KR100758811B1 - 발광소자의 장착방법 및 장착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광소자의 광축을 기준으로 해서, 대상물에 대해서 고정밀도로 위치결정하여, 실장할 수 있는 발광소자의 장착방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 구성에 따르면, 광축이 대향하며 또한 상호 고정의 위치관계로 배치된 제1카메라와 제2카메라 사이에 흡착 헤드를 삽입하여, 제1카메라로 흡착 헤드의 헤드 기준 마크를 촬상(撮像)하고, 제2카메라로 흡착 헤드에 흡착된 발광소자의 단면을 촬상하며, 제3카메라로 발광소자가 발하는 빛의 광축을 촬상한다. 다음으로 제1카메라와 제2카메라 사이에 스테이지를 삽입하여, 제1카메라로 스테이지상에 유지된 기판을 촬상하고, 제2카메라로 스테이지의 스테이지 기준 마크를 촬상한다. 양 카메라로부터의 화상 정보를 사용해서 발광소자와 흡착 헤드의 상대위치, 기판과 스테이지의 상대위치를 산출하고, 흡착 헤드와 스테이지를 장착위치로 이동시키며, 헤드 기준 마크와 스테이지 기준 마크를 제1, 제2의 카메라로 인식하고, 상기 상대위치 정보로부터 흡착 헤드와 스테이지를 위치 보정해서 장착한다.

발광소자, 기판, 흡착 헤드, 헤드 기준 마크, 스테이지 기준 마크, 카메라

Description

발광소자의 장착방법 및 장착장치{METHOD AND DEVICE FOR INSTALLING LIGHT EMITTING ELEMENT}

본 발명은 레이저 칩이나 LED와 같은 발광소자를 기판 등에 실장할 때에 사용되는 발광소자의 장착방법 및 장착장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전자부품을 기판 등에 고정밀도로 본딩하기 위해서는, 전자부품에 얼라인먼트 마크(alignment mark)를 부여해 두고, 이 얼라인먼트 마크와 기판의 마크를 위치맞춤해서, 전자부품을 본딩하는 것이 통례이다. 그러나, 부품에 미리 얼라인먼트 마크를 부여하는 것은 비용 상승을 초래함과 아울러, 얼라인먼트 마크를 부여할 때의 오차의 영향에 의해, 기판에의 위치 정밀도도 영향을 받는다고 하는 문제가 있다.

전자부품 중에서도, 레이저 칩이나 LED와 같은 발광소자의 경우, 발광시켰을 때의 광축을 기준으로 해서 기판에 대하여 접합하는 것이 바람직하다.

도 18은 단면 발광형의 레이저 칩(100)을 도파로 기판(101)에 접합한 예를 나타낸다. 도파로 기판(101)에는 빛을 통과시키는 도파로(102)가 수평 방향으로 형성되고, 이 도파로(102)와 레이저 칩(100)의 광축이 동축이 되도록 위치맞춤되며, 도전성 접합재(103)에 의해 접합된다. 도파로 기판(101)의 레이저 칩(100)을 접합 한 부위와 도파로(102)를 사이에 두고 반대측의 부위에는, 광파이버(104)가 도파로(102)와 축심을 맞춰서 부착되어 있다. 이렇게 해서 레이저 칩(100)이 발생한 빛은 광파이버(104)를 통해서 광통신 회선으로 전송된다.

상기와 같은 레이저 칩(100)과 도파로 기판(101)을 접합할 때, 도파로(102)와 레이저 칩(100)의 광축이 동축이 되도록 정확하게 위치맞춤하지 않으면 안 된다. 그를 위해서는, 레이저 칩(100)의 광축을 도파로 기판(101)의 도파로(102)에 대해서, X축, Y축(광축 방향), Z축 및 θ축 방향으로 위치맞춤할 필요가 있다. 특히, X축 방향 및 Z축 방향에는, 미크론 오더(micron order)의 위치 정밀도가 필요해진다.

특허문헌 1에서는, 포스트(post)상에 위치결정판을 기준으로 해서 중간 칩을 탑재하고, 이 중간 칩상에 레이저 칩을 탑재하며, 레이저 칩을 발광시켜서 그 발광 방향으로부터 회전 방향의 보정을 행한 후에, 포스트와 중간 칩과 레이저 칩의 3자를 동시에 본딩하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이 방법은 레이저 칩을 발광시켜서 방향을 인식하고, 그 장소에서 회전 보정하는 방법이기 때문에, 엉성한 조정밖에 할 수 없으며, 만일 고정밀도로 방향을 조정하고자 하면, 시간을 필요로 한다. 또한, 레이저 칩과 포스트의 상대적인 위치관계가 인식되어 있지 않으므로, 도파로 기판에 레이저 칩을 실장하는 경우에 이 방법을 적용하더라도, 높은 위치 정밀도는 기대할 수 없다.

특허문헌 1: 일본국 특허공고 평7-46747호 공보

특허문헌 2에서는, 중간 스테이지에 레이저 칩을 탑재하고, 발광시켜서 그 광축의 X, Y, θ축을 계측하며, 그 계측값에 따라서 발광 방향을 보정한 후에, 레이저 칩을 포스트 등에 본딩하는 방법이 제안되어 있다. 이 경우는, 레이저 칩의 발광 방향은 정확하게 인식할 수 있으나, 접합 대상물인 포스트와의 상대적인 위치관계에 대해서는 인식되어 있지 않아, 실장상태의 위치나 자세를 보증할 수 있는 것은 아니다. 특히, 본딩시에는 압력뿐만 아니라 가열을 행하는 일이 많으며, 가열 접합시에 열변형 등에 의한 자세 오차가 발생하기 때문에, 실장상태의 위치 정밀도는 높지 않다.

특허문헌 2: 일본국 특허공고 평7-105575호 공보

특허문헌 3은 발광소자의 발광 중심과 소자의 외부직경 기준점 좌표를 화상 인식하는 방법이다. 이 방법은 상향의 광축을 갖는 발광소자를, 그 발광 중심이 등간격이 되도록 기판상에 복수개 실장하는 방법에 관한 것으로, 복수의 발광소자끼리의 위치관계는 정밀도 좋게 설정할 수 있더라도, 기판에는 위치 기준이 되는 것이 없어, 발광소자와 기판과의 실장상태에서의 상대위치를 보증할 수 없다. 따라서, 이 방법을 도파로 기판에 레이저 칩을 실장하는 경우에 적용하더라도, 도파로 기판과 레이저 칩과의 높은 위치 정밀도가 얻어지지 않는다.

특허문헌 3: 일본국 특허공개 2000-150970호 공보

본 발명의 목적은 발광소자의 광축을 기준으로 해서, 대상물에 대해서 고정밀도로 위치결정하여 실장할 수 있는 발광소자의 장착방법 및 장착장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 1에 기재된 발명은, 흡착 헤드의 하단부에 횡방향(橫方向)으로의 광축을 갖는 발광소자인 제1부품을 흡착하고, 이 제1부품을 스테이지상에 유지된 제2부품에 위치맞춤해서 장착하는 방법에 있어서, 상기 흡착 헤드보다 상방(上方)에 배치된 제1광학계와, 상기 스테이지보다 하방이며, 제1광학계와 광축이 거의 대향하도록 배치된 제2광학계와, 제1광학계와 광축의 방향이 거의 직교하도록 배치된 제3광학계를 준비하는 공정과, 제1광학계와 제2광학계 사이에 흡착 헤드를 삽입하고, 제1광학계로 흡착 헤드에 부여되며 상방에서 인식할 수 있는 헤드 기준 마크를 촬상(撮像)함과 아울러, 제2광학계로 흡착 헤드에 흡착된 제1부품을 촬상하고, 또한 제1부품을 발광시켜서 그 발광위치에 의해 제1부품의 광축을 제3광학계로 인식하는 공정과, 제1광학계와 제2광학계 사이에 스테이지를 삽입하고, 제1광학계로 스테이지상에 유지된 제2부품을 촬상함과 아울러, 제2광학계로 스테이지에 부여되며 하방에서 인식할 수 있는 스테이지 기준 마크를 촬상하는 공정과, 상기 제1광학계, 제2광학계 및 제3광학계로부터의 화상 정보를 사용해서 제1부품과 흡착 헤드의 상대위치, 제2부품과 스테이지의 상대위치를 산출하는 공정과, 상기 흡착 헤드와 스테이지를 장착위치로 이동시킨 상태에서, 상기 헤드 기준 마크와 스테이지 기준 마크를 상기 제1, 제2의 광학계로 인식하고, 이들 위치 정보와 상기 상대위치 정보를 사용해서, 제1부품과 제2부품의 위치가 소정의 관계가 되도록 흡착 헤드 및 스테이지의 적어도 한쪽을 위치 보정하는 공정과, 상기 위치 보정 후, 제1부품과 제2부품을 장착하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 발광소자의 장착방법을 제공한다.

청구항 9에 기재된 발명은, 횡방향(橫方向)으로의 광축을 갖는 발광소자인 제1부품과 제2부품을 위치맞춤해서 장착하는 발광소자의 장착장치에 있어서, 하단부에 제1부품을 흡착하고, 상방에서 인식할 수 있는 헤드 기준 마크를 갖는 흡착 헤드와, 상단부에 제2부품을 유지하고, 하방에서 인식할 수 있는 스테이지 기준 마크를 갖는 스테이지와, 상기 흡착 헤드 및 스테이지를 X, Y, Z 및 θ방향으로 상대이동시키는 구동기구와, 상기 흡착 헤드의 상방에 배치되며, 스테이지에 유지된 제2부품과 헤드 기준 마크를 촬상하는 제1광학계와, 상기 스테이지의 하방이며, 제1광학계의 광축과 거의 대향하도록 배치되고, 흡착 헤드에 흡착된 제1부품과 스테이지 기준 마크를 촬상하는 제2광학계와, 제1광학계와 광축의 방향이 거의 직교하도록 배치되며, 제1부품을 발광시켰을 때의 광축을 촬상하는 제3광학계와, 상기 제1∼제3의 광학계로부터의 화상 정보를 사용해서, 제1부품과 흡착 헤드의 상대위치, 제2부품과 스테이지의 상대위치를 산출하는 연산장치와, 상기 흡착 헤드와 스테이지를 장착위치로 이동시킨 상태에서, 상기 헤드 기준 마크와 스테이지 기준 마크를 상기 제1, 제2의 광학계로 인식하고, 이들 위치 정보와 상술한 상대위치 정보를 사용해서, 제1부품과 제2부품의 위치가 소정의 관계가 되도록 흡착 헤드와 스테이지를 위치 보정하는 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 발광소자의 장착장치를 제공한다.

