JP6388338B2 - 電子部品装着装置および電子部品装着方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板に電子部品を装着する技術に関する。

従来より、プリント基板等の回路基板に電子部品を装着する装置では、回路基板と、回路基板の上方にて電子部品保持部に保持された電子部品との高精度な位置決めが行われた後、電子部品が回路基板に装着される（すなわち、ボンディングされる。）。

例えば、特許文献１のチップ実装装置では、上下方向を同時に撮像する２視野カメラが、基板とヘッドに保持されたチップとの間に挿入される。そして、当該２視野カメラにより、チップおよび基板のそれぞれのアライメントマークが撮像され、撮像結果に基づいてチップと基板との位置合わせが行われる。

また、特許文献２のボンディング装置では、シリコンチップを保持するチップツールよりも上方に配置された撮像部から、赤外光が照明光として出射される。当該赤外光は、シリコン（Ｓｉ）製のチップツール、シリコンチップ、および、基板上の樹脂層等を通過し、シリコンチップの下面および基板の上面に設けられたマークにて反射される。反射光は、樹脂層、シリコンチップおよびチップツール等を通過し、撮像部により受光される。そして、撮像部からの出力に基づいて、シリコンチップと基板との位置合わせが行われる。

国際公開０１／９１５３４号 特開２０１２−２３８７７５号公報

ところで、特許文献１のような装置では、チップがヘッドに保持された後に、チップと基板との間に２視野カメラを挿入する工程が必要になる。また、チップを基板に実装するためには、２視野カメラをチップと基板との間から退避させる工程が必要になる。このため、チップ実装の高速化に限界がある。

一方、特許文献２の装置では、２視野カメラの挿脱に要する時間を短縮することはできるが、チップツールやチップが照明光を透過する材料にて形成されている必要がある。このため、当該装置にて位置合わせを行うことができるチップの種類が、ある程度限定される。また、照明光を透過する材料にて形成されたチップであっても、配線パターン等が密であるため照明光を反射するマークを設けることができない場合もある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、様々な種類の電子部品について、電子部品の基板への装着に要する時間を短くすることを目的としている。

請求項１に記載の発明は、対象物に電子部品を装着する電子部品装着装置であって、対象物を保持する対象物保持部と、部品供給部から電子部品を搬送する部品搬送機構と、前記部品搬送機構から前記電子部品を受け取って保持する部品保持部と、前記対象物保持部に保持された前記対象物および前記部品保持部に保持された前記電子部品をそれぞれ撮像する撮像部と、前記撮像部からの出力に基づいて前記電子部品と前記対象物との相対位置を調整する装着位置調整部と、前記部品保持部を前記対象物保持部に向けて移動し、前記電子部品を前記対象物に装着する装着機構とを備え、前記部品搬送機構が、第１の位置にて前記電子部品を保持するとともに前記対象物保持部と前記部品保持部との間の第２の位置にて前記部品保持部に前記電子部品を供給し、少なくとも２つのミラー面を含む搬送ヘッドと、前記搬送ヘッドを前記第１の位置と前記第２の位置との間で移動する搬送ヘッド移動機構とを備え、前記撮像部が、前記第２の位置に位置する前記搬送ヘッドの前記少なくとも２つのミラー面を介して、前記対象物の接合面および前記搬送ヘッドから前記部品保持部に供給された前記電子部品の接合面をそれぞれ撮像する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子部品装着装置であって、前記搬送ヘッドが、光を透過する材料にて形成されるヘッド先端部と、前記ヘッド先端部を支持するヘッド本体部とを備え、前記少なくとも２つのミラー面が、前記ヘッド先端部と前記ヘッド本体部との境界に形成され、前記部品保持部に保持された前記電子部品の前記接合面から前記ヘッド先端部を介して入射する光を反射して前記撮像部へと導く第１ミラー面と、前記対象物の前記接合面から入射する光を反射して前記撮像部へと導く第２ミラー面とを含む。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電子部品装着装置であって、前記ヘッド先端部が、可視光を透過する材料にて形成され、前記第１ミラー面および前記第２ミラー面が、可視光を反射して前記撮像部へと導く。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、前記電子部品の前記接合面に複数の目印が設けられており、前記電子部品が前記部品保持部に保持された状態で、前記複数の目印から前記撮像部までのそれぞれの距離が互いに等しい。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、前記電子部品の前記接合面および前記基板の前記接合面にそれぞれ目印が設けられており、前記撮像部と前記電子部品の目印との間の光学的な距離と、前記撮像部と前記対象物の目印との間の光学的な距離とが略等しい。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、前記第１の位置および前記第２の位置が、回転軸を中心とする円周上に位置し、前記搬送ヘッド移動機構が、前記回転軸を中心として前記搬送ヘッドを回転することにより、前記搬送ヘッドが、前記第１の位置と前記第２の位置との間で移動する。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、前記部品搬送機構が、前記搬送ヘッドと同様の構造を有し、前記搬送ヘッド移動機構により前記第１の位置と前記第２の位置との間で移動する他の搬送ヘッドをさらに備え、前記撮像部が、前記第２の位置に位置する前記他の搬送ヘッドの少なくとも２つのミラー面を介して、前記対象物および前記他の搬送ヘッドから前記部品保持部に供給された電子部品をそれぞれ撮像する。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の電子部品装着装置であって、前記第２の位置における前記搬送ヘッドと前記他の搬送ヘッドとの位置誤差に基づいて、前記他の搬送ヘッドを介した撮像により前記相対位置を求める際の位置認識上のオフセット値が準備される。

請求項９に記載の発明は、対象物に電子部品を装着する電子部品装着方法であって、ａ）第１の位置に位置する搬送ヘッドにより電子部品を保持する工程と、ｂ）前記搬送ヘッドを第１の位置から第２の位置へと移動する工程と、ｃ）部品保持部が第２の位置に位置する搬送ヘッドから電子部品を受け取る工程と、ｄ）前記第２の位置に位置する前記搬送ヘッドの少なくとも２つのミラー面を介して、対象物の接合面および前記部品保持部に保持された前記電子部品の接合面をそれぞれ撮像する工程と、ｅ）前記ｄ）工程における撮像結果に基づいて前記電子部品と前記対象物との相対位置を調整する工程と、ｆ）前記搬送ヘッドを前記第２の位置から退避させる工程と、ｇ）前記電子部品を前記対象物に装着する工程とを備える。

