特開 2024-141267 ワーク位置調整装置およびこれを用いた実装装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024141267

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】ワーク位置調整装置およびこれを用いた実装装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20241003BHJP

   H05K 13/04 20060101ALI20241003BHJP

   H01L 21/52 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 311T

H05K13/04 B

H01L21/52 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023052812

(22)【出願日】2023-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000219314

【氏名又は名称】東レエンジニアリング株式会社

(72)【発明者】

【氏名】三原 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】晴 孝志

(72)【発明者】

【氏名】青木 進平

【テーマコード（参考）】

5E353

5F044

5F047

【Ｆターム（参考）】

5E353EE02

5E353EE22

5E353EE88

5E353HH08

5E353JJ02

5E353JJ13

5E353JJ29

5E353JJ52

5E353KK01

5E353KK11

5E353QQ12

5F044PP16

5F044PP17

5F044PP19

5F047FA08

5F047FA12

5F047FA51

5F047FA73

(57)【要約】

【課題】 位置調整時の回転中心をＸ座標、Ｙ座標ともに高精度に求め、高精度位置合せが可能となるワーク位置調整装置およびこれを用いた実装装置を提供すること。
【解決手段】 ワーク保持部をＸＹθ方向で位置調整するステージと、前記ワーク保持部の画像を取得する認識手段を備え、前記ワーク保持部と連動する部位に中心特定マークを設け、前記ステージを駆動して、回転角度を複数回変化させて前記中心特定マークの画像を前記認識手段により取得し、複数の前記中心特定マークの位置情報から前記ステージの回転中心座標を算出する機能を有するもので、暫定的に設定した仮回転中心からＸ方向に離れた位置に前記中心特定マークを配置して、前記回転中心のＹ座標を求め、前記仮回転中心からＹ方向に離れた位置に前記中心特定マークを配置して、前記回転中心のＸ座標を求めるワーク位置調整装置およびこれを用いた実装装置を提供する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを所定の位置に配置するワーク位置調整装置であって、
前記ワークを保持するワーク保持部と、
前記ワーク保持部をＸＹθ方向で位置調整するステージと、
前記ワーク保持部の画像を取得する認識手段と、
前記ステージおよび前記認識手段に接続した制御部を備え、
前記ワーク保持部と連動する部位に中心特定マークを設け、
前記制御部が、前記ステージを駆動して、回転角度を複数回変化させて前記中心特定マークの画像を前記認識手段により取得し、
複数の前記中心特定マークの位置情報から前記ステージの回転中心座標を算出する機能を有するもので、
暫定的に設定した仮回転中心からＸ方向に離れた位置に前記中心特定マークを配置して、前記回転中心のＹ座標を求め、
前記仮回転中心からＹ方向に離れた位置に前記中心特定マークを配置して、前記回転中心のＸ座標を求めることを特徴とするワーク位置調整装置。

【請求項2】

請求項１に記載のワーク位置調整装置であって、
前記中心特定マークを前記ワーク保持部が保持するワークに設けたワーク位置調整装置。

【請求項3】

請求項１に記載のワーク位置調整装置であって、
前記中心特定マークを前記ワーク保持部に設けたワーク位置調整装置。

【請求項4】

請求項３に記載のワーク位置調整手段であって、
前記ワーク保持部は前記ステージから脱着可能で、算出された前記回転中の座標に前記中心特定マークを合わせる機能を有したワーク位置調整装置。

【請求項5】

請求項１から請求項３の何れかに記載のワーク位置調整装置であって、
前記中心特定マークが２つ設けられ、
２つの前記中心特定マークを直線でつなぐと、前記直線はＸ軸に対して４０度から５０度の傾きを有するワーク位置調整装置。

【請求項6】

チップ部品を基板に実装する実装装置であって、
請求項１から請求項４の何れかに記載のワーク位置調整装置を用いて、前記ワークである前記チップ部品の位置調整を行なう実装装置。

【請求項7】

チップ部品を基板に実装する実装装置であって、
請求項５に記載のワーク位置調整装置を用いて、前記ワークである前記チップ部品の位置調整を行なう実装装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はワークを所定の位置に配置するワーク位置調整装置およびこれを用いた実装装置に関する。特に、ワークであるチップ部品を基板の所定位置に高精度に位置合わせする実装装置に係る。

【背景技術】

【0002】

配線基板等の基板に半導体チップ等のチップ部品を実装するとき、基板の実装箇所にチップ部品を位置合わせして実装する。位置合わせに際しては、図１３（ａ）に示す実装箇所ＳＣに付されている基板認識マークＡＳ（対角線上に配置された基板認識第１マークＡＳ１および基板認識第２マークＡＳ２）を基準として用いている。

【0003】

チップ部品Ｃを基板Ｓの実装箇所ＳＣに位置合わせするのは、基板Ｓの電極に対するチップ部品Ｃの電極位置を合わせて確実な導通を確保するためであり、チップ部品Ｃの位置合わせに用いるチップ認識マークは電極位置を高精度に認識できるよう電極面に付されている。

【0004】

このため、基板Ｓの電極とチップ部品Ｃの電極が同方向を向くフェイスアップ実装では、基板認識マークＡＳとチップ認識マークＡＣ（チップ認識第１マークＡＣ１およびチップ認識第２マークＡＣ２）が同方向を向く。また、基板Ｓの電極とチップ部品Ｃの電極が対向するフェイスダウン実装では、基板認識マークＡＳとチップ認識マークＡＣ（チップ認識第１マークＡＣ１およびチップ認識第２マークＡＣ２）が対向する。