청구항 1에 따른 장착방법의 일례를 설명한다.

우선, 제1광학계와 제2광학계와 제3광학계를 준비한다. 여기에서 광학계란, 카메라 단체뿐만 아니라, 미러나 렌즈 등을 포함할 수 있으며, 1개의 광학계가 1개의 카메라를 구비한 것에 한하지 않고, 2개 또는 3개의 광학계를 1개의 카메라로 구성하는 것도 가능하며, 반대로 1개의 광학계를 복수의 카메라로 구성하는 것도 가능하다.

제1광학계는 흡착 헤드의 상방에 광축을 하방을 향해서 배치되어 있으며, 제2광학계는 스테이지의 하방에 광축을 상방을 향해서 배치되어 있다. 제1광학계와 제2광학계의 광축은 거의 대향하고 있으며, 서로 기지(旣知)의 위치관계에 있다. 제3광학계는 제1광학계와 광축의 방향이 거의 직교하도록 배치된 것이며, 촬상 시야의 적어도 일부는 제1광학계의 시야를 포함하도록 배치되어 있는 것이 좋다. 한편, 대상으로 하는 제1부품과 제2부품의 사이즈가 상정 시야보다 커지는 경우에는, 제1광학계와 제2광학계를 일체인 채로 평면 방향으로 이동 가능하게 하는 것이 좋다.

다음으로, 제1광학계와 제2광학계 사이에 흡착 헤드를 삽입하고, 제1광학계로 흡착 헤드에 부여되며 상방에서 인식할 수 있는 헤드 기준 마크를 촬상함과 아울러, 제2광학계로 흡착 헤드에 흡착된 제1부품을 촬상하고, 또한 제1부품을 발광시켜서 그 광축을 제3광학계로 동시 촬상한다. 다시 말하면, 제1광학계로 헤드 기준 마크의 X, Y좌표(Y축은 광축의 방향)를 인식하고, 제2광학계로 제1부품의 Y좌표를 인식하며, 제3광학계로 발광한 제1부품의 광축의 X, Z좌표를 인식할 수 있다. 한편, Z좌표에 대해서는, 반드시 인식하지 않아도 좋다. 이렇게 해서, 3개의 광학계의 촬상 데이터로부터 흡착 헤드와 제1부품의 발광 중심과의 X, Y방향의 상대위치를 구할 수 있다.

다음으로, 제1광학계와 제2광학계 사이에 스테이지를 삽입하고, 제1광학계로 스테이지상에 유지된 제2부품을 촬상하며, 제2광학계로 스테이지에 부여되며 하방에서 인식할 수 있는 스테이지 기준 마크를 촬상한다. 제1광학계의 화상 정보로부터 제2부품의 위치를 인식하고, 제2광학계의 화상 정보로부터 스테이지(스테이지 기준 마크)의 위치를 인식함으로써, 제2부품과 스테이지의 X, Y방향의 상대위치를 산출할 수 있다.

한편, 흡착 헤드와 제1부품을 촬상하는 공정과, 스테이지와 제2부품을 촬상하는 공정은 어떠한 것을 먼저 해도 좋다.

상기와 같이, 제1∼제3의 광학계로부터의 화상 정보를 사용해서 제1부품과 흡착 헤드의 X, Y방향의 상대위치, 제2부품과 스테이지의 X, Y방향의 상대위치를 산출할 수 있다. 다음으로, 흡착 헤드와 스테이지를 장착위치로 이동시킨 상태에서, 헤드 기준 마크와 스테이지 기준 마크를 제1, 제2의 광학계로 인식하고, 이들 위치 정보와 상술한 상대위치 정보를 사용해서, 제1부품과 제2부품의 위치가 소정의 관계가 되도록 흡착 헤드와 스테이지를 위치 보정한다. 이 상태에서 제1부품과 제2부품을 장착하면, 실장상태에 있어서의 양 부품의 상대위치를 보증할 수 있으며, 고정밀도로 위치맞춤한 상태에서 장착할 수 있다.

한편, 본 발명에 있어서, "위치"라고 하는 용어는 X, Y, Z방향의 위치 및 θ방향의 방향을 총칭적으로 나타낸다. 따라서, 위치에는 자세도 포함된다.

본 발명 방법에서는, 장착 작업 중의 위치 보증을, 헤드와 스테이지의 쌍방에 형성한 기준 마크를 촬상하면서 행하기 때문에, 축기구(軸機構)로서 필요한 정밀도를 위치 분해능만으로 할 수 있으며, 고정밀도의 재현성을 필요로 하지 않는다. 그 때문에, 저렴한 축기구를 채용할 수 있다. 또한, 열변형이나 로스트 모션(lost motion) 등의 재현성 오차는 장착 작업 중에 보정이 가능하다. 그 결과, 서브 미크론 오더(sub-micron order)의 위치 정밀도가 요구되는 전자부품의 실장에 있어서도, 본 발명은 적용 가능하다.

제1, 제2, 제3의 광학계는 상시 고정의 위치관계로 유지해 둘 필요는 없으며, 적어도 촬상시에 있어서, 기지의 위치관계에 있으면 된다. 예를 들면 헤드 또는 스테이지의 삽입시에 일시적으로 어느 하나의 광학계를 퇴피시키고, 그 후에 본래의 위치로 복귀시켜도 좋다. 이 경우의 광학계의 이동기구는 재현성이 있는 기구를 사용할 필요가 있다. 또한, 위치맞춤 작업을 제1∼제3의 광학계로 촬상하면서 실시할 수 있으므로, 장착 작업 중에 있어서의 제1, 제2부품간의 어긋남도 검지할 수 있다. 따라서, 예를 들면 범프 접합 공법 등에 있어서, 히터의 열에 의해 헤드나 스테이지가 열변형을 일으키더라도, 이 열변형을 수시로 인식해서 제1, 제2부품의 위치를 보정할 수 있기 때문에, 가열 조건하에서도 정밀도 좋은 위치결정이 가능하다.

레이저 칩과 같은 발광소자를 도파로 기판 등에 접합하는 경우에는, 발광소자의 광축과 도파로 기판과의 X축 방향(Y축이 광축 방향인 경우) 및 Z축 방향의 위치 정밀도가 중요하다. Z축 방향에 대해서는, 예를 들면 도파로 기판에 대좌(臺座)를 형성하고, 발광소자의 저면(底面)으로부터 광축까지의 높이, 대좌의 높이, 도파로의 광축 높이 등을 미리 고정밀도로 가공해 두면, Z방향의 광축을 일치시키는 것은 가능하다. 그러나, X방향의 위치 정밀도에 대해서는, 미리 기판에 접촉면 등을 형성하더라도, 광축의 위치와 발광소자의 측단면(側端面)과의 정밀도는 반드시 높은 것은 아니므로, X방향의 정밀도를 보증할 수 없다.

본 발명에서는, 제3광학계로 제1부품(발광소자)의 광축의 X방향의 위치를 인식하고 있으며, 제2부품의 X, Y방향의 위치는 제1, 제2광학계에 의해 인식하고 있으므로, 제2부품에 대해서 제1부품을 X방향으로 정확하게 위치결정할 수 있다.

청구항 2와 같이, 제1광학계와 제2광학계를 준비하는 공정으로서, 제1광학계와 제2광학계 사이에 상하 양방에서 인식할 수 있는 단일의 캘리브레이션 마크(calibration mark)를 삽입하고, 이 캘리브레이션 마크를 제1광학계와 제2광학계로 촬상함으로써, 제1광학계와 제2광학계의 광축 어긋남량을 측정하는 공정을 포함하도록 해도 좋다.

제1광학계와 제2광학계의 광축이 동축에서 정확하게 대향하도록 미리 조정해 두더라도, 시간경과나 온도변화 등에 의해 광축의 어긋남이 발생하는 것을 회피할 수 없고, 또한 서브 미크론 오더와 같은 고정밀도의 위치 정밀도를 유지하는 것은 어렵다. 그래서, 제1광학계와 제2광학계로 상하 양방에서 동일 마크를 인식함으로써, 쌍방의 광학계의 광축의 어긋남량을 구하고, 이 광축 어긋남량을 사용해서, 제1부품과 흡착 헤드의 상대위치의 산출, 제2부품과 스테이지의 상대위치의 산출, 또한 흡착 헤드와 스테이지와의 위치 보정 등을 행하면, 오차가 가산되지 않고, 정밀도가 좋은 위치맞춤이 가능해진다.

캘리브레이션 마크의 삽입 위치의 Z축 방향 높이는 바람직하게는 접합면의 높이로 하는 것이 좋다.

한편, 캘리브레이션은 부품 장착시에 매회 행하는 것이 가장 고정밀도를 유지할 수 있으나, 부품장착의 설정 횟수마다 혹은 설정 시간마다 행해도 좋다.

청구항 3과 같이, 제1광학계와 제3광학계를 준비하는 공정은 제1광학계와 제3광학계 사이에 상방향과 횡방향으로부터의 상대위치 관계가 기지의 캘리브레이션 마크를 삽입하고, 이 캘리브레이션 마크를 제1광학계와 제3광학계로 촬상함으로써, 제1광학계와 제3광학계의 광축 어긋남량을 측정하는 공정을 포함하는 것이어도 좋다.

제1광학계의 광축과 제3광학계의 광축을 거의 직교시킬 필요가 있으나, 그 직교 방향의 광축 어긋남량을 측정하는 방법으로서, 상방향과 횡방향으로부터의 상대위치 관계가 기지의 캘리브레이션 마크를 제1광학계와 제3광학계 사이에 삽입하고, 그 캘리브레이션 마크를 촬상함으로써, 광축 어긋남량을 용이하게 인식할 수 있다. 이 광축 어긋남량을 사용해서, 제1부품과 흡착 헤드의 상대위치의 산출 등을 행하면, 오차가 가산되지 않고, 정밀도가 좋은 위치맞춤이 가능해진다.

청구항 4와 같이, 제1광학계와 제2광학계의 광축 어긋남량을 측정하기 위한 캘리브레이션 마크, 혹은 제1광학계와 제3광학계와의 광축 어긋남량을 측정하기 위한 캘리브레이션 마크로서는, 흡착 헤드 또는 스테이지에 형성된 마크로 해도 좋다.

캘리브레이션 마크를 흡착 헤드나 스테이지와는 다른 부재에 형성한 마크로 해도 좋으나, 캘리브레이션 마크를 흡착 헤드 또는 스테이지에 형성하면, 캘리브레이션용의 별부재(別部材)가 불필요하게 되어, 구조가 간단해진다고 하는 이점이 있다.

