KR20140075593A

KR20140075593A - 인식 장치, 인식 방법, 실장 장치 및 실장 방법

Info

Publication number: KR20140075593A
Application number: KR1020130147819A
Authority: KR
Inventors: 유에야마 신지; 카지나미 마사토; 유키모리 요시아키
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2014-06-19
Also published as: JP2014116467A; KR102157356B1

Abstract

인식 대상의 배치와 복수의 촬상 화소의 대응 관계가 특정 조건을 만족시키는 경우에 생기는 위치 인식 정밀도의 저하를 피할 수 있는 인식 장치를 제공한다.
본 발명의 인식 장치는 촬상 배율을 변화 가능한 줌 렌즈(33)와, 복수의 촬상 화소를 가지며, 소정의 간격으로 배열된 범프를 갖는 IC칩(4)을 줌 렌즈(33)를 개재하여 촬상하는 칩 카메라(2)와, 복수의 범프의 배열 간격을 나타내는 정보를 적어도 포함하는 IC칩(4)의 형상 정보를 기억한 기억부와, 촬상 화소에 따른 길이와 기억부에 기억되어 있는 배열 간격을 나타내는 정보에 기초하여 줌 렌즈(33)의 촬상 배율을 조정하고, 또한 칩 카메라(2)가 촬상한 화상 중의 복수의 화소값에 기초하여 범프의 위치를 인식하는 신호 처리부(1)를 구비하고 있다.

Description

인식 장치, 인식 방법, 실장 장치 및 실장 방법{Recognizing apparatus, recognizing method, mounting apparatus and mounting method}

본 발명은 인식 장치, 인식 방법, 실장 장치 및 실장 방법에 관한 것이다.

특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 반도체 칩을 회로 기판에 실장할 때에는 회로 기판으로 향하여 반송 중인 반도체 칩의 파지(把持) 자세를 인식하는 것이 행해지고 있다. 특허문헌 1에 기재되어 있는 인식 장치에서는, 볼 그리드 어레이형 패키지의 바닥면을 촬상하고 땜납 볼의 상(像) 의 기울기를 구함으로써 패키지의 자세가 인식된다. 그 때, 화상 중의 땜납 볼의 복수의 무게중심 위치로부터 최소제곱법에 의한 직선 피팅(fitting)에 따라 반도체 칩의 위치가 추정된다.

또한, 특허문헌 2에는 반도체 칩이 갖는 복수의 땜납 범프에 대한 위치 인식에 있어서 촬상 화상 중의 콘트라스트(명암차)를 강하게 함으로써 인식 정밀도의 향상이 도모되는 것이 나타나 있다.

또한, 특허문헌 3에는 주기성이 있는 패턴의 검사 대상물에 대해 렌즈 배율을 미세 조정하는 구성이 나타나 있다.

특허문헌 1: 일본특허공개 평7-320062호 공보 특허문헌 2: 일본특허공개 2005-93839호 공보 특허문헌 3: 일본특허공개 2011-75310호 공보

특허문헌 1, 특허문헌 2 등에 기재되어 있는 인식 장치에서는, 복수의 촬상 화소를 갖는 촬상 센서를 이용하여 반도체 칩이 촬상된다. 그리고, 촬상 화상에 포함되어 있는 땜납 범프 등의 반도체 칩 상의 복수의 형성물을 대상으로서 인식 처리가 행해진다. 반도체 칩에 형성되는 땜납 범프와 같은 접속부는 협소화가 진행되고 있다. 만약 촬상 센서의 화소수가 같다고 하면, 협소화가 진행됨으로써 땜납 범프 1개당 혹은 땜납 범프 간의 각 피치당 할당되는 화소수는 감소한다. 이 경우, 해상도의 저하에 따라 다음과 같은 과제가 발생하는 것을 생각할 수 있다.

즉, 땜납 범프의 배치와 화상 샘플링이 일치한 경우에, 일치하지 않는 경우에 비해 위치 인식 정밀도가 저하될 수 있는 과제가 발생한다. 여기서, 땜납 범프의 배치와 화상 샘플링이 일치한 경우란, 땜납 범프의 배열의 각 피치에 대응하는 촬상 화소의 화소수가 항상 일정하게 되는 것을 의미한다. 이러한 경우에는 다음과 같은 현상을 생각할 수 있다. 전제로서 화소값이 피크가 되는 위치는 땜납 범프의 중심 위치(정점 위치 등)에 대응하는 것으로 한다. 또한, 땜납 범프의 중심 위치 부근에서는 평균하여 2개의 화소가 피크값(또는 이에 가까운 값)을 취하는 것으로 한다. 이 경우에 땜납 범프의 배치와 화상 샘플링이 일치하면, 복수의 땜납 범프에 대해 항상(즉, 같은 반복으로 항상) 2개의 화소가 피크값 부근의 값을 취한다고 할 가능성이 있다. 한편, 땜납 범프의 배치와 화상 샘플링이 불일치한 경우, 복수의 땜납 범프에 대해 예를 들면 1개~3개의 화소가 피크값을 취한다고 하는 것과 같이 땜납 범프마다 편차가 생길 가능성이 높다. 이 경우, 위치 인식에서의 오차는 땜납 범프의 배치와 화상 샘플링이 일치할 때에는 2화소 이내, 불일치할 때에는 1~3화소 이내라고 하게 된다. 여기서, 예를 들면 오차가 1화소 이내인 땜납 범프가 복수 있으면, 각 땜납 범프의 위치나 방향의 어긋남을 고정밀도로 추정하는 것이 가능하게 된다. 즉, 이 예에서는 땜납 범프의 배치와 화상 샘플링이 일치한 경우에 불일치한 경우보다 위치 인식 정밀도가 저하될 때가 있게 된다.