本発明では、電子部品の基板への装着に要する時間を短くすることができる。

一の実施の形態に係る電子部品装着装置の正面図である。 電子部品装着装置の平面図である。 電子部品装着装置の平面図である。 搬送ヘッドおよび撮像部の一部を拡大して示す正面図である。 搬送ヘッドおよび撮像部の一部を拡大して示す平面図である。 搬送ヘッドの一部を拡大して示す斜視図である。 電子部品の装着の流れを示す図である。 撮像部による撮像結果の一例を示す図である。 撮像部による撮像結果の一例を示す図である。 搬送ヘッドおよび撮像部の一部を拡大して示す正面図である。 搬送ヘッドの一部を拡大して示す斜視図である。 搬送ヘッドの一部を拡大して示す断面図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る電子部品装着装置１の構成を示す正面図である。図２および図３はそれぞれ、電子部品装着装置１の平面図である。図２と図３とでは、後述する複数の搬送ヘッド５１の周方向の位置が異なる。

電子部品装着装置１は、微細な電子部品を対象物上に装着する装置である。図１ないし図３に示す例では、対象物は、半導体により形成された略円板状の基板９である。電子部品装着装置１により装着される電子部品８は、例えば、半導体のベアチップ部品、または、発光ダイオードや半導体レーザ等の半導体発光素子である。図１に例示する電子部品装着装置１では、電子部品８を基板９に装着する際に、電子部品８の電極の接合も同時に行われる。換言すれば、電子部品装着装置１では、電子部品８の実装が行われる。

以下の説明では、図１中における上側および下側である（＋Ｚ）側および（−Ｚ）側を、単に「上側」および「下側」とも呼び、Ｚ方向を「上下方向」とも呼ぶ。Ｘ方向およびＹ方向はＺ方向に垂直であり、Ｘ方向とＹ方向とは互いに垂直である。なお、上下方向は、必ずしも実際の装置の位置関係や方向を示すものではない。

電子部品装着装置１は、基板保持部２１と、保持部移動機構２２と、部品保持部３１と、保持部回転機構４１と、保持部昇降機構４２と、部品搬送機構５と、部品供給部５４と、撮像部６１と、撮像位置調整部６２とを備える。基板保持部２１は、基板９を保持する対象物保持部である。基板９は、電子部品が装着される接合面９１を上側に向けて、基板保持部２１により下方から支持される。保持部移動機構２２は、基板保持部２１を、基板９の接合面９１に平行なＸ方向およびＹ方向に移動する。

部品保持部３１は、基板９および基板保持部２１の上方にて電子部品８を保持する。電子部品８は、基板９に接合される接合面８１を下側に向けて、部品保持部３１により上方から保持される。図１に示す例では、部品保持部３１は電子部品８を吸着して保持する。保持部回転機構４１は、上下方向を向く回転軸を中心として部品保持部３１を回転する。保持部昇降機構４２は、部品保持部３１を上下方向に移動する。

部品供給部５４は、部品搬送機構５に電子部品８を供給する。図１ないし図３では、部品供給部５４の詳細な構造の図示を省略し、破線の矩形にて部品供給部５４を示す。部品搬送機構５は、部品供給部５４から供給された電子部品８を搬送し、部品保持部３１に供給する。部品搬送機構５は、複数の搬送ヘッド５１と、搬送ヘッド移動機構５２とを備える。搬送ヘッド移動機構５２は、上下方向を向く回転軸５３を中心として複数の搬送ヘッド５１を所定の回転方向に水平に回転する。図２および図３に示す例では、複数の搬送ヘッド５１は時計回り方向に回転する。各搬送ヘッド５１は、回転軸５３を中心とする径方向に延びる略棒状の部材である。複数の搬送ヘッド５１は、回転軸５３を中心として略等角度間隔にて放射状に配置される。図２に示す例では、５つの搬送ヘッド５１が、約７２度間隔にて回転軸５３の周囲に周方向に配置される。

図１および図２に示すように、部品搬送機構５では、一の搬送ヘッド５１が最も（−Ｘ）側の位置に位置する場合、当該搬送ヘッド５１の外端部（すなわち、径方向外側の端部）は、基板保持部２１と部品保持部３１との間に位置する。また、図３に示すように、一の搬送ヘッド５１が最も（＋Ｘ）側の位置に位置する場合、当該搬送ヘッド５１の外端部は、部品供給部５４内または部品供給部５４近傍に位置する。部品供給部５４には、例えば、ダイシングにより得られた複数の電子部品８が収容されている。

１つの搬送ヘッド５１に注目すると、当該搬送ヘッド５１が図３に示す位置（以下、「第１の位置」という。）に位置した状態で、部品供給部５４により、搬送ヘッド５１に１つの電子部品８が供給される。図３に示す例では、搬送ヘッド５１の外端部の上面に１つの電子部品８が載置される。電子部品８は、接合面８１（図１参照）を下方に向けて搬送ヘッド５１により吸着されて保持される。電子部品８を保持した搬送ヘッド５１は、搬送ヘッド移動機構５２により回転軸５３を中心として回転し、図１および図２に示す基板保持部２１と部品保持部３１との間の位置（第１の位置とは異なる位置であり、以下、「第２の位置」という。）へと移動する。

そして、第２の位置において、搬送ヘッド５１から部品保持部３１に電子部品８が供給される。換言すれば、部品保持部３１が、部品搬送機構５の搬送ヘッド５１から電子部品８を受け取って保持する。その後、搬送ヘッド５１は、搬送ヘッド移動機構５２により第２の位置から第１の位置へと移動する。

図２および図３に示す例では、第１の位置および第２の位置は、回転軸５３を中心とする同一の円周上に位置し、搬送ヘッド移動機構５２は、搬送ヘッド５１を回転軸５３を中心として回転することにより、第１の位置と第２の位置との間で移動する。部品搬送機構５の他の搬送ヘッド５１も、搬送ヘッド移動機構５２により回転軸５３を中心として回転することにより、第１の位置と第２の位置との間で移動する。部品保持部３１には、複数の搬送ヘッド５１により電子部品８が順次供給される。