한편, 캘리브레이션 마크는 복수의 광학계로부터 동시에 인식할 수 있을 필요가 있다. 그 때문에, 흡착 헤드 또는 스테이지에 형성된 상하 관통구멍이나, 투명체(유리판) 등에 형성한 마크 등을 캘리브레이션 마크로서 사용할 수 있다.

청구항 5와 같이, 제1부품을 발광시켜서 그 광축을 제3광학계로 인식하는 공정에 있어서, 제1부품의 발광상태를 계측하고, 그 발광상태가 규격값에서 벗어나는 경우에는, 후속의 공정으로 진행하지 않고 제1부품을 불량품으로서 배출하는 것이 좋다.

발광소자인 제1부품의 선별공정을 따로 행해도 좋지만, 청구항 5와 같이 광축 측정시에 선별공정을 동시에 행하면, 공정수를 삭감할 수 있고, 생산성을 높일 수 있다.

청구항 6과 같이, 제1광학계, 제2광학계 및 제3광학계를 위치맞춤의 전과정에 있어서, 서로의 광학계의 광축이 어긋나지 않도록 상시 유지해 두는 것이 좋다.

이와 같이 상시 상대위치가 고정된 제1∼제3광학계를 사용해서 위치의 인식을 행하면, 광학계를 상호 이동시키는 경우에 비해서, 이동기구에 의한 오차의 영향을 적게 할 수 있으므로, 위치결정 정밀도를 올리는 것이 가능해지고, 또한 고도의 이동기구를 필요로 하지 않는다.

청구항 7과 같이, 장착위치에 있어서의 흡착 헤드와 스테이지와의 위치 보정 공정이, 헤드 기준 마크와 스테이지 기준 마크를 제1, 제2광학계로 인식하고, 상대위치 정보를 사용해서 제1부품과 제2부품의 위치가 소정의 관계가 되도록 흡착 헤드와 스테이지를 임시 고정하는 공정과, 흡착 헤드 및 스테이지의 한쪽 또는 쌍방을 접합을 위해서 가열하면서, 헤드 기준 마크와 스테이지 기준 마크를 제1, 제2광학계로 연속적으로 촬상하며, 임시 고정공정의 상대위치 관계를 유지하기 위해서 흡착 헤드와 스테이지를 상대위치 보정하는 공정을 포함하도록 해도 좋다.

이 경우에는, 장착 작업 도중에 있어서의 열변형에 대한 연속적인 위치보정을 행하므로, 열변형이 있더라도 항상 정밀도 좋게 제1부품과 제2부품을 위치결정해서 장착할 수 있다.

청구항 8과 같이, 제1부품과 제2부품을 장착하는 공정에 있어서, 제3광학계를 사용해서 제1부품과 제2부품과의 상하 방향의 상대거리를 측정하고, 그 접합 틈새를 보정하면서 장착하는 것이 좋다.

예를 들면, 제2부품이 수평 방향의 도파로를 갖는 도파로 기판인 경우, 제1부품(발광소자)의 단면의 광축과 도파로와의 Z방향의 위치맞춤도 중요하다. 특히, 가열에 의해 접합하는 경우에는, 열변형량이 크고, 재현성도 기대할 수 없으므로, 미리 열변형량을 예측할 수 없기 때문이다.

그래서, 청구항 8과 같이, 광축 측정용의 제3광학계를 사용해서, 제1부품과 제2부품과의 상하 방향의 상대거리를 측정하고, 실시간으로 보정하면, 제1부품의 제2부품에 대한 실장 높이를 정확하게 제어할 수 있다.

청구항 10과 같이, 흡착 헤드 및 스테이지의 적어도 한쪽은 부품 흡착 구멍과, 부품 흡착 구멍의 배후에 형성되며, 부품 흡착 구멍과 연통(連通)하는 중공부와, 중공부의 부품 흡착 구멍과 대향하는 면을 폐쇄하고, 부품 흡착 구멍을 배후에서 투시 가능한 투명체와, 중공부에 접속된 에어 흡인 통로와, 부품 흡착 구멍의 근방에 고정된 가열용 히터를 구비하며, 상기 투명체를 통해서 부품 흡착 구멍을 헤드 기준 마크 또는 스테이지 기준 마크로서 인식 가능하게 한 것이어도 좋다.

즉, 부품 흡착 구멍은 제1부품 또는 제2부품을 흡착하는 구멍으로, 부품과 가장 가까운 위치에 있다. 그 때문에, 부품 흡착 구멍을 헤드 기준 마크 또는 스테이지 기준 마크로서 사용하면, 흡착 헤드나 스테이지에 열변형이 있더라도, 부품과의 상대위치 어긋남량이 가장 적게 끝난다.

또한, 헤드(또는 스테이지)의 배후에서 투명체를 통해서 기준 마크인 부품 흡착 구멍을 투시 가능하기 때문에, 실장 도중이라도 헤드(또는 스테이지)의 배후에서 광학계에 의해 용이하게 촬상할 수 있다. 다시 말하면, 실장 도중에 있어서의 헤드(또는 스테이지)의 위치를 정확하게 인식할 수 있으므로, 정밀도가 높은 위치결정이 가능해진다.

제1부품과 제2부품을 열과 압력을 가해서 장착하는 경우에, 가열 히터를 부품과 가장 가까운 위치, 즉 부품 흡착 구멍의 근방에 형성함으로써, 부품에 대해서 열을 가장 효율 좋게 전달할 수 있으며, 접합성능의 향상을 도모할 수 있다.

한편, 헤드(또는 스테이지)를 가열하면, 주위의 공기의 요동에 의해 광학계에 의한 촬상 화상에 일그러짐이 발생하여, 오차의 원인이 된다. 그러나, 청구항 10의 구조의 흡착 헤드 또는 스테이지를 사용한 경우, 히터의 열에 의해 중공부도 가열되지만, 중공부는 에어 흡인 통로로부터의 에어 흡인에 의해 감압된 상태에 있으므로, 공기의 밀도가 낮고, 요동이 적다. 그 때문에, 투명체 및 중공부를 통해서 부품 흡착 구멍을 촬상했을 때, 요동에 의한 오차가 적으며, 정밀도가 좋은 촬상 데이터를 얻을 수 있다.

청구항 11과 같이, 흡착 헤드 또는 스테이지를 구동기구에 대하여 브래킷(bracket)을 통해서 부착하고, 이 브래킷에 투명체를 통해서 부품 흡착 구멍을 촬상하기 위한 제1 또는 제2의 광학계를 삽입 자유로운 공동부(空洞部)를 형성하는 것이 좋다.

헤드(또는 스테이지)는 구동기구에 의해 X, Y, Z 혹은 θ축 방향으로 구동되지만, 이 헤드를 구동기구에 캔틸레버 구조로 지지한 경우에는, 투명체의 배후는 개방되어 있으므로, 투명체의 배후에 카메라나 미러 등을 배치하는 것은 용이하다. 그러나, 캔틸레버 지지 구조의 헤드는 제1부품과 제2부품을 접합했을 때의 가압력에 의해 휠 가능성이 있기 때문에, 고정밀도의 접합이 어렵다. 이에 비해서, 헤드의 배후를 브래킷을 통해서 구동기구 등에 지지한 경우에는, 가압력이 작용한 경우라도 휘기 어려워, 고정밀도의 접합이 가능해진다. 그러나, 브래킷이 방해가 되어 배후에 카메라 등을 배치하기 어렵다. 그래서, 헤드의 배후, 특히 투명체의 배후에 공동부를 갖는 브래킷으로 지지함으로써, 카메라가 브래킷과 간섭하지 않고, 부품 흡착 구멍을 용이하게 촬상할 수 있음과 아울러, 헤드(또는 스테이지)를 구동기구에 안정되게 지지할 수 있다.

한편, 본 발명에 있어서 광학계란, 카메라 외에, 미러나 프리즘 등을 사용하여 화상을 카메라를 향해서 반사시키는 기능을 갖는 부분을 포함한다. 따라서, 공동부에는 카메라 이외의 미러나 프리즘, 렌즈 등의 촬상용 광학계만이 삽입되어도 좋다.

청구항 12와 같이, 제3광학계로 제1부품의 광축을 인식할 때, 제1부품을 발광시키기 위한 전원장치를 구비하는 것이 좋다.

전원장치로서는, 흡착 헤드 또는 스테이지와 간섭하지 않도록, 횡방향으로 퇴피할 수 있는 구조의 것이 좋다. 제1부품이 표리면에 전극을 갖는 발광소자인 경우에는, 흡착 헤드에 흡착된 발광소자의 표리면에 전원장치의 한 쌍의 프로브를 동시에 접촉시킬 수 없다. 그 때문에, 예를 들면 흡착 헤드의 흡착면에 전극을 형성하여, 이 전극과 발광소자의 한쪽의 전극을 접촉시키고, 흡착 헤드의 전극과 발광소자의 다른쪽의 전극에 전원장치의 한 쌍의 프로브를 접촉시킴으로써, 발광소자를 용이하게 발광시킬 수 있다.

<발명의 효과>

이상의 설명으로 명백하듯이, 본 발명에 따르면, 흡착 헤드와 제1부품과의 상대위치, 제2부품과 스테이지와의 상대위치를 제1∼제3광학계를 사용해서 인식한 후에, 제1부품과 제2부품을 실장하므로, 실장상태에 있어서의 양 부품의 상대위치를 정확하게 인식할 수 있으며, 고정밀도의 실장이 가능하다. 특히, 제1부품은 그 광축을 기준으로 해서 흡착 헤드와의 상대위치를 인식하므로, 제2부품에 대해서도 광축을 기준으로 해서 고정밀도로 실장할 수 있다.

또한, 상기와 같이 복수의 광학계로 흡착 헤드와 제1부품과의 상대위치, 제2부품과 스테이지와의 상대위치를 인식하고, 장착하므로, 흡착 헤드와 스테이지를 구동하는 축기구로서 필요한 정밀도를 위치 분해능만으로 할 수 있으며, 고정밀도의 재현성을 필요로 하지 않는다. 그 때문에, 저렴한 축기구를 채용하면서, 극히 고정밀도의 장착을 행할 수 있다.

또한, 장착 작업을 제1, 제2의 광학계로 상하에서 촬상하고, 또한 측방(側方)에서 제3광학계로 촬상하면서 실시할 수 있으므로, 열변형이나 로스트 모션 등의 재현성 오차는 장착 작업 중에 보정이 가능하다. 그 때문에, 가열 조건하에서도 정밀도가 좋은 위치결정이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 장착방법을 사용한 실장장치의 제1실시예의 사시도이다.

도 2는 도 1에 나타내는 실장장치의 흡착 헤드 및 스테이지의 확대도이다.

