TW201825866A - 接合裝置以及被攝體的高度檢測方法 - Google Patents

接合裝置以及被攝體的高度檢測方法 Download PDF

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Abstract

本發明是利用簡便的方法進行接合裝置的零件或被攝體的高度檢測。接合裝置100包括光學系統20、獲取光學系統20所成像的像作為圖像14的攝像元件70、通過光學系統20的光路41～光路43對電子零件13進行照明的照明單元30、以及進行攝像元件70所獲取的圖像的處理的控制部80，並且控制部80通過相對於光學系統20的朝向電子零件13的第1部分的光軸24傾斜的第1傾斜光路對電子零件13進行照明而獲取電子零件13的第1圖像，通過相對於第1部分的光軸24朝向與第1傾斜光路相反之側傾斜的第2傾斜光路對電子零件13進行照明而獲取電子零件13的被攝體的第2圖像，基於第1圖像與第2圖像的位置偏移量計算電子零件13的自基準高度算起的變化量。

Description

接合裝置以及被攝體的高度檢測方法
本發明是有關於一種利用攝像裝置進行被攝體的高度的檢測的接合裝置及其方法。
作為將半導體晶片（芯片（die））封裝至配線基板或引線框架（lead frame）上的裝置，是使用芯片接合裝置（die bonding device）或倒裝晶片接合裝置（flip chip bonding device）。
由於基板或引線框架中存在厚度不均，故而在此種裝置中，例如使用如下方法：藉由利用超音波或雷射的非接觸式的距離感測器來測定自基準點至基板面的距離，根據所述測定結果檢測基板或引線框架的高度（例如，參照專利文獻1）。
又，在芯片接合裝置中，亦使用如下方法：藉由自斜方向投影至基板面的檢測圖案的圖像、與自斜方向投影至塗佈於基板上的漿料（paste）的表面的檢測圖案的圖像的位置偏移，來檢測自基板面算起的漿料的高度（例如，參照專利文獻2）。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2002-305214號公報 [專利文獻2]日本專利特開2012-38992號公報
[發明所欲解決之課題] 但是，存在如下問題：若為了檢測基板等的高度，而將如距離感測器或檢測圖案投影機般的進行基板或與基板接合的半導體晶片等（接合對象物）的高度檢測的專用設備搭載在接合裝置上，則接合裝置會變得複雜。
並且，近年來，使晶片重合數段而成的積層晶片不斷增加。在打線接合裝置（wire bonding device）、芯片接合裝置中，欲測定當前正在進行接合的段數為何段的需求增加。又，在倒裝晶片接合裝置中，存在欲檢測下段的晶片的傾斜角（平坦度）的需求。此外，在工具（tool）更換式接合裝置、例如芯片接合裝置、倒裝晶片接合裝置等之中，存在欲檢測經更換的工具的傾斜度或平坦度的需求。如上所述，近年來，在接合裝置中，在裝置內欲進行各種三維測定或高度測定的需求不斷增加。
因此，本發明的目的在於利用簡便的方法來進行接合裝置的零件或被攝體的高度檢測。 [解決課題之手段]
本發明的接合裝置的特徵在於包括：光學系統，使被攝體的像成像；攝像元件，獲取光學系統所成像的像作為圖像；照明單元，包含多個光源，通過光學系統的光路對被攝體進行照明；以及控制部，進行攝像元件所獲取的圖像的處理；並且控制部是通過光學系統的朝向被攝體的第1光路對被攝體進行照明並利用攝像元件獲取被攝體的第1圖像，通過相對於第1光路傾斜的第2光路對被攝體進行照明並利用攝像元件獲取被攝體的第2圖像，且基於第1圖像與第2圖像的位置偏移量計算被攝體的自基準高度算起的變化量。
在本發明的接合裝置中，亦可設為：照明單元是包含多個光源的光源陣列，控制部是藉由使光源陣列內配置在第1位置的第1光源點亮，使其他光源熄滅，而通過第1光路對被攝體進行照明並利用攝像元件獲取第1圖像，且藉由使配置在與第1位置不同的第2位置的第2光源點亮，使其他光源熄滅，而通過第2光路對被攝體進行照明並利用攝像元件獲取第2圖像。
在本發明的接合裝置中，亦可設為：第1光路是相對於光學系統的朝向被攝體的第1部分的光軸傾斜的第1傾斜光路，第2光路是相對於第1部分的光軸朝向與第1傾斜光路相反之側傾斜的第2傾斜光路，照明單元是包含多個光源的光源陣列，控制部是藉由使光源陣列內配置在自第1部分的光軸偏心的第1位置的第1光源點亮，使其他光源熄滅，而通過第1傾斜光路對被攝體進行照明並利用攝像元件獲取第1圖像，且藉由使配置在相對於第1部分的光軸與第1位置為相反側的第2位置的第2光源點亮，使其他光源熄滅，而通過第2傾斜光路對被攝體進行照明並利用攝像元件獲取第2圖像。
在本發明的接合裝置中，亦可設為：第1光路是沿光學系統的朝向被攝體的第1部分的光軸的垂直光路，第2光路是相對於第1部分的光軸傾斜的第2傾斜光路，照明單元是包含多個光源的光源陣列，控制部是藉由使光源陣列內與第1部分的光軸同軸地配置的第1光源點亮，使其他光源熄滅，而通過垂直光路對被攝體進行照明並利用攝像元件獲取第1圖像，且藉由使配置在與第1部分的光軸相離的第2位置的第2光源點亮，使其他光源熄滅，而通過第2傾斜光路對被攝體進行照明並利用攝像元件獲取第2圖像。
在本發明的接合裝置中，亦可設為：第1光路是相對於光學系統的朝向被攝體的第1部分的光軸傾斜的第1傾斜光路，第2光路是相對於第1部分的光軸朝向與第1傾斜光路相反之側傾斜的第2傾斜光路，照明單元是包含多個光源的光源陣列，並包含遮蔽板，所述遮擋板是自中心偏心地設置有使來自光源陣列的光透過的孔，並且中心與光學系統的第1部分的光軸為同軸，可圍繞著第1部分的光軸旋轉，控制部在使照明單元點亮，而獲取第1圖像時，使孔位於自第1部分的光軸偏心的第1位置，在獲取第2圖像時，使孔位於相對於第1部分的光軸與第1位置為相反側的第2位置。
