KR20040020795A - 부품 장착 방법 및 부품 장착 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저렴한 축기구를 사용하면서 고정밀도의 위치 결정이 가능하며, 또한 실장 도중에 있어서의 헤드나 스테이지의 위치를 인식할 수 있는 부품 장착 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 구성에 따르면, 광축(光軸)이 대향하며 또한 상호 고정의 위치 관계로 배치된 제 1 카메라(20)와 제 2 카메라(21) 사이에 흡착 헤드(2)를 삽입하고, 제 1 카메라로 흡착 헤드의 헤드 기준 마크(5)를 촬상(撮像)함과 아울러, 제 2 카메라로 흡착 헤드에 흡착된 제 1 부품(P)을 촬상한다. 다음으로, 제 1 카메라와 제 2 카메라 사이에 스테이지(11)를 삽입하고, 제 1 카메라로 스테이지상에 유지된 제 2 부품(B)을 촬상함과 아울러, 제 2 카메라로 스테이지의 스테이지 기준 마크(14)를 촬상한다. 양 카메라로부터의 화상 정보를 사용하여 제 1 부품과 흡착 헤드의 상대 위치, 제 2 부품과 스테이지의 상대 위치를 산출하고, 흡착 헤드와 스테이지를 장착 위치로 이동시킨 상태에서, 헤드 기준 마크(5)와 스테이지 기준 마크(14)를 제 1, 제 2 카메라로 인식하며, 이들의 위치 정보와 상기 상대 위치 정보를 사용하여, 제 1 부품(P)과 제 2 부품(B)의 위치가 일치하도록 흡착 헤드와 스테이지를 위치 보정하여 장착한다.

Description

부품 장착 방법 및 부품 장착 장치{Parts mounting method and parts mounting apparatus}

본 발명은 전자 부품을 기판 등에 실장할 때에 사용되는 부품 장착 방법 및부품 장착 장치에 관한 것이다.

종래, 반도체칩이나 압전 부품 등의 전자 부품을 프린트 기판 등의 기판에 실장할 때, 전자 부품을 기판의 소정 위치에 정확하게 실장하기 위하여, 고정밀도의 위치 결정 기구가 필요해진다.

이와 같은 위치 결정 기구로서, 예를 들면 일본국 특허 제2780000호 공보나 일본국 특허 제2811856호 공보에 기재된 것이 있다. 일본국 특허 제2780000호 공보는 상하 2개의 카메라로 특정 마크를 촬상함으로써 상호의 어긋남량을 인식함과 아울러, 이 어긋남량에 의해 워크(work)와 기판의 상대 이동량을 보정하는 것이다. 또한 일본국 특허 제2811856호 공보는 기판과 전자 부품의 동축상에, 상하 동시 촬영용의 카메라를 삽입하여 인식하는 방법으로, 배면 맞춤(back-to-back) 카메라에 의한 상하 동시 촬영 방법이다.

그러나, 일본국 특허 제2780000호 공보의 경우, 워크 및 기판을 이동시키는 축기구의 고정밀도의 재현성을 전제로 한 위치 결정 방식으로, 본딩 작업중의 워크와 기판의 위치 어긋남을 검지할 수 있는 장치가 존재하지 않는다. 또한, 특정 마크를 사용한 보정은 상하의 카메라 사이의 상대 위치 어긋남을 파악하기 위한 것으로, 기구부의 열팽창 등에 의한 상측 카메라와 본딩부 사이, 또는 하측 카메라와 본딩 스테이지 사이의 열영향 등에 의한 오차의 파악이 불가능하기 때문에, 고정밀도화에 한계가 있었다.

한편, 일본국 특허 제2811856호 공보의 경우에는, 상하 동시 촬상 카메라가워크와 기판의 동축상에 들어가서 인식하기 때문에, 본딩 작업시에는 반드시 퇴피시키는 동작이 필요해지며, 실장 상태의 워크, 기판의 위치를 검지하는 것은 불가능하다. 또한, 상하 촬상 카메라가 배면 맞춤의 시야가 되기 때문에, 동일 시야로 1개의 캘리브레이션 마크를 촬상하는 것이 원리적으로 불가능하고, 2개의 카메라의 축맞춤 작업이 복잡해진다는 문제가 있었다.

그래서, 본 발명의 목적은 부품을 이동시키기 위한 저렴한 축기구를 사용하면서 고정밀도의 위치 결정이 가능하고, 또한 실장 도중에 있어서의 헤드나 스테이지의 위치를 인식하는 것이 가능하며, 헤드나 스테이지의 변형 등에 의한 오차를 보정할 수 있는 부품 장착 방법 및 부품 장착 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 부품 장착 방법을 사용한 실장 장치의 제 1 실시예의 사시도이다.

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

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

도 4는 도 1에 나타내는 실장 장치의 위치맞춤 동작을 나타내는 동작 설명도이다.

도 5는 도 1에 나타내는 실장 장치의 위치맞춤 동작의 다른 예의 동작 설명도이다.

도 6은 본 발명에 따른 부품 장착 방법을 사용한 실장 장치의 제 2 실시예의 정면도이다.

도 7은 도 6의 Ⅶ－Ⅶ선 단면도이다.

도 8은 도 6에 나타내는 실장 장치의 흡착 헤드의 확대도로, 도 8a는 정면도, 도 8b는 Ⅷ－Ⅷ선 단면도이다.

도 9는 흡착 헤드에 형성된 부품 흡착 구멍의 배후로부터 본 확대도로, 도 9a는 정면도, 도 9b는 Ⅸ－Ⅸ선 단면도이다.

도 10은 본 발명에 따른 실장 장치의 제 3 실시예의 측면도이다.

도 11은 도 10에 나타내는 카메라로 촬상(撮像)한 시야 화상도이다.

도 12는 본 발명에 따른 실장 장치의 제 4 실시예의 사시도이다.

도 13은 도 12에 나타내는 실장 장치의 동작 설명도이다.

도 14는 본 발명에 따른 부품 장착 방법을 사용하여 실장한 광부품의 단면도이다.

도 15는 도 14의 광부품에 사용되는 레이저 다이오드의 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

P : 전자 부품(제 1 부품)B : 기판(제 2 부품)

1a : 헤드부1b : 스테이지부

2 : 흡착 헤드4 : 부품 흡착 구멍

5 : 헤드 기준 마크6 : 캘리브레이션 마크

7, 8, 9 : 헤드용 구동 기구11 : 스테이지

13 : 부품 흡착 구멍14 : 스테이지 기준 마크

15, 16, 17 : 스테이지용 구동 기구20 : 제 1 광학계

21 : 제 2 광학계25 : 제어 장치

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 흡착 헤드로 제 1 부품을 흡착하고, 이 제 1 부품을 스테이지에 유지된 제 2 부품에 위치맞춤하여 장착하는 방법에 있어서, 상기 흡착 헤드의 상측으로부터 광축(光軸)을 하측으로 향한 제 1 광학계와, 상기 스테이지의 하측으로부터 광축을 제 1 광학계의 광축과 실질적으로 대향하도록 상측으로 향한 제 2 광학계를 준비하는 공정과, 제 1 광학계와 제 2 광학계 사이에 흡착 헤드를 삽입하고, 제 1 광학계로 흡착 헤드에 부여되어 상측으로부터 인식할 수 있는 헤드 기준 마크를 촬상함과 아울러, 제 2 광학계로 흡착 헤드에 흡착된 제 1 부품을 촬상하는 공정과, 제 1 광학계와 제 2 광학계 사이에 스테이지를 삽입하고, 제 1 광학계로 스테이지상에 유지된 제 2 부품을 촬상함과 아울러, 제 2 광학계로 스테이지에 부여되어 하측으로부터 인식할 수 있는 스테이지 기준 마크를촬상하는 공정과, 상기 제 1, 제 2 광학계로부터의 화상 정보를 사용하여 제 1 부품과 흡착 헤드의 상대 위치, 제 2 부품과 스테이지의 상대 위치를 산출하는 공정과, 상기 흡착 헤드와 스테이지를 장착 위치로 이동시킨 상태에서, 상기 헤드 기준 마크와 스테이지 기준 마크를 상기 제 1, 제 2 광학계로 인식하고, 이들의 위치 정보와 상기 상대 위치 정보를 사용하여, 제 1 부품과 제 2 부품의 위치가 소정의 관계가 되도록 흡착 헤드 및 스테이지 중 적어도 한쪽을 위치 보정하는 공정과, 상기 위치 보정 후, 제 1 부품과 제 2 부품을 장착하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 부품 장착 방법을 제공한다.