撮像部６１は、第２の位置に位置する搬送ヘッド５１の外端部に対向する位置に配置される。撮像部６１は、Ｚ方向において当該搬送ヘッド５１とおよそ同じ位置に位置する。図１に示す例では、撮像部６１は、第２の位置に位置する搬送ヘッド５１の（−Ｘ）側に位置する。撮像部６１は、基板保持部２１の移動と干渉しない位置に配置される。撮像部６１からは、搬送ヘッド５１に向けて照明光が出射される。照明光は、例えば、可視光である。撮像位置調整部６２は、撮像部６１の上側に取り付けられる。撮像位置調整部６２は、撮像部６１をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動することにより、撮像部６１の位置を変更することが可能である。

図４および図５はそれぞれ、第２の位置に位置する搬送ヘッド５１および撮像部６１の一部を拡大して示す正面図および平面図である。図６は、搬送ヘッド５１の外端部を拡大して示す斜視図である。図４では、部品保持部３１、電子部品８、基板保持部２１および基板９を併せて示す。図５では、基板保持部２１および基板９を併せて示す。他の搬送ヘッド５１は、図４ないし図６に示す搬送ヘッド５１と同様の構造を有する。

搬送ヘッド５１は、ヘッド先端部５１１と、ヘッド本体部５１２と、反射部５１３とを備える。ヘッド先端部５１１の少なくとも電子部品保持面は、照明光を透過する材料にて形成される。図４に示す例では、ヘッド先端部５１１全体が、照明光を透過する材料にて形成される。上述のように、照明光が可視光である場合、ヘッド先端部５１１は、可視光を透過する材料（例えば、透明なガラス）にて形成される。ヘッド本体部５１２は、ヘッド先端部５１１を支持する。ヘッド本体部５１２は、例えば、ステンレス鋼により形成される。図４ないし図６に示す例では、ヘッド先端部５１１は、第２の位置において（＋Ｘ）側に凹部を有する略直方体である。また、ヘッド本体部５１２は、第２の位置において（−Ｘ）側に突出する凸部を有する。ヘッド先端部５１１の凹部にヘッド本体部５１２の凸部が嵌合した状態で、ヘッド先端部５１１がヘッド本体部５１２に固定される。

ヘッド先端部５１１には、ヘッド先端部５１１の上面からヘッド本体部５１２の（−Ｘ）側の先端部に至る先端部流路５１４が設けられる。先端部流路５１４は、ヘッド本体部５１２の内部に設けられる本体部流路５１５に接続される。図４中に二点鎖線にて示すように、搬送ヘッド５１により電子部品８が保持される場合、先端部流路５１４および本体部流路５１５を介して吸引が行われることにより、電子部品８の接合面８１が吸着される。図４に示す例では、搬送ヘッド５１に保持される電子部品８は、ヘッド先端部５１１に接触する。当該電子部品８は、ヘッド本体部５１２にも接触してよい。また、電子部品８の接合部（例えば、実装用のバンプ）を搬送ヘッド５１に接触させずに、電子部品８が搬送ヘッド５１に保持されてもよい。例えば、電子部品８のバンプ以外の部位が、搬送ヘッド５１の凸状の部位により保持されてもよい。あるいは、搬送ヘッド５１は、電子部品８の外形をテーパで受けるコレット形状とされてもよい。

図４ないし図６に示すように、反射部５１３は、搬送ヘッド５１においてヘッド先端部５１１とヘッド本体部５１２との間に設けられる。反射部５１３は、第１ミラー面５１６と、第２ミラー面５１７とを含む。第１ミラー面５１６および第２ミラー面５１７は、ヘッド先端部５１１とヘッド本体部５１２との境界に形成される。換言すれば、第１ミラー面５１６および第２ミラー面５１７は、ヘッド先端部５１１により覆われる。図６では、第１ミラー面５１６および第２ミラー面５１７に平行斜線を付す。第１ミラー面５１６および第２ミラー面５１７は、例えば、ヘッド先端部５１１のヘッド本体部５１２との境界面にアルミニウム（Ａｌ）を蒸着することにより形成されるプリズムミラーである。第１ミラー面５１６および第２ミラー面５１７は、水平面に対して傾斜する。第１ミラー面５１６は、第２ミラー面５１７の上側に配置される。

第２の位置に位置する搬送ヘッド５１では、第１ミラー面５１６は、（−Ｘ）側および（＋Ｚ）側を向く。換言すれば、第１ミラー面５１６は、撮像部６１、および、部品保持部３１に保持された電子部品８に斜めに対向する。第１ミラー面５１６の水平面に対する傾斜角は約４５度である。

撮像部６１から出射された照明光（例えば、可視光）は、光軸Ｊ１に沿ってヘッド先端部５１１に入射し、ヘッド先端部５１１を透過して第１ミラー面５１６へと導かれる。第１ミラー面５１６にて反射された照明光は、ヘッド先端部５１１を透過して、部品保持部３１に保持された電子部品８の接合面８１へと導かれる。電子部品８の接合面８１にて反射された照明光は、光軸Ｊ１に沿って接合面８１からヘッド先端部５１１を介して第１ミラー面５１６に入射し、第１ミラー面５１６にて反射されて撮像部６１へと導かれる。第１ミラー面５１６からの反射光は、撮像部６１にて受光される。すなわち、撮像部６１により、部品保持部３１に保持された電子部品８の接合面８１の一部（または、全部）が撮像される。撮像部６１では、第１ミラー面５１６に映る電子部品８の接合面８１の鏡像が撮像される。

図５では、第１ミラー面５１６に映る電子部品８の接合面８１の鏡像も併せて示す。また、当該鏡像にも電子部品８および接合面８１と同様の符号を付す。電子部品８の接合面８１には、複数の目印８３が設けられている。電子部品８の接合面８１は略正方形であり、対角線上に位置する２つの角部のそれぞれに目印８３が設けられる。換言すれば、電子部品８の接合面８１では、２つの目印８３がおよそ対角線上に配置される。