在本發明的接合裝置中，亦可設為：第1光路是相對於光學系統的朝向被攝體的第1部分的光軸傾斜的第1傾斜光路，第2光路是相對於第1部分的光軸朝向與第1傾斜光路相反之側傾斜的第2傾斜光路，光學系統包括透鏡、以及配置在透鏡與攝像元件之間的光圈，光圈在光學系統的自通過光圈的第2部分的光軸偏心的位置上，具有使反射光通過的開口，所述反射光是通過第1傾斜光路或第2傾斜光路對被攝體進行照明的反射光。
在本發明的接合裝置中，亦可設為：光圈可圍繞著第2部分的光軸旋轉，控制部在利用攝像元件獲取第1圖像時，將開口的位置設為使通過第1傾斜光路對被攝體進行照明的反射光通過的位置， 在利用攝像元件獲取第2圖像時，將開口的位置設為使通過第2傾斜光路對被攝體進行照明的反射光通過的位置。
在本發明的接合裝置中，光學系統亦可設為遠心光學系統（telecentric optical system）。
本發明的計算被攝體的自基準高度算起的變化量的方法的特徵在於：準備攝像裝置，所述攝像裝置包括使被攝體的像成像的光學系統、獲取光學系統所成像的像作為圖像的攝像元件、包含多個光源並通過光學系統的光路對被攝體進行照明的照明單元、以及進行攝像元件所獲取的圖像的處理的控制部；通過光學系統的朝向被攝體的第1光路對被攝體進行照明並利用攝像元件獲取被攝體的第1圖像；通過相對於第1光路傾斜的第2光路對被攝體進行照明並利用攝像元件獲取被攝體的第2圖像；以及基於第1圖像與第2圖像的位置偏移量計算被攝體的自基準高度算起的變化量。
在本發明的計算被攝體的自基準高度算起的變化量的方法中，亦可設為：第1光路是相對於光學系統的朝向被攝體的第1部分的光軸傾斜的第1傾斜光路，第2光路是相對於第1部分的光軸朝向與第1傾斜光路相反之側傾斜的第2傾斜光路，照明單元是包含多個光源的光源陣列，藉由使光源陣列內配置在自第1部分的光軸偏心的第1位置的第1光源點亮，使其他光源熄滅，而通過第1傾斜光路對被攝體進行照明並利用攝像元件獲取第1圖像，且藉由使配置在相對於第1部分的光軸與第1位置為相反側的第2位置的第2光源點亮，使其他光源熄滅，而通過第2傾斜光路對被攝體進行照明並利用攝像元件獲取第2圖像。
在本發明的計算被攝體的自基準高度算起的變化量的方法中，亦可設為：第1光路是相對於光學系統的朝向被攝體的第1部分的光軸傾斜的第1傾斜光路，第2光路是相對於第1部分的光軸朝向與第1傾斜光路相反之側傾斜的第2傾斜光路，光學系統包括透鏡、以及配置在透鏡與攝像元件之間的光圈，光圈在光學系統的自通過光圈的第2部分的光軸偏心的位置上，具有使通過第1傾斜光路或第2傾斜光路對被攝體進行照明的反射光通過的開口，且可圍繞著第2部分的光軸旋轉，當利用攝像元件獲取第1圖像時，將開口的位置設為使通過第1傾斜光路對被攝體進行照明的反射光通過的位置，當利用攝像元件獲取第2圖像時，將開口的位置設為使通過第2傾斜光路對被攝體進行照明的反射光通過的位置。 [發明的效果]
本發明可利用簡便的方法進行接合裝置的零件或被攝體的高度檢測。
以下，一面參照圖式，一面對本實施形態的接合裝置100進行說明。如圖1所示，接合裝置100包括光學系統20、攝像元件70、照明單元30、控制部80、以及對基板12進行真空吸附的接合平台11。接合裝置100是將安裝在未圖示的接合頭（bonding head）上並吸附於接合工具上的半導體晶片等電子零件13（接合對象物）接合於基板12上的裝置。再者，在各圖中，為了明確表示電子零件13的方向，利用箭頭來表示電子零件13。以下，將箭頭所朝向的方向的端部設為前端，將與箭頭所朝向的方向為相反側的端部設為基端部，將前端與基端部的中間設為中央來進行說明。又，電子零件13為被攝體。
光學系統20包括：透鏡21，配置在Z軸方向上的第1部分的光軸24上，所述Z軸方向是朝向作為被攝體的電子零件13的方向；半鏡面（half mirror）23，配置在照明單元30與透鏡21之間；以及光圈22，配置在半鏡面23與攝像元件70之間。自半鏡面23通過光圈22的中心並延伸至攝像元件70的一點鏈線表示通過光圈22而朝向Y方向的第2部分的光軸25。
自透鏡21的主平面至光圈22的距離為透鏡21的焦距f，構成前側遠心光學系統。又，自透鏡21的主平面至後文所述的擴散板33或LED 32的距離亦成為焦距f。因此，光學系統20成為遠心光學系統。
光學系統20是使圖1中以箭頭表示的電子零件13的像在攝像元件70的攝像面71上成像。攝像元件70獲取在攝像面71上成像的像作為電子零件13的圖像14，並輸出至控制部80。
照明單元30包括基體部31、安裝在基體部31上的光源即多個LED 32、以及安裝在多個LED 32的Z方向下側的擴散板33。多個LED 32形成有呈平面狀展開的LED陣列32a。再者，亦可不設置擴散板33。
控制部80是包括在內部進行運算或資訊處理的中央處理單元（central processing unit，CPU）81、以及儲存控制程式或控制資料、圖等的記憶體82的電腦。照明單元30的各LED 32是藉由控制部80的命令而導通、斷開。再者，光學系統20、照明單元30、攝像元件70及控制部80構成接合裝置100的攝像裝置85。