본 발명은 제 1 부품과 제 2 부품을 위치맞춤하여 장착하는 부품 장착 장치에 있어서, 하단부에 제 1 부품을 흡착하고, 상측으로부터 인식할 수 있는 헤드 기준 마크를 갖는 흡착 헤드와, 상단부에 제 2 부품을 유지하고, 하측으로부터 인식할 수 있는 스테이지 기준 마크를 갖는 스테이지와, 상기 흡착 헤드 및 스테이지를 X, Y, Z 및 θ방향으로 상대 이동시키는 구동 기구와, 상기 흡착 헤드의 상측으로부터 스테이지에 유지된 제 2 부품과 헤드 기준 마크를 촬상하는 제 1 광학계와, 제 1 광학계의 광축과 실질적으로 대향하도록 배치되고, 상기 스테이지의 하측으로부터 흡착 헤드에 흡착된 제 1 부품과 스테이지 기준 마크를 촬상하는 제 2 광학계와, 상기 제 1, 제 2 광학계로부터의 화상 정보를 사용하여, 제 1 부품과 흡착 헤드의 상대 위치, 제 2 부품과 스테이지의 상대 위치를 산출하는 연산 장치와, 상기 흡착 헤드와 스테이지를 장착 위치로 이동시킨 상태에서, 상기 헤드 기준 마크와 스테이지 기준 마크를 상기 제 1, 제 2 광학계로 인식하고, 이들의 위치 정보와 상술한 상대 위치 정보를 사용하여, 제 1 부품과 제 2 부품의 위치가 소정의 관계가 되도록 흡착 헤드와 스테이지를 위치 보정하는 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 부품 장착 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 부품 장착 방법의 일례를 설명한다.

우선, 제 1 광학계와 제 2 광학계를 준비한다. 여기에서 광학계란, 카메라 단체뿐만 아니라, 미러(mirror)나 렌즈 등을 포함할 수 있으며, 1개의 광학계가 1개의 카메라를 구비한 것에 한하지 않고, 2개의 광학계를 1개의 카메라로 구성하는 것도 가능하며, 반대로 1개의 광학계를 복수의 카메라로 구성하는 것도 가능하다.

제 1 광학계는 흡착 헤드의 상측으로부터 광축을 하측으로 향하여 배치되어 있으며, 제 2 광학계는 스테이지의 하측으로부터 광축을 상측으로 향하여 배치되어 있다. 제 1 광학계와 제 2 광학계의 광축은 실질적으로 대향하고 있으며, 서로 기지(旣知)의 위치 관계에 있다. 광축이 실질적으로 대향하는 범위에는, 서로의 시야에 대향하는 광학계의 광축이 들어올 정도의 어긋남은 포함한다. 대상으로 하는 제 1 부품과 제 2 부품의 사이즈가 상정 시야보다 커지는 경우에는, 제 1 광학계와 제 2 광학계를 일체로 수평 방향으로 이동 가능하게 하는 것이 좋다.

다음으로, 흡착 헤드를 제 1 광학계와 제 2 광학계 사이에 삽입하고, 제 1 광학계로 흡착 헤드에 부여되어 상측으로부터 인식할 수 있는 헤드 기준 마크를 촬상하며, 제 2 광학계로 흡착 헤드에 흡착된 제 1 부품을 촬상한다. 제 1 광학계와 제 2 광학계의 광축은 실질적으로 대향하고 있기 때문에, 2개의 광학계의 촬상 데이터로부터 흡착 헤드와 제 1 부품의 상대 위치를 구할 수 있다. 한편, 흡착 헤드를 제 1 광학계와 제 2 광학계 사이에 삽입한다는 것은 제 1, 제 2 광학계를 고정하고, 흡착 헤드를 이동시키는 경우에 한하지 않으며, 흡착 헤드를 고정하고, 제 1, 제 2 광학계를 이동시키는 경우도 포함한다.

다음으로, 제 1 광학계와 제 2 광학계 사이에 스테이지를 삽입하고, 제 1 광학계로 스테이지상에 유지된 제 2 부품을 촬상하며, 제 2 광학계로 스테이지에 부여되어 하측으로부터 인식할 수 있는 스테이지 기준 마크를 촬상한다. 이 경우도, 상기와 마찬가지로, 2개의 광학계의 촬상 데이터로부터 스테이지와 제 2 부품의 상대 위치를 구할 수 있다. 한편, 스테이지를 제 1 광학계와 제 2 광학계 사이에 삽입한다는 것은 제 1, 제 2 광학계를 고정하고, 스테이지를 이동시키는 경우에 한하지 않으며, 스테이지를 고정하고, 제 1, 제 2 광학계를 이동시키는 경우도 포함한다.

한편, 흡착 헤드와 제 1 부품의 상대 위치를 구하는 공정과, 스테이지와 제 2 부품의 상대 위치를 구하는 공정은 어느 것을 먼저 해도 좋다. 또한, 헤드 기준 마크는 가능한 한 흡착 헤드에 흡착된 제 1 부품에 가까운 위치에 형성하는 것이 좋으며, 스테이지 기준 마크도 가능한 한 제 2 부품에 가까운 위치에 형성하는 것이 좋다. 또한, 제 1 부품, 제 2 부품을 촬영하는 경우, 이들 부품에 미리 얼라인먼트(alignment) 마크를 부여해도 되고, 부품의 특징점(예를 들면 에지(edge) 등)을 촬상함으로써, 부품의 위치를 인식해도 된다.

다음으로, 제 1 광학계와 제 2 광학계로부터의 화상 정보를 사용하여 제 1 부품과 흡착 헤드의 상대 위치, 제 2 부품과 스테이지의 상대 위치를 산출한다. 다시 말하면, 제 1 광학계의 화상 정보로부터 흡착 헤드(헤드 기준 마크)의 위치를 인식하고, 제 2 광학계의 화상 정보로부터 제 1 부품의 위치를 인식함으로써, 제 1 부품과 흡착 헤드의 상대 위치를 산출할 수 있다. 또한, 제 1 광학계의 화상 정보로부터 제 2 부품의 위치를 인식하고, 제 2 광학계의 화상 정보로부터 스테이지(스테이지 기준 마크)의 위치를 인식함으로써, 제 2 부품과 스테이지의 상대 위치를 산출할 수 있다.

다음으로, 흡착 헤드와 스테이지를 장착 위치로 이동시킨 상태에서, 헤드 기준 마크와 스테이지 기준 마크를 제 1, 제 2 광학계로 인식하고, 이들의 위치 정보와 상술한 상대 위치 정보를 사용하여, 제 1 부품과 제 2 부품의 위치가 소정의 관계가 되도록 흡착 헤드와 스테이지를 위치 보정한다. 이 상태에서 제 1 부품과 제 2 부품을 장착하면, 서로의 위치 어긋남이 없고, 고정밀도로 위치맞춤한 상태로 장착할 수 있다.

본 발명 방법에서는, 장착 작업중의 위치 보정을, 헤드와 스테이지의 양방에 형성한 기준 마크를 촬상하면서 행하기 때문에, 축기구로서 필요한 정밀도를 위치 분해능(分解能)만큼으로 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 작업중에 보정이 가능하다. 그 결과, 서브마이크론 오더의 위치 정밀도가 요구되는 전자 부품의 실장에 있어서도, 본 발명은 적용 가능하다.

제 1, 제 2 광학계는 상시 고정의 위치 관계로 유지해 둘 필요는 없으며, 적어도 촬상시에 있어서, 기지의 위치 관계에 있으면 된다. 예를 들면 헤드 또는 스테이지의 삽입시에 일시적으로 어느 하나의 광학계를 퇴피시키고, 그 후에 본래의 위치로 복귀시켜도 된다. 이 경우의 광학계의 이동 기구는 재현성이 있는 기구를 사용할 필요가 있다.

또한, 위치맞춤 작업을 제 1, 제 2 광학계로 촬상하면서 실시할 수 있기 때문에, 장착 작업중에 있어서의 제 1, 제 2 부품 사이의 어긋남도 검지할 수 있다. 따라서, 예를 들면 범프 접합 공법 등에 있어서, 히터의 열에 의해 헤드나 스테이지가 열변형을 일으키더라도, 이 열변형을 수시로 인식하여 제 1, 제 2 부품의 위치를 보정할 수 있기 때문에, 가열 조건하에서도 정밀도가 좋은 위치 결정이 가능하다.