본 발명은 상기 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 인식 대상의 배치와 복수의 촬상 화소의 대응 관계가 특정 조건을 만족시키는 경우에 생기는 위치 인식 정밀도의 저하를 피할 수 있는 인식 장치, 인식 방법, 실장 장치 및 실장 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 인식 장치는 촬상 배율을 변화 가능한 촬상 배율 조정부와, 복수의 촬상 화소를 가지며, 소정의 간격으로 배열된 복수의 제1 인식 대상을 갖는 인식 대상물을 상기 촬상 배율 조정부를 개재하여 촬상하는 촬상부와, 복수의 상기 제1 인식 대상의 배열 간격을 나타내는 정보를 적어도 포함하는 상기 인식 대상물의 형상 정보를 기억한 기억부와, 상기 촬상 화소에 따른 길이와 상기 기억부에 기억되어 있는 상기 배열 간격을 나타내는 정보에 기초하여 상기 촬상 배율 조정부의 촬상 배율을 조정하고, 또한 상기 촬상부가 촬상한 화상 중의 복수의 화소값에 기초하여 상기 제1 인식 대상의 위치를 인식하는 신호 처리부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 인식 장치는, 상기 촬상부가 촬상한 화상 중에서 상기 배열 간격과 상기 촬상 화소에 따른 길이를 정수배한 것이 비대응이 되도록 상기 신호 처리부가 상기 촬상 배율 조정부의 촬상 배율을 조정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실장 장치는, 상기 인식 대상물이 반도체 칩이고, 상기 신호 처리부에 의한 인식 결과에 기초하여 상기 인식 대상물의 위치나 각도에 관한 소정의 보정 제어를 행하여 상기 인식 대상물을 소정의 회로 기판에 실장하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 인식 방법은, 촬상 배율을 변화 가능한 촬상 배율 조정부와, 복수의 촬상 화소를 가지며, 소정의 간격으로 배열된 복수의 제1 인식 대상을 갖는 인식 대상물을 상기 촬상 배율 조정부를 개재하여 촬상하는 촬상부와, 복수의 상기 제1 인식 대상의 배열 간격을 나타내는 정보를 적어도 포함하는 상기 인식 대상물의 형상 정보를 기억한 기억부를 이용하여, 상기 촬상 화소에 따른 길이와 상기 기억부에 기억되어 있는 상기 배열 간격을 나타내는 정보에 기초하여 상기 촬상 배율 조정부의 촬상 배율을 조정하고, 또한 상기 촬상부가 촬상한 화상 중의 복수의 화소값에 기초하여 상기 제1 인식 대상의 위치를 인식하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 인식 방법은, 상기 촬상부가 촬상한 화상 중에서 상기 배열 간격과 상기 촬상 화소에 따른 길이를 정수배한 것이 비대응이 되도록 상기 촬상 배율 조정부의 촬상 배율을 조정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실장 방법은, 상기 인식 대상물이 반도체 칩이고, 상기 인식 결과에 기초하여 상기 인식 대상물의 위치나 각도에 관한 소정의 보정 제어를 행하여 상기 인식 대상물을 소정의 회로 기판에 실장하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 인식 대상의 배치와 화상 샘플링이 일치하는 형상을 갖는 인식 대상물에 대해서는 촬상 배율을 조정함으로써 인식 대상의 배치와 화상 샘플링을 불일치하게 할 수 있다. 따라서, 특정 조건에서 발생하는 위치 인식 정밀도의 저하를 용이하게 피할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태로서의 실장 장치(100)의 구성예를 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 도 1에 도시된 칩 카메라(2), 줌 렌즈(33) 및 IC칩(4)의 위치 관계를 모식적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 칩 카메라(2)에 의한 촬상 화상의 일례를 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 줌 렌즈(33)의 작용을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는 도 1에 도시된 실장 장치(100)의 내부 구성예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은도 1에 도시된 실장 장치(100)의 동작 흐름을 도시한 흐름도이다.
도 7은 도 4를 참조하여 설명한 화소 크기의 미세 조정량의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태로서의 실장 장치(100)(인식 장치)의 구성예를 설명하기 위한 모식도이다. 도 1에 도시된 실장 장치(100)는 IC칩(4)(반도체 칩)을 회로 기판(8)에 실장하기 위한 장치이다. 실장 장치(100)는 신호 처리부(1), 칩 카메라(2), 줌 렌즈(33), 이동부(6), 모션 콘트롤러(61), 기판 스테이지(7), 고정대(7a), 플레이스 카메라(10) 등을 구비하고 있다.

신호 처리부(1)는 칩 카메라(2) 및 플레이스 카메라(10)로부터 취득한 각 화상 신호에 대해 소정의 인식 처리를 행하고, 그 인식 처리 결과나 IC칩(4)이나 회로 기판(8)의 설계 정보 등에 따라 모션 콘트롤러(61) 등을 제어한다. 이 신호 처리부(1)는 케이블(41)을 개재하여 모션 콘트롤러(61)와 접속되어 있다. 또한, 신호 처리부(1)는 케이블(42)을 개재하여 칩 카메라(2)와 접속되어 있다. 또한, 신호 처리부(1)는 케이블(43)을 개재하여 플레이스 카메라(10)와 접속되어 있다. 그리고, 신호 처리부(1)는 케이블(44)을 개재하여 줌 렌즈(33)와 접속되어 있다.

모션 콘트롤러(61)는 모터 등을 이용한 구동 기구를 가지고 구성되어 있고, 신호 처리부(1)의 지시에 따라 이동부(6)를 화살표 또는 동그라미표로 나타낸 XYZ의 각 축방향으로 이동시킴과 동시에, XY평면 상에서 방향(θ)을 변화시킨다. 또한, 즉 이동부(6)는 도면으로 향하여 깊이 전후방향(X방향), 좌우방향(Y방향), 상하방향(Z방향)으로 소정의 길이 이동 가능함과 동시에, 흡착 헤드(5)의 방향(θ)을 소정의 각도 범위에서 변화시키는 것이 가능하다. 또, X축의 양의 방향은 안쪽에서 앞으로의 방향이고, Y 및 Z축의 양의 방향은 화살표 방향이다.