說明藉由如上所述而構成的接合裝置100的攝像裝置85來獲取接合於基板12上的電子零件13（圖1中以箭頭表示）的圖像時的光路。再者，基板12的上表面為基準面，是光學系統20的對焦面。如圖1所示，當各LED 32發光時，來自各LED的光一面擴散一面透過半鏡面23，朝向電子零件13而通過透鏡21。如圖1所示，已通過透鏡21的照明光如實線41、實線42、實線43所示，一面收斂，一面對整個電子零件13進行照明。在電子零件13的表面上經反射的反射光如實線43、實線41、實線42所示，一面擴散，一面朝向透鏡21行進，並朝向半鏡面23而通過透鏡21。朝向半鏡面23而通過透鏡21的光在半鏡面23上經反射而通過光圈22的開口22a，並如實線41a、實線42a、實線43a所示，聚集於攝像元件70的攝像面71。如上所述，在攝像元件70的攝像面71上，使位於光學系統20的對焦面（基準面）的電子零件13的像成像。攝像元件70獲取經成像的像作為電子零件13的圖像14，並輸出至控制部80。
一面參照圖2，一面詳細說明來自LED 32的光是如何行進並抵達至攝像面71，所述LED 32位於照明單元30的第1部分的光軸24的位置上，即，配置在照明單元30的中心。再者，圖2中標有影線的LED 32表示經點亮的LED。如圖2所示，來自LED 32的光一面朝向透鏡21而擴散，一面通過半鏡面23進入至透鏡21。射出透鏡21的光通過與第1部分的光軸24平行的光路41、光路44、光路45而射向作為被攝體的電子零件13，利用與第1部分的光軸24平行的光線對電子零件13進行照明。即，利用來自垂直向上方向的平行光線對電子零件13進行照明。由於照明光自電子零件13的垂直向上方向照射，故而在電子零件13的表面上經反射的反射光朝向垂直向上方向，通過與照明光同樣的光路41、光路44、光路45而通過透鏡21射向半鏡面23，並經半鏡面23反射。然後，如光路41a、光路44a、光路45a所示，經位於自透鏡21的主平面起相距焦距f的位置上的光圈22收斂之後，經擴散而抵達至攝像元件70的攝像面71，作為圖像14而成像。
如以上所述，在圖2所示的情況下，照明光是自電子零件13的垂直向上方向照射，且在電子零件13的表面上經反射的反射光射向垂直向上方向，故而即使在高於光學系統20的對焦面（基準面）僅高度h的電子零件13a的情況，照明光、反射光亦均通過光路41、光路44、光路45及光路41a、光路44a、光路45a而抵達至攝像面71。因此，在攝像面71上成像的電子零件13a的圖像14a位於與電子零件13的圖像14相同的位置，在圖像14與圖像14a之間不產生位置偏移。
其次，一面參照圖3，一面說明獲取僅照明單元30的右側的標有影線的LED 32點亮，自中央起左側的空心的LED 32未點亮時的電子零件13的圖像時的光路。右側部分的LED 32是位於自第1部分的光軸24偏心的位置上的光源。在以下的說明中，以來自右側部分的LED 32的光對以箭頭表示的電子零件13的前端進行照明的情況為例進行說明。
如圖3所示，來自右側部分的LED 32的光如以夾於實線46與實線47之間的影線區域所示，在自LED 32相對於第1部分的光軸24向右側傾斜的光路中行進而進入至透鏡21。通過透鏡21的照明光在電子零件13的箭頭端經收斂而對電子零件13的箭頭端進行照明。在電子零件13的箭頭端經反射的光如以夾於實線48與實線49之間的影線區域所示，在相對於第1部分的光軸24向左傾斜的光路中行進而通過透鏡21經半鏡面23反射，且通過位於自第2部分的光軸25偏心的位置上的光圈22的開口22a的下側部分，在以夾於實線48a與實線49a之間的影線區域表示的光路中行進而抵達至攝像元件70的攝像面71。當來自右側部分的LED 32的光對電子零件13的中央、根基部進行照明時，亦同樣地，電子零件13的中央、根基部被在相對於第1部分的光軸24向右側傾斜的光路中行進的光照明，反射光在相對於第1部分的光軸24向左側傾斜的光路中行進而通過光圈22的開口的下側部分抵達至攝像元件70的攝像面71。
其次，一面參照圖4，一面詳細說明自第1部分的光軸24向右側偏移的一個LED 32所發出的光是如何行進並抵達至攝像面71。圖4中的光路51表示圖3所示的夾於實線46與實線47之間的影線區域的中心的光路，光路52表示圖3所示的夾於實線48與實線49之間的影線區域的中心的光路。光路53表示圖3中以兩條實線46'、實線47'表示的朝向電子零件13的中央的照明光的光路的中心，光路54表示圖3中以兩條實線48'、實線49'表示的來自電子零件13的中央的反射光的光路的中心。同樣地，光路55、光路56表示圖3中以兩條實線46''、實線47''表示的電子零件13的根基部的照明光的光路的中心、以及圖3中以兩條實線48''、實線49''表示的來自電子零件13的根基的反射光的光路。
如圖4所示，自第1部分的光軸24向右側偏移的LED 32的一個LED 32所發出的光，通過自第1部分的光軸24向右側傾斜僅角度f的第1傾斜光路或第1光路即光路51對電子零件13的前端進行照明，在電子零件13的前端經反射的反射光通過自第1部分的光軸24向左側傾斜僅角度f的光路52並通過透鏡21經半鏡面23反射，沿通過光圈22的開口22a的下側部分的光路52a抵達至攝像面71，所述光圈22位於自第2部分的光軸25偏心的位置上。在此處，光路51與光路52相對於第1部分的光軸24成線對稱。同樣地，來自一個LED 32的光通過自第1部分的光軸24向右側傾斜僅角度f的第1傾斜光路或第1光路即光路53、光路55對電子零件13的中央、基端部進行照明，反射光通過自第1部分的光軸24向左側傾斜僅角度f的光路54、光路56並通過透鏡21經半鏡面23反射，沿通過光圈22的開口22a的下側部分的光路54a、光路56a抵達至攝像面71，所述光圈22位於自第2部分的光軸25偏心的位置上。而且，在攝像面71上，如圖4所示，圖像14成像。光路53與光路54、光路55與光路56分別相對於第1部分的光軸24成線對稱。