본 발명에 있어서의 헤드 기준 마크란, 흡착 헤드에 특별히 부여된 착색 마크나 요철부(凹凸部) 등의 표시에 한하지 않으며, 헤드의 에지부 등의 일부분이어도 된다. 마찬가지로, 스테이지 기준 마크도, 스테이지에 특별히 부여된 표시에 한하지 않으며, 스테이지의 에지부 등의 일부분이어도 된다.

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

본 발명과 같이, 제 1 광학계와 제 2 광학계를 준비하는 공정으로서, 제 1 광학계와 제 2 광학계 사이에 상하 양방으로부터 인식할 수 있는 단일의 캘리브레이션 마크를 삽입하고, 이 캘리브레이션 마크를 제 1 광학계와 제 2 광학계로 촬상함으로써, 제 1 광학계와 제 2 광학계의 광축 어긋남량을 측정하는 공정을 포함하도록 해도 된다.

제 1 광학계와 제 2 광학계의 광축이 동축에서 정확하게 대향하도록 미리 조정해 두어도, 시간 경과나 온도 변화 등에 의해 광축의 어긋남이 발생하는 것을 피할 수 없고, 또한 서브마이크론 오더와 같은 고정밀도의 위치 정밀도를 유지하는 것은 어렵다. 그래서, 제 1 광학계와 제 2 광학계로 상하 양방으로부터 동일 마크를 인식함으로써, 양방의 광학계의 광축의 어긋남량을 구하고, 이 광축 어긋남량을 사용하여, 제 1 부품과 흡착 헤드의 상대 위치의 산출, 제 2 부품과 스테이지의 상대 위치의 산출, 또한 흡착 헤드와 스테이지의 위치 보정 등을 행하면, 오차가 가산되지 않고, 정밀도가 좋은 위치맞춤이 가능해진다.

한편, 캘리브레이션은 부품 장착시에 매회 행하는 것이 가장 고정밀도를 유지할 수 있으나, 부품 장착의 설정 횟수마다 또는 설정 시간마다 행해도 된다.

본 발명과 같이, 캘리브레이션 마크를 흡착 헤드 또는 스테이지에 형성된 마크로 해도 된다.

캘리브레이션 마크를 흡착 헤드나 스테이지와는 다른 부재에 형성하는 것도 가능하지만, 이것에서는 별도의 부재를 제 1 광학계와 제 2 광학계 사이에 출납하는 이동 기구를 필요로 하기 때문에, 장치가 복잡해진다. 그래서, 캘리브레이션 마크를 흡착 헤드 또는 스테이지에 형성하면, 캘리브레이션용의 별도의 부재가 불필요하게 되어, 구조가 간단해진다는 이점이 있다.

한편, 캘리브레이션 마크는 상하의 광학계로부터 동시에 인식 가능할 필요가 있다. 그 때문에, 흡착 헤드 또는 스테이지에 형성된 상하 관통 구멍이나, 투명체(유리판) 등에 형성한 마크 등을 캘리브레이션 마크로서 사용할 수 있다.

본 발명과 같이, 제 1 광학계와 제 2 광학계를, 헤드 기준 마크와 제 1 부품을 촬상하는 공정, 제 2 부품과 스테이지 기준 마크를 촬상하는 공정, 상기 흡착 헤드 및 스테이지 중 적어도 한쪽을 위치 보정하는 공정, 및 제 1 부품과 제 2 부품을 장착하는 공정 동안에, 고정의 위치 관계로 유지해 두는 것이 좋다. 다시 말하면, 위치맞춤의 전과정에 있어서, 서로의 광학계의 광축이 어긋나지 않도록 상시 유지해 두는 것이 좋다.

이와 같이 상시 대향하도록 상대 위치가 고정된 제 1, 제 2 광학계를 사용하여 위치의 인식을 행하면, 광학계를 상호 이동시키는 경우에 비하여, 이동 기구에 의한 오차의 영향을 적게 할 수 있기 때문에, 위치 결정 정밀도를 높이는 것이 가능하며, 또한 고도의 이동 기구를 필요로 하지 않는다.

본 발명과 같이, 장착 위치에 있어서의 흡착 헤드와 스테이지의 위치 보정 공정이 흡착 헤드 및 스테이지의 한쪽 또는 양쪽을 접합을 위하여 가열하면서, 헤드 기준 마크와 스테이지 기준 마크를 제 1, 제 2 광학계로 연속적으로 촬상하고, 상기 상대 위치 정보를 사용하여 제 1 부품과 제 2 부품의 위치가 소정의 관계가 되도록 흡착 헤드와 스테이지를 상대 위치 보정하는 공정을 포함하도록 해도 된다.

이 경우에는, 장착 작업 도중에 있어서의 열변형에 대하여, 연속적으로 마크의 어긋남을 촬상하고 있기 때문에, 열변형이 있더라도 리얼 타임(real time)으로 위치 보정을 할 수 있으며, 항상 정밀도 좋게 제 1 부품과 제 2 부품을 장착할 수 있다.

본 발명과 같이, 흡착 헤드 및 스테이지 중 적어도 한쪽은 부품 흡착 구멍과, 부품 흡착 구멍의 배후에 형성되며, 부품 흡착 구멍과 연이어 통하는 중공부(中空部)와, 중공부의 부품 흡착 구멍과 대향하는 면을 폐쇄하고, 부품 흡착 구멍을 배후로부터 투시 가능한 투명체와, 중공부에 접속된 에어 흡인 통로를 구비하며, 제 1 광학계 및 제 2 광학계 중 적어도 한쪽이 투명체를 통하여 부품 흡착 구멍을 헤드 기준 마크 또는 스테이지 기준 마크로서 인식하도록 구성해도 된다.

즉, 부품 흡착 구멍은 제 1 부품 또는 제 2 부품을 흡착하는 구멍이며, 부품과 가장 가까운 위치에 있다. 그 때문에, 흡착 헤드나 스테이지에 열변형이 있더라도, 부품과의 상대 위치 어긋남량이 가장 적다.

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

본 발명과 같이, 부품 흡착 구멍 근방에, 가열용 히터를 고정해도 된다.

제 1 부품과 제 2 부품을 장착할 때, 열과 압력을 가하여 접합하는 경우가 있다. 그 경우, 가열 히터를 부품과 가장 가까운 위치, 즉 부품 흡착 구멍 근방에 형성하면, 부품에 대하여 열을 가장 효율적으로 전달할 수 있기 때문에, 접합 성능의 향상을 도모할 수 있다.

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

본 발명과 같이, 흡착 헤드 또는 스테이지의 배면을 구동 기구에 대하여 브래킷(bracket)을 통하여 부착하고, 이 브래킷에 투명체를 통하여 부품 흡착 구멍을 촬상하기 위한 제 1 또는 제 2 광학계를 자유롭게 삽입할 수 있는 공동부(空洞部)를 형성하는 것이 좋다.

헤드(또는 스테이지)는 구동 기구에 의해 X, Y, Z 또는 θ축 방향으로 구동되지만, 이 헤드를 구동 기구에 캔틸레버(cantilever) 구조로 지지한 경우에는, 투명체의 배후는 개방되어 있기 때문에, 투명체의 배후에 카메라나 미러 등을 배치하는 것은 용이하다. 그러나, 캔틸레버 지지 구조의 헤드는 제 1 부품과 제 2 부품을 접합했을 때의 가압력에 의해 휠 가능성이 있기 때문에, 고정밀도의 접합이 어렵다. 이에 비하여, 헤드의 배후를 브래킷을 통하여 구동 기구 등에 지지한 경우에는, 가압력이 작용한 경우라도 휘기 어려우며, 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 구동 기구에 안정되게 지지할 수 있다.

한편, 본 발명에 있어서 광학계란, 카메라 외에, 미러나 프리즘 등을 사용해서 화상을 카메라를 향하여 반사시키는 기능을 갖는 부분을 포함한다. 따라서, 공동부에는 카메라 이외의 미러나 프리즘, 렌즈 등의 촬상용 광학 부품만이 삽입되어도 된다.