도 3은 도 1에 나타내는 실장장치의 흡착 헤드 및 스테이지의 사시도이다.

도 4는 도 1에 나타내는 실장장치의 위치맞춤 동작을 나타내는 동작 설명도이다.

도 5는 제3광학계 방향에서 본 흡착 헤드와 레이저 칩의 도면이다.

도 6은 제3광학계에 의해 레이저 칩(P)과 기판(B)과의 틈새를 측정하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명 방법을 사용한 실장장치의 제2실시예의 정면도이다.

도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ선 단면도이다.

도 9는 도 7에 나타내는 실장장치의 흡착 헤드의 확대도로서, (a)는 정면도, (b)는 Ⅸ-Ⅸ선 단면도이다.

도 10은 전원장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 11은 전원장치에 의해 레이저 칩에 전원을 공급한 상태를 나타내는 도면이다.

도 12는 본 발명 방법을 사용한 실장장치의 제3실시예의 정면도이다.

도 13은 도 12의 실시예에 있어서의 카메라의 시야 화상을 나타내는 도면이다.

도 14는 본 발명에 따른 실장장치의 제4실시예의 사시도이다.

도 15는 도 14에 나타내는 실장장치의 위치맞춤 동작을 나타내는 동작 설명도이다.

도 16은 레이저 칩의 빛을 미러로 반사시키는 예를 나타내는 도면이다.

도 17은 레이저 칩을 도파로 기판에 대좌(臺座)를 사용해서 실장하는 예의 도면이다.

도 18은 레이저 칩을 도파로 기판에 실장한 예의 도면이다.

<부호의 설명>

P : 발광소자(제1부품) P1 : 발광부

B : 기판(제2부품) 2 : 흡착 헤드

5 : 헤드 기준 마크 6a, 6b : 캘리브레이션 마크

7, 8, 9 : 헤드용 구동기구 11 : 스테이지

14 : 스테이지 기준 마크 15, 16, 17 : 스테이지용 구동기구

20 : 제1카메라 21 : 제2카메라

22 : 제3카메라 25 : 제어장치

이하에, 실시예를 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다.

실시예 1

도 1∼도 3은 본 발명에 따른 장착방법을 사용한 실장장치의 제1실시예를 나타낸다. 여기에서는, 제1부품으로서 단면 발광형의 레이저 칩(P)을, 제2부품으로서 기판(B)을 사용하였다.

이 실시예의 실장장치는, 헤드부(1a), 스테이지부(1b), 제1카메라(20), 제2카메라(21), 제3카메라(22), 제어장치(25) 등으로 구성되어 있다.

헤드부(1a)는 레이저 칩(P)을 흡착하는 흡착 헤드(2)와, 흡착 헤드(2)를 X, Y, Z축 방향으로 구동하는 구동기구(7, 8, 9)를 구비하고 있다. 흡착 헤드(2)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 도시하지 않은 진공흡인 장치와 접속된 흡인 구멍(3)을 구비하고 있으며, 흡인 구멍(3)의 선단에 하면에 개구하는 부품 흡착 구멍(4)이 형성되고, 이 부품 흡착 구멍(4)에 레이저 칩(P)이 흡착된다. 흡착 헤드(2)의 상면, 특히 부품 흡착 구멍(4)과 거의 대응하는 위치에 헤드 기준 마크(5)가 형성되어 있다. 기준 마크(5)는 θ축 방향의 위치의 재현성을 보기 위해서, 도 3에 나타내는 바와 같이 복수의 점형상 마크로 해도 좋고, 방향성이 있는 형상(예를 들면 직사각형 등)으로 해도 좋다. 또한, 레이저 칩(P)의 단면에는 발광부(P1)가 형성되고, 이 발광부(P1)로부터 레이저광이 횡방향을 향해서 발광된다.

한편, 흡착 헤드(2)에 레이저 칩(P)을 가열하기 위한 가열수단을 형성해도 좋다.

흡착 헤드(2)는 Z축 구동기구(7)를 통해서 X축 구동기구(8)에 부착되며, 또한 X축 구동기구(8)는 Y축 구동기구(9)에 연결되어 있다. 그 때문에, 흡착 헤드(2)는 X, Y, Z축 방향의 임의의 위치로 이동할 수 있다.

흡착 헤드(2)는 도시하지 않은 공급위치에서 레이저 칩(P)을 흡착하고, 실장위치로 운반해서 기판(B)에 실장할 수 있다.

스테이지(11)의 선단부에는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1카메라(20)와 제2카메라(21)의 광축 어긋남량, 제1카메라(20)와 제3카메라(22)의 광축 어긋남량을 인식하기 위한 캘리브레이션 마크(6a, 6b)를 갖는 투명체(6)가 형성되어 있다. 캘리브레이션 마크(6a)는 상하 양방에서 인식할 수 있는 마크로서, 예를 들면 투명체(6)의 상면 또는 하면에 도금 등의 박막법으로 형성된 마크 등으로 구성되어 있다. 캘리브레이션 마크(6b)는 측방에서 인식할 수 있는 마크로서, 예를 들면 투명체(6)의 측면에 박막 형성된 마크 등으로 구성되어 있다. 양방의 캘리브레이션 마크(6a, 6b)는 일정한 위치관계로 설정되어 있다.

한편, 캘리브레이션 마크(6a, 6b)는 상기와 같은 투명체(6)에 형성하는 경우에 한하지 않고, 비투명 부재에 구멍 등을 형성함으로써 캘리브레이션 마크로 해도 좋다. 또한, 캘리브레이션 마크를 스테이지(11)가 아니라, 흡착 헤드(2)에 형성해도 좋다.

스테이지부(1b)는 기판(B)을 유지하는 스테이지(11)와, 이 스테이지(11)를 X, Y, θ축 방향으로 구동하는 구동기구(15, 16, 17)를 구비하고 있다. 스테이지(11)도, 도 2에 나타내는 바와 같이, 도시하지 않은 진공흡인 장치와 접속된 흡인 구멍(12)을 구비하고 있으며, 이 흡인 구멍(12)의 선단에 상면에 개구하는 부품 흡착 구멍(13)이 형성되고, 이 부품 흡착 구멍(13)으로 기판(B)이 흡착 유지된다. 스테이지(11)의 하면, 특히 부품 흡착 구멍(13)과 거의 대응하는 배면위치에 스테이지 기준 마크(14)가 형성되어 있다. 이 기준 마크(14)도, 헤드 기준 마크(5)와 마찬가지로, 도 3에 나타내는 바와 같은 복수의 점형상 마크로 해도 좋고, 방향성이 있는 형상(예를 들면 직사각형 등)으로 해도 좋다. 또한, 기준 마크(14)에 대응해서, 기판(B)에도 얼라인먼트 마크(alignment mark;B1)가 형성되어 있다.

한편, 스테이지(11)에 기판(B)을 가열하기 위한 가열수단을 형성해도 좋다.

스테이지(11)는 X축 구동기구(15)에 부착되고, X축 구동기구(15)의 양 단부는 각각 Y1축 구동기구(16)와 Y2축 구동기구(17)에 힌지(hinge;15a)를 통해서 연결되어 있다. 그 때문에, Y1축 구동기구(16)의 이동량과 Y2축 구동기구(17)의 이동량을 변경시킴으로써, 스테이지(11)를 θ축 방향으로 각도 조정할 수 있다. 따라서, 스테이지(11)는 X, Y, θ축 방향의 임의의 위치로 이동할 수 있다.

스테이지(11)는 도시하지 않은 공급위치에서 기판(B)을 받아들이고, 실장위치로 운반하는 기능을 갖는다.

실장위치에 있어서의 흡착 헤드(2)의 상방 및 스테이지(11)의 하방에, 각각 제1카메라(20)와 제2카메라(21)가 설치되며, 실장위치에 대해서 측방위치에 제3카메라(22)가 설치되어 있다. 제3카메라(22)로서는, 예를 들면 NFP 광학계라고 불리 는 카메라를 사용하고, 그 광축의 높이는 접합면 높이보다 약간 상방으로 하는 것이 좋다. 제2카메라(21)는 레이저 칩(P)의 전체를 촬상할 수 있는 촬상 시야를 갖는 것이 좋다. 제1, 제2카메라(20, 21)는 서로의 광축이 거의 동축에서 대향하며, 또한 카메라끼리가 상대 이동하지 않도록 모터축 등의 위치결정 수단(23)(도 1에 파선으로 나타냄)에 의해 상대위치가 유지되어 있다. 또한, 제3카메라(22)도 제1, 제2카메라(20, 21)에 대해서 광축이 거의 직교하며, 또한 카메라끼리가 상대 이동하지 않도록 모터축 등의 위치결정 수단(23)으로 유지되어 있다. 카메라(20, 21, 22)는 자동 초점맞춤(오토 포커스) 기능을 구비한 것이 좋으나, 제1, 제2카메라(20, 21)를 Z축 방향으로 이동시키거나, 제3카메라(22)를 Y축(레이저 칩(P)의 광축) 방향으로 이동시킴으로써, 대용해도 좋다.

제어장치(25)는 제1카메라(20), 제2카메라(21) 및 제3카메라(22)의 촬상 데이터를 받아들이고, 이들 데이터로부터, 제1카메라(20)와 제2카메라(21)와의 광축 어긋남량, 제1카메라(20)와 제3카메라(22)와의 광축 어긋남량, 레이저 칩(P)의 위치(자세), 기판(B)의 위치(자세), 헤드 기준 마크(5)와 레이저 칩(P)과의 상대위치(자세), 스테이지 기준 마크(14)와 기판(B)과의 상대위치(자세) 등을 연산하고, 기억함과 아울러, 구동기구(7, 8, 9, 15, 16, 17)를 제어하는 기능을 갖는다.

여기에서, 상기 구성으로 이루어지는 실장장치의 작동의 일례를 도 4, 도 5를 따라서 설명한다.

도 4(a)는 제1카메라(20), 제2카메라(21) 및 제3카메라(22)의 캘리브레이션 공정을 나타낸다. 우선, 실장위치에 배치되어 있는 제1카메라(20)와 제2카메라(21) 사이에, 흡착 헤드(2)를 삽입하고, 캘리브레이션 마크(6a)를 접합면 높이로 조정한다. 그리고, 양방의 카메라(20, 21)로 흡착 헤드(2)에 형성된 캘리브레이션 마크(6a)를 촬상하고, 양방의 카메라(20, 21)의 광축 어긋남량을 구한다. 광축의 어긋남량은 후술하는 레이저 칩(P)과 흡착 헤드(2)와의 상대위치의 산출, 기판(B)과 스테이지(11)와의 상대위치의 산출, 흡착 헤드(2)와 스테이지(11)와의 위치 보정 등에 이용된다. 마찬가지로, 제3카메라(22)로 캘리브레이션 마크(6b)를 촬상한다. 이때, 캘리브레이션 마크(6a, 6b)는 일정한 위치관계로 설정되어 있으므로, 제1카메라(20)와 제3카메라(22)와의 광축 어긋남량을 구할 수 있다.