其次，說明來自一個LED 32的光對電子零件13a的表面進行照明，使電子零件13a的圖像14a在攝像面71上成像時的光路，所述電子零件13a的表面高於光學系統20的對焦面（基準面）僅高度h。
如圖4所示，來自一個LED 32的光通過以與光路51平行的一點鏈線表示的第1傾斜光路或第1光路即光路61，對高於電子零件13僅高度h的電子零件13a的前端進行照明。反射光通過以與光路52平行的一點鏈線表示的光路62自透鏡21抵達至半鏡面23，並經半鏡面23反射而與光路52a同樣地，沿通過光圈22的開口22a的下側的光路62a抵達至攝像面71。如圖4的光路62所示，當光路自第1部分的光軸24傾斜時，若電子零件13的高度升高僅高度h，則反射光經半鏡面23反射的位置相較於光路51的情況向上側偏移。另一方面，光圈22位於與透鏡21的主平面相距焦距f的位置，故而自半鏡面23至攝像面71的光路52a與光路62a均通過光圈22的同一點。因此，如圖4的光路62a所示，電子零件13a的圖像14a的前端較電子零件13的圖像14的前端向下側偏移僅距離e。同樣地，來自一個LED 32的光通過圖4中以一點鏈線表示的第1傾斜光路或第1光路即光路63、光路65對電子零件13a的中央、基端部進行照明，反射光通過光路64、光路64a、光路66、光路66a抵達至攝像面71，故而電子零件13a的圖像14a的中央、基端部亦與前端同樣地，向下側偏移僅距離e。如此一來，當藉由來自自第1部分的光軸24向右側傾斜僅角度f的方向的照明對電子零件13a進行照明而進行拍攝時，圖像14a對應於電子零件13a的高度h向下側偏移僅距離e。
又，自第1部分的光軸24向左側偏移的LED 32的一個LED 32所發出的光如圖4中以虛線62b所示，通過半鏡面23、透鏡21的左側，並與先前所述相反，通過自第1部分的光軸24向左側傾斜僅角度f的第2傾斜光路或第2光路即光路62對電子零件13a的前端進行照明，在電子零件13a的前端經反射的反射光通過自第1部分的光軸24向右側傾斜僅角度f的光路61並通過透鏡21經半鏡面23反射，沿通過光圈22的開口22a的上側部分的光路61a抵達至攝像面71，所述光圈22位於自第2部分的光軸25偏心的位置上。同樣地，來自一個LED 32的光如圖4中以虛線64b、虛線66b所示，通過半鏡面23、透鏡21的左側，並通過自第1部分的光軸24向左側傾斜僅角度f的第2傾斜光路或第2光路即光路64、光路66對電子零件13a的中央、基端部進行照明，反射光通過自第1部分的光軸24向右側傾斜僅角度f的光路63、光路65並通過透鏡21經半鏡面23反射，沿通過光圈22的開口22a的上側部分的光路63a、光路65a抵達至攝像面71，所述光圈22位於自第2部分的光軸25偏心的位置上。而且，在攝像面71上，如圖4所示，圖像14b成像。如上所述，當藉由自第1部分的光軸24向左側傾斜僅角度f的方向的照明對電子零件13a進行照明而進行拍攝時，圖像14b對應於電子零件13a的高度h向上側偏移僅距離e。
因此，如圖4所示，使自照明單元30的光學系統20的第1部分的光軸24向右側偏心的第1位置的LED 32點亮，使其他LED 32熄滅，對高於對焦面（基準面）僅高度h的電子零件13a進行照明而如圖4所示，獲取作為第1圖像的電子零件13a的圖像14a，其次，相反地，使自照明單元30的光學系統20的第1部分的光軸24向左側偏心的第2位置的LED 32點亮，使其他LED 32熄滅，對高於對焦面（基準面）僅高度h的電子零件13a進行照明而如圖4所示，獲取作為第2圖像的電子零件13a的圖像14b。於是，如圖5所示，攝像元件70的攝像面71所獲取的圖像14a與圖像14b相離僅位置偏移量2e。
圖像14a與圖像14b的位置偏移量2e和電子零件13a的自對焦面（基準面）算起的高度h的關係，例如是改變接合平台11的Z方向高度或光學系統20的Z方向高度，測量位置偏移量2e，製作如圖6所示的圖並預先儲存在控制部80的記憶體82中。然後，可藉由利用所述圖，而根據圖像14a與圖像14b的位置偏移量2e檢測電子零件13a的自基準面算起的高度h。
如以上所述，本實施形態的接合裝置100可利用如下簡便的方法來進行電子零件13a的自基準面算起的高度h的檢測：使搭載在接合裝置100上的攝像裝置85的照明單元30的右側與左側的LED 32交替地點亮，獲取位於較基準面（對焦面）更高的位置上的電子零件13a的圖像14a、圖像14b。
再者，在本實施形態的接合裝置100中，是設為利用如圖6所示的圖，根據圖像14a與圖像14b的位置偏移量2e檢測電子零件13a的自基準面算起的高度h來進行說明，但亦可設為預先製作圖像14a與圖像14b的位置偏移量2e和電子零件13a的自對焦面（基準面）算起的高度h的關係式，利用所述公式將圖像14a與圖像14b的位置偏移量2e轉換成高度h而進行高度檢測。又，當接合平台11可沿Z方向移動時，亦可設為使接合平台11沿Z方向移動而預先製作位置偏移量2e與Z方向上的高度h的圖或關係式。