<발명의 실시형태>

(제 1 실시예)

도 1∼도 3은 본 발명에 따른 부품 장착 방법을 사용한 실장 장치의 제 1 실시예를 나타낸다. 여기에서는, 제 1 부품으로서 전자 부품(P)을, 제 2 부품으로서 기판(B)을 사용하였다. 이 실시예의 실장 장치는 헤드부(1a), 스테이지부(1b), 제 1, 제 2 카메라(20, 21), 제어 장치(25) 등으로 구성되어 있다.

헤드부(1a)는 전자 부품(P)을 흡착하는 흡착 헤드(2)와, 흡착 헤드(2)를 X, Y, Z축 방향으로 구동하는 구동 기구(7, 8, 9)를 구비하고 있다. 흡착 헤드(2)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 도시하지 않은 진공 흡인 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 전자 부품(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 위하여, 도 3에 나타내는 바와 같이 복수의 점형상 마크로 해도 되고, 방향성이 있는 형상(예를 들면 직사각형 등)으로 해도 된다. 또한, 기준 마크(5)에 대응하여, 전자 부품(P)에도얼라인먼트 마크(P1)가 형성되어 있다. 얼라인먼트 마크(P1)는 점형상 마크 등의 각별한 마크를 사용하지 않고, 전자 부품(P)의 에지 등의 특징점을 얼라인먼트 마크로서 사용해도 된다.

흡착 헤드(2)의 선단부에는, 후술하는 제 1 카메라(20)와 제 2 카메라(21)의 광축 어긋남량을 인식하기 위하여 캘리브레이션 마크(6)가 형성되어 있다. 이 캘리브레이션 마크(6)는 상하 양방으로부터 인식할 수 있는 마크이며, 여기에서는 상하로 관통하는 구멍으로 구성되어 있다.

한편, 흡착 헤드(2)에 전자 부품(P)을 가열하기 위한 가열 수단을 형성해도 된다.

흡착 헤드(2)는 Z축 구동 기구(7)를 통하여 X축 구동 기구(8)에 부착되며, 또한 X축 구동 기구(8)는 Y축 구동 기구(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 공급 위치에서 전자 부품(P)을 흡착해서, 실장 위치로 운반하여 기판(B)에 실장할 수 있다.

스테이지부(1b)는 기판(B)을 유지하는 스테이지(11)와, 이 스테이지(11)를 X, Y, θ축 방향으로 구동하는 구동 기구(15, 16, 17)를 구비하고 있다. 스테이지(11)도, 도 2에 나타내는 바와 같이, 도시하지 않은 진공 흡인 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 배면 위치에 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 되고, 방향성이 있는 형상(예를 들면 직사각형 등)으로 해도 된다. 또한, 기준 마크(14)에 대응하여, 기판(B)에도 얼라인먼트 마크(B1)가 형성되어 있다.

한편, 스테이지(11)에 기판(B)을 가열하기 위한 가열 수단을 형성해도 된다.

스테이지(11)는 X축 구동 기구(15)에 부착되고, X축 구동 기구(15)의 양단부는 각각 Y1축 구동 기구(16)와 Y2축 구동 기구(17)에 힌지(hinge)를 통하여 연결되어 있다. 그 때문에, Y1축 구동 기구(16)의 이동량과 Y2축 구동 기구(17)의 이동량을 변화시킴으로써, 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 공급 위치에서 기판(B)을 받아 들이고, 실장 위치로 운반하는 기능을 갖는다.

실장 위치에 있어서의 흡착 헤드(2)의 상측 및 스테이지(11)의 하측에, 각각 제 1 카메라(20)와 제 2 카메라(21)가 설치되어 있다. 양 카메라(20, 21)는 서로의 광축이 실질적으로 동축에서 대향하며, 또한 카메라끼리가 상대 이동하지 않도록 모터축 등의 위치 결정 수단(22)(도 1에 파선으로 나타냄)에 의해 상대 위치가 유지되어 있다. 한편, 양 카메라(20, 21)는 자동 초점맞춤(오토 포커스) 기능을 구비한 것이 좋으나, 양 카메라(20, 21)를 Z축 방향으로 이동시킴으로써 대용해도 된다.

제 1 카메라(20)와 제 2 카메라(21)의 광축 어긋남량을 인식하기 위하여, 흡착 헤드(2)에 형성된 캘리브레이션 마크(6)가 사용된다. 한편, 캘리브레이션 마크로서, 스테이지(11)에 형성한 마크나 구멍을 사용해도 되고, 흡착 헤드(2)나 스테이지(11) 이외의 부재를 사용해도 된다.

제어 장치(25)는 제 1 카메라(20) 및 제 2 카메라(21)의 촬상 데이터를 받아 들이고, 이들 데이터로부터, 제 1 카메라(20)와 제 2 카메라(21)의 광축 어긋남량, 전자 부품(P)의 위치(자세), 기판(B)의 위치(자세), 헤드 기준 마크(5)와 전자 부품(P)의 상대 위치(자세), 스테이지 기준 마크(14)와 기판(B)의 상대 위치(자세) 등을 연산하고, 기억함과 아울러, 구동 기구(7, 8, 9, 15, 16, 17)를 제어하는 기능을 갖는다.

여기에서, 상기 구성으로 이루어지는 실장 장치의 동작의 일례를 도 4에 따라 설명한다.

도 4a는 제 1 카메라(20)와 제 2 카메라(21)의 캘리브레이션 공정을 나타낸다. 우선, 실장 위치에 배치되어 있는 제 1 카메라(20)와 제 2 카메라(21) 사이에, 흡착 헤드(2)의 선단부를 삽입하고, 양방의 카메라(20, 21)로 흡착 헤드(2)에 형성된 캘리브레이션 마크(6)를 촬상하며, 양방의 카메라(20, 21)의 광축 어긋남량을 구한다. 광축의 어긋남량은 후술하는 전자 부품(P)과 흡착 헤드(2)의 상대 위치의 산출, 기판(B)과 스테이지(11)의 상대 위치의 산출, 흡착 헤드(2)와 스테이지(11)의 위치 보정 등에 이용된다.

도 4b는 흡착 헤드(2)에 흡착되어 있는 전자 부품(P)을 카메라(20, 21) 사이, 즉 실장 위치에 삽입한 상태를 나타낸다.

도 4c는 흡착 헤드(2)를 실장 높이까지 하강시킨 상태를 나타내며, 이 위치에서 제 1 카메라(20)로 헤드 기준 마크(5)를 인식하고, 제 2 카메라(21)로 전자 부품(P)(얼라인먼트 마크(P1))을 인식한다. 그리고, 제 1 카메라(20)와 제 2 카메라(21)로부터의 화상 정보를 사용하여, 전자 부품(P)의 위치(자세)와, 전자 부품(P)과 흡착 헤드(2)의 상대 위치(자세)를 산출하고, 기억한다.

도 4d는 흡착 헤드(2)를 퇴피시킨 상태를 나타낸다.

도 4e는 스테이지(11)를 실장 위치, 다시 말하면 스테이지(11)상의 기판(B)을 제 1 카메라(20)로 인식할 수 있고, 스테이지(11)의 배후의 기준 마크(14)를 제 2 카메라(21)로 인식할 수 있는 위치에 삽입한 상태를 나타낸다. 이 위치에서 제 1 카메라(20)로 기판(B)(얼라인먼트 마크(B1))을 인식하고, 제 2 카메라(21)로 스테이지 기준 마크(14)를 인식한다. 그리고, 제 1 카메라(20)와 제 2 카메라(21)로부터의 화상 정보를 사용하여, 기판(B)의 위치(자세)와, 기판(B)과 스테이지(11)의 상대 위치(자세)를 산출하고, 기억한다. 이 때, 도 4c에서 구한 전자 부품(P)의 위치에 맞도록, 기판(B)의 위치를 보정한다.

한편, 도 4e에 있어서의 제 1 카메라(20), 제 2 카메라(21)의 초점 거리가 캘리브레이션 마크(6)를 인식했을 때(도 4a)의 초점 거리와 다르기 때문에, 얼라인먼트 마크(B1) 및 스테이지 기준 마크(14)를 명확하게 인식할 수 있도록, 오토 포커스 기능을 사용하는 것이 좋다.