【0005】

フェイスアップ実装とフェイスダウン実装において、基板認識マークＡＳとチップ認識マークＡＣを認識する手法は異なるが（例えばフェイスアップ実装で特許文献１、フェイスダウン実装で特許文献２）、両位置関係を認識した後の位置合わせ動作は共通している。すなわち、図１３（ａ）のような基板認識第１マークＡＳ１と基板認識マークＡＳ２の付された基板Ｓに対して、チップ部品第１マークＡＣ１とチップ部品ＡＣ２の付されたチップ部品Ｃの位置合わせを行う。すなわち、図１３（ｂ）のように、基板認識第１マークＡＳ１に対してチップ認識マークＡＣ１の相対位置と、基板認識第２マークＡＳ２に対してチップ認識第２マークＡＣ２の相対位置を合わせて、実装箇所ＳＣにチップ部品Ｃが配置される。

【0006】

具体的な位置合わせ方法については図１４を用いて説明する。まず、図１４（ａ）は実装装置の実装ヘッドがチップ部品Ｃを保持した状態でありフェイスアップ実装とフェイスダウン方法では認識方法に違いがあるものの、基板認識第１マークＡＳ１、基板認識第２マークＡＳ２、チップ認識第１マークＡＣ１およびチップ認識第２マークＡＣ２を認識して、各位置情報を得る。ここで得た各認識マークの位置情報から、基板Ｓに対するチップ部品Ｃの回転角θ方向と、実装箇所ＳＣ中心ＳＣＣに対するチップ部品中心ＣＣの水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）位置ズレが求まる。

【0007】

そこで、原理的にはチップ部品中心ＣＣを中心にチップ部品Ｃを回転させて角度θ分の補正を行ってから、実装箇所中心ＳＣＣに対するチップ部品中心ＣＣの位置ズレを補正すれば、位置合わせが完了となる。しかし、実装ヘッドの回転軸とチップ部品中心ＣＣは必ずしも一致していない。そこで、図１４（ｂ）のように、まず実装ヘッドの回転軸が通る回転中心の位置を予測して仮想中心ＶＣとし、仮想中心ＶＣを中心にチップ部品Ｃが角度θ分の補正が行われることを前提に、回転角修正後の水平方向補正（Ｘ方向のΔＸ、Ｙ方向のΔＹ）が算出され、図１４（Ｃ）のようにΔＸ、ΔＹの補正により、チップ部品Ｃは所定の実装箇所ＳＣに位置合わせされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１７－２０８５２２号公報

【特許文献2】特開２０１８－１９０９５８号公報

【特許文献3】特願２０２３－０５０８９２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

図１４における仮想中心ＶＣは回転方向の補正における回転軸の中心座標の基準であり、実装ヘッドを回転角１０°程度を回転させたときのチップ認識マークＡＣ等を認識手段で撮像して画像処理した軌跡から演算して推定している。しかし、この仮想中心ＶＣの位置の算出に際しては種々の誤差要因を含んでいて、実際の回転中心とは一致し難い。そこで、仮想中心が回転中心と一致しない影響について図１５を用いて説明する。

【0010】

図１５（ａ）は実装ヘッドがチップ部品Ｃを保持した状態であり、板認識第１マークＡＳ１、基板認識第２マークＡＳ２、チップ認識第１マークＡＣ１およびチップ認識第２マークＡＣ２を認識して、各位置情報を得る。その後、実装ヘッドの仮想中心ＶＣを回転中心としてチップ部品Ｃが回転角度θ分の補正が行われることを前提に、回転角修正後の水平方向補正（Ｘ方向のΔＸ、Ｙ方向のΔＹ）が算出される。しかし、この段階で、仮想中心ＶＣの位置は回転中心ＲＣに対してＸ方向にｄｘ１、Ｙ方向にｄｙ１の誤差を含んでいる（図１５（ｂ））。

【0011】

このため、図１５（ｂ）に至る段階で、チップ部品Ｃは回転軸ＲＣを中心に回転角度θの補正が行われているが、図１５（ｃ）において行なう水平方向の補正は（回転中心ＲＣに対してＸ方向でΔＸ、Ｙ方向でΔＹの誤差を含む）仮想中心ＶＣを中心に回転させることを前提とした算出されたものである。このため、最終的には図１５（ｃ）に示すようなＸ方向でｄｘ２、Ｙ方向でｄｙ２の誤差が生じてしまう。

【0012】

例えば、回転中心ＲＣに対する仮想中心ＶＣの誤差が０．１ｍｍ程度だとすると、回転角θの補正が１°程度の場合で、数μｍ程度の誤差が生じることがある。この数μｍの誤差というのは電極ピッチが１００μｍを超えるような実装においては許容できたものの、実装精度１μｍ未満が要求されるような昨今において許容できるものではなく、高精度な位置合わせを実現するためには、仮想中心ＶＣを回転中心ＲＣに更に近づける必要がある。

【0013】

そこで、本願出願人は、回転中心ＲＣに近い仮想中心ＶＣの座標位置を取得すべく、中心特定マークを用いる構成を発明した（特許文献３）。すなわち、図１６に示すような、アタッチメントツール４２に設けた中心特定マークＴＭまたは、アタッチメントツール４２が保持するダミーチップＴＣに設けた中心特定マークＴＭＣＭを用いる方法を発明した。この方法では、アタッチメントツール４２の回転角度θを変化させて、その軌跡を円弧で近似させ、その円の中心座標を算出して仮想中心としつつ、中心特定マークを仮想中心に位置合わせしながら精度を上げるものである。