도 4(b)는 흡착 헤드(2)를 퇴피시키고, 스테이지(11)를 실장위치, 다시 말하면 기판(B)의 상면이 접합면 높이가 되는 위치에 삽입한 상태를 나타낸다. 이 상태에서, 스테이지(11)상의 기판(B)의 얼라인먼트 마크(B1)를 제1카메라(20)로, 스테이지(11)의 배후의 기준 마크(14)를 제2카메라(21)로 동시 촬상하고, 기판(B)의 X, Y좌표 위치와 스테이지(11)의 X, Y좌표 위치를 구한다. 그리고, 제1카메라(20)와 제2카메라(21)로부터의 화상 정보를 사용해서, 기판(B)과 스테이지(11)와의 위치관계를 기억한다.

도 4(c)는 스테이지(11)를 퇴피시키고, 흡착 헤드(2)를 실장위치, 다시 말하면 흡착 헤드(2)에 흡착되어 있는 레이저 칩(P)이 접합면 높이가 되는 위치로 하강시킨 상태를 나타낸다. 이 위치에서 레이저 칩(P)을 발광시킨다(광축 방향은 Y축). 그리고, 제1카메라(20)로 헤드 기준 마크(5)의 XY좌표를 인식하고, 제2카메라(21)로 레이저 칩(P)의 발광면(도 4(c)에서는 우측면)의 Y좌표를 인식하며, 제3카메라 (22)로 레이저 칩(P)의 광축의 X, Z좌표를 인식한다. 이때, 제2카메라(21)의 시야는 레이저 칩(P) 전체를 인식할 수 있으므로, 발광면의 Y좌표를 간단하게 인식할 수 있다. 그리고, 제1카메라(20)∼제3카메라(22)로부터의 화상 정보를 사용해서, 레이저 칩(P)과 흡착 헤드(2)와의 위치관계를 기억한다.

한편, 도 4(b), 도 4(c)에 있어서의 제1카메라(20), 제2카메라(21)의 초점 거리가 캘리브레이션 마크(6a)를 인식했을 때(도 4(a))의 초점 거리와 다르므로, 헤드 기준 마크(5), 얼라인먼트 마크(B1) 및 스테이지 기준 마크(14) 등을 명확하게 인식할 수 있도록, 오토 포커스 기능을 사용하는 것이 좋다.

도 5는 제3카메라 방향에서 본 흡착 헤드(2)와 레이저 칩(P)의 모습을 나타낸다. 제3카메라(22)에 의해 레이저 칩(P)의 발광부(P1)의 X좌표를 인식하고, 이것과 제1카메라(20)에 의해 인식한 헤드 기준 마크(5)의 XY좌표로부터, 레이저 칩(P)과 흡착 헤드(2)와의 X방향의 상대위치를 구할 수 있다. 또한, 제3카메라(22)에 의한 레이저 칩(P)의 광축의 Z방향의 위치정보와, 예를 들면 흡착 헤드(2)에 형성한 위치 센서의 Z위치 정보로부터, 레이저 칩(P)의 광축과 흡착 헤드(2)와의 Z방향의 상대위치를 인식하는 것이 가능하다.

레이저 칩(P)의 광축의 Z위치 정보로서는, 예를 들면 레이저 칩(P)의 발광부(P1)와 흡착 헤드(2)의 하면과의 높이(Z)여도 좋고, 발광부(P1)와 레이저 칩(P)의 하면과의 높이여도 좋으며, 또한 흡착 헤드(2)의 측면에 제3카메라(22)의 시야 내에 마크를 형성하고, 이 마크와 발광부(P1)와의 높이여도 좋다.

도 4(d)는 실장공정으로, 흡착 헤드(2)를 실장위치에서 유지한 채, 스테이지 (11)를 도 4(b)와 동일한 위치로 이동시켜서, 레이저 칩(P)을 기판(B)에 실장한다. 이때, Z방향의 위치결정은 흡착 헤드(2)에 형성한 위치 센서로 행하면 된다. 한편, 가열시의 Z방향의 열변형량은 미리 교시(敎示)해 둔다.

도 4(b)에서 위치 인식한 후, 도 4(c)에서 스테이지(11)를 퇴피시키고, 또한 도 4(d)에서 실장위치로 되돌렸을 때, 구동기구(15∼17)의 정밀도에 따라서는 기판(B)이 도 4(b)의 위치에 재현성 좋게 되돌아갈 수 있다고는 할 수 없다. 또한, 제1카메라(20)의 시계(視界)는 흡착 헤드(2)에 의해 차단되어 있으므로, 기판(B)을 제1카메라(20)로 직접 인식할 수 없다. 그래서, 실장공정에서는, 제2카메라(21)로 기준 마크(14)를 인식하고, 도 4(b)에서 산출한 상대위치 데이터로부터, 기판(B)의 위치가 도 4(c)에 있어서의 레이저 칩(P)의 위치에 맞도록 스테이지(11)를 XY방향으로 이동시킨다. 흡착 헤드(2)는 도 4(c)의 위치에 유지한 채이기 때문에, 레이저 칩(P)에는 위치 어긋남이 없어, 기판(B)의 위치 보정만을 행하면 된다. 한편, θ축 방향의 어긋남이 있는 경우에는, 스테이지(11)를 θ방향으로 이동시키면 된다.

이상과 같이 해서, 레이저 칩(P)과 기판(B)을 XYZ방향으로 정확하게 위치맞춤할 수 있으며, 이 상태에서 실장함으로써 고정밀도의 제품을 얻을 수 있다.

도 4에서는, 우선 기판(B)과 스테이지(11)와의 위치관계를 인식하고, 다음으로 흡착 헤드(2)와 레이저 칩(P)과의 위치관계를 인식하며, 레이저 칩(P)을 실장위치에서 유지한 채, 기판(B)을 실장위치로 이동시켜서 실장하는 예를 나타내었으나, 이것과 반대의 방법으로 실장해도 좋다. 즉, 우선 흡착 헤드(2)와 레이저 칩(P)과의 위치관계를 인식하고, 다음으로 기판(B)과 스테이지(11)와의 위치관계를 인식하 며, 기판(B)을 실장위치에서 유지한 채, 레이저 칩(P)을 실장위치로 이동시켜서 실장해도 좋다.

도 4에서 나타낸 위치결정 공정에 있어서, 가열하면서 실장을 행하는 경우에는, 실장 도중에 흡착 헤드(2) 또는 스테이지(11)가 열변형을 일으키는 경우가 있다. 그 때문에, 실장 직전에는 정확하게 위치맞춤되어 있더라도, 실장이 종료된 시점에서 레이저 칩(P)과 기판(B)이 정확하게 합치하지 않는 경우가 발생한다.

그와 같은 경우의 대책으로서, 실장공정(도 4(d) 참조)에 있어서, 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다.

우선, 헤드 기준 마크(5)와 스테이지 기준 마크(14)를 제1, 제2카메라(20, 21)로 인식하고, 상술한 상대위치 정보를 사용해서 레이저 칩(P)과 기판(B)의 위치가 일치하는 위치에 흡착 헤드(2)와 스테이지(11)를 임시 고정한다. 이 시점에서는, 레이저 칩(P)과 기판(B)은 가볍게 접촉하고 있는 것에 불과하다.

다음으로, 흡착 헤드(2) 및 스테이지(11)의 한쪽 혹은 쌍방을 접합을 위해서 가열(예를 들면 350℃/5sec 이상)하면서 가압하고, 그 동안, 헤드 기준 마크(5)와 스테이지 기준 마크(14)를 제1, 제2카메라(20, 21)로 연속적으로 촬상한다. 그리고, 상기 임시 고정공정의 상대위치 관계를 유지하도록, 흡착 헤드(2)와 스테이지(11)를 상대위치 보정한다.

상기와 같은 방법을 사용하면, 실장 도중에 XY방향의 어긋남이 발생하더라도, 그 어긋남을 카메라(20, 21)에 의해 실시간으로 검출해서 보정하므로, 정확한 접합이 가능해진다.

도 4에서는, 가열시의 Z방향의 열변형량은 미리 교시해 두도록 하였으나, 실제로 변형량이 10㎛ 정도 발생하는 경우가 있으며, 그 재현성도 그다지 기대할 수 없는 경우가 있다. 그래서, 제3카메라(22)를 사용해서 레이저 칩(P)과 기판(B)과의 틈새를 측정하고, 실시간으로 보정하면서 실장하면, 레이저 칩(P)의 광축을 기판(B)에 대해서 최적의 높이에 맞추는 것이 가능해진다.

틈새의 측정방법에는 도 6에 나타내는 바와 같은 3종류의 방법이 고려된다.

제1의 측정방법은 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 레이저 칩(P)과 기판(B)의 외형 단면으로부터 틈새(t1)를 측정하는 방법이다.

제2의 측정방법은 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 흡착 헤드(2)와 스테이지(11)의 외형 단면으로부터 틈새(t2)를 측정하는 방법이다.

제3의 측정방법은 도 6(c)에 나타내는 바와 같이, 흡착 헤드(2)와 스테이지(11)에 형성한 기준 마크(2a, 11a)로부터 틈새(t3)를 측정하는 방법이다.

상기 어느 하나의 방법을 사용함으로써, 화상으로 인식 보정하면서, 레이저 칩(P)과 기판(B)과의 접합 틈새를 임의로 조정할 수 있다. 한편, 제2와 제3의 측정방법에서는, 레이저 칩(P)의 광축을 인식했을 때, 광축과 헤드(2)의 단면 또는 기준 마크와의 상대위치를 인식해 둘 필요가 있다.

실시예 2

도 7∼도 11은 본 발명에 따른 실장장치의 제2실시예를 나타낸다.

이 실시예의 실장장치도, 헤드부(30) 및 스테이지부(40)와, 제1∼제3광학계(60, 61, 66)와, 제어장치(도시하지 않음)로 구성되어 있다.

헤드부(30)는 레이저 칩(P)을 흡착하는 흡착 헤드(31)와, 예를 들면 X, Y, Z축 방향으로 구동하는 구동기구(32)와, 흡착 헤드(31)를 구동기구(32)에 연결하는 브래킷(33)으로 구성되어 있다. 브래킷(33)은 대향하는 한 쌍의 지지벽(33a)을 구비하고 있으며, 그 사이에 X축 방향으로 관통한 공동부(33b)가 형성되어 있다. 이 공동부(33b)에는 제1광학계(60)(미러부)가 X축 방향으로부터 출입 자유롭게 삽입된다.

