JP6390925B2 - 部品実装装置 - Google Patents

Description

本発明は、部品を基板に実装する部品実装装置に関する。

近年、スマートフォン又はタブレット端末に代表される電子機器の小型化及び高性能化の進展に伴い、これらの端末に使用される半導体素子などの部品の高密度化、電極端子の多ピン化、及び、狭ピッチ化の流れが加速している。そのため、基板に半導体素子を実装する実装装置においては、基板の限られた狭い領域に高精度で実装することが求められている。

通常、ダイボンディングと呼ばれる半導体実装方法においては、半導体素子の電極面に形成された認識マークと、基板の電極面に形成された認識マークとをカメラ等の認識手段によって読み取り、得られた相対位置情報に基づき位置合わせをした後、実装することにより、所定の精度に実装してきた。しかし、通常の実装装置においては、半導体素子の吸着ノズルが不透明な部材から成るため、吸着ノズルで半導体素子を吸着する前にＣＣＤカメラなどで半導体素子の認識マークを認識していた。そのために、半導体素子を吸着ノズルで吸着する際の位置ずれが補正されずに、認識の位置からずれたまま実装されることになり、高精度化が図れないといった問題があった。

このような要求に対応するものとして、吸着ノズル内に光路方向変換部材が設けられ、吸着ノズルの側方に設けられた認識手段によって、吸着ノズルで吸着した半導体素子の認識マークを読み取ることにより、吸着による位置ずれを取得し、取得した位置ずれを補正して、実装の精度を向上する実装装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１０Ａは、特許文献１で提案されている半導体装置の実装装置１０１を概念的に示す構成図である。実装装置１０１は、半導体素子１０２を基板１０３に実装する装置である。半導体素子１０２には、複数の位置合わせ用の認識マーク１０４が形成されており、基板１０３には、複数の位置合わせ用の認識マーク１０５が、半導体素子１０２を実装する領域よりも外側に形成されている。半導体素子１０２を吸着保持する吸着ノズル１０６の内部には、光路方向変換手段としてプリズム１０９が設けられ、プリズム１０９の斜面１０９ａで下方からの半導体素子１０２の認識マーク１０４及び基板１０３の認識マーク１０５の反射像を、全反射により、側方に方向変換するようになっている。光路におけるプリズム斜面１０９ａの下部及び側部は、透明ガラスで構成されている。このため、認識マーク１０４と認識マーク１０５との位置情報を、吸着ノズル１０６の側方に設けられたＣＣＤカメラ１１１で読み取ることができる。

図１０Ｂは、図１０Ａの実装装置１０１における認識マーク１０４、１０５の位置合わせの一例を示す、半導体素子１０２と基板１０３との平面図である。図１０Ｂに示すように、半導体素子１０２の認識マーク１０４と、その外側に位置する基板１０３の認識マーク１０５とが、ＣＣＤカメラ１１１の視野幅Ｗ以下の範囲内に配列するようにして、位置合わせが行われる。これらの認識マーク１０４、１０５を１視野で読み取ることにより、ＣＣＤカメラ１１１をＸ又はＹ方向に位置制御するだけで、焦点を合わせて、各認識マーク１０４、１０５を認識できるようになる。

前記のような実装装置１０１によれば、ＣＣＤカメラ１１１が吸着ノズル１０６の駆動軸とは分離して配置されているため、吸着ノズル１０６の中央部、すなわち吸着ノズル１０６が保持している半導体素子１０２の中央部で加圧できるようになり、中央部でモーメントを発生することがなくなり、接合時の位置ずれを防止して、実装精度を大幅に向上することができるとされている。特に微小な半導体素子（例えば、一辺が０．２〜０．５ｍｍの正方形の半導体素子）において、位置合わせ及び接合を容易にできるとされている。

国際公開第２００３／０４１４７８号

半導体装置の高密度化に対する進展は著しく、大容量のメモリ又はアプリケーションプロセッサ等の外形が大きな高機能半導体素子を、従来よりも高精度に実装することが求められる。

しかし、特許文献１に提案される半導体装置の製造装置においては、外形が大きな半導体素子を１視野で認識するために、ＣＣＤカメラの倍率を低倍率に設定する必要がある。しかしながら、画像の解像度が低下するため、認識精度が低下し、実装精度のばらつきが大きくなるといった問題があった。例えば、半導体素子の外形寸法が１２ｍｍ×１２ｍｍの大型を用いるとともに倍率０．３倍のＣＣＤカメラを用いた場合、１画素あたりの分解能が１２〜１５μｍとなり、実装精度は±１５〜±２０μｍとなる。

一方、大型の半導体素子１０２を１視野ではなく２視野で認識しようとした場合、認識マークを個々に認識するために、１台のＣＣＤカメラ１１１をそれぞれの認識マークまで移動しなければならない。特に、１２ｍｍ×１２ｍｍの大型部品の後に、１ｍｍ×１ｍｍの部品を実装する場合にも、視野を部品のそれぞれの認識マークを個々に認識するために、１台のＣＣＤカメラ１１１をそれぞれの認識マークの位置まで移動しなければならない。

しかし、ＣＣＤカメラ１１１を移動すると、移動時に発生する振動により認識精度が低下する。また、ＣＣＤカメラ１１１を一方向に移動するのみでは焦点が合わなくなるため、ＣＣＤカメラ１１１から半導体素子１０２上の認識マーク１０４までの光路長を一定に保つように、ＣＣＤカメラ１１１を移動させる必要がある。そのために、認識までの時間が長くなり、生産性に問題があった。

