專利名稱：元件安裝方法及其元件安裝裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在基板等上組裝電子元件時使用的元件安裝方法及其元件安裝裝置。
背景技術(shù)：
以往，在印刷基板等和基板上組裝半導(dǎo)體芯片和壓電元件等的電子元件時，為了正確地將電子元件組裝于基板的所定位置，需要有高精度的定位機(jī)構(gòu)。
作為這種定位機(jī)構(gòu)，例如有日本專利特許2780000號公報(特許文獻(xiàn)1)和日本專利特許2811856號公報(特許文獻(xiàn)2)所記載的方案。特許文獻(xiàn)1的方案是由上下2個攝像機(jī)對特定標(biāo)記進(jìn)行攝像，以識別相互的偏差量，同時按照該偏差量對工件與基板的相對移動量進(jìn)行補正。又，特許文獻(xiàn)2是將上下同時攝像用的攝像機(jī)插入于基板與電子元件的同軸上進(jìn)行識別的方法，是一種背面相對式攝像機(jī)的上下同時攝像的方法。
然而，特許文獻(xiàn)1的場合是一種以使工件和基板移動的軸機(jī)構(gòu)的高精度的再現(xiàn)性為前提的定位方式，不存在結(jié)合作業(yè)中的可檢測工件與基板偏位的機(jī)構(gòu)。又，使用特定標(biāo)記的補正是把握上下攝像機(jī)間的相對位置偏差用的，由于不能把握機(jī)構(gòu)部的熱膨脹等引起的上攝像機(jī)與結(jié)合部間、或者下攝像機(jī)與結(jié)合載物臺間的熱影響等引起的誤差，因此，高精度化受到限制。
另一方面，特許文獻(xiàn)2的場合由于將上下同時攝像機(jī)插入于工件與基板的同軸上進(jìn)行識別，因此，結(jié)合作業(yè)時必須要有退避動作，不可能對組裝狀態(tài)的工件、基板的位置進(jìn)行檢測。又，由于上下攝像機(jī)是背面相對式的視野，因此，在同一視野中想要對1個校準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行攝像在原理上是不可能的，產(chǎn)生了2個攝像機(jī)的軸對位作業(yè)復(fù)雜化的問題。
為此，本發(fā)明的目的在于提供一種在使用元件移動用的低成本軸機(jī)構(gòu)的同時可進(jìn)行高精度的定位、并可識別組裝途中的頭部和載物臺的位置、可對因頭部和載物臺變形等引起的誤差進(jìn)行補正的元件安裝方法及其元件安裝裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第1技術(shù)方案是一種由吸頭吸附第1元件、將該第1元件與保持于載物臺的第2元件對位后進(jìn)行安裝的方法，其特征在于，包括如下工序準(zhǔn)備工序，準(zhǔn)備好從所述吸頭的上方將光軸朝向下方的第1光學(xué)系統(tǒng)和從所述載物臺的下方將光軸朝向上方、大致與第1光學(xué)系統(tǒng)的光軸呈對向的第2光學(xué)系統(tǒng)；攝像工序，將吸頭插入第1光學(xué)系統(tǒng)與第2光學(xué)系統(tǒng)之間，由第1光學(xué)系統(tǒng)對標(biāo)記于吸頭上的從上方可識別的頭部基準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行攝像，同時由第2光學(xué)系統(tǒng)對吸附于吸頭的第1元件進(jìn)行攝像；攝像工序，將載物臺插入第1光學(xué)系統(tǒng)與第2光學(xué)系統(tǒng)之間，由第1光學(xué)系統(tǒng)對保持于載物臺上的第2元件進(jìn)行攝像，同時由第2光學(xué)系統(tǒng)對標(biāo)記于載物臺的從下方可識別的載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行攝像；測算工序