JP6081086B2 - 光電素子用実装装置及び実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子を基板に実装する実装装置及び実装方法に関する。より詳細には、光の受発光素子等を光導波路が構成された基板に対して好適に実装する実装装置及び好適な実装を行う実装方法に関するものである。

近年の通信機器における情報伝達速度の高速化に伴って、従来の電気信号による伝達に換えて光を用いての信号伝達が広範になりつつある。このような光を用いた情報通信機器では、発光素子等の変換器を介して電気信号を一旦光に変換し、光導波路を介して当該光を更なる変換素子である受光素子まで伝送し、該受光素子においてこの光を電気信号に再度変換することとしている。この光導波路は、主として光を透過、伝達するコアと称される部分と、該コアの周囲を覆うクラッドと称される部分とから構成される。

実際にこのような光信号用の通信機器の製造方法では、レーザダイオード等からなる発光素子はコアの延在方向に沿い且つコアの中心部分に向けて光を射出するように位置固定され、フォトダイオード等からなる受光素子はコアの延在方向に沿ってその中心部から射出された光を垂直に且つ中心部で受光するように位置固定される（特許文献１参照）。その際、コアに対して入射或いは射出する光に対しての受発光素子各々の位置決め精度は光信号の強度と直結し、従って光導波路が形成された基板に対する受発光素子の実装に際しては実装精度が重要となる。なお、構成上光導波路と受発光素子との間には光の方向を変える反射ミラーが配置されることがほとんどであり、実際にはこの反射ミラーと受発光素子との位置合わせが問題となる。特許文献１或いは２及び３にはこれら受発光素子と光導波路との好適な位置合わせを為す方法が開示されている。

特開２００７−０１７５５９号公報 特開２０１０−２５６８８４号公報 特開２０１０−２５６８８５号公報

先に例示した従来技術において、光導波路と素子との位置合わせは、該光導波路に対して位置合わせ用の光を導入し、この光の射出位置に基づいて行われている。このため、光導波路に対してこの位置合わせ用の光を導入するための導入部を設ける必要がある。ここで、昨今の通信機器の小型高性能化に対応するために、光導波路を有する基板に対する受発光素子の実装に際しても高密度化が求められている。しかし、この導入部の存在により、高密度の実装が妨げられるという課題が存在する。

本発明は以上の状況に鑑みで為されたものであり、専用の光導入部を設けることなく受発光素子の位置決めを可能とする実装装置及び実装方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る実装装置は、反射ミラー部を有する光導波路を一方の面側に有すると共に他方の面側に光素子が実装される配線基板に対して光素子を実装する装置であって、配線基板を保持領域にて支持する実装テーブルと、光素子を保持すると共に配線基板に対して実装する実装ノズルと、実装テーブルの保持領域を介して反射ミラー部を照明する光を発する光源と、配線基板における光素子の実装位置を撮像する撮像装置と、実装テーブルを介して照明する光により照明された反射ミラー部を撮像装置によって撮像することで得られた画像から光素子の実装位置を決定する制御手段と、を有し、撮像装置により撮像される画像は、実装テーブルを介して配線基板を照明する照明する光が反射ミラー部を透過して形成する光透過画像であり、光源は、ミラー部を照明するための照明する光が、反射ミラー部により反射された光信号の光路と照明する光の光路とが一致し、照明する光の強度中心或いは幾何学的中心が反射された光信号の強度中心と一致するように配置されることを特徴とする。