本発明の部品実装装置は、前記課題を鑑み、部品の外形サイズの変更の度に、光軸調整及び焦点距離合わせを行う必要がなく、非常に高い精度で短時間で基板に部品を実装することができる部品実装装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の１つの態様によれば、位置合わせ用の第１パターン特徴部及び第２パターン特徴部を有する部品を保持して、位置合わせ用の第１パターン特徴部及び第２パターン特徴部を有する基板に実装可能でかつ光学的に透過撮像可能な保持部材を下端に有するとともに、前記保持部材に至る第１貫通穴及び第２貫通穴を有する実装ヘッドと、
前記第１貫通穴及び前記第２貫通穴の上方の前記実装ヘッドに配置されて、前記第１貫通穴及び前記第２貫通穴を通る第１撮像光路及び第２撮像光路を、前記第１貫通穴及び前記第２貫通穴の上方において前記第１貫通穴及び前記第２貫通穴の貫通穴配列方向と交差する方向でかつ互いに異ならせる方向にそれぞれ反射させる第１反射光学系と、
前記第１撮像光路及び前記第２撮像光路のいずれか一方を、いずれか他方と同じ方向に反射させる第２反射光学系と、
前記保持部材及び前記実装ヘッドの前記第１貫通穴を通りかつ前記第１反射光学系で反射された前記第１撮像光路を利用して、前記保持部材で保持した前記部品の上面の前記第１パターン特徴部と前記基板の前記第１パターン特徴部と、前記保持部材及び前記実装ヘッドの前記第２貫通穴を通りかつ前記第１反射光学系及び前記第２反射光学系で反射された前記第２撮像光路を利用して、前記保持部材で保持した前記部品の上面の前記第２パターン特徴部と前記基板の前記第２パターン特徴部とを同時に撮像する撮像装置を有する撮像ユニットと、
前記部品の前記第１パターン特徴部及び前記第２パターン特徴部の位置に応じて前記撮像ユニットを前記貫通穴配列方向沿いに移動させて位置調整する移動調整装置とを備える、
部品実装装置を提供する。

本発明の前記態様によれば、部品の外形サイズの変更の度に、光軸調整及び焦点距離合わせを行う必要がなく、非常に高い精度で短時間で基板に部品を実装することができる。

本発明の第１実施形態にかかる部品実装装置による実装動作を説明するための一部縦断面図 第１実施形態にかかる部品実装装置の実装ヘッドの拡大平面図 第１実施形態にかかる部品実装装置の実装ヘッドの第１反射光学系付近の拡大縦断面図 第１実施形態にかかる部品実装装置の実装ヘッドの第１及び第２反射光学系付近の拡大縦断面図 第１実施形態にかかる部品実装装置の実装ヘッドと撮像ユニットの平面図 第１実施形態にかかる部品実装装置の実装ヘッドの第１貫通穴と第２貫通穴とにより観察される、小さな部品と基板とのそれぞれのパターン特徴部を説明するための平面図 図２Ａの場合における第１及び第２撮像光路と第１及び第２反射光学系との関係を説明するための説明図 第１実施形態にかかる部品実装装置の実装ヘッドの第１貫通穴と第２貫通穴とにより観察される、大きな部品と基板とのそれぞれのパターン特徴部を説明するための平面図 図２Ｃの場合における第１及び第２撮像光路と第１及び第２反射光学系との関係を説明するための説明図 第２実施形態にかかる部品実装装置の実装ヘッドの拡大平面図 第２実施形態にかかる部品実装装置の実装ヘッドの第１貫通穴と第２貫通穴とにより観察される、小さな部品と基板とのそれぞれのパターン特徴部を説明するための平面図 第２実施形態にかかる部品実装装置の撮像装置での認識エリアの説明図 第３実施形態にかかる部品実装装置の実装ヘッドと撮像ユニットの平面図 第４実施形態にかかる部品実装装置の実装ヘッドと撮像ユニットの平面図 第５実施形態にかかる部品実装装置の実装ヘッドの第１貫通穴と第２貫通穴とにより観察される、小さな部品と基板とのそれぞれのパターン特徴部を説明するための平面図 第６実施形態にかかる部品実装装置の実装ヘッドにおいて第１及び第２撮像光路と第１反射光学系と２つの第２反射光学系との関係を説明するための説明図 第７実施形態にかかる部品実装装置の実装ヘッドの１つの貫通穴より観察される、微小な部品と基板とのそれぞれのパターン特徴部を説明するための平面図 図９Ａの場合における第１撮像光路と第１及び第２反射光学系との関係を説明するための説明図 図９Ａの場合における第２撮像光路と第１及び第２反射光学系との関係を説明するための説明図 特許文献１で提案されている半導体装置の実装装置を概念的に示す概略構成図 図１０Ａの実装装置における認識マークの位置合わせの一例を示す、部品と基板の平面図

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１Ａは、本発明の第１実施形態における部品実装装置の構成を示す概略断面図である。図１Ｂは、部品実装装置の実装ヘッド１の反射光学系を露出させた状態での平面図である。図１Ｃ及び図１Ｄはそれぞれ反射光学系における撮像光路の反射状態を説明するための一部拡大された概略縦断面図である。図１Ｅは実装ヘッド１と撮像ユニット１１との関係を示す平面図である。

図１Ａ〜図１Ｅに示す本発明の第１実施形態における部品実装装置は、実装ヘッド１と、第１反射光学系６１と、第２反射光学系６２と、撮像ユニット１１と、移動調整装置７０とを備えて構成されている。

実装ヘッド１は、少なくとも、ヘッド本体部１ａと、ヘッド本体部１ａの下端に固定された保持部材５とで構成されている。保持部材５は、一例として吸着ノズル５で構成されている。吸着ノズル５は、部品２を保持し、保持した部品２を、ステージ１２に保持された基板１３に実装可能で、かつ光学的に透過撮像可能に透明な材料で構成されている。なお、部品２の保持方法は、例えば、真空吸着、静電気、又は、機械チャックが用いられる。ステージ１２は、制御装置５１の制御の下に公知の駆動装置などにより、上下方向（Ｚ方向）と直交するＸＹ方向及びＺ方向回りのθ方向に移動可能としている。