，利用來自所述第1、第2光學(xué)系統(tǒng)的圖像信息對第1元件與吸頭的相對位置以及第2元件與載物臺的相對位置進(jìn)行測算；位置補正工序，在將所述吸頭和載物臺移動至安裝位置的狀態(tài)下，由所述第1、第2光學(xué)系統(tǒng)對所述頭部基準(zhǔn)標(biāo)記和載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行識別，利用這些位置信息和所述相對位置信息對吸頭和載物臺的至少一方進(jìn)行位置補正，以使第1元件和第2元件的位置達(dá)到所定的關(guān)系；安裝工序，在所述位置補正后進(jìn)行第1元件和第2元件的安裝。
本發(fā)明第6技術(shù)方案是一種將第1元件與第2元件對位后進(jìn)行安裝的元件安裝裝置，其特征在于，包括如下裝置吸頭，下端部吸附第1元件，具有可從上方識別的頭部基準(zhǔn)標(biāo)記；載物臺，上端部保持第2元件，具有可從下方識別的載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記；驅(qū)動機(jī)構(gòu)，可使所述吸頭和載物臺沿X、Y、Z及θ方向進(jìn)行相對移動；第1光學(xué)系統(tǒng)，從所述吸頭的上方對保持于載物臺上的第2元件和頭部基準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行攝像；第2光學(xué)系統(tǒng)，大致與第1光學(xué)系統(tǒng)的光軸對向狀配置，從所述載物臺的下方對吸附于吸頭上的第1元件和載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行攝像；運算裝置，利用來自所述第1、第2光學(xué)系統(tǒng)的圖像信息對第1元件與吸頭的相對位置以及第2光學(xué)系統(tǒng)與載物臺的相對位置進(jìn)行測算；控制裝置，在將所述吸頭和載物臺移動至組裝位置的狀態(tài)下，由所述第1、第2光學(xué)系統(tǒng)對所述頭部基準(zhǔn)標(biāo)記和載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行識別，利用這些位置信息和上述的相對位置信息對吸頭和載物臺的至少一方進(jìn)行位置補正，以使第1元件和第2元件的位置達(dá)到所定的關(guān)系。
下面說明第1技術(shù)方案的元件安裝方法的一例。
首先準(zhǔn)備好第1光學(xué)系統(tǒng)和第2光學(xué)系統(tǒng)。在此，所謂光學(xué)系統(tǒng)不僅是指攝像機(jī)單體，而且也可包括反射鏡和透鏡等，不限定于1個光學(xué)系統(tǒng)具有1個攝像機(jī)，也可以是由1個攝像機(jī)構(gòu)成2個光學(xué)系統(tǒng)，反之，也可以是由多個攝像機(jī)構(gòu)成1個光學(xué)系統(tǒng)。
第1光學(xué)系統(tǒng)從吸頭的上方將光軸朝向下方配置，第2光學(xué)系統(tǒng)從載物臺的下方將光軸朝向上方配置。第1光學(xué)系統(tǒng)和第2光學(xué)系統(tǒng)的光軸大致呈對向，相互處于已知的位置關(guān)系。在光軸大致對向的范圍內(nèi)，包含與相互的視野對向的光學(xué)系統(tǒng)的光軸進(jìn)入程度的偏差。當(dāng)作為對象的第1元件和第2元件的尺寸大于想定視野的場合，只要使第1光學(xué)系統(tǒng)和第2光學(xué)系統(tǒng)保持一體狀地沿水平方向移動即可。