【0014】

その例を図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示す。図１７（ａ）は、アタッチメントツール４２が保持するダミーチップＴＣの中心特定マークＣＭの位置が、アタッチメントツール４２を回転中心ＲＣで回転角度を変化させたときに移動する様子を示したものであり。図１７（ｂ）に示した画像を取得して仮想中心ＶＣを求めるものである。
ところで、回転中心ＲＣと中心特定マークＣＭの当初の位置関係から、中心特定マークＴＭの位置変化の様子は異なり、同じ角度変化で、回転中心ＲＣとの距離が等しい場合であっても、図１７（ｂ）の場合と図１７（ｃ）のような違いを生じる。ここで、図１７（ｂ）の場合、Ｘ方向の変化分ＭＸとＹ方向の変化分がほぼ等しいことから、仮想中心ＶＣのＸ座標とＹ座標は同等の精度で求めることができる。一方において、図１７（ｃ）の場合、Ｘ座標の変化ＭＸに比べてＹ座標の変化ＭＹが小さく、仮想中心ＶＣのＸ座標の精度に比べ、Ｙ座標の精度が低くなるという現象が生じている。このような場合、中心特定マークと仮想中心の距離が近いほど、変化ＭＹが小さくなって誤差が増すという現象も生じている。

【0015】

本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであり、位置調整時の回転中心をＸ座標、Ｙ座標ともに高精度に求め、配線基板等の基板に半導体チップ等のチップ部品を実装する際の高精度位置合せが可能となるワーク位置調整装置およびこれを用いた実装装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0016】

請求項１に記載の発明は、
ワークを所定の位置に配置するワーク位置調整装置であって、
前記ワークを保持するワーク保持部と、前記ワーク保持部をＸＹθ方向で位置調整するステージと、前記ワーク保持部の画像を取得する認識手段と、前記ステージおよび前記認識手段に接続した制御部を備え、
前記ワーク保持部と連動する部位に中心特定マークを設け、
前記制御部が、前記ステージを駆動して、回転角度を複数回変化させて前記中心特定マークの画像を前記認識手段により取得し、複数の前記中心特定マークの位置情報から前記ステージの回転中心座標を算出する機能を有するもので、
暫定的に設定した仮回転中心からＸ方向に離れた位置に前記中心特定マークを配置して、前記回転中心のＹ座標を求め、前記仮回転中心からＹ方向に離れた位置に前記中心特定マークを配置して、前記回転中心のＸ座標を求めることを特徴とするワーク位置調整装置である。

【0017】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のワーク位置調整装置であって、
前記中心特定マークを前記ワーク保持部が保持するワークに設けたワーク位置調整装置である。

【0018】

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のワーク位置調整装置であって、
前記中心特定マークを前記ワーク保持部に設けたワーク位置調整装置である。

【0019】

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のワーク位置調整手段であって、
前記ワーク保持部は前記ステージから脱着可能で、算出された前記回転中の座標に前記中心特定マークを合わせる機能を有したワーク位置調整装置である。

【0020】

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項３の何れかに記載のワーク位置調整装置であって、
前記中心特定マークが２つ設けられ、２つの前記中心特定マークを直線でつなぐと、前記直線はＸ軸に対して４０度から５０度の傾きを有するワーク位置調整装置である。

【0021】

請求項６に記載の発明は、位置合わせ用のチップ認識マークを有するチップ部品を、位置合わせ用の基板認識マークを有する基板に実装する実装装置であって、
請求項１から請求項４の何れかに記載のワーク位置調整装置を用いて、前記ワークである前記チップ部品の位置調整を行なう実装装置である。

【0022】

請求項７に記載の発明は、位置合わせ用のチップ認識マークを有するチップ部品を、位置合わせ用の基板認識マークを有する基板に実装する実装装置であって、
請求項５に記載のワーク位置調整装置を用いて、前記ワークである前記チップ部品の位置調整を行なう実装装置である。

【発明の効果】

【0023】

本発明により、位置調整時の回転中心をＸ座標、Ｙ座標ともに高精度に求め、配線基板等の基板に半導体チップ等のチップ部品を実装する際の位置調整を高精度に行え、高精度実装が可能なる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の実施形態１に係る実装装置の概略図である。

【図2】本発明の実施形態１に係る制御系を示すブロック図である。

【図3】本発明の実施形態１係る実装装置でダミーチップに設けた中心特定マークを用いて回転中心座標を求める過程を説明するもので、（ａ）中心特定マークに対する回転中心座標の相対位置を暫定的に取得している状態、（ｂ）ダミーチップを降下させてチップ保持手段に接触させた状態、（ｃ）ダミーチップを外した実装ヘッドが上昇した状態、（ｄ）暫定的に求めたヘッド側ステージの回転中心座標を中心特定マークからＸ方向に離れた位置に合わせた状態を示す図である。

【図4】本発明の実施形態１に係る実装装置でダミーチップに設けた中心特定マークを用いて回転中心座標を求める過程を説明するもので、（ａ）暫定的に求めたヘッド側ステージの回転中心座標を中心特定マークからＸ方向に離れた位置に合わせてから実装ヘッドがダミーチップを保持する状態で、（ｂ）チップ保持手段がダミーチップを解除してから中心特定マークを用いて回転中心のＹ座標を求める状態で、（ｃ）認識手段の視野中心を回転中心に合わせた状態、（ｄ）アタッチメントツールがダミーチップを外した状態を示す図である。