흡착 헤드(31)는 도 9에 나타내는 바와 같이 베이스 부재(34)와, 베이스 부재(34)의 상면에 고정된 투명 유리 등으로 이루어지는 투명판(35)과, 베이스 부재(34)의 하면에 고정된 단열재로 이루어지는 통형상 부재(36)와, 통형상 부재(36)의 하단부에 고정된 어태치먼트 부재(attachment member;37)와, 어태치먼트 부재(37)와 통형상 부재(36) 사이에 끼워 부착된 히터(38)로 구성되어 있다. 상기 베이스 부재(34)는 지지벽(33a)의 하단부에 나사 등에 의해 고정되어 있다. 어태치먼트 부재(37)는 가능한 한 열전도성이 양호한 재료로 형성하는 것이 좋다.

베이스 부재(34)의 중앙부에는, 상하로 관통하는 구멍(34a)이 형성되고, 이 관통구멍(34a)은 통형상 부재(36)의 내부구멍(36a)과 연통하고 있으며, 이들 구멍(34a, 36a)에 의해 중공부(39)가 형성되어 있다. 중공부(39)의 상면이 투명판(35)으로 폐쇄되어 있다. 베이스 부재(34)에는 중공부(39)에 연통하는 에어 배관(34b)이 접속되어 있으며, 이 에어 배관(34b)은 도시하지 않은 진공흡인 장치와 접속되어, 에어 흡인 통로를 구성하고 있다.

히터(38)의 중심부에는 관통구멍이 형성되고, 이 관통구멍과 어태치먼트 부 재(37)의 중심부에 형성된 부품 흡착 구멍(37a)이 일치하도록, 히터(38)는 어태치먼트 부재(37)에 대해서 동심(同心) 형상으로 고정되어 있다. 부품 흡착 구멍(37a)의 하측 개구부에 레이저 칩(P)이 흡착된다.

상기와 같이, 흡착 헤드(31)의 부품 흡착 구멍(37a)의 배후에 부품 흡착 구멍(37a)과 연통하는 중공부(39)가 형성되고, 중공부(39)의 부품 흡착 구멍(37a)과 대향하는 면이 투명판(35)으로 폐쇄되어 있다. 헤드(31)를 구동기구(32)에 연결하기 위한 브래킷(33)에는 공동부(33b)가 형성되고, 이 공동부(33b)에 삽입된 제1광학계(60)로 투명판(35)을 통해서 부품 흡착 구멍(37a)을 용이하게 인식할 수 있다. 다시 말하면, 부품 흡착 구멍(37a)을 헤드 기준 마크로서 사용할 수 있다. 한편, 회전 방향의 각도 어긋남을 검출하기 위해서, 부품 흡착 구멍(37a)의 상측 개구부를 직사각형 등의 방향성을 갖는 이형(異形) 형상으로 하는 것이 좋다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 흡착 헤드(31)의 어태치먼트 부재(37)의 표면에는 전극(37b)이 형성되어 있으며, 표리면에 전극(Pa, Pb)을 갖는 레이저 칩(P)을 흡착 헤드(31)가 흡착하면, 레이저 칩(P)의 상면 전극(Pa)은 전극(37b)에 접촉 도통(導通)한다. 이 상태에서, 전원장치(50)의 프로브(51, 52)를 각각 전극(37b)과 하면 전극(Pb)에 접촉시키면, 레이저 칩(P)을 발광시키는 것이 가능해진다.

도 11은 광축 인식위치(도 4(c) 참조)에 있어서의 전원장치(50)를 나타낸다. 전원장치(50)를 수평 방향으로 진출시킨 상태에서, 흡착 헤드(31)를 하강시키면, 프로브(51, 52)가 각각 전극(37b)과 하면 전극(Pb)에 접촉하기 때문에, 레이저 칩(P)이 발광하고, 이 광축을 제3광학계(66)로 촬상할 수 있다.

스테이지부(40)는 기판(P)을 흡착 유지하는 스테이지(41)와, 예를 들면 X, Y, θ축 방향으로 구동하는 구동기구(42)와, 스테이지(41)를 구동기구(42)에 연결하는 브래킷(43)으로 구성되어 있다. 스테이지(41)는 흡착 헤드(31)와, 브래킷(43)은 브래킷(33)과 상하 대칭 구조이기 때문에, 이하에 주요부의 부품 부호를 열기해서 중복 설명을 생략한다. 즉, 43b는 공동부, 44는 베이스 부재, 44b는 에어 배관, 45는 투명판, 46은 통형상 부재, 47은 어태치먼트 부재, 47a는 부품 흡착 구멍, 48은 히터, 49는 중공부이다. 이 경우도, 공동부(43b)에 X축 방향으로부터 삽입된 제2광학계(61)(미러부)로 투명판(45)을 통해서 부품 흡착 구멍(47a)을 촬상할 수 있으며, 부품 흡착 구멍(47a)을 헤드 기준 마크로서 사용할 수 있다.

제1광학계(60)는 XY축 구동기구(62)상에 형성된 지주부(63)에 Z1축 구동기구(64)를 통해서 부착되어 있으며, 제2광학계(61)는 상기 지주부(63)에 Z2축 구동기구(65)를 통해서 부착되어 있다. 제3광학계(66)는 지주부(63)에 Y축 구동기구(67)를 통해서 부착되어 있다.

제1광학계(60)는 카메라(60a)와, X축 방향으로 연장되는 통형(筒形)의 렌즈(60b)와, 렌즈(60b)의 선단에 부착된 프리즘 또는 미러(60c)를 구비하고 있으며, 이 미러(60c)가 브래킷(33)의 공동부(33b)에 삽입된다. 그리고, 부품 흡착 구멍(37a)의 빛을 미러(60c)로 반사시키고, 렌즈(60b)를 통해서 카메라(60a)로 촬상할 수 있도록 되어 있다.

제2광학계(61)도 마찬가지로, 카메라(61a)와, X축 방향으로 연장되는 통형의 렌즈(61b)와, 프리즘 또는 미러(61c)를 구비하고 있으며, 이 미러(61c)가 브래킷 (43)의 공동부(43b)에 삽입된다. 공동부(33b, 43b)에 비해서 미러(60c, 61c)는 소단면이기 때문에, XYZ방향으로 스페이스상의 여유가 존재한다. 그 때문에, 위치 인식, 실장, 위치 보정시에 흡착 헤드(31) 및 스테이지(41)를 동작시킨 경우라도, 브래킷(33, 43)과 미러(60c, 61c)와의 간섭을 방지할 수 있다.

제1∼제3광학계(60, 61, 66)는 오토 포커스 기능을 구비한 것이 좋다.

제1광학계(60)와 제2광학계(61)는 서로의 광축이 동축에서 대향하고, 또한 카메라끼리가 XY방향으로 상대 이동하지 않도록 지주부(63)에 의해 지지되어 있다. 제3광학계(66)는 제1광학계(60)와 광축이 직교하고, XZ방향으로 상대 이동하지 않도록 지주부(63)로 지지되어 있다. 또한, 제1광학계(60)와 제2광학계(61)와의 광축 어긋남량을 인식하기 위해서, 흡착 헤드(31) 또는 스테이지(41)에 형성된 한쪽의 부품 흡착 구멍(37a, 47a)을 캘리브레이션 마크로서 사용할 수 있다.

대형의 기판(B)에 복수의 부품(P)을 실장하는 경우에 대응하기 위해서, 양 광학계(20, 21)는 XY축 구동기구(62)에 의해 XY방향으로 일체로 이동 가능하게 되어 있다.

또한, 제1광학계(60)를 Z1축 구동기구(64)에 의해 상하 방향으로 조정하고, 제2광학계(61)를 Z2축 구동기구(65)에 의해 상하 방향으로 조정하며, 제3광학계(66)를 Y축 구동기구(67)에 의해 수평 방향으로 조정함으로써, 각 광학계(60, 61, 66)의 포커스 조정을 독자적으로 행할 수도 있다.

상기 실시예의 실장장치의 동작은 도 4에 나타난 제1실시예와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다. 한편, 캘리브레이션으로서 흡착 헤드(31)의 부품 흡착 구멍 (37a) 또는 스테이지(41)의 부품 흡착 구멍(47a)을 사용한 경우에는, 레이저 칩(P) 또는 기판(B)을 흡착하기 전에 흡착 헤드(31) 또는 스테이지(41)를 상하의 광학계(60, 61) 사이에 삽입하여, 광축 어긋남량을 측정하면 된다.

제2실시예에서는, 부품 흡착 구멍(37a, 47a)을 헤드 기준 마크 및 스테이지 기준 마크로서 사용하고 있다. 부품 흡착 구멍(37a, 47a)은 부품(P) 및 기판(B)과 가장 가까운 위치에 있으므로, 흡착 헤드(31)나 스테이지(41)에 다소의 변형이 있더라도, 부품(P)과 흡착 헤드(31)와의 상대위치 어긋남량, 기판(B)과 스테이지(41)와의 상대위치 어긋남량이 가장 작아진다. 또한, 헤드(또는 스테이지)의 배후에서 투명체를 통해서 기준 마크인 부품 흡착 구멍을 투시 가능하기 때문에, 실장 도중이라도 헤드(또는 스테이지)의 위치를 정확하게 인식할 수 있어, 정밀도가 높은 위치결정이 가능해진다.

또한, 흡착 헤드(31) 및 스테이지(41)의 쌍방이 히터(38, 48)를 구비하고 있으므로, 열과 압력을 가해서 레이저 칩(P)을 기판(B)에 실장할 수 있다. 이 경우, 히터(38, 48)가 부품 흡착 구멍(37a, 47a)에 매우 가까운 위치에 형성되어 있으므로, 부품(P) 및 기판(B)에 대해서 열을 가장 효율 좋게 전달할 수 있으며, 접합성능의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 헤드(또는 스테이지)를 가열하면, 주위의 공기의 요동에 의해 카메라에 의한 촬상 화상에 일그러짐이 발생하여, 오차의 원인이 되지만, 중공부(39)는 에어 흡인 통로(34b)로부터의 에어 흡인에 의해 감압상태에 있으므로, 공기의 밀도가 낮고, 요동이 적다. 그 때문에, 투명체(35) 및 중공부(39)를 통해서 부품 흡착 구멍(37a)을 촬상했을 때, 요동에 의한 오차가 적어, 정 밀도가 좋은 촬상 데이터를 얻을 수 있다.