이동부(6)는 선단부에 흡착 헤드(5)를 가지고 구성되어 있다. 흡착 헤드(5)는 IC(Integrated Circuit) 칩(4)을 흡착한다. 도 1에서는, 하나의 이동부(6)의 칩 카세트(3)로부터 IC칩(4)을 흡착하여 들어올린 상태(좌측 이동부(6)), 칩 카메라(2) 위를 통과하고 있는 상태(중앙 이동부(6)) 및 회로 기판(8) 상으로 이동한 상태(우측 이동부(6))를 동시에 나타내고 있다. 칩 카세트(3), 칩 카메라(2), 회로 기판(8), 플레이스 카메라(10) 등은 도 1에 도시된 바와 같은 위치 관계를 가지고 배치되어 있다.

흡착 헤드(5)는, 예를 들면 다공질 금속으로 이루어지는 흡착면(5a)을 가지고 구성되어 있다. 흡착 헤드(5)는 부압(負壓)을 이용하여 흡착면(5a)에 IC칩(4)을 부착한다. 또한, 흡착 헤드(5)는 회로 기판(8)에 IC칩(4)을 실은 상태로 가열되고, IC칩(4)이 갖는 복수의 땜납 범프를 회로 기판(8) 상의 소정의 접점에 열압착한다. 또, 흡착면(5a)에는 IC칩(4)의 부착 상태를 인식할 때의 기준이 되는 마크가 기록되어 있다.

칩 카세트(3)는 복수의 IC칩(4)을 수납하는 용기이다. 칩 카세트(3)는 상면(즉, Z축 상향)이 개방되어 있다.

IC칩(4)은 반도체 집적 회로 칩이다. 본 실시형태에 있어서, IC칩(4)은 이른바 WLCSP(Wafer Level Chip Size(또는 Scale) Package)라고 불리는 구조를 갖고 있다. IC칩(4)의 이면(도면의 하향면, 즉 흡착 헤드(5)가 부착되는 면의 반대측 면)에는 복수의 땜납 범프가 형성되어 있다. IC칩(4)은 칩 카세트(3)에 수납된 상태로부터 흡착 헤드(5)에 흡착되어 Z방향 상측으로 향하여 들어올려진다. 그리고, IC칩(4)은 그 상태로 칩 카메라(2)의 상부를 통과한 후, 회로 기판(8)의 상부로 반송된다.

회로 기판(8)은 기판 스테이지(7) 상에 실려 있다. 기판 스테이지(7)는 고정대(7a)에 XY방향으로 미세 조정 가능하게 지지되어 있다.

플레이스 카메라(10)는 회로 기판(8)을 촬상하는 카메라이다. 신호 처리부(1)는, 플레이스 카메라(10)로부터 취득한 화상 신호에 기초하여 IC칩(4)과의 접속부 주변에 대한 위치 인식 처리 등을 행하여 회로 기판(8)의 소정의 기준으로부터의 위치 어긋남이나 각도 어긋남 량을 산출한다.

칩 카메라(2)는 흡착 헤드(5)에 부착되어 이동 중의 IC칩(4)의 화상을 촬상하고, 촬상한 화상 신호를 신호 처리부(1)에 대해 출력한다. 이 칩 카메라(2)는 칩 카세트(3)의 설치 장소와 회로 기판(8)의 설치 장소 사이의 소정의 위치에 설치되어 있다. 칩 카메라(2)는 줌 렌즈(33)를 개재하여 IC칩(4)의 이면을 촬상한다. 줌 렌즈(33)는 복수의 렌즈와 렌즈의 이동 기구를 가지며, 렌즈군의 초점 거리를 일정한 범위에서 임의로 변화시킬 수 있고, 또한 초점면을 이동시키지 않는(즉, 핀트를 어긋나게 하지 않는) 렌즈군이다. 줌 렌즈(33)는 초점 거리를 외부로부터 입력된 소정의 제어 신호에 따라 가변한다. 신호 처리부(1)는 소정의 제어 신호를 케이블(44)을 개재하여 송신함으로써, 이 줌 렌즈(33)의 초점 거리(즉, 칩 카메라(2)의 촬상 배율)를 변화시킨다. 도 2는 칩 카메라(2), 줌 렌즈(33) 및 IC칩(4)의 위치 관계를 모식적으로 도시한 사시도이다. 또, 도 1, 도 2 등의 각 도면에서 동일한 구성에는 동일한 부호를 이용하고 있다. 또한, 도 2에 도시된 XYZ의 각 화살표 방향이 도 1에 도시된 XYZ의 각 축방향에 대응하고 있다. 또, 도 1 및 도 2에서는 칩 카메라(2)와 줌 렌즈(33)를 분리한 형태로 나타내고 있지만, 칩 카메라(2)와 줌 렌즈(33)는 일체로서 구성되어 있어도 된다.

칩 카메라(2)는 라인 센서(21)를 가지고 구성되어 있다. 라인 센서(21)는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor), CCD(Conference of Committee on Disarmament) 등의 고체 촬상 소자로 이루어지는 복수의 촬상 화소를 일렬 혹은 노광 시간을 확보하기 위해 복수열로 배열함으로써 구성되어 있다. 칩 카메라(2)는, 라인 센서(21)를 구성하는 각 화소에의 입사광을 광전 변환한 전기 신호의 크기를 나타내는 값인 각 화소값을 소정 주기로 반복하여 출력한다. 또한, 이 라인 센서(21)는 모노크롬의 다치계조(多値階調)(즉, 그레이스케일)의 화상 신호를 출력한다. 따라서, 라인 센서(21)가 출력하는 각 화소의 화소값은 휘도값을 나타내고 있다. 본 실시형태에서는, IC칩(4)이 그 이면, 즉 복수의 범프(4a)가 배열되어 형성되어 있는 면을 하방(즉, 칩 카메라(2) 측)으로 향한 상태로 흡착 헤드(5)의 흡착면(5a)에 흡착되어 있다. 칩 카메라(2)는, 도 2에 IC칩 이동 방향으로서 화살표로 나타낸 방향(즉, Y방향)으로 소정 속도로 IC칩(4)이 이동하고 있는 상태로 라인 센서(21)의 각 화소의 출력을 소정 주기로 반복하여 복수회 출력한다.