部品２は、被実装部材の一例として機能し、例えばシリコーン、窒化ガリウム、又はシリコーンカーバイド等の不透明な材料から成る四角形の薄い板状部材のダイすなわちＩＣチップなどが例示される。部品２の一方の面（図１Ａでは上面）２ａには、位置合わせ用認識マークの例として小さな正方形などの第１パターン特徴部３ａ及び第２パターン特徴部３ｂが、例えば、正方形の部品２の少なくとも一対の対角位置に形成されている（図２Ａ参照）。もう一方の面（図１Ａでは下面）２ｂには、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、又はシリコーン樹脂などの熱硬化型接着剤、熱可塑性接着剤、導電性接着剤、又はクリームはんだで構成される接着層（図示せず）が形成されている。接着層は、接合層の一例である。

また、基板１３は、例えばシリコーン、ガラス、ステンレス、又は樹脂基板などから成り、平面形状は、円形、又は矩形状などである。基板１３の上面（図１Ａでは上面）２ａにも、位置合わせ用認識マークの例として小さなＬ字形状などの第１パターン特徴部１６ａ及び第２パターン特徴部１６ｂが、例えば、四角形の基板１３の部品実装位置付近でかつ部品２の第１パターン特徴部３ａ及び第２パターン特徴部３ｂの近傍の少なくとも一対の対角位置に形成されている（図２Ａ参照）。

吸着ノズル５には、真空ポンプ４１に接続された真空室（図示せず）と、真空室に接続された多数の吸引孔（図示せず）とがあり、吸引孔を介して部品２を真空保持可能としている。吸着ノズル５は、例えば、サファイヤ、石英、ガラス、又は耐熱プラスチックなどで構成されている。

ヘッド本体部１ａは、直方体板形状のプリズムブロック７１と、直方体板形状の冷却ブロック６８と、直方体板形状のヒーターブロック６７とで構成されている。プリズムブロック７１内には、第１反射光学系６１と第２反射光学系６２とを配置している。第１反射光学系６１と第２反射光学系６２によって光路変換された画像が認識できる方向に撮像ユニット１１が配置されている。

プリズムブロック７１の下端面には冷却ブロック６８が固定され、冷却ブロック６８の下端面にはヒーターブロック６７が固定され、ヒーターブロック６７の下端面には、吸着ノズル５が固定されている。

ヒーターブロック６７には、加熱装置の一例として機能するヒーター６が内蔵されて吸着ノズル５を介して部品２を加熱可能としている。このヒーター６による加熱は、部品２を基板１３に実装したとき接着層を軟化したり、半田などの接合材を溶融させるために使用する。

冷却ブロック６８は、冷却水などが循環する冷却通路（図示せず）が配置されて、ヒーターブロック６７でのヒーター６によりヘッド本体部１ａが加熱されないように冷却する。

冷却ブロック６８及びヒーターブロック６７には、上下方向に貫通して保持部材５の上面に至り、かつそれぞれ楕円形などの長穴の平面形状の第１貫通穴６９ａ及び第２貫通穴６９ｂを上下方向に有している。部品２を保持した吸着ノズル５が基板１３の実装位置の上方に位置するとき、第１貫通穴６９ａの下端開口内には、保持部材５を透過して、部品２の位置合わせ用の第１パターン特徴部３ａ及び基板１３の第１パターン特徴部１６ａが検出可能に位置するとともに、第２貫通穴６９ｂの下端開口内には、保持部材５を透過して、部品２の位置合わせ用の第２パターン特徴部３ｂ及び基板１３の第２パターン特徴部１６ｂが検出可能に位置している（図２Ａ参照）。

第１反射光学系６１は、一例として、互いに１８０度異なる２つの反射面、すなわち第１反射面６１ａと第２反射面６１ｂとを有する直方体形状の第１プリズム６１で構成されている。第１反射光学系６１は、このように反射プリズム又は反射ミラーで構成することができる。第１プリズム６１は、実装ヘッド１のヘッド本体部１ａの上部のプリズムブロック７１内に収納され、かつ第１貫通穴６９ａ及び第２貫通穴６９ｂの上方に配置されて、第１貫通穴６９ａの上端開口内には、第１反射光学系６１の第１反射面６１ａが位置するとともに、第２貫通穴６９ｂの上端開口内には、第１反射光学系６１の第２反射面６１ｂが位置している。よって、第１貫通穴６９ａ及び第２貫通穴６９ｂを通る縦方向の第１撮像光路６５及び第２撮像光路６６を、２つの第１及び第２反射面６１ａ，６１ｂで、第１貫通穴６９ａ及び第２貫通穴６９ｂの上方において第１貫通穴６９ａ及び第２貫通穴６９ｂの貫通穴配列方向８０と交差する方向（例えば直交する横方向）でかつ互いに異ならせる方向（例えば、１８０度異なる方向、すなわち、図１Ｂ及び図２Ｂでは右斜め下方向と左斜め上方向）にそれぞれ反射させることができる。

第２反射光学系６２は、実装ヘッド１のヘッド本体部１ａの上部のプリズムブロック７１内に配置され、一例として、三角形板状の第２プリズム６２で構成されている。第２反射光学系６２は、このように反射プリズム又は反射ミラーで構成することができる。第２プリズム６２は、図２Ｂに示すように、三角形の斜辺に相当する２つの側面、すなわち第１反射側面６２ａと第２反射側面６２ｂとでそれぞれ９０度に反射させることにより、第１撮像光路６５及び第２撮像光路６６のいずれか一方の撮像光路（例えば、図１Ｂでは第２撮像光路６６）を、いずれか他方（例えば、図１Ｂでは第１撮像光路６５）と同じ方向に反射させることができる。