部品保持部３１に保持された電子部品８では、接合面８１の一方の対角線がＸ方向に略平行である。また、２つの目印８３を通る（あるいは、２つの目印８３に近接する）他方の対角線は、Ｙ方向に略平行である。このため、電子部品８が部品保持部３１に保持された状態では、複数の目印８３から撮像部６１までのそれぞれの距離（例えば、Ｘ方向の距離）が互いに略等しい。すなわち、第１ミラー面５１６に映る接合面８１の鏡像では、２つの目印８３を結ぶ直線はＹ方向に略平行である。図５に示す例では、２つの目印８３を結ぶ直線は、第１ミラー面５１６の近傍に設けられた先端部流路５１４の上部開口（すなわち、電子部品８を吸着する吸着穴）を通る。先端部流路５１４の上部開口は、第１ミラー面５１６の上方に位置する。

図４に示すように、第２の位置に位置する搬送ヘッド５１では、第２ミラー面５１７は、（−Ｘ）側および（−Ｚ）側を向く。換言すれば、第２ミラー面５１７は、撮像部６１、および、基板保持部２１に保持された基板９に斜めに対向する。第２ミラー面５１７の水平面に対する傾斜角は約４５度である。

撮像部６１から出射された照明光（例えば、可視光）は、光軸Ｊ２に沿ってヘッド先端部５１１に入射し、ヘッド先端部５１１を透過して第２ミラー面５１７へと導かれる。第２ミラー面５１７にて反射された照明光は、ヘッド先端部５１１を透過して、基板保持部２１に保持された基板９の接合面９１へと導かれる。基板９の接合面９１にて反射された照明光は、光軸Ｊ２に沿って接合面９１からヘッド先端部５１１を介して第２ミラー面５１７に入射し、第２ミラー面５１７にて反射されて撮像部６１へと導かれる。第２ミラー面５１７からの反射光は、撮像部６１にて受光される。すなわち、撮像部６１により、基板保持部２１に保持された基板９の接合面９１の一部が撮像される。撮像部６１では、第２ミラー面５１７に映る基板９の接合面９１の鏡像が撮像される。

図４および図５に示すように、基板９の接合面９１には、電子部品８の装着時の位置決め（すなわち、アライメント）に利用される複数の目印９３が設けられている。撮像部６１により取得される基板９の接合面９１の画像には、例えば、２つの目印９３が含まれる。なお、目印９３は、アライメント専用の目印でもよく、基板９の接合面９１に設けられた配線等の一部であってもよい。電子部品８の接合面８１における目印８３も同様に、アライメント専用の目印でもよく、接合面８１に設けられた構造（例えば、実装用のバンプ）であってもよい。撮像部６１は、基板保持部２１に保持された基板９、および、部品保持部３１に保持された電子部品８をそれぞれ並行して撮像する２視野カメラである。図４および図５に示す例では、基板９および電子部品８は、撮像部６１の１つの撮像デバイスにより同時に撮像される。

次に、図７を参照しつつ、電子部品装着装置１における電子部品８の基板９への装着の流れについて説明する。図７は、１つの搬送ヘッド５１により搬送される電子部品８に注目した装着の流れである。電子部品装着装置１では、まず、図３に示す部品供給部５４により、第１の位置に位置する搬送ヘッド５１に電子部品８が供給される。搬送ヘッド５１は、上述のように、先端部流路５１４および本体部流路５１５を介した吸引により、電子部品８の接合面８１を吸着して保持する（ステップＳ１１）。

続いて、当該搬送ヘッド５１が、搬送ヘッド移動機構５２により回転軸５３を中心として回転し、第１の位置から第２の位置へと移動する。これにより、電子部品８が、部品供給部５４から部品保持部３１へと搬送される（ステップＳ１２）。搬送ヘッド５１の移動は、ステップ状に行われる。具体的には、搬送ヘッド５１が所定の送り角度だけ回転する毎に一時的に回転が停止され、他の搬送ヘッド５１が第１の位置に位置すると、当該他の搬送ヘッド５１に部品供給部５４から電子部品８が供給される。図１ないし図３に示す例では、上記送り角度は約３６度である。

搬送ヘッド５１が、基板保持部２１と部品保持部３１との間の第２の位置に位置すると、図１に示すように、部品保持部３１が、搬送ヘッド５１から電子部品８を受け取って保持する（ステップＳ１３）。具体的には、保持部昇降機構４２により部品保持部３１が下降し、電子部品８の接合面８１とは反対側の面が部品保持部３１により保持される。図１に示す例では、部品保持部３１は電子部品８を吸着して保持する。そして、搬送ヘッド５１による電子部品８の吸着が解除され、保持部昇降機構４２により部品保持部３１が電子部品８と共に上昇する。

次に、搬送ヘッド５１が第２の位置に位置した状態のままで、撮像部６１による撮像が行われる。撮像部６１は、第２の位置に位置する搬送ヘッド５１の反射部５１３を介して、基板９の接合面９１の目印９３、および、当該搬送ヘッド５１から部品保持部３１に供給された電子部品８の接合面８１の目印８３を並行して撮像する（ステップＳ１４）。

図８Ａは、撮像部６１の視野と目印８３，９３との関係の一例を示す図である。図８Ａでは、撮像部６１の視野６１０を破線にて示す。図８Ａに示す例では、電子部品８の２つの目印８３が、第１ミラー面５１６と第２ミラー面５１７との間の境界線５１８に平行に、１視野内（すなわち、撮像部６１の１つの視野６１０の内部）に配置される。また、基板９の２つの目印９３も、境界線５１８に平行に１視野内（すなわち、撮像部６１の１つの視野６１０の内部）に配置される。