其次，將吸頭插入第1光學(xué)系統(tǒng)與第2光學(xué)系統(tǒng)之間，由第1光學(xué)系統(tǒng)對標(biāo)記于載物臺上的可從上方識別的頭部基準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行攝像，由第2光學(xué)系統(tǒng)對吸附于吸頭上的第1元件進(jìn)行攝像。因第1光學(xué)系統(tǒng)和第2光學(xué)系統(tǒng)的光軸大致呈對向，故可從2個光學(xué)系統(tǒng)的攝像數(shù)據(jù)中求出吸頭與第1元件的相對位置。另外，所謂將吸頭插入第1光學(xué)系統(tǒng)與第2光學(xué)系統(tǒng)之間并不限定于將第1、第2光學(xué)系統(tǒng)固定使吸頭移動的場合，也包括將吸頭固定使第1、第2光學(xué)系統(tǒng)移動的場合。
接著，將載物臺插入第1光學(xué)系統(tǒng)與第2光學(xué)系統(tǒng)之間，由第1光學(xué)系統(tǒng)對保持于載物臺上的第2元件進(jìn)行攝像，由第2光學(xué)系統(tǒng)對標(biāo)記于載物臺上的可從下方識別的載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行攝像。此場合也與上述一樣，可從2個光學(xué)系統(tǒng)的攝像數(shù)據(jù)中求出載物臺與第2元件的相對位置。另外，所謂將載物臺插入第1光學(xué)系統(tǒng)與第2光學(xué)系統(tǒng)之間并不限定于將第1、第2光學(xué)系統(tǒng)固定使載物臺移動的場合，也包括將載物臺固定使第1、第2光學(xué)系統(tǒng)移動的場合。
另外，求出吸頭與第1元件的相對位置的工序和求出載物臺與第2元件的相對位置的工序無論哪1個為先均可。頭部基準(zhǔn)標(biāo)記應(yīng)盡可能設(shè)置在與吸附于吸頭的第1元件接近的位置，載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記也應(yīng)盡可能設(shè)置在與第2元件接近的位置。在第1元件、第2元件的攝影時，既可在這些元件上預(yù)先標(biāo)記基準(zhǔn)線標(biāo)記，也可通過對元件的特征點(如邊緣等)進(jìn)行攝像來識別元件的位置。
其次，利用來自第1光學(xué)系統(tǒng)和第2光學(xué)系統(tǒng)的圖像信息對第1元件與吸頭的相對位置以及第2光學(xué)系統(tǒng)與載物臺的相對位置進(jìn)行測算。即，從第1光學(xué)系統(tǒng)的圖像信息中識別吸頭(頭部基準(zhǔn)標(biāo)記)的位置，從第2光學(xué)系統(tǒng)的圖像信息中識別第1元件的位置，由此可算出第1元件與吸頭的相對位置。又，從第1光學(xué)系統(tǒng)的圖像信息中識別第2元件的位置，從第2光學(xué)系統(tǒng)的圖像信息中識別載物臺(載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記)的位置，由此，可算出第2元件與載物臺的相對位置。
然后，在將吸頭和載物臺移動至組裝位置的狀態(tài)下，由第1、第2光學(xué)系統(tǒng)對頭部基準(zhǔn)標(biāo)記和載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行識別，利用這些位置信息和上述的相對位置信息對吸頭和載物臺進(jìn)行位置補正，以使第1元件與第2元件的位置達(dá)到所定的關(guān)系。在此狀態(tài)下，若安裝第1元件和第2元件，則相互不會錯位，可在高精度對位的狀態(tài)下進(jìn)行安裝。
在本發(fā)明中，由于是在對設(shè)于頭部和載物臺雙方的基準(zhǔn)標(biāo)記攝像的同時確保安裝作業(yè)中的位置，因此，作為軸機(jī)構(gòu)只需要有必要精度的位置分辨率即可，不需要有高精度的再現(xiàn)性。這樣，可采用低成本的軸機(jī)構(gòu)。又，熱變形和空轉(zhuǎn)等的再現(xiàn)性誤差可在安裝作業(yè)中進(jìn)行補正。結(jié)果是即使在要求亞微米粒子等級的位置精度的電子元件組裝時，也可適用于本發(fā)明。