なお、前述した実装装置において、撮像装置は、反射ミラー部を透過した照明する光により形成される光透過画像と、反射ミラー部の周囲を照明する照明する光により形成される周辺画像と、を共に撮像して画像を得ることが好ましい。また、保持領域は照明する光を透過可能な部材からなることが好ましい。更に、該実装装置において、光源から発せられた照明する光が反射ミラー部を透過し且つ撮像装置によって反射ミラー部の画像を撮像可能とする方向に反射させる反射ブロックを有することがより好ましい。或いは、光源から発せられた照明する光が反射ミラー部に至る前に散乱光とする光拡散手段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、本発明に係る実装方法は、反射ミラー部を有する光導波路を一方の面に有すると共に他方の面に光素子が実装される配線基板に対して光素子を実装する方法であって、配線基板を保持領域にて実装テーブル上に保持する工程と、実装ノズルにて光素子を保持する工程と、実装テーブルの保持領域を介して反射ミラー部を照明する光を光源より発する工程と、照明する光のうち反射ミラー部を透過した光を撮像装置によって撮像して画像を得る工程と、撮像装置によって得られた画像から光素子の実装位置を決定する工程と、を有し、撮像装置により得られる画像は、実装テーブルを介して配線基板を照明する照明する光が反射ミラー部を透過して形成する光透過画像であり、
光源は、ミラー部を照明するための照明する光が、反射ミラー部により反射された光信号の光路と照明する光の光路とが一致し、照明する光の強度中心或いは幾何学的中心が前記反射された光信号の強度中心と一致するように配置されることを特徴とする。

本発明によれば、受発光素子位置決め専用の光導入部を設けることなく位置決め操作を行うことが可能となり、実装形態の高密度化を進めることが容易となる。

本発明の一実施形態に係る実装装置における主要部構成を簡略化して示す図である。 本発明の一実施形態に係る実装方法をフローにて示す図である。 本発明の他の実施形態に係る実装装置の主要部を示す図である。 本発明の更なる実施形態に係る実装装置の主要部を示す図である。 本発明の更なる実施形態に係る実装装置の主要部を示す図である。

本発明の実施形態について、以下に図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る実装装置の主たる構成に関して、光導波路を有する基板に対して光電素子からなるチップを実装している状態を模式的に示している。ここで、本形態に係る実装装置が対象とする光導波路を有する基板１と、該基板１に実装されるチップ２とについて先に詳述する。基板１は、光導波路３と、該光導波路３が裏面側に固定されたフレキシブル配線基板５（以下配線基板５と称する。）と、を有する。

配線基板５は、厚さ方向に貫通する光路穴５ａ及び表面に配線５ｂを有する。光導波路３は、端面において光の伝送方向に対して所定の角度にて傾斜して該光導波路３のコア部を切断してなる反射ミラー部３ａを有する。配線基板５における光路穴５ａは、この反射ミラー部３ａによって伝送方向を変えられた光が通り抜ける位置に配置される。本例では、チップ２は、配線基板５表面に形成される配線５ｂと対向する面に電極２ａを有する。即ち、配線基板５は、反射ミラー部３ａを有する光導波路３を一方の面側に有すると共に他方の面側に光素子となるチップ２が実装される。該チップ２は、不図示の受光部或いは発光部が光路穴を通る信号光の中心と対応するように位置合わせされ、その後に実装される。

次に、前述した実装装置１０の一実施形態について述べる。実装装置１０は、実装ノズル１１、実装ヘッド１３、基板認識カメラ１５、実装テーブル１７、及び光源１９を有する。実装ノズル１１はチップ２を実際に保持し、当該チップ２を基板１上の所定位置に対して実際に実装する実装手段として機能する。実装ヘッド１３は該実装ノズル１１を支持し、不図示の駆動装置によって当該実装ノズル１１を基板２の実装面に平行なＸＹ平面内及び該ＸＹ平面に垂直なＺ方向に移動させる。

これら、実装ノズル１１及び実装ヘッド１３は、公知の実装装置に用いられる実装ノズルの種々の構成を適用可能である。基板認識カメラ１５は、実装ノズル１１と共に実装ヘッド１３によって支持される。実装ノズル１１によるチップ２の保持開放の操作、実装ヘッド１３の駆動及びチップ２の実装操作、及び基板認識カメラ１５による光路穴５ａの撮像、等はこれらと接続される制御手段２１によって実行される。

