーザ光（測定光）Ｌ２１が実装部材１１を透過するように、分光干渉方式レーザ変位計２１と検出面２２と空洞９とが配置されている構成を示す。

第１実施形態及び第２実施形態での第一非接触光学距離測定部５と第二非接触光学距離測定部７とが、第３実施形態では、１つの非接触光学距離測定部、例えば、分光干渉方式レーザ変位計２１で構成されている。分光干渉方式レーザ変位計２１は、レーザ光（測定光）Ｌ２１が進行した各界面での反射光の干渉光を分光することで距離に換算しており、基準面としての検出面２２から光路上の各面までの距離が一度に測定できる。そのため、検出面２２からガラス吸着ツール４の吸着面２６までの距離Ｂと検出面２２から基板１２の上面１４までの距離Ａとを、分光干渉方式レーザ変位計２１により同時に測定することができる。ここで、実装部材１１がガラス吸着ツール４に保持されている場合には、実装部材１１の上面１３とガラス吸着ツール４の吸着面２６は同一平面上にあると仮定し、分光干渉方式レーザ変位計２１の検出面２２から実装部材１１の上面１３までの距離と検出面２２からガラス吸着ツール４の吸着面２６までの距離とは等しいと仮定している。

なお、一例として、基準面として検出面２２としたが、実装ヘッド又はステージ上のある面を基準面としても良い。

また、部材間ギャップＤの算出方法は、検出面２２から実装部材１１の上面１３までの距離を、検出面２２からガラス吸着ツール４の吸着面２６までの距離Ｂとした以外は、第１実施形態と同様である。

第一非接触光学距離測定部５の測定光Ｌ５が実装部材１１を透過し、第一検出面６から実装部材１１の下面５０までの距離が測定できる場合の部品の実装装置の構成としては、図４Ｂのように分光干渉方式レーザ変位計２１のレーザ光Ｌ２１が実装部材１１に当たるように配置される。また、部材間ギャップＤの算出方法は、第２実施形態と同様である。

第３実施形態では、実装部材１１は、ＩＣチップといった一般的な半導体チップ又はＭＥＭＳ素子であってよい。また、分光干渉方式レーザ変位計２１のレーザ光Ｌ２１のスポット直径は例えば２０〜４０μｍであり、検出面２２から基板１２までの距離をレーザ変位計２１で測定するために、基板１２のサイズは、実装部材１１に対し、例えば４０〜８０μｍ以上大きければ、ＩＣチップ又はセラミック又は有機材料からなる板状の基材に配線パターンを形成した配線基板であってよい。基板１２のサイズは、実装部材１１に対して例えば４０〜８０μｍ以上大きければよいとしたが、基板１２のサイズばらつき又は実装部材１１のガラス吸着ツール４への吸着位置を考慮し、例えば１００μｍ以上であることが望ましい。

次に、分光干渉方式レーザ変位計２１のレーザ光Ｌ２１をプリズムで屈折させることで、実装ヘッド３の小型化を図った場合の構成について、第３実施形態の変形例として、図５Ａ〜図５Ｃを用いて説明する。

一例として、図５Ａのように、前記分光干渉方式レーザ変位計２１は、ガラス吸着ツール４の吸着面１３よりも上部でかつ実装ヘッド３の外部の側面に横向きに（例えば、水平方向沿いに）備えられている。そして、レーザ光Ｌ２１の光路上に、実装部材１１が無い位置に、実装ヘッド３内に設けられたプリズム２４でレーザ光Ｌ２１を下向きに９０°屈折させて、基板１２の上面に当てる。但し、実装部材１１に当たらないでかつ実装部材１１の近傍をレーザ光Ｌ２１が通過するように、プリズム２４を実装ヘッド３内に設置する。これにより、実装部材１１の近傍で、検出面２２から基板１２の上面１４までの距離Ａを測定できるため、基板１２が反っていた場合でも、基板１２の反りの影響を小さくすることができる。このように、分光干渉方式レーザ変位計２１のレーザ光Ｌ２１をプリズム２４によって屈折させることで、分光干渉方式レーザ変位計２１の測定距離を確保することができる。そのため、分光干渉方式レーザ変位計２１を実装ヘッド３内の測定位置の真上に配置するよりも、実装ヘッド３の小型化を図ることができる。