도 3에 칩 카메라(2)에 의한 촬상 화상(200)의 일례를 모식적으로 도시하였다. 도 3에서는, 도 1에 도시된 XYZ의 각 축방향이 XY의 각 화살표 및 Z의 동그라미표로 나타낸 방향에 대응하고 있다. 또, 도 3에서 각 축의 양의 방향은 XY가 화살표 방향, Z가 앞쪽에서 안쪽으로의 방향이다. 도 3에 도시된 예에서는, 촬상 화상(200)이 IC칩(4)의 이면 전면의 화상과 흡착면(5a) 거의 전면의 화상을 포함하고 있다. 또한, 1쌍의 기호(5b)와 기준 영역을 나타내는 선(5c)은 흡착면(5a) 상에 실제로 그려져 있는 마크이다. 이들 마크가 IC칩(4)의 부착 상태를 인식할 때의 기준이 되는 마크이다. 단, 기호(5b)와 기준선(5c)은 반드시 모두를 마련할 필요는 없다. 또, 도 3에 도시된 예에서는 IC칩(4)이 XY방향으로 등간격으로 배열된 복수의 범프(4a)를 갖고 있다.

다음에, 도 4를 참조하여 줌 렌즈(33)의 작용 등에 대해 설명한다. 도 4는, 도 3에 도시된 IC칩(4)의 이면의 일부 영역(201 및 202)을 라인 카메라(2)로 촬상한 화상에 대해 설명하기 위한 모식도이다. 도 4의 (a)~(c)는 어떤 촬상 배율 A로 촬상한 화상에 관한 모식도이고, 도 4의 (d)~(f)는 다른 촬상 배율 B(단, B<A)로 촬상한 화상에 관한 모식도이다. 도 4의 (a)는, 도 3에서 점선으로 나타낸 영역(201)을 XY방향으로 각각 6화소의 합계 36화소로 촬상한 경우의 영역(201) 내의 4개의 범프(4a)와 각 화소(Px)의 대응 관계를 모식적으로 도시한 도면이다. 도 4의 (b)는, 도 4의 (a)에 도시된 각 화소(Px)의 화소값을 모식적으로 도시한 도면이다. 해칭을 넣어 나타낸 4모퉁이의 각 4개의 화소(Px)의 화소값이 다른 화소(Px)의 화소값(하얗게 나타낸 화소)보다 큰 것을 나타내고 있다. 그리고, 도 4의 (c)는 도 4의 (b) 아래에서 2행째의 6개의 화소(Px)의 화소값(G)을 모식적으로 도시한 도면이다.

한편, 도 4의 (d)는, 도 3에서 쇄선으로 나타낸 영역(202)을 XY방향으로 각각 6화소의 합계 36화소로 촬상한 경우의 영역(202) 내의 4개의 범프(4a)와 각 화소(Px)의 대응 관계를 모식적으로 도시한 도면이다. 또, 도 4의 (d)에서는, 영역(201)과 영역(202)의 넓이 차이(여기서, 영역(201)의 넓이<영역(202)의 넓이)에 대응시켜 각 화소 크기를 크게 나타내고 있다(즉, 화소마다의 촬상 영역의 넓이는 도 4의 (a)보다 도 4의 (d)가 넓어지고 있다). 도 4의 (e)는, 도 4의 (d)에 도시된 각 화소(Px)의 화소값을 모식적으로 도시한 도면이다. 우측으로 올라가는 사선으로 해칭을 넣어 나타낸 합계 9개의 화소(Px)의 화소값이 다른 화소(Px)의 화소값보다 큰 것을 나타내고 있다. 또한, 합계 11개의 하얗게 나타낸 화소(Px)의 화소값이 가장 낮고, 우측으로 내려가는 사선으로 해칭을 넣어 나타낸 합계 16개의 화소(Px)의 화소값이 이들 사이의 화소값을 갖고 있다. 그리고, 도 4의 (f)는 도 4의 (e) 아래에서 2행째의 6개의 화소(Px)의 화소값(G)을 모식적으로 도시한 도면이다.

도 4의 (a)~(c)에 도시된 경우는 땜납 범프(4a)의 배치와 화상 샘플링이 일치한 경우이다. 즉, X방향에 대해 땜납 범프(4a) 간의 피치(PitchX)는 촬상 화소(Px)의 크기(PixSizeX)의 4개분에 일치한다. 마찬가지로 Y방향에 대해 땜납 범프(4a) 간의 피치(PitchY)는 촬상 화소(Px)의 크기(PixSizeY)의 4개분에 일치한다. 이 경우, 각 화소(Px)의 화소값은, 예를 들면 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 다른 범프(4a)에 대해서도 반복하여 동일한 값을 갖고 있다. 즉, 이 경우, 우측 범프(4a)에 대응하는 2개의 화소의 화소값(G)과 좌측 범프(4a)에 대응하는 2개의 화소의 화소값(G)은 동일한 값이다.

한편, 도 4의 (d)~(f)에 도시된 경우는 땜납 범프(4a)의 배치와 화상 샘플링이 불일치한 경우이다. 즉, X방향에 대해 땜납 범프(4a) 간의 피치(PitchX)는 촬상 화소(Px)의 크기(PixSizeXa)를 정수배한 길이에 일치하지 않는다. 마찬가지로 Y방향에 대해 땜납 범프(4a) 간의 피치(PitchY)는 촬상 화소(Px)의 크기(PixSizeYa)를 정수배한 길이에 일치하지 않는다. 이 경우, 각 화소(Px)의 화소값은, 예를 들면 도 4의 (f)에 도시된 바와 같이 다른 범프(4a)에 대해서도 다른 변화를 갖는 값을 나타내고 있다. 이 경우, 우측 범프(4a)에 대응하는 화소값(G)의 최대값이 좌측 범프(4a)에 대응하는 화소값(G)의 최대값보다 큰 값이다. 또한, 도 4의 (c)와 비교하면, 각 범프(4a)에 대응하는 화소값의 편차가 도 4의 (f)는 커지고 있다. 이 경우, 본 발명의 과제에 대해 설명한 경우와 동일한 현상이 확인되어 있다. 즉, 도 4의 (f)의 화소값 변화가 도 4의 (c)에 비해 위치 인식 정밀도를 향상시킨다고 할 가능성을 포함하고 있다.