実装テーブル１７は、表面において配線基板５を吸着可能に保持する保持領域１７ａを有し、該保持領域１７ａは光源１９から発せられる光を透過可能な領域を有する。図１に示す形態では、光源１９は可視光を発し、保持領域１７ａの全域が可視光を透過可能な透明部材１７ｂにより構成されている。また、透明部材１７ｂには裏面側から表面側に貫通する基板吸着穴１７ｃが設けられており、裏面側に配置された不図示の排気経路を介して該基板吸着穴１７ｃにより吸引されて、配線基板５が保持領域１７ａにおいて吸着保持される。光源１９は該透明部材１７ｂの裏面側に配置され、同様に裏面側に配置される反射ブロック２３によって可視光の照射方向が変えられて該可視光が透明部材１７ｂを通過して表面側に射出する状態を得ている。

なお、反射ブロック２３は、保持状態にある配線基板５における光路穴５ａの配置に応じた位置となるように予め設置されている。当該構成により、光源１９から出た可視光は、反射ブロック２３、透明部材１７ｂを介して反射ミラー部３ａに至り、更に該反射ミラー部３ａを透過した一部の可視光が光路穴５ａを介して配線基板５の表面側より射出する。基板認識カメラ１５はこの光路穴５ａを射出した光を撮像し、制御手段２１は得られた像より光路穴５ａから射出する可視光の光軸に垂直な面内における強度中心或いは画像より反射ミラー部３ａの幾何学的中心を求める。

この可視光の射出光路は、光導波路３を通り反射ミラー部３ａにて光路穴５ａに進行方向を変えられた光信号の光路と一致し、よって求めた強度中心或いは幾何学的中心はこの光導波路３から得られる信号光の強度中心と一致する。従って、チップ２は、前述したようにその素子の中心部がこの強度中心と一致するように、配線基板５に対して実装される。以上述べたような実装テーブル１７を用いて配線基板５に対するチップ２の実装位置を定める様式とすることにより、従来技術で課題とされた受発光素子位置決め専用の光導入部を設けることなく、チップ２の位置決め操作を行うことが可能となる。

次に、実際に当該実装装置１０を用いた場合の実装方法について述べる。図２は実装方法における各工程を動作フローとして示す図である。まず、ステップＳ１において、実装テーブル１７上の所定位置に配線基板５を配置する。続くステップＳ２において、光源１９を発光させて反射ミラー部３ａを透明部材１７ｂの下方から照らし出す。なお、この光源１９の発光は実装工程に応じて発光消灯を繰り返すのではなく、常時発光状態を維持することとしても良い。その後、或いは平行して、チップ２の電極２ａ形成側からこれを支持するチップ供給ノズル２５から、実装ノズル１１へのチップ２の受け渡しを行い（ステップＳ３）、実装ノズル１１にてチップ２を保持する。受け渡し終了後、ステップＳ４にて実装ヘッド１３が移動し、保持するチップ２の実装位置に当たる光路穴５ａを撮像可能な位置まで、基板認識カメラ１５を動かす。

移動停止後、ステップＳ５において基板認識カメラ１５によって、可視光に照明された反射ミラー部３ａの映像が撮像される。より詳細には、反射ミラー部３ａを透過した光より、光透過画像を撮像する。ステップＳ６では、得られた反射ミラー部３ａ像に基づいて、制御手段２１による前述した強度中心が求められ、更にチップ２の実装位置の算出と決定とが行われる。決定された実装位置に対して、ステップＳ７では実装ヘッド１３の移動が行われる。実装ヘッド１３の移動停止後、実装ノズル１１の降下と、配線基板５の表面上所定位置へのチップ２の実装が行われる。

次に、本発明の更なる実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に図にて示す実施形態において、図１に示した個々の構成と同様の構成については同じ参照番号を用いて示すこととし、ここでの説明は省略する。図３では反射ブロック２３を無くした形態を示す。当該形態では、光源１９から射出される可視光の光軸が直接反射ミラー部３ａを通過する位置となるように、該光源１９を配置している。該光源１９から発せられた可視光は、光軸の向きを変えることなく直接反射ミラー部３ａに至り、これを透過後に光路穴５ａを貫通している。