제2실시예에서는, 제1광학계(60) 및 제2광학계(61)에 형성된 미러부(60c, 61c)를 공동부(33b, 43b)에 삽입하도록 하였으나, 광학계를 소형으로 구성할 수 있는 경우에는, 렌즈부(60b, 61b)나 미러부(60c, 61c)를 생략하고, 직접 카메라(60a, 61a)를 공동부(33b, 43b)에 삽입해도 좋다.

또한, 흡착 헤드(31)와 스테이지(41)를 상하 대칭구조로 하고, 브래킷(33) 및 브래킷(43)도 상하 대칭구조로 하였으나, 취급하는 제1부품(발광소자)(P) 및 제2부품(기판)(B)의 형상이나 크기에 따라서 임의의 구조를 채택할 수 있다.

브래킷(33, 43)으로서, 실시예와 같은 한 쌍의 지지벽(33a)으로 지지하는 구조부재를 사용하였으므로, 흡착 헤드(31) 및 스테이지(41)를 구동기구(32, 42)에 대해서 양단 지지 구조로 지지할 수 있으며, 실장시의 가압력에 의한 흡착 헤드(31) 및 스테이지(41)의 휨을 방지할 수 있다. 게다가, 브래킷(33, 43)은 광학계(60, 61)의 미러부(60c, 61c)를 삽입 자유로운 공동부(33b, 43b)를 가지므로, 실장 도중에 있어서의 헤드 기준 마크(37a, 47a)를 용이하게 인식할 수 있다.

실시예 3

도 12, 도 13은 본 발명에 따른 실장장치의 제3실시예로서, 1대의 카메라로 2개의 광학계(제1광학계와 제2광학계)를 구성한 예이다. 도 8에 나타내는 제2실시예와 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.

이 실시예에서는, 지주부(63)에 Z축 방향으로 이동 가능하게 형성된 테이블(70)상에, 카메라(71)와 렌즈(72)와 카메라(71)의 시야를 상하 반씩으로 분할하는 미러(또는 프리즘)(73, 74)가 설치되어 있다. 카메라(71)의 광축은 미러(73)에 의해 상향으로 구부러지고, Z축 방향으로 이동 불가능한 미러 지지부재(75)에 형성된 2개의 미러(또는 프리즘)(76, 77)에 의해 하향으로 구부러져서, 헤드 기준 마크(37a)를 촬상할 수 있다. 한편, 미러(74)에 의해 하방을 향해서 구부러진 광축은 Z축 방향으로 이동 불가능한 미러 지지부재(78)에 형성된 2개의 미러(또는 프리즘)(79, 80)에 의해 상향으로 구부러져서, 스테이지 기준 마크(47a)를 촬상할 수 있다. 이와 같이, 1대의 카메라(71)로 2개의 광학계를 구성할 수 있다.

도 13은 카메라(71)에 의한 시야 화상을 나타낸다. 상반분(上半分)에 찍힌 화상이 헤드 기준 마크(37a)이고, 하반분(下半分)에 찍힌 화상이 스테이지 기준 마크(47a)이다. 테이블(70)을 Z축 방향으로 이동시키고, 상하의 광학계의 광로의 길이를 동등하게 하며, 포커스를 Y1축에서 맞춤으로써, 상하의 광학계의 화상의 초점을 동시에 맞출 수 있다.

실시예 4

도 14, 도 15는 본 발명에 따른 실장장치의 제4실시예이다. 이 실시예는 5대의 카메라를 사용함으로써, 고속으로 위치맞춤을 행하는 방식이다. 도 14는 도 1과, 도 15는 도 4와 대비해서 설명한다. 한편, 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.

도 14에 있어서, 제1카메라(81)와 제2카메라(82)가 위치결정 수단(83)에 의해 광축이 대향하도록 유지되고, 제3카메라(84)와 제4카메라(85)가 광축이 대향하도록 위치결정 수단(86)에 의해 유지되어 있다. 또한, 제5카메라(87)가 그 광축이 제3카메라(84)와 제4카메라(85)의 광축과 직교하도록 위치결정 수단(86)으로 유지되어 있다. 한편, 제5카메라(87)의 부착위치는 헤드 진행 방향과 직각 방향이어도 좋다. 제1카메라(81)와 제2카메라(82), 제3카메라(84)와 제4카메라(85)는 각각 XY방향으로는 상대위치가 고정되고, 포커스 방향으로는 이동이 자유롭다. 또한, 제5카메라(87)는 그 광축 방향으로 포커스 이동이 자유롭다.

예를 들면, 제1카메라(81)는 헤드 기준 마크(5)를 인식하기 위해서 사용되고, 제2카메라(82)는 흡착 헤드(2)에 흡착된 부품(P)을 인식하기 위해서 사용된다. 또한, 제3카메라(84)는 예를 들면 스테이지(11)에 유지된 기판(B)과 헤드 기준 마크(5)를 인식하기 위해서 사용되고, 제4카메라(85)는 스테이지 기준 마크(14)를 인식하기 위해서 사용된다. 제5카메라(87)는 부품(P)의 광축 인식 및 실장 높이 인식에 겸용된다.

상기 구성의 실장장치의 동작을 도 15에 따라서 설명한다.

도 15(a)는 캘리브레이션 공정으로서, 제1카메라(81)와 제2카메라(82) 사이에 흡착 헤드(2)의 선단부를 삽입하고, 양방의 카메라(81, 82)로 흡착 헤드(2)에 형성된 캘리브레이션 마크(6a)를 촬상하여, 양방의 카메라(81, 82)의 광축 어긋남량을 구함과 동시에, 제5카메라(87)로 캘리브레이션 마크(6b)를 촬상한다. 마찬가지로, 제3카메라(84)와 제4카메라(85) 사이에 스테이지(11)를 삽입하고, 양방의 카메라(84, 85)로 스테이지(11)에 형성된 캘리브레이션 마크(19)를 촬상하여, 양방의 카메라(84, 85)의 광축 어긋남량을 구한다.

도 15(b)는 흡착 헤드(2)에 흡착되어 있는 부품(P)을 카메라(81, 82) 사이에 삽입하고, 스테이지(11)에 유지되어 있는 기판(B)을 카메라(84, 85) 사이에 삽입한 상태를 나타낸다. 한편, 기판(B) 위에는 접합재(B2)가 부착되어 있다. 이 상태에서, 카메라(81, 82)에 의해 헤드 기준 마크(5)와 부품(P)과의 상대위치를 인식하고, 카메라(84, 85)에 의해 기판(B)과 스테이지 기준 마크(14)와의 상대위치를 인식한다. 그리고, 동시에 부품(P)을 발광시키고, 그 광축 위치를 제5카메라(87)로 인식한다. 따라서, 부품(P)의 위치와 헤드(2)의 마크(5), 광축의 위치관계가 기억되고, 기판(B)의 위치와 스테이지(11)의 마크(14)와의 위치관계가 기억된다.

도 15(c)는 제3, 제4카메라(84, 85) 사이에 흡착 헤드(2)를 이동시켜서, 제3카메라(84)로 헤드 기준 마크(5)를 인식하고, 제4카메라(85)로 스테이지 기준 마크(14)를 인식하며, 제5카메라(87)에 의해 부품(P)과 기판(B)과의 틈새가 소정의 값이 되도록 헤드(2)를 하강시켜 멈춘 상태를 나타낸다. 여기에서는, 제3, 제4카메라(84, 85) 사이에 흡착 헤드(2) 및 스테이지(11)를 이동시켰으나, 제1, 제2카메라(81, 82) 사이에 흡착 헤드(2) 및 스테이지(11)를 이동시켜서, 제1카메라(81)로 헤드 기준 마크(5)를 인식하고, 제2카메라(82)로 스테이지 기준 마크(14)를 인식해도 좋다.

도 15(d)는 접합공정으로서, 부품(P)과 기판(B)을 가열하면서 접합을 행한다. 가열에 의해 부품(P)과 기판(B)의 상대위치가 어긋나지 않도록, 제3, 제4카메라(84, 85)로 연속적으로 마크(5, 14)를 촬상함으로써, 실시간으로 흡착 헤드(2) 또는 스테이지(11)를 위치 보정할 수 있다. 동시에, 제5카메라(87)로 부품(P)과 기판(B)과의 틈새를 측정하고, 그 틈새가 소정의 값이 되도록 헤드 높이를 실시간으 로 보정할 수 있다. 그 때문에, 도 18에 나타내는 바와 같이, 발광소자의 광축을 도파로 기판의 도파로에 정확하게 합치시킬 수 있다.

상기와 같이, 제1, 제2카메라(81, 82)와 제3, 제4카메라(84, 85)의 2세트의 카메라쌍을 사용하면, 한쪽의 카메라쌍으로 흡착 헤드(2)측을 촬상하고 있는 동안에, 다른쪽의 카메라쌍으로 스테이지(11)측을 촬상할 수 있으므로, 위치맞춤 및 실장을 고속으로 행할 수 있다.

한편, 접합재(B2)로서 UV 경화수지를 사용한다고 하면, 도 15(d)의 단계에서 UV를 수평 방향으로부터 조사해서 고착시킬 수 있다.

상기와 같이 제5카메라(87)는 부품(P)의 광축 인식 및 실장 높이 인식을 겸하는 것이지만, 도 18에 나타내는 바와 같은 광부품(P)을 도파로 기판(B)에 실장하는 경우에는, 실장시에 부품 광축 방향에서 제5카메라(87)로 인식하고자 하더라도, 부품(P)과 기판(B)과의 틈새가 기판(B)에 의해 숨어 버리기 때문에 검지할 수 없다. 이와 같은 경우에는, 수평 방향의 광축을 갖는 다른 카메라를 사용해도 좋다. 이 경우는 합계 6대의 카메라를 사용하게 된다. 한편, 도 6(b), 도 6(c)에 나타내는 바와 같이, 부품간의 틈새를 헤드와 스테이지의 틈새로 치환해서 측정하는 경우에는, 제5카메라(87)로 부품(P)의 광축 인식 및 실장 높이 인식에 겸용할 수 있다.

제1∼제4실시예에서는, 1장의 기판(B)에 대해서 1개의 레이저 칩(P)을 장착하는 예에 대해서 설명하였으나, 1장의 기판(B)에 대해서 복수개의 레이저 칩(P)을 장착하는 경우에도 동일하다. 단, 그 경우에는, 기판(B)의 복수의 장착위치에 각각 얼라인먼트 마크(B1)를 형성함과 아울러, 이것에 대응하는 스테이지(11)에도 복수 의 스테이지 기준 마크(14)를 형성할 필요가 있다.