撮像ユニット１１は、一例として、それぞれカメラなどで構成される２つの撮像装置、すなわち第１及び第２撮像装置１１ａ，１１ｂを１つの撮像ステージ１１ｃに固定して構成されている。撮像ステージ１１ｃは、実装ヘッド１に対して相対的に移動可能に実装ヘッド１に連結部材１４で連結され、実装ヘッド１と一体的に移動可能に配置している。よって、部品２を保持した吸着ノズル５が基板１３の実装位置の上方に位置するとき、第１撮像装置１１ａには、吸着ノズル５で保持した部品２の上面の第１パターン特徴部３ａ及び基板１３の第１パターン特徴部１６ａが、透明な吸着ノズル５を透過し、実装ヘッド１の第１貫通穴６９ａを貫通し、第１反射光学系６１の第１反射面６１ａで９０度だけ第１撮像装置１１ａに向けて反射された、第１撮像光路６５を利用して入ることにより、撮像される。また、第２撮像装置１１ｂには、吸着ノズル５で保持した部品２の上面の第２パターン特徴部３ｂ及び基板１３の第２パターン特徴部１６ｂが、透明な吸着ノズル５を透過し、実装ヘッド１の第２貫通穴６９ｂを貫通し、第１反射光学系６１の第２反射面６１ｂで９０度だけ第２撮像装置１１ｂとは反対側に一旦反射されたのち、第２反射光学系６２の第１反射側面６２ａと第２反射側面６２ｂとでそれぞれ９０度反射されて第２撮像装置１１ｂに向けられた、第２撮像光路６６を利用して入ることにより、撮像される。第１反射光学系６１の第１反射面６１ａから第１撮像装置１１ａに向けての第１撮像光路６５と、第２反射光学系６２の第２反射側面６２ｂから第２撮像装置１１ｂに向けての第２撮像光路６６は平行である。このように構成することにより、部品２を保持した吸着ノズル５が基板１３の実装位置の上方に位置するとき、吸着ノズル５で保持した部品２の上面の第１パターン特徴部３ａ及び基板１３の第１パターン特徴部１６ａと部品２の第２パターン特徴部３ｂ及び基板１３の第２パターン特徴部１６ｂとを第１撮像装置１１ａと第２撮像装置１１ｂとで同時に撮像可能としている。このように、第１撮像光路６５では、第１反射光学系６１の第１反射面６１ａで１回反射され、第２撮像光路６６では、第１反射光学系６１の第２反射面６１ｂと第２反射光学系６２の第１反射側面６２ａと第２反射側面６２ｂとの３回反射され、全体として合計４回反射されることになる。このように、実装ヘッド１の構成上、実装ヘッド１の真上には撮像装置が配置できず、実装ヘッド１の横に撮像装置を配置する場合には、部品側から撮像装置までの間で、反射光学系により、全体として偶数回反射させることにより、撮像装置で部品２と基板１３との２つずつのパターン特徴部を同時に撮像することができる。

また、第１及び第２撮像装置１１ａ，１１ｂには、画像処理装置４２が接続されており、第１及び第２撮像装置１１ａ，１１ｂと画像処理装置４２とで画像認識装置の一例として機能する。第１及び第２撮像装置１１ａ，１１ｂで撮像された画像情報から、第１パターン特徴部３ａ及び第２パターン特徴部３ｂの位置及び基板１３の第１パターン特徴部１６ａ及び第２パターン特徴部１６ｂの位置を画像処理装置４２で背景差分法などの公知の画像処理を行って読み取ることができる。保持された部品２の第１パターン特徴部３ａ及び第２パターン特徴部３ｂ及び基板１３の第１パターン特徴部１６ａ及び第２パターン特徴部１６ｂの画像は、吸着ノズル５を透過したのち、第１貫通穴６９ａ及び第２貫通穴６９ｂをそれぞれ貫通し、第１反射光学系６１及び／又は第２反射光学系６２によって第１及び第２撮像装置１１ａ，１１ｂの撮像面に方向変換し、第１及び第２撮像装置１１ａ，１１ｂに取り込まれて、部品２の第１パターン特徴部３ａ及び第２パターン特徴部３ｂの位置情報と基板１３の第１パターン特徴部１６ａ及び第２パターン特徴部１６ｂの位置情報とを画像処理装置４２で読み取ることができる（図２Ａ参照）。ここで、部品２上の２箇所の第１パターン特徴部３ａ及び第２パターン特徴部３ｂの位置情報から、吸着ノズル５の重心の座標に対する部品２の相対座標を、位置ずれ量として、画像処理装置４２に接続された位置算出部５０で算出する。同様に、基板１３上の２箇所の第１パターン特徴部１６ａ及び第２パターン特徴部１６ｂの位置情報から、ステージ１２の重心の座標に対する基板１３の相対座標を、位置ずれ量として、画像処理装置４２に接続された位置算出部５０で算出する。算出したそれぞれの情報は、制御装置５１に出力される。なお、図２Ａにおいて、左下の四角形の点線１１ａ−Ａは、第１パターン特徴部３ａ及び第１パターン特徴部１６ａを含む第１撮像装置１１ａの認識エリアであり、右上の四角形の点線１１ｂ−Ｂは、第２パターン特徴部３ｂ及び第２パターン特徴部１６ｂを含む第２撮像装置１１ｂの認識エリアである。

実装ヘッド１には、さらに、ヘッド昇降駆動機構４０と、ヘッド移動機構５２とを備えている。

ヘッド昇降駆動機構４０は、実装ヘッド１に対向するように設けられた基板１３を保持するステージ１２の平面に対し垂直方向（例えば上下方向すなわちＺ方向）に実装ヘッド１を駆動する。