第1、第2光學(xué)系統(tǒng)不需要始終預(yù)先保持固定的位置關(guān)系，至少在攝像時，只要處于已知的位置關(guān)系即可。例如，插入頭部或載物臺時，也可臨時性使某一方光學(xué)系統(tǒng)退避，然后返回原來的位置。此場合的光學(xué)系統(tǒng)的移動機(jī)構(gòu)需要使用具有再現(xiàn)性的機(jī)構(gòu)。
并且，由于對位作業(yè)可在由第1、第2光學(xué)系統(tǒng)攝像的同時進(jìn)行實施，因此，可對安裝作業(yè)中的第1、第2元件間的偏差進(jìn)行檢測。這樣，例如在沖擊接合工法等中，即使因加熱器的熱量引起頭部和載物臺的熱變形，也可隨時控制該熱變形，可補正第1、第2元件的位置，故即使在加熱條件下也可進(jìn)行高精度的定位。
所謂本發(fā)明中的頭部基準(zhǔn)標(biāo)記并不限定于特意在吸頭上作出的著色標(biāo)記以及凹凸部等的刻印，也可是頭部的邊緣部等的一部分。同樣，載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記也不限定于特意在載物臺上作出的刻印，也可以是載物臺的邊緣部等的一部分。
在本發(fā)明中，「位置」一詞表示X、Y、Z方向的位置及其θ方向的總稱。因此，在位置方面也包含了姿勢的概念。
如第2技術(shù)方案所述，作為第1光學(xué)系統(tǒng)和第2光學(xué)系統(tǒng)的準(zhǔn)備工序，也可包括以下工序即、將可從上下雙方識別的單一的校準(zhǔn)標(biāo)記插入第1光學(xué)系統(tǒng)與第2光學(xué)系統(tǒng)之間，由第1光學(xué)系統(tǒng)和第2光學(xué)系統(tǒng)對該校準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行攝像，由此來測定第1光學(xué)系統(tǒng)與第2光學(xué)系統(tǒng)的光軸偏差量的工序。
即使是將第1光學(xué)系統(tǒng)和第2光學(xué)系統(tǒng)的光軸預(yù)先調(diào)整到了同軸正確的對向狀態(tài)，也難以避免隨著時間的經(jīng)過和溫度變化等引起的光軸偏位，或者難以確保亞微米粒子等級的高精度的位置精度。為此，通過由第1光學(xué)系統(tǒng)和第2光學(xué)系統(tǒng)從上下雙方識別同一標(biāo)記，求出雙方光學(xué)系統(tǒng)的光軸偏差量，利用該光軸偏差量算出第1元件與吸頭的相對位置，算出第2元件與載物臺的相對位置，再進(jìn)行吸頭和載物臺的位置補正等，就可在不加算誤差的情況下進(jìn)行高精度的對位。
另外，校準(zhǔn)標(biāo)記雖然可在元件安裝時每次可維持最高精度，但也可在每一元件安裝的設(shè)定次數(shù)中或每一設(shè)定時間中進(jìn)行。
如第3技術(shù)方案所述，也可將校準(zhǔn)標(biāo)記作為設(shè)置于吸頭或載物臺上的標(biāo)記。
雖然也可將校準(zhǔn)標(biāo)記設(shè)置于與吸頭和載物臺分體的另外構(gòu)件上，但此時，由于在第1光學(xué)系統(tǒng)與第2光學(xué)系統(tǒng)之間需要設(shè)置另外構(gòu)件出入用的移動機(jī)構(gòu)，故使裝置復(fù)雜化。為此，若將校準(zhǔn)標(biāo)記設(shè)置于吸頭或載物臺上，則可不需要設(shè)置校準(zhǔn)標(biāo)記用的另外構(gòu)件，具有構(gòu)造簡單的優(yōu)點。