【図5】本発明の実施形態１に係る実装装置でダミーチップに設けた中心特定マークを用いて、ヘッド側ステージの回転中心のＸ座標とＹ座標を求める手法について説明するもので、（ａ）暫定的に求めた回転中心座標を中心特定マークからＸ方向に離れた位置に合わせてから、回転中心のＹ座標を高精度に求める状態を示し、（ｂ）暫定的に求めた回転中心座標を中心特定マークからＹ方向に離れた位置に合わせてから、回転中心のＸ座標を高精度に求める状態を示す図である。

【図6】本発明の実施形態１に係る実装装置でダミーチップに設けた中心特定マークを用いて、ヘッド側ステージの回転中心のＸ座標とＹ座標を同時に求める手法を示している。

【図7】本発明の実施形態１に係る実装装置でダミーチップに設けた２つの中心特定マークを用いてヘッド側ステージの回転中心のＸ座標とＹ座標を求める手法において、ＸＹ座標家における２つの中心特定マークの位置関係について説明するものである。

【図8】本発明の実施形態２に係る実装装置の概略図である。

【図9】本発明の実施形態２に係る実装装置でアタッチメントツールに設けた中心特定マークを用いて、ヘッド側ステージの回転中心の座標を求める手法について説明するもので、２つの中心特定マークを用いてＸ座標とＹ座標を同時に求める例を示している。

【図10】本発明の実施形態２に係る実装装置でアタッチメントツールに設けた中心特定マークを用いて回転中心座標を求める過程を説明するもので、（ａ）中心特定マークに対する回転中心座標の相対位置を暫定的に取得している状態、（ｂ）アタッチメントツールを降下させてツール保持手段に接触させた状態、（ｃ）アタッチメントツールを外した実装ヘッドが上昇した状態、（ｄ）暫定的に求めたヘッド側ステージの回転中心座標を中心特定マークからＸ方向に離れた位置に合わせた状態を示す図である。

【図11】本発明の実施形態２に係る実装装置でアタッチメントツールに設けた中心特定マークを用いて回転中心座標を求める過程を説明するもので、（ａ）暫定的に求めたヘッド側ステージの回転中心座標を中心特定マークからＸ方向に離れた位置に合わせてから実装ヘッドがアタッチメントツールを保持する状態で、（ｂ）ツール保持手段がアタッチメントツールを解除してから中心特定マークを用いて回転中心のＹ座標を求める状態で、（ｃ）認識手段の視野中心を回転中心に合わせた状態を示す図である。

【図12】本発明のワーク位置調整装置を用いたＸＹθ方向に位置調整可能な基板ステージを示す図である。

【図13】実装箇所と基板認識マークについて説明するもので、（ａ）基板認識マークの配置を示し、（ｂ）実装箇所にチップ部品が配置された状態を示す。

【図14】基板の実装箇所にチップ部品を位置合わせする過程を説明するもので、（ａ）位置合わせ前のチップ部品の位置、（ｂ）回転角調整を行なった状態、（ｃ）位置合わせを行った後の状態を示す図である。

【図15】アタッチメントツールの仮想中心の位置が回転中心に対して誤差を含む状態で、基板の実装箇所にチップ部品を位置合わせする過程を説明するもので、（ａ）位置合わせ前のチップ部品の位置、（ｂ）回転角調整を行なった状態、（ｃ）位置合わせを行った後の状態を示す図である。

【図16】回転中心を求めるための中心特定マークについて説明する図である。

【図17】中心特定マークを用いて回転中心を求める際の課題について説明するもので、（ａ）回転による中心特定マークの位置変化から回転中心位置が推定される理由を説明するもの、（ｂ）回転中心のＸ座標とＹ座標が同等の精度で求まる形態、（ｃ）回転中心のＹ座標が求まり難い形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本発明の実施形態について、図を用いて説明する。図１は本発明の実施形態１における実装装置１の概略図である。また、図２は実装装置１の制御系を示すブロック図である。

【0026】

実装装置１はチップ部品Ｃを基板Ｓに実装する装置であり、基板Ｓの基板認識マークＡＳとチップ部品Ｃのチップ認識マークＡＳを認識して位置合わせする構成となっている。

【0027】

実装装置１は、基板ステージ２、昇降ヘッド３、実装ヘッド４、認識手段５、チップ搬送手段６および制御部１０を構成要素としている。

【0028】

なお、本発明においてチップ部品Cおよび基板Ｓは平坦面を有する板状部材であり、平坦面を保持される。

【0029】

図１の実装装置１において、基板ステージ２は、ステージ移動制御手段２０と吸着テーブル２３によって構成される。吸着テーブル２３は表面上に配置した基板を吸着保持するものであり、吸着テーブル２３は、ステージ移動制御手段２０により、基板を保持した状態で、基板面の面内方向に移動することが可能である。

【0030】

ステージ移動制御手段２０は、吸着テーブル２３をＹ方向に直線移動可能なＹ方向ステージ移動制御手段２２と、Ｙ方向ステージ移動制御手段２２をＸ方向に直線移動可能で基台２００上に設けられたＸ方向ステージ移動制御手段２１によって構成されている。Ｙ方向移動制御手段２２はスライドレール上に配置した可動部に吸着テーブル２３を搭載しており、可動部はＹ方向サーボ２２１により移動および位置制御される。また、Ｘ方向移動制御手段２１はスライドレール上に配置した可動部にＹ方向移動制御手段２２を搭載しており、可動部はＸ方向サーボ２１１により移動および位置制御される。