在以上的說明中，是設為使搭載在接合裝置100上的攝像裝置85的照明單元30的右側與左側的LED 32交替地點亮，獲取位於較基準面（對焦面）更高的位置上的電子零件13a的圖像14a、圖像14b而進行電子零件13a的自基準面算起的高度h的檢測來進行說明，但如以下所述，亦可設為使位於照明單元30的第1部分的光軸24的位置上的LED 32，即，使配置在照明單元30的中心的LED 32點亮而獲取電子零件13a的圖像14a，其次使照明單元30的右側或左側的LED 32點亮而獲取電子零件13a的圖像14a或圖像14b，基於使配置在照明單元30的中心的LED 32點亮而獲取的圖像14a與使照明單元30的右側的LED點亮而獲取的圖像14a的位置偏移量e、或者使配置在照明單元30的中心的LED 32點亮而獲取的圖像14a與使照明單元30的左側的LED點亮而獲取的圖像14b的位置偏移量e，來進行電子零件13a的自基準面算起的高度h的檢測。
如先前參照圖2所述，配置在照明單元30的中心的LED 32的光是自電子零件13a的垂直上方通過作為垂直光路的光路41、光路44、光路45對電子零件13a進行照明，故而來自電子零件13a的反射光亦射向垂直上方。因此，在高於光學系統20的對焦面（基準面）僅高度h的電子零件13a的情況下，在攝像面71上成像的電子零件13a的圖像14a亦位於與電子零件13的圖像14相同的位置，在圖像14與圖像14a之間不產生位置偏移。又，如先前參照圖3、圖4所述，當利用來自自第1部分的光軸24向右側傾斜僅角度f的方向的照明對電子零件13a進行照明而進行拍攝時，圖像14a對應於電子零件13a的高度h向下側偏移僅距離e。因此，使配置在照明單元30的中心的LED 32點亮而獲取的圖像14a與使照明單元30的右側的LED 32點亮而獲取的圖像14a相隔位置偏移量e。
因此，可利用使配置在照明單元30的中心的LED 32點亮而獲取的圖像14a與使照明單元30的右側的LED點亮而獲取的圖像14a的位置偏移量e，來進行電子零件13a的自基準面算起的高度h的檢測。此時，亦可利用圖6所示的圖，將高度h相對於所檢測出的位置偏移量的比率設為2倍而計算出高度h。又，亦可改變接合平台11的Z方向高度或光學系統20的Z方向高度，測量使配置在照明單元30的中心的LED 32點亮而獲取的圖像14a與使照明單元30的右側的LED點亮而獲取的圖像14a的位置偏移量e，製作與圖6相同的圖而預先儲存在控制部80的記憶體82中，利用所述圖，根據位置偏移量e計算高度h。又，同樣地，亦可利用使配置在照明單元30的中心的LED 32點亮而獲取的圖像14a與使照明單元30的左側的LED 32點亮而獲取的圖像14a的位置偏移量e，來進行電子零件13a的自基準面算起的高度h的檢測。
其次，參照圖7、圖8對另一實施形態進行說明。本實施形態的接合裝置200如圖7所示，將先前參照圖1至圖6而說明的接合裝置100的光圈22設為在自第2部分的光軸25偏心的位置上具有小開口22a的光圈，將光圈22設為可圍繞著第2部分的光軸25旋轉的光圈。對先前參照圖1至圖6而說明的部分標註相同的符號並省略說明。
首先，一面參照圖7，一面說明光圈22的開口22a位於第2部分的光軸25的下側的情況。照明單元30的多個LED 32全部點亮，而光圈22的開口22a以外的區域則被遮光，故而僅有通過光圈22的開口22a的光抵達至攝像元件70的攝像面71，可使電子零件13、或高度高h的電子零件13a的像成像。
如圖7所示，光圈22的開口22a位於第2部分的光軸25的下側。所述位置是與如下位置相同的位置，即，僅使參照圖3而說明的照明單元30的右側的LED 32點亮而對電子零件13進行照明時的反射光通過光圈22的位置。因此，當光圈22的開口22a位於第2部分的光軸25的下側時，即使在照明單元30的多個LED 32全部點亮的情況下，亦是僅有參照圖3而說明的右側的LED 32所發出的光可使電子零件13的圖像14在攝像元件70的攝像面71上成像。即，藉由使光圈22的開口22a的位置位於第2部分的光軸25的下側，即使在照明單元30的多個LED 32全部點亮時，亦可與參照圖3的情況同樣地，設為與利用通過相對於第1部分的光軸24向右側傾斜的光路的光對電子零件13進行照明的情況相同的狀態。
因此，如圖8所示，自第1部分的光軸24向右側偏移的一個LED 32所發出的光對電子零件13及電子零件13a進行照明而使圖像14及作為第1圖像的圖像14a在攝像元件70上成像時的光路，與參照圖4而說明的光路51～光路56、光路52a、光路54a、光路56a、光路61～光路66、光路62a、光路64a、光路66a相同。
又，當使光圈22旋轉而使開口22a的位置位於第2部分的光軸25的上側時，與圖7所示的情況相反，即使在照明單元30的多個LED 32全部點亮的情況下，亦成為與利用通過相對於第1部分的光軸24向左側傾斜的光路的光對電子零件13進行照明的情況相同的狀態。此時，自第1部分的光軸24向左側偏移的一個LED 32所發出的光對電子零件13a進行照明而在攝像元件70上使第2圖像即圖像14b成像時的光路，與參照圖4而說明的光路62b、光路64b、光路66b、光路61～光路66、光路61a、光路63a、光路65a相同。
由於如上所述，故而控制部80可使光圈22圍繞著第2部分的光軸25旋轉，使開口22a的位置位於第2部分的光軸25的下側而獲取電子零件13a的第1圖像即圖像14a，其次，使開口22a的位置位於第2部分的光軸25的上側而獲取電子零件13a的第2圖像即圖像14b，測量圖像14a與圖像14b的位置偏移量2e，利用圖6所示的圖或位置偏移量2e與高度h的關係式來檢測電子零件13a的自基準面算起的高度h。