另外，校準(zhǔn)標(biāo)記必需是能同時由上下的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行識別。因此，可將設(shè)于吸頭或載物臺的上下貫通孔以及透明體(玻璃板)等上的標(biāo)記等作為校準(zhǔn)標(biāo)記。
如第4、7技術(shù)方案所述，在對頭部基準(zhǔn)標(biāo)記和第1元件的攝像工序、對第2元件和載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記的攝像工序、對所述吸頭和載物臺至少一方的位置補正工序以及對第1元件和第2元件的安裝工序的期間應(yīng)將第1光學(xué)系統(tǒng)和第2光學(xué)系統(tǒng)預(yù)先保持于固定的位置關(guān)系。即，應(yīng)在對位的全過程中始終保持，以避免光學(xué)系統(tǒng)的光軸相互偏位。
這樣，若使用始終對向狀的相對位置固定的第1、第2光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行位置識別，則與光學(xué)系統(tǒng)相互移動的場合相比可減少因移動機(jī)構(gòu)造成的誤差影響，從而可提高定位精度，并且，不再需要高精度的移動機(jī)構(gòu)。
如第5技術(shù)方案所述，安裝位置的吸頭與載物臺的位置補正工序也可包括對吸頭與載物臺進(jìn)行相對位置的補正的工序，使其一邊對吸頭和載物臺的一方或雙方進(jìn)行雙方接合用的加熱，一邊由第1、第2光學(xué)系統(tǒng)對頭部基準(zhǔn)標(biāo)記和載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行識別，利用所述相對位置信息使第1元件和第2元件的位置達(dá)到所定的關(guān)系。
在此場合，對于安裝作業(yè)途中的熱變形，因連續(xù)性地對標(biāo)記的偏差進(jìn)行攝像，故即使熱變形也可實時進(jìn)行位置補正，可始終高精度地安裝第1元件和第2元件。
如第8技術(shù)方案所述，吸頭和載物臺的至少一方包括元件吸附孔；設(shè)置于元件吸附孔的背后、與元件吸附孔連通的中空部；將與中空部的元件吸附孔對向的面閉鎖、從背后可透視元件吸附孔的透明體；以及與中空部連接的空氣吸氣通路，第1光學(xué)系統(tǒng)和第2光學(xué)系統(tǒng)的至少一方通過透明體將元件吸附孔作為頭部基準(zhǔn)標(biāo)記或載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行識別。
即，元件吸附孔是吸附第1元件或第2元件的孔，處于與元件最近的位置。這樣，即使吸頭和載物臺發(fā)生了熱變形，也可將與元件的相對位置的偏差量減至最小。
又，由于從頭部(或載物臺)的背后通過透明體，可透視作為基準(zhǔn)標(biāo)記的元件吸附孔，因此，組裝途中也能容易地從頭部(或載物臺)的背后通過光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行攝像。即，因可正確地識別組裝途中的頭部(或載物臺)的位置，故可高精度定位。
如第9技術(shù)方案所述，在元件吸附孔的附近也可固定加熱用的加熱器。
在安裝第1元件和第2元件時，有時需要同時加熱和加壓進(jìn)行接合。在此場合，若將加熱器設(shè)置于與元件的最近位置即元件吸附孔的附近，則可高效地向元件傳熱，故可提高接合性能。
在加熱頭部(或載物臺)時，受周圍空氣的晃動會發(fā)生光學(xué)系統(tǒng)的攝像圖形的歪斜而成為誤差的原因。然而在采用第8技術(shù)方案構(gòu)造的吸頭或載物臺的場合，雖然利用加熱器的熱也對中空部進(jìn)行加熱，但中空部因處于受到來自空氣吸引通路的空氣吸引而減壓的狀態(tài)，故空氣密度低，晃動不大。這樣，在通過透明體和中空部對元件吸附孔進(jìn)行攝像時，可減少因晃動引起的誤差，可得到高精度的攝像數(shù)據(jù)。