【0031】

昇降手段３は図示していない門型フレームに固定されており、上下駆動軸が吸着テーブル２３に対して垂直方向に設けられており、上下駆動軸に実装ヘッド４を連結している。昇降手段３は実装ヘッド４を上下駆動するとともに、設定に応じた加圧力を印加する機能を有している。更に、上下駆動軸を中心に実装ヘッド４を回転させる機能を有していることが望ましい。

【0032】

実装装置１では、昇降手段３を（図示しない門型フレームにより）２方向から支持するとともに、実装ヘッド４に直線的に連結しているため、加圧時に実装ヘッド４への横方向の力は加わり難くなっている。

【0033】

実装ヘッド４は、チップ部品Cを保持して（基板ステージ２の吸着テーブル２３に保持された）基板と平行な状態で圧着するものである。実装ヘッド４は、ヘッド本体４０、ヒーター部４１、アタッチメントツール４２およびヘッド側ステージ４３を構成要素としている。ヘッド本体４０はヘッド側ステージ４３を介して昇降手段３と連結しており、下側にヒーター部４１を固定配置している。ヒーター部４１は発熱機能を有し、アタッチメントツール４２を介してチップ部品Cを加熱するものである。また、ヒーター部４１は減圧流路を用いてアタッチメントツール４２を吸着保持する機能を有している。アタッチメントツール４２はチップ部品Cを吸着保持するものであり、チップ部品Cの形状に応じて交換される。ヘッド側ステージ４３はアタッチメントツール４２を（チップ部品Cを吸着する面内の）X方向、Y方向および回転角θ方向に調整するものであるが、本実施形態の実装装置１ではヘッド側ステージ４３と直結したヘッド本体およびヒーター部４１を介してアタッチメントツール４２の位置は調整される。

【0034】

ヘッド側ステージ４３は、θ角度調整手段４３０、X方向調整手段４３１、Ｙ方向調整手段４３２によって構成されている位置調整可能なステージである。なお、実装装置１の構成において、アタッチメントツール４２に最も近いのがθ角度調整手段４３０であるため、θ角度調整手段４３０の回転中心は、X方向調整手段４３１とＹ方向調整手段４３２によって、ＸＹ平面内を移動可能となっている。また、実装ヘッド４がアタッチメントツール４２を保持している状態において、（ＸＹ座標系の）θ角度調整手段４３０の回転中心がアタッチメントツール４２の回転中心となる。

【0035】

本実施形態１の実装装置１では、基板面を実装ヘッド４越しに観察することが可能な構成となっており、アタッチメントツール４２を透明部材で形成したり、貫通孔を設けたりしている。また、ヒーター部４１についても透明部材を用いるか開口部を設けている。また、実装ヘッド４は、置認識手段５の画像取込部５０が移動できる空間を有している。すなわち、ヘッド本体４０は、ヒーター４１上で連結した側板、両側板を連結する天板に囲まれたヘッド空間４０Ｖを有する構造となっている。
認識手段５は、（アタッチメントツール４２およびヒーター部４１を透過して）実装ヘッド４越しに、アタッチメントツール４２がチップ部品Ｃを保持する面と垂直な方向から、対象物に焦点を合わせて撮像する。本実施形態において、認識手段５は、画像取込部５０、光路５２、ならびに光路５２に連結する（図示しない）撮像手段５３を構成要素としている。

【0036】

画像取込部５０は、撮像手段５３が画像を取得する認識対象に対向するよう（上部に）配置され、認識対象を視野内に納めるものである。

【0037】

また、認識手段５は図示していない駆動機構により、ヘッド空間内で、基板Ｓ（およびチップ部品Ｃ）の面内方向で移動することが可能な構成となっている。更に、焦点位置が調整できるように、基板Ｓの垂直方向（Ｚ方向）に移動する機能も有していることが望ましい。

【0038】

実装ヘッド４は昇降手段３により基板Ｓと垂直方向に移動するが、この動作は置認識手段５の動作と独立して行うことが可能である。このため、実装ヘッド４が垂直方向に移動しても、ヘッド空間に進入した認識手段５が干渉しない寸法にヘッド空間４０Ｖを設計する必要がある。

【0039】

なお、認識手段５の画像取込部５０の可動範囲は、ヘッド空間内に限られたものではなく、ヘッド空間から外れて基板Ｓ上を移動して基板認識マークＡＳ等の位置情報を取得することも可能である。

【0040】

また、画像取込部５０の可動範囲内での位置情報を取得できる構成としておけば、撮像した画像内各点の位置情報を算出することも可能である。

【0041】

チップ搬送手段６は、搬送レール６０とチップスライダ６１によって構成されており、図示しないチップ供給部から供給されたチップ部品Ｃをチップスライダ６１が保持してアタッチメントツール４２の直下までスライドして搬送するものである。