ステップＳ１３において、搬送ヘッド５１上の電子部品８を部品保持部３１により吸着する際には、電子部品８の位置ずれが生じる可能性がある。したがって、電子部品８の目印８３の撮像（すなわち、ステップＳ１４における画像認識）は、部品保持部３１に電子部品８が保持された後に行うことが好ましい。また、反射部５１３と基板９上の目印９３との間の光学的な距離は、好ましくは、反射部５１３と電子部品８の目印８３との間の光学的な距離と略等しい。換言すれば、撮像部６１と目印９３との間の光学的な距離と、撮像部６１と目印８３との間の光学的な距離とが略等しいことが好ましい。これにより、撮像部６１においてフォーカス調節を行うことなく、２種類の目印８３，９３を同時に撮像することができる。なお、光学的な距離とは、光軸上の空気やガラス等の屈折率の差を考慮した距離である。

基板９および電子部品８の撮像が終了すると、撮像部６１からの出力（すなわち、ステップＳ１４における撮像結果）に基づいて、電子部品８の基板９に対する相対位置（すなわち、電子部品８と基板９との相対位置）が求められる。そして、当該相対位置が、予め定められた設計相対位置からずれている場合、必要に応じて、保持部移動機構２２および保持部回転機構４１が駆動される。これにより、基板９が基板保持部２１と共にＸ方向および／またはＹ方向に移動し、電子部品８が部品保持部３１と共に、上下方向を向く回転軸を中心として回転する。これにより、電子部品８と基板９との相対位置が、設計相対位置に等しくなるように調整される（ステップＳ１５）。

電子部品装着装置１では、保持部移動機構２２および保持部回転機構４１は、撮像部６１からの出力に基づいて電子部品８と基板９との相対位置を調整する装着位置調整部である。当該電子部品８を搬送した搬送ヘッド５１は、ステップＳ１３における部品保持部３１への電子部品８の供給から、ステップＳ１５における上記相対位置の調整終了までの間、第２の位置に位置したままである。

電子部品８と基板９との相対位置が調整されると、搬送ヘッド移動機構５２により搬送ヘッド５１が上述の送り角度（例えば、約３６度）だけ回転することにより、図３に示すように、基板保持部２１と部品保持部３１との間の第２の位置から退避する（ステップＳ１６）。このとき、退避した搬送ヘッド５１に隣接する次の搬送ヘッド５１も第２の位置には位置しておらず、部品保持部３１に保持された電子部品８は、搬送ヘッド５１を挟むことなく、基板９に直接的に対向する。また、部品供給部５４では、他の搬送ヘッド５１が第１の位置に位置する。なお、搬送ヘッド５１の退避（ステップＳ１６）は、ステップＳ１４とステップＳ１５との間に行われてもよく、ステップＳ１５と並行して行われてもよい。ステップＳ１６をステップＳ１５と並行して行うことにより、電子部品８の基板９への装着に要する時間を短くすることができる。

続いて、保持部昇降機構４２により部品保持部３１が基板保持部２１に向けて移動する。これにより、電子部品８が下方へと移動して基板９に近付き、電子部品８の接合面８１と基板９の接合面９１とが接触する。電子部品８は、例えば、保持部昇降機構４２により基板９に向けて押圧されることにより、および／または、部品保持部３１に内蔵されたヒータ等により加熱されることにより、基板９に装着される（ステップＳ１７）。電子部品８と基板９との接合は、例えば、ハンダを介して行われてもよく、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を介して行われてもよい。すなわち、保持部昇降機構４２は、電子部品８を基板９に装着する装着機構である。なお、電子部品８の基板９への装着は、上記以外の様々な方法により行われてよい。部品供給部５４では、ステップＳ１７と並行して、第１の位置に位置する他の搬送ヘッド５１に電子部品８が供給される。

電子部品装着装置１では、第１の位置にて電子部品８が供給された他の搬送ヘッド５１も、上記と同様に、第２の位置へと順次移動し、部品保持部３１へと電子部品８が供給される。そして、撮像部６１により、第２の位置に位置する他の搬送ヘッド５１の反射部５１３を介して、基板９および当該他の搬送ヘッド５１から部品保持部３１に供給された電子部品８がそれぞれ撮像される。その後、電子部品８と基板９との相対位置の調整が行われ、当該他の搬送ヘッド５１が第２の位置から退避し、保持部昇降機構４２により電子部品８が基板９に装着される。

電子部品装着装置１では、装置組み立て時の誤差等により、第２の位置における一の搬送ヘッド５１の位置と、第２の位置における他の搬送ヘッド５１の位置とが僅かに異なる（すなわち、搬送ヘッド５１毎に位置誤差が存在する）場合がある。当該位置誤差には、搬送ヘッド５１毎の第１ミラー面５１６および第２ミラー面５１７の傾きの僅かな差異も含まれる。この場合、第２の位置における一の搬送ヘッド５１と他の搬送ヘッド５１との位置誤差に基づいて、当該他の搬送ヘッド５１を介した撮像により電子部品８と基板９との相対位置を求める際の位置認識上のオフセット値が予め準備される。そして、他の搬送ヘッド５１を介した撮像結果から求められた当該相対位置を、当該オフセット値に基づいて補正することにより、上記位置誤差の影響が低減される。上記オフセット値は、複数の搬送ヘッド５１の全てに対してそれぞれ準備されてもよい。

以上に説明したように、電子部品装着装置１では、第１の位置にて電子部品８を保持するとともに第２の位置にて部品保持部３１に電子部品８を供給する搬送ヘッド５１に、反射部５１３が設けられる。また、撮像部６１は、第２の位置に位置する当該搬送ヘッド５１の反射部５１３を介して、基板９の接合面９１、および、当該搬送ヘッド５１から部品保持部３１に供給された電子部品８の接合面８１をそれぞれ撮像する。そして、撮像部６１からの出力に基づいて、電子部品８と基板９との相対位置が調整された後、電子部品８が基板９に装着される。

このように、電子部品装着装置１では、部品保持部３１に電子部品８を供給した直後の搬送ヘッド５１を利用して、電子部品８の接合面８１および基板９の接合面９１を撮像することができる。このため、部品保持部と基板保持部との間に２視野カメラを挿入して撮像を行った後に当該２視野カメラを退避させる構造の電子部品装着装置（以下、「比較例の電子部品装着装置」という。）に比べて、電子部品８の基板９への装着に要する時間を短くすることができる。詳細には、電子部品８が部品保持部３１に供給されてから基板９に装着されるまでの間の時間を短くすることができる。例えば、上述の比較例の電子部品装着装置では、２〜３秒に１つの電子部品が装着されるのに対し、図１に示す電子部品装着装置１では、約１秒に１つの電子部品８を装着可能である。