如以上所述，本實施形態的接合裝置200可利用如下簡便的方法來進行電子零件13a的自基準面算起的高度h的檢測：保持著使照明單元30全部點亮的狀態，使光圈22旋轉而使開口22a的位置交替地移動至第2部分的光軸25的下側與上側，從而獲取位於較基準面（對焦面）更高的位置上的電子零件13a的圖像14a、圖像14b。
其次，一面參照圖9、圖10（a）及圖10（b），一面對另一實施形態進行說明。本實施形態的接合裝置300如圖9所示，是在參照圖1至圖6而說明的接合裝置100的照明單元30與半鏡面23之間配置有遮蔽板90的裝置。對先前參照圖1至圖6而說明的部分標註相同的符號並省略說明。
如圖9、圖10（a）、圖10（b）所示，遮蔽板90是自中心93偏心地設置有使來自LED陣列32a的光透過的孔91，並且以中心93與第1部分的光軸24為同軸的方式安裝。又，遮蔽板90包含內置有馬達（motor）等旋轉驅動機構的輪轂（hub）92，以藉由控制部80的命令而圍繞著光軸24旋轉的方式構成。
圖10（a）中，孔91位於Y方向正側、圖9所示的LED陣列32a的右側的LED 32的位置，使LED陣列32a的右側的LED 32的光通過，而將其他LED 32的光切斷。所述狀態是與先前所述的僅使照明單元30的右側的LED 32點亮的情況相同的狀態。同樣地，圖10（b）中，孔91位於Y方向負側、圖9所示的LED陣列32a的左側的LED 32的位置，使LED陣列32a的左側的LED 32的光通過，而將其他LED 32的光切斷。所述狀態是與參照圖4而說明的僅使照明單元30的左側的LED 32點亮的情況相同的狀態。
控制部80可使輪轂92中的旋轉驅動機構運行，使遮蔽板90的孔91位於圖10（a）所示的位置而如參照圖4所述，獲取作為第1圖像的電子零件13a的圖像14a，並使遮蔽板90的孔91位於圖10（b）所示的位置而如參照圖4所述，獲取作為第2圖像的電子零件13a的圖像14b，利用參照圖6而說明的圖，根據圖像14a與圖像14b的位置偏移量2e來檢測電子零件13a的自基準面算起的高度h。
本實施形態的接合裝置300可利用如下簡便的方法來進行電子零件13a的自基準面算起的高度h的檢測：設為與使搭載在接合裝置300上的攝像裝置85的照明單元30的下側的遮蔽板90旋轉，而使左右兩側的LED 32交替地點亮的情況相同的狀態，獲取位於較基準面（對焦面）更高的位置上的電子零件13a的第1圖像即圖像14a及第2圖像即圖像14b。
在以上說明的各實施形態中，是設為進行位於較基準面更高的位置上的電子零件13a的自基準面算起的高度h的檢測來進行說明，但在電子零件13a位於較基準面更低的位置上的情況，亦可藉由同樣的方法，來進行電子零件13a的自基準面算起的高度h的檢測。
其次，一面參照圖11，一面說明在接合裝置400中利用攝像裝置150檢測載置在工具更換器160上的各接合工具161～接合工具163的載置狀態的方法。
接合裝置400包括Y方向導軌110、由Y方向導軌110導引而沿Y方向移動的Y方向活動部120、安裝在Y方向活動部120上的接合頭130、以及攝像裝置150。在接合頭130的前端安裝有真空吸附接合工具的拾取（pick up）部140。攝像裝置150包含先前參照圖1～圖6而說明的光學系統20、照明單元30及攝像元件70。控制部是與整個接合裝置400的控制裝置配置在一起。對控制部未圖示。又，Y方向導軌110是藉由未圖示的X方向驅動裝置而沿X方向移動。因此，接合頭130、攝像裝置150沿XY方向移動。
如圖11所示，在工具更換器160上，載置有各種接合工具。接合裝置400藉由Y方向活動部120及未圖示的X方向驅動裝置而使接合頭130沿XY方向移動，並使攝像裝置150在接合工具161上移動。然後，利用先前參照圖1～圖6而說明的方法，檢測接合工具161的3個以上的位置的高度h，根據所檢測到的高度差計算接合工具161的表面的傾斜度。當接合工具161的表面的傾斜度大於等於規定的角度時，未圖示的控制部判斷為接合裝置400的拾取部140以無法拾取接合工具161的狀態載置在工具更換器上，從而輸出錯誤（error），停止接合裝置400的運行。再者，控制部80亦可設為在判斷為接合工具161以無法拾取的狀態載置在工具更換器上時，使未圖示的其他裝置運行而重新載置接合工具161。關於接合工具162、接合工具163，亦進行同樣的運行。
又，本實施形態的攝像裝置85可應用於如下所述的各種測定。例如，在打線接合裝置、芯片接合裝置或倒裝晶片接合裝置中，可藉由針對基板12的表面的3個點檢測自基準面算起的高度h，來檢測基板12的平坦度。
此外，本實施形態的接合裝置100如下所述，可在打線接合裝置、芯片接合裝置或倒裝晶片接合裝置中，應用於接合前的接合對象物即基板12或電子零件13的高度的測定。
在接合前的接合對象物的識別時，是藉由利用攝像裝置85拍攝電子零件13或基板12的兩個對準點，利用控制部80進行所獲取的圖像的識別，來進行電子零件13的定位。此時，可如參照圖1～圖6所述切換照明單元30的左右的LED 32的點亮、熄滅，或如參照圖7～圖8所述將光圈22的開口22a的位置切換至第2部分的光軸25的上側及下側，而獲取電子零件13的多個圖像或多個基板12的圖像，在接合前測定作為接合對象物的電子零件13或基板12的高度。
通常，進行電子零件13的定位的對準點有兩個，但當電子零件13的傾斜度不成問題時，可利用一個對準點來測定電子零件13的高度。當需要測定電子零件13的平面的傾斜度時，需要測定3個點，故而除了進行定位的兩個對準點以外，只要測定另外一個點的高度即可。