도 4f는 실장 공정으로, 스테이지(11)를 도 4e의 위치에 유지한 채, 흡착 헤드(2)를 도 4c와 동일한 위치로 이동시켜서, 전자 부품(P)을 기판(B)에 실장한다.도 4c에서 위치 인식한 후, 도 4d에서 퇴피시키고, 또한 도 4f에서 실장 위치로 되돌렸을 때, 구동 기구(7, 8, 9)의 정밀도에 따라서는 전자 부품(P)이 도 4c의 위치에 재현성 좋게 되돌아 올 수 있다고는 할 수 없다. 또한, 제 2 카메라(21)의 시계(視界)는 스테이지(11)에 의해 차단되어 있기 때문에, 전자 부품(P)을 제 2 카메라(21)로 직접 인식할 수 없다. 그래서, 실장 공정에서는, 제 1 카메라(20)로 헤드 기준 마크(5)를 인식하고, 도 4c에서 산출한 상대 위치 데이터로부터, 전자 부품(P)의 위치가 도 4c에 있어서의 전자 부품(P)의 위치에 맞도록 흡착 헤드(2)를 XY방향으로 이동시킨다. 스테이지(11)는 도 4e의 위치에 유지한 채이기 때문에, 도 4e에서 인식한 위치와 어긋남이 없으며, 전자 부품(P)의 위치 보정만을 행하면 된다. 한편, θ축 방향의 어긋남이 있는 경우에는, 스테이지(11)를 θ방향으로 이동시키면 된다.

이상과 같이 하여, 전자 부품(P)과 기판(B)을 정확하게 위치맞춤할 수 있으며, 이 상태로 실장함으로써 고정밀도의 제품을 얻을 수 있다.

도 5는 상기 실장 장치의 동작의 다른 예를 나타낸다.

도 5a는 제 1 카메라(20)와 제 2 카메라(21)의 캘리브레이션 공정인데, 여기에서는 캘리브레이션 마크(19)를 스테이지(11)에 형성하고 있다. 그 때문에, 우선 제 1 카메라(20)와 제 2 카메라(21)를 실장 위치로 이동시키고, 스테이지(11)의 선단부를 카메라(20, 21) 사이에 삽입하며, 양방의 카메라(20, 21)로 스테이지(11)에 형성된 캘리브레이션 마크(19)를 촬상하고, 양방의 카메라(20, 21)의 광축 어긋남량을 인식한다.

도 5b는 스테이지(11)를 실장 위치로 이동시킨 상태를 나타낸다. 여기에서, 스테이지(11)상에 유지된 기판(B)(얼라인먼트 마크(B1))이 제 1 카메라(20)로 촬상되고, 스테이지(11)의 하면에 형성된 기준 마크(14)가 제 2 카메라(21)로 촬상된다. 제 1 카메라(20)와 제 2 카메라(21)로부터의 화상 정보를 사용하여, 기판(B)의 위치와, 기판(B)과 스테이지(11)의 상대 위치가 산출되고, 기억된다.

도 5c는 스테이지(11)를 퇴피시킴과 동시에, 흡착 헤드(2)를 실장 위치로 이동시킨 상태를 나타낸다.

도 5d는 흡착 헤드(2)를 실장 높이까지 하강시킨 상태를 나타내며, 이 위치에서 제 1 카메라(20)로 헤드 기준 마크(5)를 인식하고, 제 2 카메라(21)로 전자 부품(P)(얼라인먼트 마크(P1))을 인식한다. 다시 말하면, 제 1 카메라(20)와 제 2 카메라(21)로부터의 화상 정보를 사용하여, 전자 부품(P)의 위치와, 전자 부품(P)과 흡착 헤드(2)의 상대 위치를 산출하고, 기억한다. 한편, 이 때, 제 1 카메라(20)와 제 2 카메라(21)의 초점 거리가 캘리브레이션 마크(19)를 인식했을 때의 초점 거리와 다르기 때문에, 오토 포커스 기능에 의해 헤드 기준 마크(5) 및 얼라인먼트 마크(P1)를 명확하게 인식할 수 있도록 하는 것이 좋다.

도 5e는 흡착 헤드(2)를 실장 높이보다 상승시켜서 퇴피시켜 두고, 스테이지(11)를 실장 위치로 이동시킨 상태를 나타낸다. 여기에서, 도 5b에서 기억된 위치 정보로부터, 도 5d의 전자 부품(P)의 위치에 기판(B)이 합치하도록, 스테이지(11)가 X, Y, θ방향으로 이동된다.

도 5f는 실장 공정으로, 스테이지(11)를 도 5e의 위치에 유지한 채, 흡착 헤드(2)를 하강시켜서 전자 부품(P)을 기판(B)에 실장한다. 이 때, 흡착 헤드(2)의 Z축 구동 기구(7)가 충분한 재현성을 갖지 않는 경우라도, 도 5d에 있어서의 기준 마크(5)의 위치와 도 5f의 기준 마크(5)의 위치의 오차를 인식하고, 또한 XY방향의 보정을 가함으로써, 오차를 해소할 수 있다.

이상과 같이 하여, 전자 부품(P)과 기판(B)을 정확하게 위치맞춤하여, 실장할 수 있다.

도 4 및 도 5에서 나타낸 위치 결정 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 전자 부품(P)과 기판(B)이 정확하게 합치하지 않는 경우가 발생한다.

이와 같은 경우의 대책으로서, 실장 공정(도 4f 또는 도 5f 참조)에 있어서, 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다.

우선, 헤드 기준 마크(5)와 스테이지 기준 마크(14)를 제 1, 제 2 카메라(20, 21)로 인식하고, 상술한 상대 위치 정보를 사용하여 전자 부품(P)과 기판(B)의 위치가 일치하는 위치에 흡착 헤드(2)와 스테이지(11)를 임시 고정한다. 이 시점에서는, 전자 부품(P)과 기판(B)은 가볍게 접촉하고 있는 것에 불과하다.

다음으로, 흡착 헤드(2) 및 스테이지(11)의 한쪽 또는 양쪽을 접합을 위하여 가열(예를 들면 350℃/5sec이상)하면서 가압하고, 그 동안, 헤드 기준 마크(5)와 스테이지 기준 마크(14)를 제 1, 제 2 카메라(20, 21)로 연속적으로 촬상한다. 그리고, 상기 임시 고정 공정의 상대 위치 관계를 유지하도록, 흡착 헤드(2)와 스테이지(11)를 상대 위치 보정한다.

상기와 같은 방법을 사용하면, 실장 도중에 어긋남이 발생하더라도, 그 어긋남을 카메라(20, 21)에 의해 리얼 타임으로 검출하여 보정하기 때문에, 정확한 접합이 가능해진다.

한편, 상기의 경우에는 전자 부품(P)과 기판(B)을 가볍게 접촉시켜서 임시 고정하였으나, 전자 부품(P)과 기판(B)을 접촉시키지 않고 직전에서 임시 고정을 행해도 된다.

(제 2 실시예)

도 6∼도 9는 본 발명에 따른 실장 장치의 제 2 실시예를 나타낸다.

이 실시예의 실장 장치도, 헤드부(30) 및 스테이지부(40)와, 제 1, 제 2 광학계(60, 61)와, 제어 장치(도시하지 않음)로 구성되어 있다.

헤드부(30)는 전자 부품(P)을 흡착하는 흡착 헤드(31)와, 예를 들면 X, Y, Z축 방향으로 구동하는 구동 기구(32)와, 흡착 헤드(31)를 구동 기구(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, 제 1 광학계(60)의 미러부(60c)가 X축 방향으로부터 출입 자유롭게 삽입된다.

흡착 헤드(31)는 도 8에 나타내는 바와 같이 베이스 부재(34)와, 베이스 부재(34)의 상면에 고정된 투명 유리 등으로 이루어지는 투명판(35)과, 베이스부재(34)의 하면에 고정된 단열재로 이루어지는 통형상 부재(36)와, 통형상 부재(36)의 하단부에 고정된 어태치먼트(attachment) 부재(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 관통 구멍(34a)은 통형상 부재(36)의 내부 구멍(36a)과 연이어 통하고 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 연이어 통하는 에어 배관(34b)이 접속되어 있으며, 이 에어 배관(34b)은 도시하지 않은 진공 흡인 장치와 접속되어, 에어 흡인 통로를 구성하고 있다.