그래서, 본 실시형태에 있어서, 신호 처리부(1)는 촬상 화소(Px)에 따른 길이(PixSizeX 혹은 PixSizeXa 또는 PixSizeY 혹은 PixSizeYa)와 신호 처리부(1) 내부의 소정의 기억부에 기억되어 있는 범프(4a)의 배열 간격(PitchX 또는 PitchY)을 나타내는 정보에 기초하여 범프(4a)의 배치와 화상 샘플링이 불일치가 되도록 줌 렌즈(33)의 초점 거리, 즉 칩 카메라(2)의 촬상 배율을 조정한다.

다음에, 도 5를 참조하여, 도 1을 참조하여 설명한 실장 장치(100)의 제어 동작에 관한 내부 구성예에 대해 설명한다. 신호 처리부(1)는 호스트 컴퓨터(11), 입력부(12), 출력부(13) 및 기억부(14)를 갖고 있다. 호스트 컴퓨터(11)는 메인 메모리(11a)를 포함하고, 메인 메모리(11a)에는 화상 메모리(11b)를 포함하고 있다. 호스트 컴퓨터(11)는 CPU(Central Processing Unit)를 내부에 가지며, 기억부(14) 등에 저장되어 있는 소정의 프로그램을 실행함으로써 각 부를 제어한다. 입력부(12)는, 플레이스 카메라(10) 및 칩 카메라(2)로부터 호스트 컴퓨터(11)에 신호를 입력하기 위한 인터페이스이다. 입력부(12)에는 플레이스 카메라(10) 및 칩 카메라(2)로부터 촬상한 화상을 나타내는 화상 데이터가 입력된다.

출력부(13)는, 모션 콘트롤러(61) 및 줌 렌즈(33)에 호스트 컴퓨터(11)로부터 신호를 출력하기 위한 인터페이스이다. 출력부(13)로부터는 모션 콘트롤러(61)에 대해 이동부(6)의 위치 어긋남 및 각도 어긋남을 보정 제어하기 위한 보정량을 나타내는 정보(△X, △Y, △θ)에 대응한 보정량(혹은 이를 지시하는 신호))가 출력된다. 또한, 출력부(13)로부터는 줌 렌즈(33)의 초점 거리를 변화시키기 위한 신호가 출력된다.

여기서, 도 3을 참조하여 위치 어긋남 및 각도 어긋남을 보정하기 위한 보정량을 나타내는 정보(△X, △Y, △θ)에 대해 설명한다. 도 3에서, 기준점(P0)은 흡착 헤드(5)의 θ 방향의 회전 중심에 대응하는 점이다. 흡착면(5a) 상의 기준 기호(5b)나 기준선(5c)에 기초하여 기준점(P0)의 좌표값을 산출할 수 있다. 중심점(Pc)은 IC칩(4)의 중심점(혹은 무게중심점)에 대응하는 점이다. 중심점(Pc)의 좌표는, 칩 카메라(2)의 촬상 화상으로부터 인식한 복수의 범프(4a)의 각 좌표값과 IC칩(4)의 설계값(혹은 기준이 되는 다른 IC칩(4)의 실측값)에 기초하여 산출할 수 있다. ?는 기준점(P0)과 중심점(Pc)의 X방향의 어긋남량을 나타낸다. ?는 기준점(P0)과 중심점(Pc)의 Y방향의 어긋남량을 나타낸다. ?와 ?는 기준점(P0)과 중심점(Pc)의 각 좌표값의 편차로서 산출된다. 그리고, 쾌는 IC칩(4)의 기준으로 하는 방향과 실제 방향의 차분(差分)으로서 산출된다. 쾌는, 칩 카메라(2)의 촬상 화상으로부터 인식한 복수의 범프(4a)의 각 좌표값과 각 범프(4a)의 좌표 및 배열 관계의 설계값(혹은 기준이 되는 다른 IC칩(4)의 실측값)에 기초하여 산출할 수 있다.

도 5에서, 기억부(14)는 예를 들면 비휘발 메모리이고, 칩 카세트(3), IC칩(4), 회로 기판(8) 등의 설계 정보(14a)와 도 4를 참조하여 설명한 줌 렌즈(33)의 초점 거리를 지시할 때에 이용되는 정보인 초점 거리 제어 정보(14c)를 기억하고 있다. 이 초점 거리 제어 정보(14c)는, 예를 들면 IC칩(4)의 식별 번호와 칩 카메라(2)의 사양을 나타내는 정보와 설정하는 초점 거리의 대응 관계를 기억한 테이블로서 구성되어 있다.

또, 도 1에는 도시하지 않았지만, 상기 구성 이외에 신호 처리부(1)는 예를 들면 플레이스 카메라(10)나 칩 카메라(2)에 소정의 제어 신호를 송신하기 위한 인터페이스나, 모션 콘트롤러(61)로부터 소정의 제어 신호를 수신하기 위한 인터페이스를 포함하고 있다. 또한, 기억부(14)는 모션 콘트롤러(61)의 제어를 행할 때에 필요한 정보 등도 기억하고 있다. 또, 설계 정보(14a)는 칩 카세트(3), IC칩(4), 회로 기판(8) 등의 외형, 기준 마크, 각 접속 단자 등의 형상이나 위치를 나타내는 정보, 열압착시의 설정값 등을 포함할 수 있다. 또, 설계 정보는 도면상 설계값에 한정하지 않고, 예를 들면 기준이 되는 실제 IC칩(4)의 실측값 등이어도 된다.

또한, 칩 카메라(2)는 라인 센서(21), A/D 변환기(아날로그 디지털 변환기)(22) 및 출력부(23)를 갖고 있다. A/D 변환기(22)는 라인 센서(21)로부터 출력된 각 화소의 아날로그 화소값을 디지털 신호로 변환한다. 출력부(23)는 A/D 변환기(22)가 출력한 디지털 신호열을 소정 형식의 디지털 화상 신호로 변환하여 출력한다. 이 출력부(23)가 출력한 화상 신호는 입력부(12)를 개재하여, 예를 들면 DMA(Direct Memory Access) 방식에 의해 화상 메모리(11b)에 직접 기억된다.