只要在接合前的對準時可探測高度，即可降低接合時的搜索位準（search level）（接合工具下降的速度變慢的高度），從而可有望提高節拍時間（tact time）。又，在倒裝晶片接合器（flip chip bonder）中，每當進行積層時，積層晶片上表面的平坦度就會改變，故而當進而在上面積層電子零件13時，有時起初的接合工具的設定及平坦度會改變，從而降低接合質量。因此，若預先知曉積層晶片上表面的平坦度，即可藉由對其加以修正而進行接合，來提高接合質量。
又，當進行如上所述的電子零件13或基板12的高度測定、平坦度測定或電子零件13的傾斜度測定時，若如參照圖1～圖6所述對應於照明單元30的左右的LED 32的點亮、熄滅的切換，或如參照圖7～圖8所述對應於光圈22的開口22a的位置的切換來對攝像區內部進行劃分，而計算所述區內的圖案的偏移，可獲知經劃分的區內的高度、平坦度，從而一次性測量區內的高度。藉由使劃分區變細或變粗，可進行與目的相應的最佳三維測定。
又，本實施形態的攝像裝置85可藉由檢測打線接合裝置的迴路（loop）高度、壓接球的高度等，來判斷打線接合的質量的好壞。又，亦可應用於利用芯片接合裝置來檢測漿料的高度。
如以上所述，本實施形態的攝像裝置85亦可應用於接合裝置的接合平台上的各種零件的高度檢測。
2e、e‧‧‧位置偏移量
11‧‧‧接合平台
12‧‧‧基板
13、13a‧‧‧電子零件
14、14a、14b‧‧‧圖像
20‧‧‧光學系統
21‧‧‧透鏡
22‧‧‧光圈
22a‧‧‧開口
23‧‧‧半鏡面
24、25‧‧‧光軸
30‧‧‧照明單元
31‧‧‧基體部
32‧‧‧LED
32a‧‧‧LED陣列
33‧‧‧擴散板
41～43、41a～43a、46～49、46'～49'、46''～49''、48a、49a‧‧‧光路（實線）
44、45、44a、45a、51～56、52a、54a、56a、61～66、61a～66a‧‧‧光路
62b、64b、66b‧‧‧光路（虛線）
70‧‧‧攝像元件
71‧‧‧攝像面
80‧‧‧控制部
81‧‧‧CPU
82‧‧‧記憶體
85、150‧‧‧攝像裝置
90‧‧‧遮蔽板
91‧‧‧孔
92‧‧‧輪轂
93‧‧‧中心
100、200、300、400‧‧‧接合裝置
110‧‧‧Y方向導軌
120‧‧‧Y方向活動部
130‧‧‧接合頭
140‧‧‧拾取部
160‧‧‧工具更換器
161～163‧‧‧接合工具
f‧‧‧焦距
h‧‧‧高度
f‧‧‧角度
圖1是表示本發明的實施形態的接合裝置的構成的系統圖。 圖2是本發明的實施形態的接合裝置中的光學系統的說明圖。 圖3是在本發明的實施形態的接合裝置中使照明單元中的右側的發光二極體（light-emitting diode，LED）點亮並利用來自斜右上方的照明光對被攝體進行照明而獲取被攝體的圖像時的光路圖。 圖4是表示利用圖3所示的光路獲取被攝體的圖像時，因被攝體的高度而產生於攝像面上的圖像上的偏移的光路圖。 圖5是表示在攝像面上的第1圖像與第2圖像的位置偏移的說明圖。 圖6是表示圖像的位置偏移量E與自基準面算起的高度h的關係的圖（map）。 圖7是在本發明的另一實施形態的接合裝置中，使光圈的開口位於使反射光通過的位置而獲取被攝體的圖像時的光路圖，所述反射光是利用來自斜右上方的照明光對被攝體進行照明時的反射光。 圖8是表示當利用圖7所示的光路獲取被攝體的圖像時因被攝體的高度而產生於攝像面上的圖像上的偏移的光路圖。 圖9是在本發明的另一實施形態的接合裝置中使遮蔽板的孔的位置位於右側而獲取圖像時的光路圖。 圖10（a）及圖10（b）是圖9所示的實施形態中所使用的遮蔽板的俯視圖。 圖11是表示包含工具更換器（tool changer）的接合裝置的構成的立體圖。

Claims (11)

  1. 一種接合裝置，其特徵在於包括： 光學系統，使被攝體的像成像； 攝像元件，獲取所述光學系統所成像的像作為圖像； 照明單元，包含多個光源，通過所述光學系統的光路對所述被攝體進行照明；以及 控制部，進行所述攝像元件所獲取的所述圖像的處理；並且 所述控制部是 通過所述光學系統的朝向所述被攝體的第1光路對所述被攝體進行照明並利用所述攝像元件獲取所述被攝體的第1圖像， 通過相對於所述第1光路而傾斜的第2光路對所述被攝體進行照明並利用所述攝像元件獲取所述被攝體的第2圖像， 基於所述第1圖像與所述第2圖像的位置偏移量計算所述被攝體的自基準高度算起的變化量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的接合裝置，其中 所述照明單元是包含多個光源的光源陣列， 所述控制部是 藉由使所述光源陣列內配置在第1位置的第1光源點亮，使其他光源熄滅，而通過所述第1光路對所述被攝體進行照明並利用所述攝像元件獲取所述第1圖像， 藉由使配置在與所述第1位置不同的第2位置的第2光源點亮，使其他光源熄滅，而通過所述第2光路對所述被攝體進行照明並利用所述攝像元件獲取所述第2圖像。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的接合裝置，其中 所述第1光路是相對於所述光學系統的朝向所述被攝體的第1部分的光軸傾斜的第1傾斜光路， 所述第2光路是相對於所述第1部分的光軸朝向與所述第1傾斜光路相反之側傾斜的第2傾斜光路， 所述照明單元是包含多個光源的光源陣列， 所述控制部是 藉由使所述光源陣列內配置在自所述第1部分的光軸偏心的第1位置的第1光源點亮，使其他光源熄滅，而通過所述第1傾斜光路對所述被攝體進行照明並利用所述攝像元件獲取所述第1圖像， 藉由使配置在相對於所述第1部分的光軸與所述第1位置為相反側的第2位置的第2光源點亮，使其他光源熄滅，而通過所述第2傾斜光路對所述被攝體進行照明並利用所述攝像元件獲取所述第2圖像。