히터(38)의 중심부에는 관통 구멍(38a)이 형성되고, 이 관통 구멍(38a)은 어태치먼트 부재(37)의 중심부에 돌출되어 형성된 보스부(37a)에 끼워맞춰지며, 히터(38)는 어태치먼트 부재(37)에 대하여 동심상(同心狀)으로 위치 결정되어 있다. 어태치먼트 부재(37)의 보스부(37a)의 중심에는, 부품 흡착 구멍(37b)이 관통 형성되어 있다. 부품 흡착 구멍(37b)의 하측 개구부에 전자 부품(P)이 흡착된다.

상기와 같이, 흡착 헤드(31)의 부품 흡착 구멍(37b)의 배후에 부품 흡착 구멍(37b)과 연이어 통하는 중공부(39)가 형성되고, 중공부(39)의 부품 흡착 구멍(37b)과 대향하는 면이 투명판(35)으로 폐쇄되어 있다. 헤드(31)를 구동 기구(32)에 연결하기 위한 브래킷(33)에는 공동부(33b)가 형성되고, 이공동부(33b)에 삽입된 제 1 광학계(60)로 투명판(35)을 통하여 부품 흡착 구멍(37b)을 용이하게 인식할 수 있다. 다시 말하면, 부품 흡착 구멍(37b)을 헤드 기준 마크로서 사용할 수 있다. 한편, 회전 방향의 각도 어긋남을 검출하기 위하여, 부품 흡착 구멍(37b)의 상측 개구부(37b1)를 도 9에 나타내는 바와 같이 직사각형 등의 방향성을 갖는 이형(異形) 형상으로 하는 것이 좋다.

스테이지부(40)는 기판(B)을 흡착 유지하는 스테이지(41)와, 예를 들면 X, Y, θ축 방향으로 구동하는 구동 기구(42)와, 스테이지(41)를 구동 기구(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 열기하여 중복 설명을 생략한다. 즉, 참조 부호 43b는 공동부, 참조 부호 44는 베이스 부재, 참조 부호 44b는 에어 배관, 참조 부호 45는 투명판, 참조 부호 46은 통형상 부재, 참조 부호 47은 어태치먼트 부재, 참조 부호 47b는 부품 흡착 구멍, 참조 부호 48은 히터, 참조 부호 49는 중공부이다.

이 경우도, 공동부(43b)에 X축 방향으로부터 삽입된 제 2 광학계(61)로 투명판(45)을 통하여 부품 흡착 구멍(47b)을 촬상할 수 있으며, 부품 흡착 구멍(47b)을 헤드 기준 마크로서 사용할 수 있다.

제 1 광학계(60)는 XY축 구동 기구(62)상에 형성된 지주부(支柱部;63)에 Z1축 구동 기구(64)를 통하여 부착되어 있으며, 제 2 광학계(61)는 상기 지주부(63)에 Z2축 구동 기구(65)를 통하여 부착되어 있다.

제 1 광학계(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(37b)의 빛을 미러(60c)로 반사시키고, 렌즈(60b)를 통하여 카메라(60a)로 촬상할 수 있도록 되어 있다. 제 2 광학계(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 비하여 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)의 간섭을 방지할 수 있다.

제 1 광학계(60)와 제 2 광학계(61)는 서로의 광축이 동축에서 대향하며, 또한 카메라끼리가 XY방향으로 상대 이동하지 않도록 지주부(63)에 의해 지지되어 있다. 또한, 제 1 광학계(60)와 제 2 광학계(61)의 광축 어긋남량을 인식하기 위하여, 흡착 헤드(31) 또는 스테이지(41)에 형성된 한쪽의 부품 흡착 구멍(37b, 47b)을 캘리브레이션 마크로서 사용할 수 있다. 단, 이 경우에는 부품(P) 또는 기판(B)을 흡착하고 있지 않은 상태에서 캘리브레이션을 행할 필요가 있다.

대형의 기판(B)에 복수의 부품(P)을 실장하는 경우에 대응하기 위하여, 양 광학계(60, 61)는 XY축 구동 기구(62)에 의해 XY방향으로 일체로 이동 가능하게 되어 있다.

또한, 제 1 광학계(60)를 Z1축 구동 기구(64)에 의해 상하 방향으로 조정하고, 제 2 광학계(61)를 Z2축 구동 기구(65)에 의해 상하 방향으로 조정함으로써,각 광학계(60, 61)의 포커스 조정을 독립적으로 행할 수 있다.

상기 실시예의 실장 장치의 동작은 도 4 또는 도 5에 나타난 동작과 거의 동일하다. 특히, 캘리브레이션으로서 흡착 헤드(31)의 부품 흡착 구멍(37b) 또는 스테이지(41)의 부품 흡착 구멍(47b)을 사용한 경우에는, 전자 부품(P) 또는 기판(B)을 흡착하기 전에 흡착 헤드(31) 또는 스테이지(41)를 상하의 광학계(60, 61) 사이에 삽입하고, 광축 어긋남량을 측정하면 된다.

상기 실시예에서는, 부품 흡착 구멍(37b, 47b)을 헤드 기준 마크 및 스테이지 기준 마크로서 사용하고 있다. 부품 흡착 구멍(37b, 47b)은 부품(P) 및 기판(B)과 가장 가까운 위치에 있기 때문에, 흡착 헤드(31)나 스테이지(41)에 다소의 변형이 있더라도, 부품(P)과 흡착 헤드(31)의 상대 위치 어긋남량, 기판(B)과 스테이지(41)의 상대 위치 어긋남량이 가장 작아진다.

또한, 헤드(또는 스테이지)의 배후로부터 투명판을 통하여 기준 마크인 부품 흡착 구멍을 투시 가능하기 때문에, 실장 도중이라도 헤드(또는 스테이지)의 위치를 정확하게 인식할 수 있으며, 정밀도가 높은 위치 결정이 가능해진다.

또한, 흡착 헤드(31) 및 스테이지(41)의 양방이 히터(38, 48)를 구비하고 있기 때문에, 열과 압력을 가하여 전자 부품(P)을 기판(B)에 실장할 수 있다. 이 경우, 히터(38, 48)가 부품 흡착 구멍(37b, 47b)에 매우 가까운 위치에 형성되어 있기 때문에, 부품(P) 및 기판(B)에 대하여 열을 가장 효율적으로 전달할 수 있으며, 접합 성능의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 헤드(또는 스테이지)를 가열하면, 주위의 공기의 요동에 의해 광학계에 의한 촬상 화상에 일그러짐이 발생하여, 오차의원인이 되지만, 중공부(39)는 에어 흡인 통로(34b)로부터의 에어 흡인에 의해 감압 상태에 있기 때문에, 공기의 밀도가 낮고, 요동이 적다. 그 때문에, 투명판(35) 및 중공부(39)를 통하여 부품 흡착 구멍(37b)을 촬상했을 때, 요동에 의한 오차가 적어, 정밀도가 좋은 촬상 데이터를 얻을 수 있다.

한편, 상기 실시예에서는, 제 1 광학계(60) 및 제 2 광학계(61)에 형성된 미러부(60c, 61c)를 공동부(33b, 43b)에 삽입하도록 하였으나, 카메라를 소형으로 구성할 수 있는 경우에는, 렌즈부(60b, 61b)나 미러부(60c, 61c)를 생략하고, 직접 카메라(60a, 61a)를 공동부(33b, 43b)에 삽입해도 된다.

또한, 흡착 헤드(31)와 스테이지(41)를 상하 대칭 구조로 하고, 브래킷(33) 및 브래킷(43)도 상하 대칭 구조로 하였으나, 취급하는 제 1 부품(전자 부품)(P) 및 제 2 부품(기판)(B)의 형상이나 크기에 따라서 임의의 구조를 채택할 수 있다.

브래킷(33, 43)으로서, 실시예와 같은 한 쌍의 지지벽(33a)으로 지지하는 구조 부재를 사용하였기 때문에, 흡착 헤드(31) 및 스테이지(41)를 구동 기구(32, 42)에 대하여 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 자유롭게 삽입할 수 있는 공동부(33b, 43b)를 갖기 때문에, 실장 도중에 있어서의 헤드 기준 마크(37b, 47b)를 용이하게 인식할 수 있다.