ヘッド移動機構５２は、ヘッド昇降駆動機構４０による実装ヘッド１の移動方向（例えば上下方向）と直交する横方向（例えばＸＹ方向）に実装ヘッド１を移動可能としている。

制御装置５１は、ヘッド昇降駆動機構４０と、ヒーター６と、真空ポンプ４１と、ヘッド移動機構５２と、移動調整装置７０と、画像処理装置４２と、位置算出部５０と、ステージ１２とをそれぞれ駆動制御する。制御装置５１は、画像処理装置４２で認識され位置算出部５０で算出された位置座標を基に、ヘッド昇降駆動機構４０及びヘッド移動機構５２さらにヒーター６と真空ポンプ４１とをそれぞれ駆動制御して、部品２と基板１３との位置合わせを行いつつ部品実装することができる。

移動調整装置７０は、制御装置５１での制御下に、第１及び第２撮像装置１１ａ，１１ｂが固定された撮像ステージ１１ｃを、部品２の大きさ、具体的には、部品２の第１パターン特徴部３ａ及び第２パターン特徴部３ｂの位置に応じて、貫通穴配列方向８０沿いに移動させて位置調整可能としている。移動調整装置７０の例としては、エアシリンダなどのリニアアクチュエータ又はモータとリニアガイドとボールねじとで構成されて直線的に往復移動可能な直動装置で構成することができる。

移動調整装置７０により撮像ユニット１１を移動させて位置調整することについて、さらに詳しく説明する。

部品２の大きさが異なる場合、撮像ユニット１１を移動して、第１反射光学系６１及び第２反射光学系６２における反射位置をそれぞれ変更することにより第１及び第２撮像光路６５，６６を平行移動させ、同じ２つの第１及び第２撮像装置１１ａ，１１ｂで、異なる位置での部品２の第１パターン特徴部３ａ及び第２パターン特徴部３ｂを認識することができる。例えば、図２Ａのような小さい部品２Ａの場合、図２Ｂの点線及び図２Ｄの一点鎖線で示す第１撮像光路６５Ａ及び第２撮像光路６６Ａの部品２上でのそれぞれの位置は互いに接近しており、小さい部品２Ａの第１パターン特徴部３ａ及び第２パターン特徴部３ｂと基板１３の第１パターン特徴部１６ａ及び第２パターン特徴部３ｂとを第１及び第２撮像装置１１ａ，１１ｂで同時に認識することができる。一方、図２Ｃのような大きな部品２Ｂの場合、図２Ｄの一点鎖線で示す第１撮像光路６５Ａ及び第２撮像光路６６Ａの位置から図２Ｄの点線で示す第１撮像光路６５Ｂ及び第２撮像光路６６Ｂまで、言い換えれば、撮像ユニット１１を、一点鎖線の位置１１Ａから点線の位置１１Ｂまで、矢印８１で示すように、移動調整装置７０で移動させる。こうすることにより、図２Ｄの点線で示す第１撮像光路６５Ｂ及び第２撮像光路６６Ｂのように、第１反射光学系６１及び第２反射光学系６２における反射位置をそれぞれ変更すれば、図２Ｄの点線で示す第１撮像光路６５Ｂ及び第２撮像光路６６Ｂの部品２上でのそれぞれの位置が互いに遠ざかり、大きい部品２Ｂの第１パターン特徴部３ａ及び第２パターン特徴部３ｂと基板１３の第１パターン特徴部１６ａ及び第２パターン特徴部３ｂとを第１及び第２撮像装置１１ａ，１１ｂで同時に認識することができる。ここで、一例として、小さい部品２Ｂの大きさは、１ｍｍ×１ｍｍであり、大きい部品２Ａの大きさは１２ｍｍ×１２ｍｍである。

なお、移動調整装置７０による撮像ユニット１１の移動量は、例えば、小さい部品２Ｂの第１パターン特徴部３ａの位置と、大きい部品２Ａの第１パターン特徴部３ａの位置との差に対応する寸法９０だけ、撮像ユニット１１を移動させればよい。

前記第１実施形態にかかる部品実装装置は、以下のように実装動作を行う。以下の一連の実装動作は、制御装置５１により動作制御されている。

部品２を搭載する移載ステージ（図示しない）と、基板１３を搭載するステージ１２とが一定距離離れた位置に設けられている。実装ヘッド１は、移載ステージとステージ１２との間の往復移動を可能にする水平方向のヘッド移動機構５２と垂直方向のヘッド昇降駆動機構４０を備えて、制御装置５１でそれぞれ駆動制御している。撮像ユニット１１は、実装ヘッド１の近傍の側方に移動調整装置７０により移動調整可能に配置されている。

このような状態で、まず、制御装置５１の制御の下で、移載ステージ上に搭載された部品２を移載ステージ用カメラ（図示せず）で部品２に形成された第１及び第２パターン特徴部３ａ，３ｂを認識し、制御装置５１からの実装ヘッド１の位置情報を読み取る。

その後、第１及び第２パターン特徴部３ａ，３ｂの認識情報（第１及び第２パターン特徴部３ａ，３ｂの相対座標の位置情報）と実装ヘッド１の位置情報（実装ヘッド１の絶対座標の位置情報）とに基づき、ヘッド移動機構５２とヘッド昇降駆動機構４０との駆動制御により、移載ステージ上に搭載された部品２に対して実装ヘッド１をＸ、Ｙ、及びθ方向（Ｚ方向回りの回転方向）に位置合わせして下降させて、実装ヘッド１の吸着ノズル５を部品２に接触させ、真空吸着動作により実装ヘッド１の吸着ノズル５に保持される。なお、移載ステージに、それぞれの部品２が収納可能な凹形状になっているなどの位置合わせ機構がある場合は、第１撮像装置１１ａ及び第２撮像装置１１ｂを用いなくとも構わない。ここで、実装時間を短縮するために、実装ヘッド１は、ヒーター６により予め加熱していても構わない。