また、別の例として、図５Ｂのように前記分光干渉方式レーザ変位計２１は、ガラス吸着ツール４の吸着面１３よりも上部でかつ実装ヘッド３の外部の側面に下向きに備えられている。そして、レーザ変位計２１からのレーザ光Ｌ２１の光路上に、ガラス吸着ツール４の吸着面１３よりも上部に配置された２つのプリズム（プリズム２３とプリズム２４）とを有している。実装ヘッド３の外側面のプリズム２３でレーザ光Ｌ２１を実装ヘッドに向けて９０°屈折させて、実装ヘッド３内にレーザ光Ｌ２１を横方向から入れる。そして、レーザ光Ｌ２１をプリズム２３で屈折させた際に、レーザ光Ｌ２１の光路上に、実装部材１１が無い位置に、実装ヘッド３内に設けられた２つ目のプリズム２３を配置している。このプリズム２３でレーザ光Ｌ２１をさらに下向きに９０°屈折させて、レーザ光Ｌ２１を基板１２の上面に当てる。但し、実装部材１１に当たらないでかつ実装部材１１の近傍をレーザ光Ｌ２１が通過するように、２つ目のプリズム２４を実装ヘッド３内に設置する。これにより、実装部材１１の近傍で、検出面２２から基板１２の上面１４までの距離Ａを測定する。

次に、実装部材１１が分光干渉方式レーザ変位計２１のレーザ光（測定光）Ｌ２１を透過する部品の場合について説明する。この場合には、図５Ｃのように２つ目のプリズム２５でレーザ光Ｌ２１を下向きに９０°屈折させて実装部材１１を透過させる際に、実装部材１１を通過し、基板１２の上面１３にレーザ光Ｌ２１を当てるように、２つ目のプリズム２５を実装ヘッド３内の中央部分に設置する。

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明の部品の実装装置は、実装装置の温度変化があるプロセス又は実装装置の熱膨張（例えば実装装置の長時間駆動による熱膨張）の影響を受けず、部材間ギャップを高精度に実装することが可能であるため、部材間ギャップがデバイス特性に大きく影響するチップサイズパッケージタイプの撮像装置又は静電容量型ＭＥＭＳ加速度センサの実装に有用である。

１：Ｚ軸駆動機構
２：変位計測機構
３：実装ヘッド
４：ガラス吸着ツール
５：第一非接触光学距離測定部
６：第一検出面
７：第二非接触光学距離測定部
８：第二検出面
９：空洞
１０：ステージ
１１：実装部材
１２：基板
１３：実装部材の上面
１４：基板の上面
１５：接合部材
１６：制御装置
２１：分光干渉式レーザ変位計（非接触光学距離測定部（吸着面）・非接触光学距離測定部（基板））
２２：検出面（分光干渉式レーザ変位計）
２３：プリズム（実装ヘッド側面）
２４：プリズム（実装ヘッド内）
２５：プリズム（実装ヘッド内）
５０：実装部材の下面
１０１：ヘッド
１０２：吸着ツール
１０３：吸着面
１０４：実装部材
１０５：ステージ
１０６：基板
１０７：接合部材
１０８：レーザ変位計
１０９：検出面
１１０：基準面
１１１：基準冶具
１１２：実装部材の上面
１１３：基板の上面
Ａ：検出面から基板の上面までの距離
Ｂ：検出面から吸着ツール吸着面までの距離
Ｃ：実装部材厚み
Ｄ：実装部材の下面と基板の上面との間の距離である部材間ギャップ
Ｅ：実装部材の上面から基板の上面までの高さ
Ｌ５，Ｌ７，Ｌ２１：測定光