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的接合裝置，其中 所述第1光路是沿所述光學系統的朝向所述被攝體的第1部分的光軸的垂直光路， 所述第2光路是相對於所述第1部分的光軸傾斜的第2傾斜光路， 所述照明單元是包含多個光源的光源陣列， 所述控制部是 藉由使所述光源陣列內與所述第1部分的光軸同軸地配置的第1光源點亮，使其他光源熄滅，而通過所述垂直光路對所述被攝體進行照明並利用所述攝像元件獲取所述第1圖像， 藉由使配置在與所述第1部分的光軸相離的第2位置的第2光源點亮，使其他光源熄滅，而通過所述第2傾斜光路對所述被攝體進行照明並利用所述攝像元件獲取所述第2圖像。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的接合裝置，其中 所述第1光路是相對於所述光學系統的朝向所述被攝體的第1部分的光軸傾斜的第1傾斜光路， 所述第2光路是相對於所述第1部分的光軸朝向與所述第1傾斜光路相反之側傾斜的第2傾斜光路， 所述照明單元是包含多個光源的光源陣列，且 包含遮蔽板，所述遮蔽板是自中心偏心地設置有使來自所述光源陣列的光透過的孔，所述中心與所述光學系統的所述第1部分的光軸為同軸，可圍繞著所述第1部分的光軸旋轉， 所述控制部在使所述照明單元點亮，而獲取所述第1圖像時，使所述孔位於自所述第1部分的光軸偏心的第1位置，在獲取所述第2圖像時，使所述孔位於相對於所述第1部分的光軸與所述第1位置為相反側的第2位置。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的接合裝置，其中 所述第1光路是相對於所述光學系統的朝向所述被攝體的第1部分的光軸傾斜的第1傾斜光路， 所述第2光路是相對於所述第1部分的光軸朝向與所述第1傾斜光路相反之側傾斜的第2傾斜光路， 所述光學系統包括透鏡、以及配置在所述透鏡與所述攝像元件之間的光圈， 所述光圈在所述光學系統的自通過所述光圈的第2部分的光軸偏心的位置上，具有使反射光通過的開口，所述反射光是通過所述第1傾斜光路或所述第2傾斜光路對所述被攝體進行照明的反射光。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的接合裝置，其中 所述光圈可圍繞著所述第2部分的光軸旋轉， 所述控制部是 當利用所述攝像元件獲取所述第1圖像時，將所述開口的位置設為使通過所述第1傾斜光路對所述被攝體進行照明的反射光通過的位置， 當利用所述攝像元件獲取所述第2圖像時，將所述開口的位置設為使通過所述第2傾斜光路對所述被攝體進行照明的反射光通過的位置。
  8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的接合裝置，其中所述光學系統為遠心光學系統。
  9. 一種計算被攝體的自基準高度算起的變化量的方法，其特徵在於： 準備攝像裝置，所述攝像裝置包括使所述被攝體的像成像的光學系統、獲取所述光學系統所成像的像作為圖像的攝像元件、包含多個光源並通過所述光學系統的光路對所述被攝體進行照明的照明單元、以及進行所述攝像元件所獲取的所述圖像的處理的控制部； 通過所述光學系統的朝向所述被攝體的第1光路對所述被攝體進行照明並利用所述攝像元件獲取所述被攝體的第1圖像； 通過相對於所述第1光路傾斜的第2光路對所述被攝體進行照明並利用所述攝像元件獲取所述被攝體的第2圖像；以及 基於所述第1圖像與所述第2圖像的位置偏移量計算所述被攝體的自基準高度算起的變化量。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的方法，其中 所述第1光路是相對於所述光學系統的朝向所述被攝體的第1部分的光軸傾斜的第1傾斜光路， 所述第2光路是相對於所述第1部分的光軸朝向與所述第1傾斜光路相反之側傾斜的第2傾斜光路， 所述照明單元是包含多個光源的光源陣列， 藉由使所述光源陣列內配置在自所述第1部分的光軸偏心的第1位置的第1光源點亮，使其他光源熄滅，而通過所述第1傾斜光路對所述被攝體進行照明並利用所述攝像元件獲取所述第1圖像， 藉由使配置在相對於所述第1部分的光軸與所述第1位置為相反側的第2位置的第2光源點亮，使其他光源熄滅，而通過所述第2傾斜光路對所述被攝體進行照明並利用所述攝像元件獲取所述第2圖像。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的方法，其中 所述第1光路是相對於所述光學系統的朝向所述被攝體的第1部分的光軸傾斜的第1傾斜光路， 所述第2光路是相對於所述第1部分的光軸朝向與所述第1傾斜光路相反之側傾斜的第2傾斜光路， 所述光學系統包括透鏡、以及配置在所述透鏡與所述攝像元件之間的光圈， 所述光圈在所述光學系統的自通過所述光圈的第2部分的光軸偏心的位置上，具有使反射光通過的開口，且可圍繞著所述第2部分的光軸旋轉，所述反射光是通過所述第1傾斜光路或所述第2傾斜光路對所述被攝體進行照明的反射光， 當利用所述攝像元件獲取所述第1圖像時，將所述開口的位置設為使通過所述第1傾斜光路對所述被攝體進行照明的反射光通過的位置， 當利用所述攝像元件獲取所述第2圖像時，將所述開口的位置設為使通過所述第2傾斜光路對所述被攝體進行照明的反射光通過的位置。
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