次に、制御装置５１の制御の下で、制御装置５１内に保持する記憶部に記憶されているステージ１２上に搭載された基板１３の部品実装位置の情報を基に、ヘッド移動機構５２とヘッド昇降駆動機構４０との駆動制御により、実装ヘッド１を基板１３の部品実装位置の上方位置まで移動させて、第１貫通穴６９ａ及び第２貫通穴６９ｂからの第１撮像光路６５及び第２撮像光路６６上の第１撮像装置１１ａの認識エリア及び第２撮像装置１１ｂの認識エリア内に部品２の第１パターン特徴部３ａ及び第２パターン特徴部３ｂと基板１３の第１パターン特徴部１６ａ及び第２パターン特徴部１６ｂを入るようにする。

次に、制御装置５１の制御の下で、第１撮像装置１１ａで部品２の第１パターン特徴部３ａと基板１３の第１パターン特徴部１６ａとを撮像すると同時に、第２撮像装置１１ｂで部品２の第２パターン特徴部３ｂと基板１３の第２パターン特徴部１６ｂとを撮像する。

次に、制御装置５１の制御の下で、撮像された画像を基に画像処理装置４２での画像処理により、実装ヘッド１に保持された部品２上の２つの第１及び第２パターン特徴部３ａ，３ｂと基板１３上の２つの第１及び第２パターン特徴部１６ａ，１６ｂとを同時に画像認識し、画像認識結果を基に、基板１３に対する部品２の相対座標を位置算出部５０により算出する。

次に、制御装置５１の制御の下で、位置算出部５０での算出結果に基づき、位置ずれを補正するように実装ヘッド１をヘッド移動機構５２によりＸ、Ｙ、θ方向に移動させ、又は／及びステージ１２をＸ、Ｙ、θ方向に移動させて位置調整したのち、基板１３に部品２を加圧しながらヘッド昇降駆動機構４０により下降させて実装する。ここで、実装ヘッド１の吸着ノズル５を伝って部品２の裏面の接着層にヒーター６の熱が伝わり、熱によって軟化した接着層は、基板１３に押し当てられて接着される。

このような実装方法によれば、実装直前に、部品２の第１及び第２パターン特徴部３ａ，３ｂと基板１３の第１パターン特徴部１６ａ及び第２パターン特徴部１６ｂとの合計４個のパターン特徴部を２つの第１及び第２撮像装置１１ａ，１１ｂと画像処理装置４２とで同時に撮像して画像認識するため、撮像装置で複数回の撮像動作をすることなく、一度の撮像動作でよいため、撮像処理時間を短縮することができ、認識精度ばらつきも減少させることが可能となり、かつ実装直前の部品２と基板１３との位置情報に基づき実装できるため、非常に高い精度で実装することが可能になる。

また、部品２の大きさが異なる場合には、以下のような移動調整動作が必要となる。ここでは、一例として、図２Ｂ及び図２Ｃに示す小さな部品２Ａについて実装動作を行ったのち、次いで、図２Ｃ及び図２Ｄに示す大きな部品２Ｂについて実装動作を行う場合について説明する。小さな部品２Ａと大きな部品２Ｂとでは、部品２の第１及び第２パターン特徴部３ａ，３ｂの位置と基板１３の第１パターン特徴部１６ａ及び第２パターン特徴部１６ｂの位置とが大きく異なるため、認識エリアを移動させる必要がある。

このため、まず、制御装置５１の制御の下で、小さい部品２Ｂの第１パターン特徴部３ａの位置と、大きい部品２Ａの第１パターン特徴部３ａの位置との差に対応する寸法９０だけ、実装ヘッド１に対して撮像ユニット１１すなわち第１及び第２撮像装置１１ａ，１１ｂを移動させる。具体的には、実装ヘッド１に対して撮像ユニット１１を図２Ｄの一点鎖線の位置から図２Ｄの点線の位置までのように移動させる。

次いで、以後、部品２の保持、基板１３の実装位置上方への移動、部品２と基板１３との合計４つのパターン特徴部３ａ，３ｂ，１６ａ，１６ｂの同時撮像及び認識処理及び位置算出を行ったのち、部品実装を行う。

なお、逆に、図２Ｃ及び図２Ｄに示す大きな部品２Ｂについて実装動作を行ったのち、次いで、図２Ｂ及び図２Ｃに示す小さな部品２Ａについて実装動作を行う場合には、逆方向に移動調整して実装動作を行えばよい。

以上のように、第１実施形態によれば、部品２の外形サイズが大きくなっても、部品２の第１パターン特徴部３ａ及び第２パターン特徴部３ｂの位置に応じて、移動調整装置７０により、２つの撮像装置１１ａ，１１ｂを一体的に一方向（貫通穴配列方向８０）沿いに移動させて、第１反射光学系６１及び第２反射光学系６２における反射位置をそれぞれ変更すればよいだけで、細かな光軸調整及び焦点距離合わせを行う必要がない。このため、部品２の外形サイズ変更の度に、細かな光軸調整及び焦点距離合わせを行う必要がないので、非常に高い精度で短時間で基板１３に部品２を実装することができる。また、大きな部品２でも、短時間で高精度に認識できるようになる。よって、部品２の外形サイズ変更を伴う生産機種切替に容易に対応することができ、多品種生産にも対応可能となる。

また、第１パターン特徴部３ａと第２パターン特徴部３ｂとの画像情報を第１及び第２撮像装置１１ａ，１１ｂのそれぞれの認識エリア内に第１反射光学系６１及び第２反射光学系６２で同時に導いて、部品２の第１パターン特徴部３ａと第２パターン特徴部３ｂとの位置座標と基板１３の第１パターン特徴部１６ａと第２パターン特徴部１６ｂとの位置座標とを画像処理装置４２でそれぞれ求めることにより、部品２と基板１３との平面方向の位置座標を位置算出部５０でそれぞれ算出することができる。その結果、低倍率のカメラを用いなくとも、２つずつの第１パターン特徴部３ａ，１６ａ同士及び第２パターン特徴部３ｂ，１６ｂ同士が第１及び第２撮像装置１１ａ，１１ｂの各１つの視野で同時に観察できて４個のパターン特徴部３ａ，３ｂ，１６ａ，１６ｂの解像度を高めることができ、外形が例えば１２ｍｍ×１２ｍｍのように大きな部品であっても１ｍｍ×１ｍｍの小さな部品であっても、非常に高い精度で、短時間で基板１３に実装することができる。