また、電子部品装着装置１では、電子部品や基板の目印にて反射された光が電子部品および部品保持部を透過して撮像部へと導かれる構造の電子部品装着装置とは異なり、電子部品８が光を透過させる材質により形成される必要がないため、様々な種類の電子部品８と基板９との相対位置を調整することができる。また、部品保持部３１も光を透過させる材質により形成される必要がないため、部品保持部３１の材料選択の自由度を向上することもできる。このように、電子部品装着装置１では、様々な種類の電子部品８について、電子部品８の基板９への装着に要する時間を短くすることができる。

上述のように、搬送ヘッド５１は、光が透過する材料にて形成されるヘッド先端部５１１と、ヘッド先端部５１１を支持するヘッド本体部５１２とを備える。また、搬送ヘッド５１に設けられる反射部５１３は、第１ミラー面５１６と、第２ミラー面５１７とを含む。第１ミラー面５１６は、ヘッド先端部５１１とヘッド本体部５１２との境界に形成され、電子部品８の接合面８１からヘッド先端部５１１を介して入射する光を反射して撮像部６１へと導く。第２ミラー面５１７は、ヘッド先端部５１１とヘッド本体部５１２との境界に形成され、基板９の接合面９１から入射する光を反射して撮像部６１へと導く。反射部５１３を当該構造とすることにより、搬送ヘッド５１の構造を簡素化することができる。

また、搬送ヘッド５１では、ヘッド先端部５１１が可視光を透過する材料にて形成され、第１ミラー面５１６および第２ミラー面５１７は、可視光を反射して撮像部６１へと導く。これにより、搬送ヘッド５１の構造を簡素化することができる。また、撮像部６１から第１ミラー面５１６および第２ミラー面５１７に向けて照明光を出射する光源を可視光源とすることができるため、撮像部６１の構造を簡素化することができるとともに撮像部６１の製造コストを低減することもできる。

上述のように、電子部品８の接合面８１には複数の目印８３が設けられており、電子部品８が部品保持部３１に保持された状態で、当該複数の目印８３から撮像部６１までのそれぞれの距離が互いに等しい。このため、第１ミラー面５１６に映る接合面８１の鏡像では、２つの目印８３を結ぶ直線はＹ方向に略平行である。これにより、撮像部６１の視野が比較的小さい場合であっても、１回の撮像で２つの目印８３を含む画像を取得することができる。換言すれば、複数の目印８３を同時に撮像することができる。したがって、撮像部６１による撮像に要する時間が増大することを抑制することができる。

図８Ａに示す例では、電子部品８の２つの目印８３、および、基板９の２つの目印９３が１視野内に配置される。この場合、撮像部６１を移動することなく、２つの目印８３および２つの目印９３を同時に撮像することができるため、電子部品８と基板９との相対位置の検出精度を向上することができる。また、電子部品８と基板９との相対位置の検出に要する時間を短くすることができる。

なお、図８Ｂに示すように、２つの目印８３の間の距離が大きく、２つの目印８３が撮像部６１の視野６１０に同時に収まらない場合、撮像部６１は、２つの目印８３の配列方向に平行に移動して（すなわち、当該方向に視野６１０を移動して）各目印８３を撮像する。同様に、２つの目印９３の間の距離が大きく、２つの目印９３が撮像部６１の視野６１０に同時に収まらない場合、撮像部６１は、２つの目印９３の配列方向に平行に移動して（すなわち、当該方向に視野６１０を移動して）各目印９３を撮像する。上述のように、２つの目印８３は、第１ミラー面５１６と第２ミラー面５１７との間の境界線５１８に平行に配置され、２つの目印９３も境界線５１８に平行に配置される。このため、目印８３の間隔や目印９３の間隔が比較的大きい場合であっても、撮像部６１を境界線５１８に平行な方向に移動するのみで（すなわち、１軸移動のみで)、各目印８３，９３の撮像が可能となる。

電子部品装着装置１では、部品搬送機構５が、互いに同様の構造を有する複数の搬送ヘッド５１を備え、複数の搬送ヘッド５１は、搬送ヘッド移動機構５２により第１の位置と第２の位置との間で移動する。また、撮像部６１は、第２の位置に位置する各搬送ヘッド５１の反射部５１３を介して、当該搬送ヘッド５１から部品保持部３１に供給された電子部品８、および、基板９をそれぞれ撮像する。このように、複数の搬送ヘッド５１を利用することにより、部品保持部３１への電子部品８の供給を効率良く行うことができる。その結果、多数の電子部品８の装着に要する時間を短縮することができる。

電子部品装着装置１では、また、複数の搬送ヘッド５１を回転軸５３を中心として回転することにより第１の位置と第２の位置との間で移動する搬送ヘッド移動機構５２が設けられることにより、電子部品装着装置１の構造を簡素化および小型化することができる。

さらに、第２の位置における一の搬送ヘッド５１と他の搬送ヘッド５１との位置誤差に基づいて、当該他の搬送ヘッド５１を介した撮像により電子部品８と基板９との相対位置を求める際の位置認識上のオフセット値が予め準備される。そして、複数の搬送ヘッド５１について、搬送ヘッド５１毎の位置誤差を調整することにより、電子部品８と基板９との相対位置を高精度に調整することができる。なお、電子部品装着装置１では、当該オフセット値に基づいて、一の搬送ヘッド５１を介した撮像時と、他の搬送ヘッド５１を介した撮像時とで、撮像位置調整部６２により撮像部６１の位置が変更されてもよい。この場合も同様に、電子部品８と基板９との相対位置を高精度に調整することができる。

上述の電子部品装着装置１では、様々な変更が可能である。

例えば、第１ミラー面５１６および第２ミラー面５１７により撮像部６１に導かれて撮像に利用される光は、必ずしも可視光である必要はない。例えば、撮像部６１として赤外線カメラが利用され、赤外光が撮像に利用されてもよい。この場合、ヘッド先端部５１１は、赤外光を透過する材料（例えば、シリコン（Ｓｉ））により形成される。また、第１ミラー面５１６および第２ミラー面５１７は、赤外光を効率良く反射する材料（例えば、金（Ａｕ））により形成される。