(제 3 실시예)

도 10, 도 11은 본 발명에 따른 실장 장치의 제 3 실시예로, 1대의 카메라로2개의 광학계를 구성한 예이다. 도 6∼도 9에 나타내는 제 2 실시예와 동일 부분에는 동일 부호를 붙여서 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 상측 방향으로 구부러지고, Z축 방향으로 이동 불가능한 렌즈(75)에 형성된 2개의 미러(또는 프리즘)(76, 77)에 의해 하측 방향으로 구부러져서, 헤드 기준 마크(37b)를 촬상할 수 있다. 한편, 미러(74)에 의해 하측을 향하여 구부러진 광축은 Z축 방향으로 이동 불가능한 렌즈(78)에 형성된 2개의 미러(또는 프리즘)(79, 80)에 의해 상측 방향으로 구부러져서, 스테이지 기준 마크(47b)를 촬상할 수 있다. 이와 같이, 1대의 카메라(71)로 2개의 광학계를 구성할 수 있다.

도 11은 카메라(71)에 의한 시야 화상을 나타낸다. 상측 반에 찍힌 화상이 헤드 기준 마크(37b)이고, 하측 반에 찍힌 화상이 스테이지 기준 마크(47b)이다. 테이블(70)을 Z축 방향으로 이동시켜서, 상하의 광학계의 광로의 길이를 동일하게 하고, 포커스를 Y축에서 맞춤으로써, 상하의 광학계의 화상의 초점을 동시에 맞출 수 있다.

(제 4 실시예)

도 12, 도 13은 본 발명에 따른 실장 장치의 제 4 실시예이다. 이 실시예는, 4대의 카메라를 사용함으로써, 고속으로 위치맞춤을 행하는 방식이다. 도 12는 도 1과, 도 13은 도 4와 대비하여 설명한다. 한편, 동일 부분에는 동일 부호를 붙여서중복 설명을 생략한다.

도 12에 있어서, 제 1 카메라(81)와 제 2 카메라(82)가 위치 결정 수단(83)에 의해 광축이 대향하도록 유지되고, 제 3 카메라(84)와 제 4 카메라(85)가 광축이 대향하도록 위치 결정 수단(86)에 의해 유지되어 있다. 제 1 카메라(81)와 제 2 카메라(82), 제 3 카메라(84)와 제 4 카메라(85)는 각각 XY방향으로는 상대 위치가 고정되고, 포커스 방향으로는 이동이 자유롭다.

예를 들면, 제 1 카메라(81)는 헤드 기준 마크(5)를 인식하기 위하여 사용되고, 제 2 카메라(82)는 흡착 헤드(2)에 흡착된 부품(P)을 인식하기 위하여 사용된다. 또한, 제 3 카메라(84)는 예를 들면 스테이지(11)에 유지된 기판(B)과 헤드 기준 마크(5)를 인식하기 위하여 사용되고, 제 4 카메라(85)는 스테이지 기준 마크(14)를 인식하기 위하여 사용된다.

상기 구성의 실장 장치의 동작을 도 13에 따라 설명한다.

도 13a는 캘리브레이션 공정으로, 제 1 카메라(81)와 제 2 카메라(82) 사이에 흡착 헤드(2)의 선단부를 삽입하고, 양방의 카메라(81, 82)로 흡착 헤드(2)에 형성된 캘리브레이션 마크(6)를 촬상하여, 양방의 카메라(81, 82)의 광축 어긋남량을 구한다. 마찬가지로, 제 3 카메라(84)와 제 4 카메라(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 13b는 흡착 헤드(2)에 흡착되어 있는 전자 부품(P)을 카메라(81, 82) 사이에 삽입하고, 스테이지(11)에 유지되어 있는 기판(B)을 카메라(84, 85) 사이에삽입한 상태를 나타낸다. 이 상태에서, 카메라(81, 82)에 의해 헤드 기준 마크(5)와 부품(P)의 상대 위치를 인식하고, 카메라(84, 85)에 의해 기판(B)과 스테이지 기준 마크(14)의 상대 위치를 인식한다.

도 13c는 흡착 헤드(2)와 스테이지(11)를, 부품(P)과 기판(B)이 위치맞춤되도록 이동시킨 상태를 나타낸다. 여기에서는, 제 3, 제 4 카메라(84, 85) 사이에 흡착 헤드(2)를 이동시켜서, 제 3 카메라(84)로 헤드 기준 마크(5)를 인식하고, 제 4 카메라(85)로 스테이지 기준 마크(14)를 인식하였으나, 제 1, 제 2 카메라(81, 82) 사이에 스테이지(11)를 이동시켜서, 제 1 카메라(81)로 헤드 기준 마크(5)를 인식하고, 제 2 카메라(82)로 스테이지 기준 마크(14)를 인식해도 된다.

도 13d는 접합 공정으로, 부품(P)과 기판(B)을 가열하면서 접합을 행한다. 가열에 의해 부품(P)과 기판(B)의 상대 위치가 어긋나지 않도록, 제 3, 제 4 카메라(84, 85)로 연속적으로 마크(5, 14)를 촬상하고, 리얼 타임으로 흡착 헤드(2) 또는 스테이지(11)를 위치 보정하는 것이 좋다.

상기와 같이, 4대의 카메라(81, 82, 84, 85)를 사용하면, 한쪽의 카메라쌍으로 흡착 헤드(2)측을 촬상하고 있는 동안에, 다른쪽 카메라쌍으로 스테이지(11)측을 촬상할 수 있기 때문에, 위치맞춤 및 실장을 고속으로 행할 수 있다.

도 14, 도 15는 본 발명에 따른 부품 장착 방법에서 사용되는 광부품의 예를 나타낸다. 이 실시예는 제 1 부품으로서 면발광형(面發光型) 레이저 다이오드(이하, LD라고 부름)(90)를 사용하고, 제 2 부품으로서 광도파로 기판(100)을 사용한 것이다.

LD(90)는 도 11에 나타내는 바와 같이 1개의 주면(主面)의 중앙부에 발광부(發光部)(91)를 가지며, 이 발광부(91)로부터 실질적으로 원뿔형의 사출광(射出光)이 사출된다. 광도파로 기판(100)의 상면에는 광도입 구멍(101)이 소정 간격으로 수직 방향으로 형성되고, 기판(100)의 내부에는 광도입 구멍(101)과 직교하는 도파로(102)가 수평 방향으로 형성되어 있다. LD(90)는 광도파로 기판(100)의 상면에, 광도입 구멍(101)에 대해서 발광부(91)를 위치맞춤하여 하측 방향으로 도전성 접합재(금속 접합재)(103)로 접합되어 있다. LD(90)의 빛은 광도입 구멍(101)으로부터 도파로(102)를 지나 도시하지 않은 광통신 회선으로 보내진다.

상기와 같은 LD(90)와 광도파로 기판(100)을 정확하게 위치맞춤하여 접합하는 경우에, 본 발명 방법을 사용할 수 있다.

제 1, 제 2 실시예에서는, 제 1 부품 P, 제 2 부품 B에 각각 얼라인먼트 마크(P1, B1)를 형성하였으나, 제 3 실시예에서는 LD(90)의 발광부(91)를 얼라인먼트 마크로서 이용하고, 광도파로 기판(100)의 광도입 구멍(101)을 얼라인먼트 마크로서 이용할 수 있다.

그 때문에, LD(90) 및 광도파로 기판(100)에 각별한 얼라인먼트 마크를 형성할 필요가 없다. 특히, LD(90)의 경우, 발광부(91)의 위치가 중요하고, 발광부 이외의 위치에 얼라인먼트 마크를 형성하더라도, 그 얼라인먼트 마크와 발광부 사이에 변동이 있으면, LD(90)를 광도파로 기판(100)에 정확하게 실장할 수 없다. 상기와 같이 발광부(91) 및 광도입 구멍(101)을 얼라인먼트 마크로서 이용함으로써, 작업 공정수의 삭감뿐만 아니라, 정밀도도 향상한다.

상기 실시예에서는, 1장의 기판(B)에 대하여 1개의 전자 부품(P)을 장착하는 예에 대하여 설명하였으나, 1장의 기판(B)에 대하여 복수개의 전자 부품(P)을 장착하는 경우라도 동일하다. 단, 그 경우에는, 기판(B)의 복수의 장착 위치에 각각 얼라인먼트 마크(B1)를 형성함과 아울러, 이것에 대응하는 스테이지(11)에도 복수의 스테이지 기준 마크(14)를 형성할 필요가 있다.

본 발명은 반도체칩 등의 전자 부품을 기판에 탑재하는 칩마운터나, TAB 본더(bonder), 플립칩 본더 등, 넓은 용도에 사용할 수 있다.