（第２実施形態）
なお、本発明は前記第１実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。

例えば、撮像ユニット１１には、撮像装置１１ａ，１１ｂを２台備えるものに限定されるものではなく、１台の撮像装置１１ｅでもよい。すなわち、図３に示すように、撮像ユニット１１として１台の撮像装置１１ｅを配置するとともに、三角形の反射プリズムなどで構成される第３反射光学系６３ａ及び第４反射光学系６３ｂとを撮像ユニット１１に配置して、撮像装置１１ｅと第３反射光学系６３ａ及び第４反射光学系６３ｂとが移動調整装置７０で一体的に移動するように構成する。そして、第２撮像光路６６は第１実施形態と同じであるが、第１撮像光路６５に代わる第３撮像光路７２としては、実装ヘッド１側から撮像ユニット１１に入るところまでの光路は第１実施形態の第１撮像光路６５と同じであるが、撮像ユニット１１に入ったとき、第３反射光学系６３ａで第２撮像光路６６側に９０度反射されたのち、第２撮像光路６６の近傍で第４反射光学系６３ｂで９０度反射させて撮像装置１１ｅに入るように構成している。

よって、撮像装置１１ｅの１つの認識エリア１１ｆには、図４Ａの部品２と基板１３との２つの認識すべきエリア１１ｇ−Ａ，１１ｇ−Ｂが、図４Ｂに示すように隣接されて表示されることになる。

この第２実施形態によれば、１台の撮像装置１１ｅで２つの撮像光路５６，６６に適用できるため、構成がより簡単なものとなり、かつ、コストダウンを図ることができる。また、この第２実施形態によれば、複数の撮像装置同士の同期駆動が不要となり、高精度で認識が可能となりかつ撮像動作などのタクトを短縮することができる。

（第３実施形態）
実装ヘッド１の反射光学系から第１撮像装置１１ａに入る第１撮像光路６５と第２撮像装置１１ｂに入る第２撮像光路６６とは、第１実施形態のように平行に限られるものではなく、図５に示すように、一定の固定した角度となっていてもよい。

この第３実施形態によれば、第１撮像装置１１ａと第２撮像装置１１ｂとのレイアウトの自由度を向上させることができる。

（第４実施形態）
実装ヘッド１の反射光学系から第１撮像装置１１ａに入る第１撮像光路６５と第２撮像装置１１ｂに入る第２撮像光路６６とは、第１実施形態のように平行であっても、第１撮像装置１１ａに対して、図６に示すように、第２撮像装置１１ｂを９０度異なる位相に配置するようにしてもよい。この場合、第２撮像光路６６から第２撮像装置１１ｂに入る直前に、三角プリズムなどの反射光学系７３で９０度反射させる必要がある。

この第４実施形態によれば、第１実施形態と組み合わせれば、第１実施形態を、撮像ユニット１１の配置レイアウトによらず、適用することができる。

（第５実施形態）
また、部品２の第１パターン特徴部３ａ及び第２パターン特徴部３ｂの位置は、対角部に限られるものではなく、図７に示すように、一辺の中間部などの任意の部分にそれぞれ配置されていてもよい。

この第５実施形態によれば、第１〜第４の実施形態と組み合わせれば、第１〜第４の実施形態を細長い長方形部品などにも適用可能となり、部品形状の設計自由度を向上させることができる。

（第６実施形態）
第１撮像光路６５は、第１反射光学系６１のみで反射されるものに限らず、図８に示すように、第１反射光学系６１と第２反射光学系７５の底辺に相当する側面７５ａとで二回反射され、第２撮像光路６６も、第１反射光学系６１と第２反射光学系７４の底辺に相当する側面７４ａとで二回反射されるようにしてもよい。第２反射光学系７５，７６は、それぞれ撮像光路を９０度反射させる三角形の反射ミラー又はプリズムで構成することができる。

この第６実施形態によれば、反射光学系の配置レイアウトの自由度を向上させることができる。
（第７実施形態）
本発明は、第１貫通穴６９ａと第２貫通穴６９ｂのように２つに分ける貫通穴に限らず、図９Ａに示すように貫通穴６９ｃのように１つの貫通穴で兼用するようにしてもよい。このようにすれば、構造がより簡素なものとなる。
また、図９Ｂに示すように、図９Ａの構成において、第１プリズム６１の第１反射面６１ｃを実装ヘッド１の中心まで延ばしてもよい。そうすることで、第１撮像光路６５Ｃは、吸着ノズル５で保持した部品２の上面の第１パターン特徴部３ａ及び基板１３の第１パターン特徴部１６ａが、透明な吸着ノズル５を透過し、実装ヘッド１の１つの貫通穴６９ｃを貫通し、第１反射面６１ｃで９０度だけ第１撮像装置１１ａに向けて反射することになる。よって、第１撮像光路６５Ｃが実装ヘッド１の中心を通る構成にすることができる。なお、第２撮像光路を使用するときは、第１プリズム６１の第２反射面６１ｄを使用する。
なお、図９Ｃに示すように、図９Ａの構成において、図９Ｂとは異なる例として、第２反射面６１ｆを実装ヘッド１の中心まで延ばしてもよい。そうすることで、第２撮像光路６６Ｃは、吸着ノズル５で保持した部品２の上面の第１パターン特徴部３ａ及び基板１３の第１パターン特徴部１６ａが、透明な吸着ノズル５を透過し、実装ヘッド１の１つの貫通穴６９ｃを貫通し、第２反射面６１ｆで９０度反射したのち、第１反射側面６２ａと第２反射側面６２ｂとでそれぞれ９０度に反射して第２撮像装置１１ｂに向かうことになる。よって、第２撮像光路６６Ｃが実装ヘッド１の中心を通る構成にすることができる。なお、第１撮像光路を使用するときは、第１プリズム６１の第１反射面６１ｅを使用する。
この第７実施形態によれば、第１実施形態のように２つの貫通穴６９ａ，６９ｂを使用する２つの視野での撮像に限らず、１つの貫通穴６９ｃを使用する１つの視野で撮像することも可能になり、図９Ａに示すように微小な半導体素子にも適用可能となる。