다음에, 도 6 등을 참조하여, 도 1 및 도 5를 참조하여 설명한 실장 장치(100)의 동작예에 대해 설명한다. 도 6은 실장 장치(100)의 동작 흐름을 도시한 흐름도이다.

IC칩(4)을 수용한 칩 카세트(3)나 회로 기판(8)의 소정의 위치에 준비함과 동시에, IC칩(4)이나 회로 기판(8)을 지정하는 정보를 도시하지 않은 소정의 입력 장치를 개재하여 신호 처리부(1)에 설정한 후, 조작자가 소정의 지시 조작을 행하면, 이에 따라 실장 장치(100)는 동작을 개시한다. 동작을 개시하면, 신호 처리부(1)는 설정된 IC칩(4)을 지정하는 정보에 기초하여 기억부(14)에 기억되어 있는 IC칩(4)의 설계 정보(14a)나 초점 거리 제어 정보(14c)를 참조하여 줌 렌즈(33)의 초점 거리를 소정의 값으로 설정함으로써, 칩 카메라(2)의 촬상 배율을 미세 조정한다(단계 S100).

단계 S100에서의 칩 카메라의 촬상 배율의 미세 조정은, 동일한 IC칩(4)의 실장 처리를 연속하여 복수회 행하는 경우에는 최초 IC칩(4)에 대해 1회 행하는 것만으로 된다. 또한, 촬상 배율의 미세 조정량은 예를 들면 다음의 계산 결과에 기초하여 설정할 수 있다.

즉, 도 4를 참조하여 설명하면, 미세 조정 후의 화소(Px)의 X방향의 크기(PixSizeXa) 및 Y방향의 크기(PixSizeYa)는, 땜납 범프(4a) 간의 X방향의 피치(PitchX)와 Y방향의 피치(PitchY)와 범프(4a)의 피치가 화소 크기의 정수배가 되는 경우의 배율인 소정의 기준 배율에서의 화소(Px)의 X방향의 크기(PixSizeX) 및 Y방향의 크기(PixSizeY)로부터 다음 식을 이용하여 산출할 수 있다. 단, 촬상 배율은 X방향 및 Y방향에서 동일한 값이 되므로, 땜납 범프의 배치와 화상 샘플링이 X 또는 Y 중 한쪽에서 일치한 경우에 일치한 한쪽의 방향에 대해 미세 조정량을 산출한다.

PixSizeXa=PitchX/ax(단, ax=PitchX/PixSizeX-kx)

PixSizeYa=PitchY/ay(단, ay=PitchY/PixSizeY-ky)

여기서, PitchX의 값은 PixSizeX의 크기를 기준으로 한 상대적인 값으로 한다. 또한, PitchY의 값은 PixSizeY의 크기를 기준으로 한 상대적인 값으로 한다. kx와 ky는 미세 조정하는 양을 설정하는 상수로서, 예를 들면 범프(4a)의 배열수(N) 등에 기초하여 설정할 수 있다. 즉, 예를 들면 kx=1/Nx(Nx는 X방향의 범프(4a)의 개수), ky=1/Ny(Ny는 Y방향의 범프(4a)의 개수)로 할 수 있다.

그리고, 촬상 배율의 설정값은 미세 조정 후의 화소(Px)의 X방향의 크기(PixSizeXa) 및 Y방향의 크기(PixSizeYa)와 기준 배율에서의 화소(Px)의 X방향의 크기(PixSizeX) 및 Y방향의 크기(PixSizeY)로부터 PixSizeXa/PixSizeX(X방향의 배율) 및 PixSizeYa/PixSizeY(Y방향의 배율)로서 결정할 수 있다. 촬상 배율의 설정값은, X방향의 배율과 Y방향의 배율의 계산값이 다른 경우에는 X방향 또는 Y방향 중 어느 한쪽의 계산값을 이용하여 조정한다. 혹은 라인 센서를 사용하는 경우, X방향의 계산값을 촬상 배율로 설정하고, Y방향은 촬상시의 이동 속도를 조정함으로써 Y방향의 PixSizeY를 미세 조정하면 X방향과 Y방향의 배율의 계산값이 다른 경우에서도 대응 가능하다.

도 7에 상기 식을 이용한 조정량의 계산 결과를 나타내었다. 가로축이 PitchX/PixSizeX(또는 PitchY/PixSizeY), 세로축이 PixSizeXa(또는 PixSizeYa)의 값이다. 단위는 화소 크기 PixSizeX=PixSizeY=1로 한 경우의 임의 단위이다. 또한, 실선이 범프(4a)의 개수 N=2, 점선이 개수 N=4, 쇄선이 개수 N=6인 경우의 계산값을 나타내고 있다. 도 7로부터 범프의 간격이 픽셀 크기에 대해 10배 이상 있으면 미세 조정량은 5% 이하로 되는 것을 알 수 있다.

단계 S100의 처리가 완료되면, 다음에, 신호 처리부(1)는 모션 콘트롤러(61)에 대해 소정의 제어 신호를 출력함으로써 이동부(6)를 칩 카세트(3) 상에서 다음에 흡착하는 IC칩(4)의 상방으로 이동한다(단계 S101). 다음에, 신호 처리부(1)로부터의 지시에 따라, 모션 콘트롤러(61)는 칩 카세트(3)로부터 IC칩(4)을 흡착 헤드(5)에서 픽(pick)한다(단계 S102). 다음에, 신호 처리부(1)로부터의 지시에 따라, 모션 콘트롤러(61)는 이동부(6)를 기판 스테이지(7)로 향하여 이동시키기 시작한다(단계 S103). 여기서, 신호 처리부(1)로부터의 지시에 따라, 칩 카메라(2)가 IC칩(4)을 촬상한다(단계 S104). 다음에, 신호 처리부(1)는 칩 카메라(2)의 촬상 화상에 기초하여 IC칩(4)의 위치 어긋남량 등을 계산한다(단계 S105).