Claims

実装ヘッドと、
前記実装ヘッドの先端に備えられて、部品としての実装部材を吸着保持可能な吸着ツールと、
基板を固定するステージと、
前記実装ヘッドを昇降させ、前記実装ヘッドの降下時に前記実装部材に接合部材を介して実装する昇降駆動装置と、
測定光が前記実装ヘッド内の空洞を通過して、第一検出面から前記実装部材までの高さを測定する第一非接触光学距離測定部と、
測定光が前記実装ヘッド内の空洞を通過して、第二検出面から前記基板の上面までの高さを測定する第二非接触光学距離測定部と、
前記第一非接触光学距離測定部で測定された前記実装部材の前記高さと、前記第二非接触光学距離測定部で測定された前記基板の前記上面の前記高さとに基づいて、前記実装部材と前記基板との間の距離である部材間ギャップが予め設定された値になるように、前記昇降駆動装置を制御して前記実装ヘッドを降下させて、前記実装部材を前記接合部材を介して前記基板に実装するように動作制御する制御装置とを備える、
部品の実装装置。
前記第一非接触光学距離測定部は、前記第一検出面から前記実装部材までの前記高さとして、前記第一検出面から前記実装部材の上面までの高さを測定し、
前記制御装置は、前記実装部材と前記基板との間の距離である前記部材間ギャップを、前記第一非接触光学距離測定部で測定された前記実装部材の前記上面までの前記高さと、前記第二非接触光学距離測定部で測定された前記基板の前記上面の前記高さと、前記実装部材の厚みとから算出して、前記部材間ギャップが前記予め設定された値になるように、前記昇降駆動装置を制御して前記実装ヘッドを降下させて、前記実装部材を前記接合部材を介して前記基板に実装するように動作制御する、請求項１に記載の部品の実装装置。
前記第一非接触光学距離測定部は、前記第一検出面から前記実装部材までの前記高さとして、前記第一検出面から前記実装部材の下面までの高さを測定し、
前記制御装置は、前記実装部材と前記基板との間の距離である前記部材間ギャップを、前記第一非接触光学距離測定部で測定された前記実装部材の前記下面までの前記高さと、前記第二非接触光学距離測定部で測定された前記基板の前記上面の前記高さと、前記実装部材の厚みとから算出して、前記部材間ギャップが前記予め設定された値になるように、前記昇降駆動装置を制御して前記実装ヘッドを降下させて、前記実装部材を前記接合部材を介して前記基板に実装するように動作制御する、請求項１に記載の部品の実装装置。
前記第一非接触光学距離測定部と前記第二非接触光学距離測定部とは、１つの分光干渉方式レーザ変位計で構成されている、請求項１に記載の部品の実装装置。
前記分光干渉方式レーザ変位計は、前記実装ヘッドと同一の前記昇降駆動装置に備えられ、かつ前記実装ヘッドの外部に配置されていて、
前記測定光を、前記実装部材と前記基板とに向けて屈折させるよう前記測定光の光路上にプリズムを有している、
請求項４に記載の部品の実装装置。
前記分光干渉方式レーザ変位計は、前記実装ヘッドに横方向沿いに配置され、
前記分光干渉方式レーザ変位計からの前記測定光を、前記実装部材と前記基板とに向けて９０°屈折させるようにプリズムを配置している、
請求項５に記載の部品の実装装置。
前記分光干渉方式レーザ変位計からの測定光の光路上に２つのプリズムを有し、
前記２つのプリズムのうちの前記実装ヘッドの側面に配置された１つ目のプリズムは、前記分光干渉方式レーザ変位計からの前記測定光を前記実装ヘッドに向けて９０°屈折させるように配置し、
前記２つのプリズムのうちの２つ目のプリズムは、前記１つ目のプリズムで屈折された前記測定光を前記実装部材と前記基板とに向けてさらに９０°屈折させるように配置している、請求項５に記載の部品の実装装置。