なお、各実施形態において、ステージ１２に対する基板１３の位置については、前記した撮像ユニットの撮像装置を使用することなく、基板位置認識用の別の撮像装置で撮像認識して位置座標を取得するようにしてもよい。

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。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本発明の前記態様に係る部品実装装置は、基板に対し部品を高精度に、短時間で実装する効果を有し、高速大容量メモリ、アプリケーションプロセッサ、ＣＰＵなどの大型の部品の実装時に使用する部品実装装置において特に有用である。

１ 実装ヘッド
１ａ ヘッド本体部
２ 部品
２ａ 上面
２ｂ 下面
３ａ 第１パターン特徴部
３ｂ 第２パターン特徴部
５ 吸着ノズル
６ ヒーター
１１ 撮像ユニット
１１ａ 第１撮像装置
１１ｂ 第２撮像装置
１１ｃ 撮像ステージ
１１ｅ １つの撮像装置
１１ｆ １つの認識エリア
１１ｇ−Ａ，１１ｇ−Ｂ 認識すべきエリア
１２ ステージ
１３ 基板
１４ 連結部材
４０ ヘッド昇降駆動機構
４１ 真空ポンプ
４２ 画像処理装置
５０ 位置算出部
５１ 制御装置
５２ ヘッド移動機構
６１ 第１反射光学系
６１ａ 第１反射面
６１ｂ 第２反射面
６２ 第２反射光学系
６２ａ 第１反射側面
６２ｂ 第２反射側面
６３ａ 第３反射光学系
６３ｂ 第４反射光学系
６４ 三角プリズム
６５ 第１撮像光路
６６ 第２撮像光路
６７ ヒーターブロック
６８ 冷却ブロック
６９ａ 第１貫通穴
６９ｂ 第２貫通穴
７０ 移動調整装置
７１ プリズムブロック
７２ 第３撮像光路
７３ 反射光学系
７４ 第２反射光学系
７４ａ 側面
７５ 第２反射光学系
７５ａ 側面
８０ 貫通穴配列方向
９０ 大小部品のパターン特徴部間の差に対応する寸法（移動量）

Claims (5)

1. 位置合わせ用の第１パターン特徴部及び第２パターン特徴部を有する部品を保持して、位置合わせ用の第１パターン特徴部及び第２パターン特徴部を有する基板に実装可能でかつ光学的に透過撮像可能な保持部材を下端に有するとともに、前記保持部材に至る第１貫通穴及び第２貫通穴を有する実装ヘッドと、
   前記第１貫通穴及び前記第２貫通穴の上方の前記実装ヘッドに配置されて、前記第１貫通穴及び前記第２貫通穴を通る第１撮像光路及び第２撮像光路を、前記第１貫通穴及び前記第２貫通穴の上方において前記第１貫通穴及び前記第２貫通穴の貫通穴配列方向と交差する方向でかつ互いに異ならせる方向にそれぞれ反射させる第１反射光学系と、
   前記第１撮像光路及び前記第２撮像光路のいずれか一方を、いずれか他方と同じ方向に反射させる第２反射光学系と、
   前記保持部材及び前記実装ヘッドの前記第１貫通穴を通りかつ前記第１反射光学系で反射された前記第１撮像光路を利用して、前記保持部材で保持した前記部品の上面の前記第１パターン特徴部と前記基板の前記第１パターン特徴部と、前記保持部材及び前記実装ヘッドの前記第２貫通穴を通りかつ前記第１反射光学系及び前記第２反射光学系で反射された前記第２撮像光路を利用して、前記保持部材で保持した前記部品の上面の前記第２パターン特徴部と前記基板の前記第２パターン特徴部とを同時に撮像する撮像装置を有する撮像ユニットと、
   前記部品の前記第１パターン特徴部及び前記第２パターン特徴部の位置に応じて前記撮像ユニットを前記貫通穴配列方向沿いに移動させて位置調整する移動調整装置とを備える、
   部品実装装置。
2. 前記第１撮像光路が前記第１反射光学系で反射される方向と、前記第２撮像光路が前記第１反射光学系で反射される方向とは、前記貫通穴配列方向と交差する方向でかつ互いに１８０度異なる方向であるとともに、前記第２撮像光路は前記第２反射光学系で９０度ずつ２回反射されて、前記第１撮像光路と平行な光路となり、前記撮像ユニットに入る、
   請求項１に記載の部品実装装置。
3. 前記撮像ユニットは、前記第１撮像光路に備えられた第１撮像装置と、前記第２撮像光路に備えられた第２撮像装置とを備えて、前記第１撮像装置による前記第１撮像光路での撮像と前記第２撮像装置による前記第２撮像光路での撮像は同時に行われる、
   請求項１又は２に記載の部品実装装置。
4. 前記撮像ユニットは、前記第１撮像光路及び前記第２撮像光路に備えられた撮像装置を備えて、前記第１撮像光路での撮像と前記第２撮像光路での撮像とを前記撮像装置で同時に行う、
   請求項１又は２に記載の部品実装装置。
5. 前記第１貫通穴と前記第２貫通穴とは１つの貫通穴で兼用される、
   請求項１又は２に記載の部品実装装置。

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