단계 S105에서, 신호 처리부(1)는 예를 들면 다음과 같이 하여 IC칩(4)의 위치 어긋남량이나 각도 어긋남량을 계산한다. (1) 우선, 신호 처리부(1)는 이미 확인되어 있는 휘도 편차나 렌즈 수차를 보정하기 위한 정보를 참조하여 칩 카메라(2)에서 촬상된 촬상 화상의 소정 화소의 그레이스케일 휘도나 렌즈 수차를 보정하는 화상 처리를 실행한다. 단, 이 보정 처리는 구성에 따라서는 생략할 수 있다. (2) 다음에, 신호 처리부(1)는 기억부(14)로부터 독출한 IC칩(4)의 설계값에 기초하여 각 범프(4a)에 대응한 인식 대상 영역을 설정한다. (3) 다음에, 신호 처리부(1)는 단계 S202에서 설정한 인식 대상 영역마다 각 화소의 휘도값(=화소값)으로부터 휘도값의 무게중심 위치를 구한다. (4) 다음에, 신호 처리부(1)는 각 범프(4a)의 X좌표 및 Y좌표에 기초하여 IC칩(4)의 X방향의 어긋남량(△X), Y방향의 어긋남량(△Y) 및 각도 어긋남량(△θ)을 구한다. 여기서, 신호 처리부(1)는 예를 들면 복수의 범프(4a)의 각 X, Y좌표값에 기초하여 최소이승법 등을 이용하여 각 범프(4a)의 배열 방향을 추정한다. 다음에, 추정한 각 범프(4a)의 배열 방향에 기초하여 IC칩(4)의 중심점(Pc)의 좌표를 구한다. 또한, 신호 처리부(1)는 도 3을 참조하여 설명한 기준점(5b)이나 기준선(5c)을 인식하고, 이에 기초하여 기준점(P0)의 좌표와 각도 어긋남량(△θ)을 구할 때에 기준이 되는 방향을 구한다. 그리고, 신호 처리부(1)는 구한 각 범프(4a)의 배열 방향, 중심점(Pc)의 좌표, 기준점(P0)의 좌표, 기준이 되는 방향에 기초하여 X방향의 어긋남량(△X), Y방향의 어긋남량(△Y) 및 각도 어긋남량(△θ)을 구한다.

다음에, 신호 처리부(1)는 모션 콘트롤러(61)에 소정의 지시를 출력하고, 모션 콘트롤러(61)가 이동부(6)를 기판 스테이지(7) 상에서 회로 기판(8)의 IC칩(4)의 탑재 위치 상방으로 이동한다(단계 S106). 다음에, 신호 처리부(1)의 지시에 따라, 플레이스 카메라(10)가 회로 기판(8) 상의 IC칩(4)의 탑재 영역을 촬상한다(단계 S107). 신호 처리부(1)는, 플레이스 카메라(10)의 촬상 화상에 대해 IC칩(4)의 탑재 영역에 대해 탑재 위치의 XY방향의 어긋남량이나 각도 어긋남을 인식한다(단계 S108).

다음에, 신호 처리부(1)는 상술한 단계 S105에서 계산한 IC칩(4)의 위치 어긋남 및 각도 어긋남량과 회로 기판(8)의 탑재 영역 위치 어긋남량에 기초하여 이동부(6)의 각 보정량을 계산한다(단계 S109). 신호 처리부(1)는, 회로 기판(8)에 대한 인식 결과를 고려한 후에 IC칩(4)의 각 어긋남량(△X, △Y, △Z, △θ)을 기준으로 하는 위치 및 방향으로 할 수 있는 만큼 일치시키도록 이동부(6)의 XYZ방향의 위치 및 각도(θ)를 조정할 때의 보정량을 계산한다.

다음에, 신호 처리부(1)는 단계 S109에서 구한 각 보정량을 지시하는 신호를 모션 콘트롤러(61)에 송신한다(단계 S110).

그리고, 모션 콘트롤러(61)가 이동부(6)의 위치 어긋남이나 각도 어긋남을 보정한 후, 이동부(6)가 높이를 내리고 IC칩(4)을 회로 기판(8)의 접속부에 실어 열압착한다(단계 S111).

이상과 같이 본 실시형태에서는, 실장 장치(100)가 촬상 배율을 변화 가능한 촬상 배율 조정부로서의 줌 렌즈(33)와, 복수의 촬상 화소를 갖는 촬상부로서, 소정의 간격으로 배열된 복수의 범프(4a)(제1 인식 대상)를 갖는 IC칩(4)(인식 대상물)을 줌 렌즈(33)를 개재하여 촬상하는 칩 카메라(2)(촬상부)를 구비하고 있다. 또, 실장 장치(100)는, 복수의 범프(4a)의 배열 간격을 나타내는 정보(도 4의 PitchX 등)를 적어도 포함하는 IC칩(4)의 형상 정보를 나타내는 설계 정보(14a)를 기억한 기억부(14)를 구비한다. 또, 실장 장치(100)는, 촬상 화소에 따른 길이(도 4의 PixSizeX 등)와 기억부(14)에 기억되어 있는 범프(4a)의 배열 간격을 나타내는 정보에 기초하여 줌 렌즈(33)에 의해 얻어지는 촬상 배율을 조정하고, 또한 칩 카메라(2)가 촬상한 화상 중의 복수의 화소값에 기초하여 범프(4a)의 위치를 인식하는 신호 처리부(1)를 구비하고 있다. 여기서, 신호 처리부(1)는 칩 카메라(2)가 촬상한 화상 중에서 배열 간격과 촬상 화소에 따른 길이를 정수배한 것이 비대응이 되도록 촬상 배율을 조정한다. 따라서, 본 실시형태에 따르면, 인식 대상의 배치와 화상 샘플링이 일치하는 형상을 갖는 인식 대상물에 대해서는 촬상 배율을 조정함으로써, 인식 대상의 배치와 화상 샘플링을 불일치하게 할 수 있다. 이에 따라, 이러한 조건에서도 위치 인식 정밀도의 저하를 용이하게 피할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 렌즈 배율의 조정 기구를 예를 들면 전동 줌 등의 자동 조정 가능한 구성으로 하고 있으므로, 대상으로 하는 IC칩(4)의 레이아웃이 변화해도 자동으로 대응 가능하다. 단, 줌 렌즈(33)의 초점 거리를 예를 들면 수동으로 설정하도록 해도 된다.