本発明では、以上述べたように、照明光である可視光が反射ミラー部３ａを透過して透過画像を形成するように、光源１９及び反射ブロック２３を配置している。また、撮像手段たる基板認識カメラ１５は、当該透過画像を撮像するように配置、駆動される。基板認識カメラ１５は、この光透過画像を撮像する。さらに、当該透過画像を用いて反射ミラー部３ａの反射面の中心位置を求める、或いは該反射面からの光の強度中心を求め、これに合わせて光素子であるチップ２の位置合わせを行っている。従って、新たに位置合わせ用の光を特定の光導入部を設けること無く、チップ２実装のための位置合わせを行うことが可能となる。

第一の実施形態の場合、反射ブロック２３の形態、配置等により、光源１９の可視光の射出範囲を超えた照明範囲を確保すること、或いは照明位置を変更することが可能である。これに対し、本実施形態では光源１９の可視光射出形態により照射範囲が一義的に限定され且つ照射位置も決定してしまう反面、実装テーブル１７の構造が簡略化し、より安価且つ作成容易な実装装置の提供が可能となる。

図４は、実装テーブル１７から透明部材１７ｂを除き、実装テーブル１７に対しては可視光が透過する光源１９の配置空間となる実装テーブル１７の裏面から表面に貫通する光通過部１７ｄを配することとしている。本形態では、図２に示した実施形態と同様に、可視光の照射部位がこの光通過部１７ｄの形成位置に限定されることから、配線基板５に対する適応容易性の点で図１の形態に劣る。しかしその反面、透過部材１７ｃは通常ガラス等の難加工性の材料から得られているが、本形態の場合には実装テーブル１７における保持領域１７ａを金属等の加工の容易な部材より構成することが可能となる。当該実施形態に示すように、本発明では、実装テーブル１７における保持領域１７ａは、少なくとも反射ミラー部３ａに対して照明光である可視光を導ければ良い。即ち、照明光が保持領域１７ａを介して反射ミラー部３ａを照明する態様であれば良い。

なお、上述した実施形態では用いる光を可視光として述べたが、本発明は当該光の使用に限定されず、基板認識カメラ１５の規格、或いはその他の実装条件に応じて、近赤外光等の種々の光等の使用が可能である。従って、基板認識カメラは、用いた照明光に応じて、該照明光が反射ミラー部３ａを透過して得られる適当な光透過画像を撮像可能な撮像装置であれば良い。また、実際に照明により得られる反射ミラー部３ａの映像は、ミラー部に対応した部分で遮られることで可視光が減衰し、その減衰部分の周囲が強度の低下しない可視光の所謂環状の領域により囲まれる像となる。

即ち、本実施形態において撮像される画像は、反射ミラー部３ａを透過した光により形成される光透過画像と、該反射ミラー部３ａの周囲を照明する光により形成される周辺画像と、から構成される画像となる。当該映像とすることにより、照明領域内における反射ミラー部３ａの存在範囲がより明確に特定できることとなる。従って、光源１９による反射ミラー部３ａの照明領域は、照明対象である該反射ミラー部３ａの存在範囲より大きくすることが好ましい。しかしながら、反射ミラー部３ａにおける光透過画像のみを撮像することによっても本発明の実施は可能となる。

また、ここで述べた照明範囲内において光軸に垂直な範囲における可視光に強度分布が存在すると、反射ミラー部３ａの映像における境界部の判別が難しくなる恐れがある。このことから、反射ブロック２３における反射面について光散乱効果を有するように粗面化し、拡散された光を反射ミラー部３ａに導く構成とすることが好ましい。また、図３に示す実施形態の場合、例えば図５に例示するように、光源１９の光射出端部にたいして光拡散板１９ａを配置することとしても良い。