본 발명은 발광소자를 기판에 탑재하는 칩마운터나, TAB 본더, 플립칩 본더 등, 넓은 용도에 사용할 수 있다.

본 발명의 장착장치는 상기 실시예에 나타난 구조에 한하는 것은 아니며, 본 발명의 각 공정을 실시할 수 있는 구조이면 된다.

본 발명에 있어서, 제1광학계를 흡착 헤드보다 상방에 배치하고, 제2광학계를 스테이지보다 하방에 배치하였으나, 적어도 헤드 기준 마크 및 스테이지 기준 마크로부터의 빛을 받는 부분(예를 들면 렌즈나 미러 등)이 흡착 헤드보다 상방 및 스테이지보다 하방에 위치하면 되고, 카메라가 각각 흡착 헤드보다 상방, 스테이지보다 하방에 배치되어 있을 필요는 없다. 따라서, 복수의 미러나 프리즘을 사용해서 흡착 헤드의 측방이나 하방, 혹은 스테이지의 측방이나 하방에 배치된 카메라에 빛을 반사하도록 해도 좋다.

도 4에서는, 제1광학계(20)의 광축과 직교하는 방향에 배치한 제3광학계(22)로 레이저 칩(P)의 광축을 촬상하였으나, 도 16에 나타내는 바와 같이, 흡착 헤드(2)의 하면에 반사 미러(90)를 형성하고, 레이저 칩(P)의 빛을 미러(90)로 90도 굽힘으로써, 제2광학계(21)로 레이저 칩(P)의 광축을 촬상하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 제2광학계(21)로 제3광학계(22)를 겸용할 수 있다.

상기 실시예에서는, 레이저 칩을 발광시키고, 그 광축을 제3광학계로 촬상함으로써, 광축의 X방향 및 Z방향의 위치를 인식하는 경우에 대해서 설명하였으나, Z방향에 대해서는 반드시 인식할 필요는 없다.

예를 들면, 도 17에 나타내는 바와 같이, 도파로 기판(91)에 높이 기준이 되는 대좌(92)를 형성한 경우에는, 레이저 칩(95)을 대좌(92)에 밀어붙인 상태에서 접합하는 것만으로, 레이저 칩(95)의 광축과 도파로 기판(91)의 도파로(93)를 Z방향으로 정확하게 맞출 수 있으므로, 제3광학계로 광축의 Z방향의 위치를 인식할 필요가 없기 때문이다. 한편, 96은 금속 접합부이다.

Claims (13)

1. 흡착 헤드의 하단부에 횡방향(橫方向)으로의 광축을 갖는 발광소자인 제1부품을 흡착하고, 이 제1부품을 스테이지상에 유지된 제2부품에 위치맞춤해서 장착하는 방법으로서,

   상기 흡착 헤드보다 상방(上方)에 배치된 제1광학계와, 상기 스테이지보다 하방이며, 제1광학계와 광축이 거의 대향하도록 배치된 제2광학계와, 제1광학계와 광축의 방향이 거의 직교하도록 배치된 제3광학계를 준비하는 공정과,

   제1광학계와 제2광학계 사이에 흡착 헤드를 삽입하고, 제1광학계로 흡착 헤드에 부여되며 상방에서 인식할 수 있는 헤드 기준 마크를 촬상(撮像)함과 아울러, 제2광학계로 흡착 헤드에 흡착된 제1부품을 촬상하고, 또한 제1부품을 발광시켜서 그 광축을 제3광학계로 인식하는 공정과,

   제1광학계와 제2광학계 사이에 스테이지를 삽입하고, 제1광학계로 스테이지상에 유지된 제2부품을 촬상함과 아울러, 제2광학계로 스테이지에 부여되며 하방에서 인식할 수 있는 스테이지 기준 마크를 촬상하는 공정과,

   상기 제1광학계, 제2광학계 및 제3광학계로부터의 화상 정보를 사용해서 제1부품과 흡착 헤드의 상대위치, 제2부품과 스테이지의 상대위치를 산출하는 공정과,

   상기 흡착 헤드와 스테이지를 장착위치로 이동시킨 상태에서, 상기 헤드 기준 마크와 스테이지 기준 마크를 상기 제1, 제2의 광학계로 인식하고, 이들 위치 정보와 상기 상대위치 정보를 사용해서, 제1부품이 제2부품에 실장될 수 있는 위치에 있도록 흡착 헤드 및 스테이지의 적어도 한쪽을 위치 보정하는 공정과,

   상기 위치 보정 후, 제1부품과 제2부품을 장착하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 발광소자의 장착방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1광학계와 제2광학계를 준비하는 공정은 제1광학계와 제2광학계 사이에 상하 양방에서 인식할 수 있는 단일의 캘리브레이션 마크(calibration mark)를 삽입하고, 이 캘리브레이션 마크를 제1광학계와 제2광학계로 촬상함으로써, 제1광학계와 제2광학계의 광축 어긋남량을 측정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 장착방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1광학계와 제3광학계를 준비하는 공정은 제1광학계와 제3광학계 사이에 상방향(上方向)과 횡방향으로부터의 상대위치 관계가 기지(旣知)의 캘리브레이션 마크를 삽입하고, 이 캘리브레이션 마크를 제1광학계와 제3광학계로 촬상함으로써, 제1광학계와 제3광학계의 광축 어긋남량을 측정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 장착방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 캘리브레이션 마크는 상기 흡착 헤드 또는 스테이지에 형성된 마크인 것을 특징으로 하는 발광소자의 장착방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1부품을 발광시켜서 그 광축을 제3광학계로 인식하는 공정에 있어서,

   상기 제1부품의 발광상태를 계측하고, 그 발광상태가 규격값에서 벗어나는 경우에는, 후속의 공정으로 진행하지 않고 제1부품을 불량품으로서 배출하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 장착방법.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1광학계, 제2광학계 및 제3광학계는 상기 헤드 기준 마크와 제1부품을 촬상하는 공정, 상기 제2부품과 스테이지 기준 마크를 촬상하는 공정, 상기 흡착 헤드 및 스테이지의 적어도 한쪽을 위치 보정하는 공정, 및 제1부품과 제2부품을 장착하는 공정 동안에, 고정의 위치관계로 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 발광소자의 장착방법.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장착위치에 있어서의 흡착 헤드와 스테이지와의 위치 보정 공정은

   상기 헤드 기준 마크와 스테이지 기준 마크를 상기 제1, 제2광학계로 인식하고, 상기 상대위치 정보를 사용해서 제1부품이 제2부품에 실장될 수 있는 위치에 있도록 흡착 헤드와 스테이지를 임시 고정하는 공정과,

   상기 흡착 헤드 및 스테이지의 한쪽 혹은 쌍방을 접합을 위해서 가열하면서, 헤드 기준 마크와 스테이지 기준 마크를 제1, 제2광학계로 연속적으로 촬상하며, 상기 임시 고정공정의 상대위치 관계를 유지하기 위해서 흡착 헤드와 스테이지를 상대위치 보정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 장착방법.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1부품과 제2부품을 장착하는 공정에 있어서, 제3광학계를 사용해서 제1부품과 제2부품과의 상하 방향의 상대거리를 측정하고, 그 접합 틈새를 보정하면서 장착하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 장착방법.
9. 횡방향으로의 광축을 갖는 발광소자인 제1부품과 제2부품을 위치맞춤해서 장착하는 발광소자의 장착장치로서,

   하단부에 제1부품을 흡착하고, 상방에서 인식할 수 있는 헤드 기준 마크를 갖는 흡착 헤드와,

   상단부에 제2부품을 유지하고, 하방에서 인식할 수 있는 스테이지 기준 마크를 갖는 스테이지와,

   상기 흡착 헤드 및 스테이지를 X, Y, Z 및 θ방향으로 상대 이동시키는 구동기구와,

   상기 흡착 헤드의 상방에 배치되며, 스테이지에 유지된 제2부품과 헤드 기준 마크를 촬상하는 제1광학계와,

   상기 스테이지의 하방이며, 제1광학계의 광축과 거의 대향하도록 배치되고, 흡착 헤드에 흡착된 제1부품과 스테이지 기준 마크를 촬상하는 제2광학계와,

   제1광학계와 광축의 방향이 거의 직교하도록 배치되며, 제1부품을 발광시켰을 때의 광축을 촬상하는 제3광학계와,

   상기 제1∼제3의 광학계로부터의 화상 정보를 사용해서, 제1부품과 흡착 헤드의 상대위치, 제2부품과 스테이지의 상대위치를 산출하는 연산장치와,

   상기 흡착 헤드와 스테이지를 장착위치로 이동시킨 상태에서, 상기 헤드 기준 마크와 스테이지 기준 마크를 상기 제1, 제2의 광학계로 인식하고, 이들 위치 정보와 상술한 상대위치 정보를 사용해서, 제1부품이 제2부품에 실장될 수 있는 위치에 있도록 흡착 헤드와 스테이지를 위치 보정하는 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 발광소자의 장착장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 흡착 헤드 및 스테이지의 적어도 한쪽은

    부품 흡착 구멍과, 상기 부품 흡착 구멍의 배후에 형성되며, 부품 흡착 구멍과 연통(連通)하는 중공부(中空部)와, 상기 중공부의 부품 흡착 구멍과 대향하는 면을 폐쇄하고, 부품 흡착 구멍을 배후에서 투시 가능한 투명체와, 상기 중공부에 접속된 에어 흡인 통로와, 상기 부품 흡착 구멍의 근방에 고정된 가열용 히터를 구비하며,

    상기 투명체를 통해서 부품 흡착 구멍을 헤드 기준 마크 또는 스테이지 기준 마크로서 인식 가능하게 한 것을 특징으로 하는 발광소자의 장착장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 흡착 헤드 또는 스테이지는 상기 구동기구에 대하여 브래킷(bracket)을 통해서 부착되어 있고,

    상기 브래킷에는 상기 투명체를 통해서 부품 흡착 구멍을 촬상하기 위한 제1 또는 제2의 광학계를 삽입 자유로운 공동부(空洞部)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광소자의 장착장치.
12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3광학계로 제1부품의 광축을 인식할 때, 상기 제1부품을 발광시키기 위한 전원장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 장착장치.
13. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3광학계는 제1부품 및 제2부품, 또는 흡착 헤드 및 스테이지를 측방(側方)에서 촬상하고,

    상기 연산장치는 제3광학계로부터의 화상 정보를 사용해서, 제1부품과 제2부품과의 상하 방향의 상대거리를 산출하며,

    상기 제어장치는 상기 상대거리 정보에 기초해서, 제1부품과 제2부품과의 접합 틈새를 보정하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 장착장치.

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