본 발명의 부품 장착 장치는 도 1 또는 도 6에 나타난 구조에 한하는 것이 아니며, 본 발명의 각 공정을 실시할 수 있는 구조이면 된다.

본 발명에 있어서, 제 1 카메라를 흡착 헤드보다 상측에 배치하고, 제 2 카메라를 스테이지보다 하측에 배치하였으나, 적어도 헤드 기준 마크 및 스테이지 기준 마크로부터의 빛을 받는 부분(예를 들면 렌즈나 미러 등)의 일부가 흡착 헤드보다 상측에 위치하고, 나머지 일부가 스테이지보다 하측에 위치하면 되며, 카메라 본체가 각각 흡착 헤드보다 상측, 스테이지보다 하측에 배치되어 있을 필요는 없다. 따라서, 복수의 미러나 프리즘을 사용하여 흡착 헤드의 옆쪽이나 하측, 또는 스테이지의 옆쪽이나 하측에 배치된 카메라 본체에 빛을 반사하도록 해도 된다.

이상의 설명으로 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르면, 장착 작업중의 위치 보정을, 헤드와 스테이지의 양방에 형성한 기준 마크를 촬상하면서 행하기 때문에, 헤드와 스테이지를 구동하는 축기구로서 필요한 정밀도를 위치 분해능만큼으로 할 수 있으며, 고정밀도의 재현성을 필요로 하지 않는다. 그 때문에, 저렴한 축기구를 채용하면서, 매우 고정밀도의 장착을 행할 수 있다.

또한, 장착 작업을 2개의 광학계로 상하로부터 촬상하면서 실시할 수 있기 때문에, 열변형이나 로스트 모션 등의 재현성 오차는 장착 작업중에 보정이 가능하다. 그 때문에, 가열 조건하에서도 정밀도가 좋은 위치 결정이 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 부품 장착 방법을 간단한 장치로 실현할 수 있다.

Claims (10)

1. 흡착 헤드로 제 1 부품을 흡착하고, 이 제 1 부품을 스테이지에 유지된 제 2 부품에 위치맞춤하여 장착하는 방법으로서,

   상기 흡착 헤드의 상측으로부터 광축(光軸)을 하측으로 향한 제 1 광학계와, 제 1 광학계와 실질적으로 대향하도록, 상기 스테이지의 하측에 설치하고, 제 1 광학계와 광축을 가지런히 한 제 2 광학계를 준비하는 공정과,

   제 1 광학계와 제 2 광학계 사이에 흡착 헤드를 삽입하고, 제 1 광학계로 흡착 헤드에 부여되어 상측으로부터 인식할 수 있는 헤드 기준 마크를 촬상(撮像)함과 아울러, 제 2 광학계로 흡착 헤드에 흡착된 제 1 부품을 촬상하는 공정과,

   제 1 광학계와 제 2 광학계 사이에 스테이지를 삽입하고, 제 1 광학계로 스테이지상에 유지된 제 2 부품을 촬상함과 아울러, 제 2 광학계로 스테이지에 부여되어 하측으로부터 인식할 수 있는 스테이지 기준 마크를 촬상하는 공정과,

   상기 제 1, 제 2 광학계로부터의 화상 정보를 사용하여 제 1 부품과 흡착 헤드의 상대 위치, 제 2 부품과 스테이지의 상대 위치를 산출하는 공정과,

   상기 흡착 헤드와 스테이지를 장착 위치로 이동시킨 상태에서, 상기 헤드 기준 마크와 스테이지 기준 마크를 상기 제 1, 제 2 광학계로 인식하고, 이들의 위치 정보와 상기 상대 위치 정보를 사용하여, 제 1 부품과 제 2 부품의 위치가 소정의 관계가 되도록 흡착 헤드 및 스테이지 중 적어도 한쪽을 위치 보정하는 공정과,

   상기 위치 보정 후, 제 1 부품과 제 2 부품을 장착하는 공정을 구비한 것을특징으로 하는 부품 장착 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 광학계와 제 2 광학계를 준비하는 공정은

   제 1 광학계와 제 2 광학계 사이에 상하 양방으로부터 인식할 수 있는 단일의 캘리브레이션(calibration) 마크를 삽입하고, 이 캘리브레이션 마크를 제 1 광학계와 제 2 광학계로 촬상함으로써, 제 1 광학계와 제 2 광학계의 광축 어긋남량을 측정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 장착 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 캘리브레이션 마크는 상기 흡착 헤드 또는 스테이지에 형성된 마크인 것을 특징으로 하는 부품 장착 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 광학계와 제 2 광학계는 상기 헤드 기준 마크와 제 1 부품을 촬상하는 공정, 상기 제 2 부품과 스테이지 기준 마크를 촬상하는 공정, 상기 흡착 헤드 및 스테이지 중 적어도 한쪽을 위치 보정하는 공정, 및 제 1 부품과 제 2 부품을 장착하는 공정 동안에, 고정의 위치 관계로 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 부품 장착 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 장착 위치에 있어서의 흡착 헤드와 스테이지의 위치 보정 공정은 상기 흡착 헤드 및 스테이지의 한쪽 또는 양쪽을 접합을 위하여 가열하면서, 헤드 기준 마크와 스테이지 기준 마크를 제 1, 제 2 광학계로 연속적으로촬상하고, 상기 상대 위치 정보를 사용하여 제 1 부품과 제 2 부품의 위치가 소정의 관계가 되도록 흡착 헤드와 스테이지를 상대 위치 보정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 부품 장착 방법.
6. 제 1 부품과 제 2 부품을 위치맞춤하여 장착하는 부품 장착 장치로서,

   하단부에 제 1 부품을 흡착하고, 상측으로부터 인식할 수 있는 헤드 기준 마크를 갖는 흡착 헤드와,

   상단부에 제 2 부품을 유지하고, 하측으로부터 인식할 수 있는 스테이지 기준 마크를 갖는 스테이지와,

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

   상기 흡착 헤드의 상측으로부터 스테이지에 유지된 제 2 부품과 헤드 기준 마크를 촬상하는 제 1 광학계와,

   제 1 광학계의 광축과 실질적으로 대향하도록 배치되고, 상기 스테이지의 하측으로부터 흡착 헤드에 흡착된 제 1 부품과 스테이지 기준 마크를 촬상하는 제 2 광학계와,

   상기 제 1, 제 2 광학계로부터의 화상 정보를 사용하여, 제 1 부품과 흡착 헤드의 상대 위치, 제 2 부품과 스테이지의 상대 위치를 산출하는 연산 장치와,

   상기 흡착 헤드와 스테이지를 장착 위치로 이동시킨 상태에서, 상기 헤드 기준 마크와 스테이지 기준 마크를 상기 제 1, 제 2 광학계로 인식하고, 이들의 위치정보와 상술한 상대 위치 정보를 사용하여, 제 1 부품과 제 2 부품의 위치가 소정의 관계가 되도록 흡착 헤드와 스테이지를 위치 보정하는 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 부품 장착 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 촬상으로부터 장착까지의 동안에, 제 1 광학계와 제 2 광학계를 고정의 위치 관계로 상시(常時) 유지하는 위치 결정 수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 부품 장착 장치.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 흡착 헤드 및 스테이지 중 적어도 한쪽은

   부품 흡착 구멍과, 상기 부품 흡착 구멍의 배후에 형성되며, 부품 흡착 구멍과 연이어 통하는 중공부(中空部)와, 상기 중공부의 부품 흡착 구멍과 대향하는 면을 폐쇄하고, 부품 흡착 구멍을 배후로부터 투시 가능한 투명체와, 상기 중공부에 접속된 에어 흡인 통로를 구비하며,

   상기 제 1 광학계 및 제 2 광학계 중 적어도 한쪽은 상기 투명체를 통하여 부품 흡착 구멍을 헤드 기준 마크 또는 스테이지 기준 마크로서 인식하는 것을 특징으로 하는 부품 장착 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 부품 흡착 구멍의 근방에, 가열용 히터가 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 부품 장착 장치.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 흡착 헤드 또는 스테이지의 배면(背面)은 상기 구동 기구에 대하여 브래킷(bracket)을 통하여 부착되어 있으며,

    상기 브래킷에는 상기 투명체를 통하여 부품 흡착 구멍을 촬상하기 위한 제 1 또는 제 2 광학계를 자유롭게 삽입할 수 있는 공동부(空洞部)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 부품 장착 장치.