【0042】

ここで、図示しないチップ供給部は、チップスライダ６１上の定まった位置にチップ部品Ｃを配置する。必要に応じて、チップスライダ６１に配置されたチップ部品Ｃは図示しない認識機構で配置位置を認識してもよい。また、チップスライダ６１に搭載されたチップ部品Cを面内方向（XY方向）に位置調整する位置調整手段をチップ搬送手段６が有していてもよい。このように、チップスライダ６１およびチップスライダ６１に配置するチップ部品Ｃの位置を制御することで、アタッチメントツール４２の所定範囲内にチップ部品Ｃを受け渡すことが可能である。アタッチメントツール４２がチップ部品Ｃを保持した後に、チップ部品Ｃの保持を解除したチップスライダ６１は退避位置に移動する。

【0043】

実装装置１は図２のブロック図で示すように、基板ステージ２、昇降手段３、実装ヘッド４、認識手段５、搬送手段６および保持手段７と接続する制御部１０を備えている。

【0044】

制御部１０は、実体的にはＣＰＵと記憶装置を主要な構成要素とし、必要に応じてインターフェイスを各装置との通信に介在させている。また、制御部１０はプログラムを内蔵することにより、取得データを用いた演算を行い、演算結果に応じた出力を行うこともできる。更に、取得データや演算結果を記録して新たな演算用のデータとして用いる機能も備えていることが望ましい。

【0045】

制御部１０は、基板ステージ２と接続し、Ｘ方向ステージ移動制御手段２１とＹ方向ステージ移動制御手段２２の動作制御を行って吸着テーブル２３の面内移動制御を行う。また、制御部１０は、吸着テーブル２３を制御して、基板Ｓの吸着保持および解除の制御を行う。

【0046】

制御部１０は、昇降手段３と接続し、実装ヘッド４の上下方向（Ｚ方向）の位置制御を行うとともに、チップ部品Ｃを基板Ｓに圧着する際の加圧力を制御する機能を有している。また、昇降手段３が実装ヘッド４の（Ｚ方向を軸とする）回転角を変化させる機能を有している場合は、回転角制御を行なう。

【0047】

制御部１０は実装ヘッド４と接続し、アタッチメントツール４２によるチップ部品Ｃの吸着保持および解除、ヒーター部４１の加熱温度を制御する機能を有している。また、制御部１０は実装ヘッド４のヘッド側ステージ４３と接続し、アタッチメントツール４２（およびヘッド本体４０とヒーター部４１）のＸＹの位置および回転角度θを制御する機能を有している。

【0048】

制御部１０は認識手段５と接続し、画像取込部５０の水平（ＸＹ面内）方向および垂直方向（Ｚ方向）の位置制御を行なうとともに、撮像手段５３を制御して画像データを取得する機能を有している。更に制御部１０は画像処理機能を有しており、撮像手段画像各点の位置情報を算出する機能を有している。また、回転によって移動した点の軌跡から回転中心座標を算出する機能を有している。

【0049】

制御部１０はチップ搬送手段６と接続し、搬送レール６０に沿って移動するチップスライダ６１の位置を制御する機能を有している。

【0050】

以下、実装装置１において、ヘッド側ステージ４３の回転中心座標を求める過程を説明する。

【0051】

図３および図４は、ヘッド側ステージ４３によるθ角調整を行なう際のアタッチメントツール４２の回転中心を求める過程を説明するもので、実施形態１としてダミーチップＴＣに設けた中心特定マークＣＭを用いる例を示している。

【0052】

図３（ａ）は、アタッチメントツール４２が図８に示したダミーチップＴＣを保持した状態である。ここで、アタッチメントツール４２の（ＸＹ平面内における）回転中心座標は、θ角度調整手段４３０の回転中心ＲＣの座標と一致している。

【0053】

図３（ａ）の状態で、ダミーチップＴＣの中心特定マークＣＭは回転中心ＲＣと一致していない。そこで、θ角度調整手段４３０によってアタッチメントツール４２の回転角を図１７（ａ）のように変化させて中心特定マークＣＭの位置変化から、演算により仮想中心ＶＣを算出することができる。ここで、θ角度の変化量は、中心特定マークＴＭを用いる場合と同様、正負各１０度前後が望ましく、５度から１５度の範囲にすることが好ましい。

【0054】

なお、仮想中心ＶＣを求めるのに際して、必ずしも中心特定マークＣＭを用いる手法に限定しない。例えば、図１６に示すようなアタッチメントツール４２を用いる場合、ツール認識第１マークＡＴ１とツール認識第２マークＡＴ２の両方が視野に入るような広視野状態でアタッチメントツール４２の回転角を変化させて、少なくとも何れかのツール認識マークＡＴの位置変化から仮想中心を求めてもよい。

【0055】

図３（ａ）において、中心特定マークＣＭと仮想中心ＶＣの位置関係が求まったことから、この仮想中心ＶＣを用いて回転中心ＲＣのＹ座標を求める様子を示したのが図３（ｂ）から図４（ｂ）である。

【0056】

図３（ｂ）は、ダミーチップＴＣの下にチップスライダ６１を配置した後に実装ヘッド４を降下してダミーチップＴＣをチップスライダ６１に接触、密着させた状態である。この状態において、チップスライダ６１はダミーチップＴＣを吸着等により保持する。その後、図３（ｃ）のように、アタッチメントツール４２はダミーチップＴＣの保持を解除して上昇する。

【0057】

この後、図３（ｄ）では、仮想中心ＶＣからＸ方向に所定距離ＬＸだけ離れた位置に中心特定マークＣＭが配置されるようヘッド側ステージ４３のＸ方向調整手段４３１とＹ方向調整手段４３２を駆動してヘッド本体４０、ヒーター部４１およびアタッチメントツール４２の位置を調整する。図５（ａ）には、調整後に画像取込部５０が取得する画像における中心特定マークＣＭと仮想中心ＶＣおよび回転中心ＲＣの位置関係を示している。