第２ミラー面５１７は、必ずしもヘッド先端部５１１とヘッド本体部５１２との境界に形成される必要はない。例えば、ヘッド先端部５１１のＺ方向の厚さが、第１ミラー面５１６のＺ方向の高さと略等しく、ヘッド先端部５１１とヘッド本体部５１２との境界には、第１ミラー面５１６のみが設けられてもよい。この場合、第２ミラー面５１７は、例えば、ヘッド本体部５１２の先端面にてヘッド先端部５１１から露出して設けられる。また、第２ミラー面５１７は、基板９の接合面９１から入射する光を反射して撮像部６１へと導く複数のミラー面を含んでいてもよい。第１ミラー面５１６も、電子部品８の接合面８１から入射する光を反射して撮像部６１へと導く複数のミラー面を含んでいてもよい。すなわち、反射部５１３は、少なくとも２つのミラー面を含む。換言すれば、各搬送ヘッド５１は、少なくとも２つのミラー面を含む。当該ミラー面は、例えば、表面鏡の反射面であってもよく、プリズムの反射面であってもよい。

搬送ヘッド移動機構５２は、必ずしも複数の搬送ヘッド５１を回転する機構である必要はなく、例えば、複数の搬送ヘッド５１を部品供給部５４から部品保持部３１へと直線的に移動させるリニアスライダであってもよい。部品搬送機構５では、必ずしも複数の搬送ヘッド５１が設けられる必要はなく、１つの搬送ヘッド５１のみが設けられてもよい。

電子部品８に設けられる目印８３の数は、必ずしも２つには限定されず、１つであっても、３つ以上であってもよい。１つの電子部品８の装着に利用される基板９上の目印９３の数も同様に、１つであっても、３つ以上であってもよい。ただし、電子部品８と基板９との相対位置を高精度に取得するという観点からは、電子部品８に設けられる目印８３の数、および、１つの電子部品８の装着に利用される基板９上の目印９３の数は、複数であることが好ましい。特に、電子部品８の水平面内における向き（すなわち、回転方向）を高精度に求めるためには、複数の目印８３間の距離が大きい方が好ましい（基板９の目印９３に関しても同様）。電子部品装着装置１では、撮像位置調整部６２により撮像部６１を移動させて複数回の撮像を行うことにより、複数の目印８３および複数の目印９３の撮像が行われてもよい。なお、目印８３の数が１つであっても、当該目印が、水平面内における向き（すなわち、回転方向）も表現可能なものである場合、電子部品８の位置および向きを精度良く求めることができる。

上述の例では、撮像部６１から搬送ヘッド５１に向けて照明光が出射されるが、照明光は、例えば、撮像部６１とは異なる位置に設けられた光源から、搬送ヘッド５１、または、電子部品８および基板９に向けて出射されてもよい。また、照明光は、電子部品８および基板９に対して様々な方向から入射してよい。

撮像部６１は、例えば、第２の位置に位置する搬送ヘッド５１の側方、すなわち、（＋Ｙ）側または（−Ｙ）側に配置されてもよい。この場合、第１ミラー面５１６および第２ミラー面５１７の向きおよび位置は、撮像部６１の位置に合わせて設定される。

撮像部６１は、例えば、図９に示すように、撮像位置調整部６２と共に基板９の上方に配置され、搬送ヘッド５１の（−Ｘ）側に配置されたミラー６３を介して、電子部品８の接合面８１および基板９の接合面９１を撮像してもよい。このように、撮像部６１を基板９の上方に配置することにより、搬送ヘッド５１と基板９との間の距離が小さく、あるいは、基板９が比較的大型であり、搬送ヘッド５１の側方等に撮像部６１を配置することが難しい場合であっても、電子部品８および基板９を容易に撮像することができる。また、撮像部６１を移動することなく撮像を行うことができるため、電子部品８の基板９への装着に要する時間を短くすることができる。

搬送ヘッド５１の構造は様々に変更されてよい。図１０は、他の好ましい搬送ヘッド５１の一部を示す斜視図であり、図１１は、当該搬送ヘッド５１の一部を示す縦断面図である。図１１では、図１０に示す搬送ヘッド５１のＹ方向の中央における断面を示す。図１０および図１１に示す例では、ヘッド先端部５１１のうち、電子部品８と接する上部（以下、「部品接触部５１９」という。）はガラスで形成され、照明光が通過する他の部位には、第１ミラー面５１６および第２ミラー面５１７が内部に配置される貫通孔５１０が設けられる。ヘッド先端部５１１の（−Ｘ）側の面、および、（−Ｚ）側の面には、貫通孔５１０の端部である開口が設けられる。また、ヘッド先端部５１１の他の部位は、照明光を透過する必要はないため、様々な材料（例えば、ステンレス鋼）により形成されてよい。

搬送ヘッド５１および部品保持部３１では、電子部品８は必ずしも吸引吸着により保持される必要はなく、例えば、電気的あるいは磁気的に吸着されることにより保持されてもよい。

上述の例では、保持部移動機構２２が基板９をＸ方向およびＹ方向に移動し、保持部回転機構４１および保持部昇降機構４２が電子部品８を回転し、Ｚ方向に移動するが、電子部品８と基板９との相対移動および相対的な回転は、様々な機構により行われてよい。また、一の方向に電子部品８を移動する機構と当該一の方向に基板９を移動する機構の双方が設けられてもよく、電子部品８を回転する機構と基板９を回転する機構の双方が設けられてもよい。

電子部品装着装置１では、半導体のベアチップ部品や半導体発光素子以外の様々な電子部品８が装着されてよい。電子部品８は、例えば、半導体部品を含む成型加工半導体の板状部品、パッケージされた半導体集積回路（ＩＣ）、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイス、または、複数個を基板９に接合できる程度に小さい部品や小型の基板であってもよい。