또, 본 실시형태와 동일한 효과를 얻는 방법으로서 칩 카메라(2)에 대해 의도적으로 회전시킨 상태로 화상을 취득하는 방법을 생각할 수 있는데, IC칩(4)의 탑재 전후에 회전축을 회전시킬 필요가 있어 IC칩(4)의 실장 시간에의 영향을 준다. 이에 대해, 본 실시형태와 같이 렌즈 배율의 미세 조정이면 처리 실행 전에 한번만 미세 조정을 해 두면 되고, IC칩(4)의 실장 시간에의 영향은 없다.

또, 줌 렌즈(33)를 구성하는 복수의 렌즈군에 축방향을 따라 초점 거리가 다른 렌즈(예를 들면, 실린드리컬 렌즈)를 포함시킴으로써 배율 조정을 2차원 방향으로 독립하여 행할 수 있도록 확장하는 것은 가능하다.

또한, 상기의 설명에서는 같은 간격으로 나열하는 범프에 대해 나타내었지만, 반드시 같은 간격일 필요는 없다. 그 경우의 배율 조정값은, 예를 들면 조정 후의 화소 크기가 계산상 정수가 아닌 실수가 되는 경우에는 소수점 이하의 값의 편차를 목적 함수로서 픽셀 크기를 미세 조정하였을 때에 편차가 최대가 되는 픽셀 크기를 선택하면 된다.

또, 상기 실시형태에서는 인식 대상을 IC칩(4) 상의 땜납 범프(4a)로 하고 있지만, 칩 카메라(2)에 의한 위치 인식은 예를 들면 CSP가 아닌 다른 패키징에 의한 반도체 칩이나 다른 회로 탑재 부품, 수동 부품 등에 대해 응용할 수도 있다. 또한, 실장 장치에 한정하지 않고, 예를 들면 칩 카세트(3)에 수납하기 전 단계에서의 범프(4a)의 검사 공정에서 이용하는 장치로서 구성하는 것도 가능하다. 또한, 칩 카메라(2)는 라인 센서(21)가 아니라 영역 센서를 이용하여 구성할 수도 있다.

1 신호 처리부 2 칩 카메라(촬상부)
3 칩 카세트 4 IC칩(인식 대상물)
4a 범프(제1 인식 대상) 5 흡착 헤드
6 이동부 7 기판 스테이지
8 회로 기판 11 호스트 컴퓨터
33 줌 렌즈 61 모션 콘트롤러
100 실장 장치

Claims

촬상 배율을 변화 가능한 촬상 배율 조정부;
복수의 촬상 화소를 가지며, 소정의 간격으로 배열된 복수의 제1 인식 대상을 갖는 인식 대상물을 상기 촬상 배율 조정부를 개재하여 촬상하는 촬상부;
복수의 상기 제1 인식 대상의 배열 간격을 나타내는 정보를 적어도 포함하는 상기 인식 대상물의 형상 정보를 기억하는 기억부;
상기 촬상 화소에 따른 길이와 상기 기억부에 기억되어 있는 상기 배열 간격을 나타내는 정보에 기초하여 상기 촬상 배율 조정부의 촬상 배율을 조정하고, 또한 상기 촬상부가 촬상한 화상 중의 복수의 화소값에 기초하여 상기 제1 인식 대상의 위치를 인식하는 신호 처리부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 인식 장치.
제1항에 있어서,
상기 촬상부가 촬상한 화상 중에서 상기 배열 간격과 상기 촬상 화소에 따른 길이를 정수배한 것이 비대응이 되도록, 상기 신호 처리부가 상기 촬상 배율 조정부의 촬상 배율을 조정하는 것을 특징으로 하는 인식 장치.
인식 대상물이 반도체 칩이고,
제1항 또는 제2항에 기재된 신호 처리부에 의한 인식 결과에 기초하여 상기 인식 대상물의 위치나 각도에 관한 소정의 보정 제어를 행하여 상기 인식 대상물을 소정의 회로 기판에 실장하는 것을 특징으로 하는 실장 장치.
촬상 배율을 변화 가능한 촬상 배율 조정부;
복수의 촬상 화소를 가지며, 소정의 간격으로 배열된 복수의 제1 인식 대상을 갖는 인식 대상물을 상기 촬상 배율 조정부를 개재하여 촬상하는 촬상부;
복수의 상기 제1 인식 대상의 배열 간격을 나타내는 정보를 적어도 포함하는 상기 인식 대상물의 형상 정보를 기억한 기억부;를 이용하여,
상기 촬상 화소에 따른 길이와 상기 기억부에 기억되어 있는 상기 배열 간격을 나타내는 정보에 기초하여 상기 촬상 배율 조정부의 촬상 배율을 조정하고, 또한 상기 촬상부가 촬상한 화상 중의 복수의 화소값에 기초하여 상기 제1 인식 대상의 위치를 인식하는 것을 특징으로 하는 인식 방법.
제4항에 있어서,
상기 촬상부가 촬상한 화상 중에서 상기 배열 간격과 상기 촬상 화소에 따른 길이를 정수배한 것이 비대응이 되도록, 상기 촬상 배율 조정부의 촬상 배율을 조정하는 것을 특징으로 하는 인식 방법.
인식 대상물이 반도체 칩이고,
제4항 또는 제5항에 기재된 인식 결과에 기초하여 상기 인식 대상물의 위치나 각도에 관한 소정의 보정 제어를 행하여 상기 인식 대상물을 소정의 회로 기판에 실장하는 것을 특징으로 하는 실장 방법.