【0058】

図３（ｄ）の状態から、図４（ａ）のように実装ヘッド４を降下して、アタッチメントツール４２をダミーチップＴＣに密着して吸着してから、チップスライダ６１によるダミーチップＴＣの保持を解除して、実装ヘッド４を上昇して図４（ｂ）の状態となる。

【0059】

図４（ｂ）では、アタッチメントツール４２にダミーチップＴＣが保持された状態で、図５（ａ）に示した中心特定マークＣＭと仮想中心ＶＣおよび回転中心ＲＣの位置関係となっている。そこで、 θ角度調整手段４３０によってアタッチメントツール４２の回転角を変化させて中心特定マークＣＭの位置変化から、回転中心ＲＣのＹ座標を算出する。すなわち、図５（ａ）に示すように、仮想中心ＶＣからＸ方向に所定距離ＬＸだけ離れた位置に中心特定マークＣＭを配置してθ角度を変化させると、Ｙ方向の変化量は大きいので、回転中心ＲＣのＹ座標を高精度に求めることができる。なお、図４（ｂ）の状態で、θ角度調整手段４３０によってアタッチメントツール４２の回転角を変化させて回転中心ＲＣのＹ座標を求める動作を複数回行って、その平均値を求めることで回転中心ＲＣのＹ座標の測定精度を上げることができる。ここで、θ角度の変化量は、中心特定マークＴＭを用いる場合と同様、正負各１０度前後が望ましく、５から１５度の範囲にすることが好ましい。

【0060】

図４（ｂ）で回転中心ＲＣのＹ座標を求めた後は、回転中心ＲＣのＸ座標を求める。回転中心ＲＣのＸ座標を求めるに際しては、図３（ｂ）から図３（ｃ）と同様な動作の後、図３（ｄ）に示す状態で、先に求めた仮想中心ＶＣからＹ方向に所定距離ＬＹだけ離れた位置に中心特定マークＣＭが配置されるようヘッド側ステージ４３のＸ方向調整手段４３１とＹ方向調整手段４３２を駆動してヘッド本体４０、ヒーター部４１およびアタッチメントツール４２の位置を調整する。図５（ｂ）には、調整後に画像取込部５０が取得する画像における中心特定マークＣＭと回転中心ＲＣの位置関係を示している。

【0061】

それから、図４（ａ）のように実装ヘッド４を降下して、アタッチメントツール４２をダミーチップＴＣに密着して吸着してから、チップスライダ６１によるダミーチップＴＣの保持を解除して、実装ヘッド４を上昇して図４（ｂ）の状態となる。

【0062】

図４（ｂ）では、アタッチメントツール４２にダミーチップＴＣが保持された状態で、図５（ｂ）に示した中心特定マークＣＭと回転中心ＲＣの位置関係となっている。そこで、 θ角度調整手段４３０によってアタッチメントツール４２の回転角を変化させて中心特定マークＣＭの位置変化から、回転中心ＲＣのＹ座標を算出する。すなわち、図５（ｂ）に示すように、仮想中心ＶＣからＹ方向に所定距離ＬＹだけ離れた位置に中心特定マークＣＭを配置してθ角度を変化させると、Ｘ方向の変化量は大きいので、回転中心ＲＣのＸ座標を高精度に求めることができる。なお、図４（ｂ）の状態で、θ角度調整手段４３０によってアタッチメントツール４２の回転角を変化させて回転中心ＲＣのＸ座標を求める動作を複数回行って、その平均値を求めることで回転中心ＲＣのＸ座標の測定精度を上げることができる。ここで、θ角度の変化量は、中心特定マークＴＭを用いる場合と同様、正負各１０度前後が望ましく、５から１５度の範囲にすることが好ましい。

【0063】

以上の過程を経て、図６に示すように、ＸＹ座標系における回転中心ＲＣの座標位置を高精度に求めることができる。

【0064】

図４（ｂ）の後、 図４（ｃ）のように、認識手段５が取得する画像で設定した画像中心ＦＣに回転中心ＲＣが配置されるよう、中心特定マークＣＭを観察して画像取込部５０の位置を調整してもよく、その後にダミーチップＴＣの保持を解除する（図４（ｄ））。ダミーチップＴＣの解除に際しては、チップスライダ６１に受け渡すのが好ましい。

【0065】

ところで、図５（ａ）および図５（ｂ）に示した所定距離ＬＸおよび所定距離ＬＹは、画像取込部５０から取得される視野範囲および分解能と、回転中心ＲＣのＸ座標およびＹ座標に求められる精度を勘案して決定すればよいが、０．５ｍｍから３．０ｍｍの範囲が適切である。

【0066】

また、回転中心ＲＣのＹ座標を求めてからＸ座標を求めるという順番に特に理由はなく、Ｘ座標を求めてからＹ座標を求めてもよい。

【0067】

なお、以上の過程で求めた回転中心ＲＣの座標を仮想中心ＶＣとして、図３（ｂ）から図４（ｂ）に示した動作を行って回転中心ＲＣ座標の精度検証や、更なる高精度化を図ってもよい。