電子部品装着装置１により電子部品８が装着される対象物は、半導体基板以外の様々な基板であってよい。基板９は、例えば、ガラス、セラミック、金属、プラスチック等の材料、または、複数の材料を利用した複合材料により形成されてもよい。基板９の平面視における形状は、例えば、略矩形であってもよい。

また、電子部品装着装置１により、基板以外の様々な対象物に電子部品８が装着されてもよい。例えば、電子部品装着装置１では、基板上に装着された電子部品８を対象物として、当該電子部品８上に他の電子部品８が装着されてもよい。あるいは、対象物は、例えば、複数の電子部品８が２次元的に配置された集合体（例えば、ウエハからダイシングされ粘着シート上に配置されたもの）であってもよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

１ 電子部品装着装置
５ 部品搬送機構
８ 電子部品
９ 基板
２１ 基板保持部
２２ 保持部移動機構
３１ 部品保持部
４１ 保持部回転機構
４２ 保持部昇降機構
５１ 搬送ヘッド
５２ 搬送ヘッド移動機構
５３ 回転軸
６１ 撮像部
８１ （電子部品の）接合面
９１ （基板の）接合面
５１１ ヘッド先端部
５１２ ヘッド本体部
５１３ 反射部
５１６ 第１ミラー面
５１７ 第２ミラー面
Ｓ１１〜Ｓ１７ ステップ

Claims (9)

1. 対象物に電子部品を装着する電子部品装着装置であって、
   対象物を保持する対象物保持部と、
   部品供給部から電子部品を搬送する部品搬送機構と、
   前記部品搬送機構から前記電子部品を受け取って保持する部品保持部と、
   前記対象物保持部に保持された前記対象物および前記部品保持部に保持された前記電子部品をそれぞれ撮像する撮像部と、
   前記撮像部からの出力に基づいて前記電子部品と前記対象物との相対位置を調整する装着位置調整部と、
   前記部品保持部を前記対象物保持部に向けて移動し、前記電子部品を前記対象物に装着する装着機構と、
   を備え、
   前記部品搬送機構が、
   第１の位置にて前記電子部品を保持するとともに前記対象物保持部と前記部品保持部との間の第２の位置にて前記部品保持部に前記電子部品を供給し、少なくとも２つのミラー面を含む搬送ヘッドと、
   前記搬送ヘッドを前記第１の位置と前記第２の位置との間で移動する搬送ヘッド移動機構と、
   を備え、
   前記撮像部が、前記第２の位置に位置する前記搬送ヘッドの前記少なくとも２つのミラー面を介して、前記対象物の接合面および前記搬送ヘッドから前記部品保持部に供給された前記電子部品の接合面をそれぞれ撮像することを特徴とする電子部品装着装置。
2. 請求項１に記載の電子部品装着装置であって、
   前記搬送ヘッドが、
   光を透過する材料にて形成されるヘッド先端部と、
   前記ヘッド先端部を支持するヘッド本体部と、
   を備え、
   前記少なくとも２つのミラー面が、
   前記ヘッド先端部と前記ヘッド本体部との境界に形成され、前記部品保持部に保持された前記電子部品の前記接合面から前記ヘッド先端部を介して入射する光を反射して前記撮像部へと導く第１ミラー面と、
   前記対象物の前記接合面から入射する光を反射して前記撮像部へと導く第２ミラー面と、
   を含むことを特徴とする電子部品装着装置。
3. 請求項２に記載の電子部品装着装置であって、
   前記ヘッド先端部が、可視光を透過する材料にて形成され、
   前記第１ミラー面および前記第２ミラー面が、可視光を反射して前記撮像部へと導くことを特徴とする電子部品装着装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、
   前記電子部品の前記接合面に複数の目印が設けられており、
   前記電子部品が前記部品保持部に保持された状態で、前記複数の目印から前記撮像部までのそれぞれの距離が互いに等しいことを特徴とする電子部品装着装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、
   前記電子部品の前記接合面および前記基板の前記接合面にそれぞれ目印が設けられており、
   前記撮像部と前記電子部品の目印との間の光学的な距離と、前記撮像部と前記対象物の目印との間の光学的な距離とが略等しいことを特徴とする電子部品装着装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、
   前記第１の位置および前記第２の位置が、回転軸を中心とする円周上に位置し、
   前記搬送ヘッド移動機構が、前記回転軸を中心として前記搬送ヘッドを回転することにより、前記搬送ヘッドが、前記第１の位置と前記第２の位置との間で移動することを特徴とする電子部品装着装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の電子部品装着装置であって、
   前記部品搬送機構が、前記搬送ヘッドと同様の構造を有し、前記搬送ヘッド移動機構により前記第１の位置と前記第２の位置との間で移動する他の搬送ヘッドをさらに備え、
   前記撮像部が、前記第２の位置に位置する前記他の搬送ヘッドの少なくとも２つのミラー面を介して、前記対象物および前記他の搬送ヘッドから前記部品保持部に供給された電子部品をそれぞれ撮像することを特徴とする電子部品装着装置。
8. 請求項７に記載の電子部品装着装置であって、
   前記第２の位置における前記搬送ヘッドと前記他の搬送ヘッドとの位置誤差に基づいて、前記他の搬送ヘッドを介した撮像により前記相対位置を求める際の位置認識上のオフセット値が準備されることを特徴とする電子部品装着装置。
9. 対象物に電子部品を装着する電子部品装着方法であって、
   ａ）第１の位置に位置する搬送ヘッドにより電子部品を保持する工程と、
   ｂ）前記搬送ヘッドを第１の位置から第２の位置へと移動する工程と、
   ｃ）部品保持部が第２の位置に位置する搬送ヘッドから電子部品を受け取る工程と、
   ｄ）前記第２の位置に位置する前記搬送ヘッドの少なくとも２つのミラー面を介して、対象物の接合面および前記部品保持部に保持された前記電子部品の接合面をそれぞれ撮像する工程と、
   ｅ）前記ｄ）工程における撮像結果に基づいて前記電子部品と前記対象物との相対位置を調整する工程と、
   ｆ）前記搬送ヘッドを前記第２の位置から退避させる工程と、
   ｇ）前記電子部品を前記対象物に装着する工程と、
   を備えることを特徴とする電子部品装着方法。

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