光拡散板１９ａによって、光源１９から射出された可視光は散乱され、反射ミラー部３ａに至る段階で光軸に垂直な面内での光の強度分布はほぼ均一なものとなる。これにより反射ミラー部３ａの外形の判別がより容易となる。なお、この光拡散板１９ａ或いは前述した反射ブロック２３の反射面に施された光散乱面は、本発明における光拡散手段として機能する。光拡散手段は、これら例示された形態に限定されず、反射ミラー部３ａに至る照明光の光軸に垂直な面内の強度の均一性を担保できれば、その他の種々の公知形態の適用が可能である。

１：基板、 チップ：２、 ２ａ：：電極、 ３：光導波路、 ３ａ：反射ミラー部、 ５：フレキシブルプリント配線基板、 ５ａ：光路穴、 ５ｂ：配線、 １０：実装装置、 １１：実装ノズル、 １３：実装ヘッド、 １５：基板認識カメラ、 １７：実装テーブル、 １７ａ：保持領域、 １７ｂ：透明部材、 １７ｃ：基板吸着穴、 １７ｄ：光通過部、 １９：光源、 １９ａ：光拡散板、 ２１：制御手段、 ２３：反射ブロック、 ２５：チップ供給ノズル

Claims (6)

1. 反射ミラー部を有する光導波路を一方の面側に有すると共に他方の面側に光素子が実装される配線基板に対して前記光素子を実装する装置であって、
   前記配線基板を保持領域にて支持する実装テーブルと、
   前記光素子を保持すると共に前記配線基板に対して実装する実装ノズルと、
   前記実装テーブルの前記保持領域を介して前記反射ミラー部を照明する光を発する光源と、
   前記配線基板における前記光素子の実装位置を撮像する撮像装置と、
   前記実装テーブルを介して前記照明する光により照明された前記反射ミラー部を前記撮像装置によって撮像することで得られた画像から前記光素子の実装位置を決定する制御手段と、を有し、
   前記撮像装置により撮像される画像は、前記実装テーブルを介して前記配線基板を照明する前記照明する光が前記反射ミラー部を透過して形成する光透過画像であり、
   前記光源は、前記反射ミラー部を照明するための前記照明する光が、前記反射ミラー部により反射された光信号の光路と前記照明する光の光路とが一致し、前記照明する光の強度中心或いは幾何学的中心が前記反射された光信号の強度中心と一致するように配置されることを特徴とする実装装置。
2. 前記撮像装置は、前記反射ミラー部を透過した前記照明する光により形成される光透過画像と、前記反射ミラー部の周囲を照明する前記照明する光により形成される周辺画像と、を共に撮像して画像を得ることを特徴とする請求項１に記載の実装装置。
3. 前記保持領域は前記照明する光を透過可能な部材からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の実装装置。
4. 前記光源から発せられた前記照明する光が前記反射ミラー部を透過し且つ前記撮像装置によって前記反射ミラー部の画像を撮像可能とする方向に反射させる反射ブロックを有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の実装装置。
5. 前記光源から発せられた前記照明する光が前記反射ミラー部に至る前に散乱光とする光拡散手段を更に有すること特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の実装装置。
6. 反射ミラー部を有する光導波路を一方の面に有すると共に他方の面に光素子が実装される配線基板に対して前記光素子を実装する方法であって、
   前記配線基板を保持領域にて実装テーブル上に保持する工程と、
   実装ノズルにて前記光素子を保持する工程と、
   前記実装テーブルの前記保持領域を介して前記反射ミラー部を照明する光を光源より発する工程と、
   前記照明する光のうち前記反射ミラー部を透過した光を撮像装置によって撮像して画像を得る工程と、
   前記撮像装置によって得られた画像から前記光素子の実装位置を決定する工程と、を有し、
   前記撮像装置により得られる画像は、前記実装テーブルを介して前記配線基板を照明する前記照明する光が前記反射ミラー部を透過して形成する光透過画像であり、
   前記光源は、前記反射ミラー部を照明するための前記照明する光が、前記反射ミラー部により反射された光信号の光路と前記照明する光の光路とが一致し、前記照明する光の強度中心或いは幾何学的中心が前記反射された光信号の強度中心と一致するように配置されることを特徴とする実装方法。

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