【0068】

更に、図７に示すようにダミーチップＴＣに２つの中心特定マークＣＭを設けてもよい。その際、２つの中心特定マークＣＭの中心を結ぶ直線と方向（およびＹ方向）の角度を４０度から５０度にしておけば、一方の中心特定マークＣＭを仮想中心からＸ方向に所定距離だけ離れた位置に配置することで、図７に示すように他方の中心特定マークＣＭは仮想中心からＹ方向に所定距離だけ離れた位置に配置したのと同等に扱える。このため、回転中心ＲＣのＸ座標（Ｙ座標）を求めてから、Ｙ座標（Ｘ座標）を求める際に、ダミーチップＴＣを取外す必要がない。

【0069】

２つの中心特定マークCMに加えて、図７のＶＣ部分に仮想中心特定マークＶＣＭを設けてもよい。この場合、中心特定マークＶＣＭによって図３（ａ）を用いた手法で仮想中心ＶＣを求めてから、図７に例示するように一方の中心特定マークＣＭを回転中心のＸ座標を求める位置に配置して、他方の中心特定マークＣＭを回転中心のY座標を求める位置に配置する。その際、Ｘ方向調整手段４３１とＹ方向調整手段４３２に加えて、θ角度調整手段４３０を駆動させる。

【0070】

以上、実施形態１においてアタッチメントツール４２が保持するダミーチップＴＣに設けた中心特定マークＣＭを用いてヘッド側ステージ４３による回転中心ＲＣのＸ座標とＹ座標を求めたが、別の手法で回転中心ＲＣの位置を求める方法として実施形態２について説明する。

【0071】

実施形態２では、図１６に示した、中心特定マークＴＭを設けたアタッチメントツール４２を用い、ダミーチップＴＣは用いない。実施形態２に用いる実装装置１０１は、図１の実装装置１と異なり、ツール保持手段７を備えている。

【0072】

実施形態２は、図９に示すように、実施形態１と同様に仮想中心ＶＣを求めてから、仮想中心ＶＣに対して中心特定マークＴＭをＸ方向に所定距離ＬＸだけ話した状態に配置してから回転中心ＲＣのＸ座標を求め、仮想中心ＶＣに対して中心特定マークＴＭをＹ方向に所定距離ＬＹだけ話した状態に配置してから回転中心ＲＣのＹ座標を求めることに関しては共通している。

【0073】

図１０および図１１は、実施形態２で。ヘッド側ステージ４３によるθ角調整を行なう際のアタッチメントツール４２の回転中心ＲＣを求める過程を説明するものである。

【0074】

図１０（ａ）から図１１（ｂ）で行っている内容は、図３（ａ）から図４（ｂ）で説明した内容において、中心特定マークＣＭを中心特定マークＴＭと読み替え、アタッチメントツール４２とチップスライダ６１との間のダミーチップＴＣの移動を、ヒーター部４１とツール保持手段７との間のアタッチメントツール４２の移動と読み替えることで説明できる。

【0075】

また、実施形態１において、図７に示したように複数の回転中心特定マークＣＭを用いる手法は、実施形態２の回転中心特定マークＴＭに適用することも可能である。

【0076】

実施形態２では中心特定マークＴＭを用いて回転中心ＲＣのＸ座標とＹ座標を求めた後、 図１１（ｃ）のように、認識手段５が取得する画像で設定した画像中心ＦＣに回転中心ＲＣが配置されるよう、中心特定マークＴＭを観察してから画像取込部５０の位置を調整してもよい。

【0077】

以上、これまでの説明において、本発明を実装装置の実装ヘッド側の精密位置合わせに用いる実施形態について説明したが、用途は実装ヘッドに限定されるものではない。例えば、Ｘ方向ステージ移動制御手段２１とＹ方向ステージ移動制御手段２２に搭載された吸着テーブル２３がθ角度調整機能を有している場合において、吸着テーブル２３または吸着テーブル２３が保持する基板に中心特定マークを設けて、吸着テーブル２３の回転中心座標を高精度に求めることも可能である。

【0078】

以上のように、本発明は仮想中心を求めた後に、仮想中心に対する中心特定マークの相対位置位置を定めることで、回転中心のＸ座標とＹ座標を個別に高精度に求めることができ、位置調整の際の誤差要因を抑制することで、高精度な位置合わせを可能としている。

【符号の説明】

【0079】

１、１０１ 実装装置
２ 基板ステージ
３ 昇降手段
４ 実装ヘッド
５ 認識手段
６ チップ搬送手段
７ ツール保持手段
１０ 制御部
２０ ステージ移動制御手段
２１ Ｘ方向ステージ移動制御手段
２２ Ｙ方向ステージ移動制御手段
２３ 吸着テーブル
４０ ヘッド本体
４１ ヒーター部
４２ アタッチメントツール
４３ ヘッド側ステージ
５０ 画像取込部
５２ 光路
６０ 搬送レール
６１ チップスライダ
４３０ θ角度調整手段
４３１ Ｘ方向調整手段
４３２ Ｙ方向調整手段
ＡＣ、ＡＣ１、ＡＣ２ チップ認識マーク
ＡＳ、ＡＳ１、ＡＳ２ 基板認識マーク
ＡＴ、ＡＴ１、ＡＴ２ ツール認識マーク
Ｃ チップ部品
ＣＭ 中心特定マーク
ＦＣ 視野中心
ＲＣ 回転中心
Ｓ 基板
ＳＣ （チップ部品）実装箇所
ＳＣＣ 実装箇所中心
ＴＭ 中心特定マーク
ＶＣ 仮想回転中心
ＸＲ 回転中心Ｘ座標
ＹＲ 回転中心Ｙ座標
θ 回転角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】