如第10技術(shù)方案所述，將吸頭或載物臺的背面通過支架安裝于驅(qū)動機(jī)構(gòu)，在該支架上形成第1或第2光學(xué)系統(tǒng)可插入自如的空洞部，通過透明體對元件吸附孔進(jìn)行攝像。
吸頭(或載物臺)通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)沿X、Y、Z或θ軸方向進(jìn)行驅(qū)動，但當(dāng)該頭部以單側(cè)結(jié)構(gòu)支承于驅(qū)動機(jī)構(gòu)時，因透明體的背后開放，故可容易在透明體的背后配置攝像機(jī)和反射鏡等。但是，單側(cè)構(gòu)造的頭部存在著將第1元件和第2元件接合時的加壓力引起撓曲的可能性，故難以高精度接合。對此，將頭部的背后通過支架支承于驅(qū)動機(jī)構(gòu)等上時，即使產(chǎn)生了加壓力的作用，也不容易撓曲，可進(jìn)行高精度接合。但支架成了妨礙，難以將攝像機(jī)等配置于背后。為此，通過使具有空洞部的支架支承于頭部的背后、特別是透明體的背后，使攝像機(jī)不妨礙支架，可容易地對元件吸附孔進(jìn)行攝像，同時可將頭部(或載物臺)穩(wěn)定地支承于驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
在本發(fā)明中，所謂光學(xué)系統(tǒng)，除了攝像機(jī)之外，還包括具有使用反射鏡和棱鏡等將圖像向攝像機(jī)反射功能的部分。這樣，只要將攝像機(jī)以外的反射鏡和棱鏡、透鏡等的攝像用的光學(xué)元件插入空洞部中即可。
從上述的說明中可以看出，采用本發(fā)明的第1技術(shù)方案，由于在對設(shè)于頭部和載物臺雙方的基準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行攝像的同時可確保安裝作業(yè)中的位置，因此，作為驅(qū)動頭部和載物臺的軸機(jī)構(gòu)，可僅將必要的精度作為位置分辨率，無需高精度的再現(xiàn)性。這樣，不僅可采用低成本的軸機(jī)構(gòu)，而且可進(jìn)行極高精度的安裝。
又，由于可由2個光學(xué)系統(tǒng)從上下對安裝作業(yè)進(jìn)行攝像，因此，熱變形和空轉(zhuǎn)等的再現(xiàn)性誤差可在安裝作業(yè)中得到補正。這樣，即使在加熱條件下也可進(jìn)行高精度定位。
又，采用本發(fā)明的第6技術(shù)方案，可簡單地實現(xiàn)第1技術(shù)方案的元件安裝方法。
附圖的簡單說明

圖1為使用本發(fā)明的元件安裝方法的組裝裝置第1實施例的立體圖。
圖2為圖1所示的組裝裝置的吸頭及載物臺的放大圖。
圖3為圖1所示的組裝裝置的吸頭及載物臺的立體圖。
圖4為表示圖1所示的組裝裝置的對位動作的動作說明圖。
圖5為表示圖1所示的組裝裝置的對位動作的另一例的動作說明圖。
圖6為使用本發(fā)明的元件安裝方法的組裝裝置第2實施例的主視圖。
圖7為圖6的VII-VII線剖視圖。
圖8為圖6所示的組裝裝置的吸頭的放大圖，(a)為主視圖，(b)為VIII-VIII線剖視圖。
圖9為從設(shè)于吸頭的元件吸附孔的背后看的放大圖，(a)為主視圖，(b)為的IX-IX線剖視圖。
圖10為本發(fā)明的組裝裝置第3實施例的側(cè)視圖。
圖11為由圖10所示的攝像機(jī)攝像的視野圖像圖。
圖12為本發(fā)明的組裝裝置第4實施例的立體圖。
圖13為圖12所示的組裝裝置的動作說明圖。
圖14為使用本發(fā)明的元件安裝方法的組裝后的光元件的剖視圖。
圖15為用于圖14的光元件的激光二極管的立體圖。
具體實施例方式
第1實施例圖1～圖3表示使用本發(fā)明的元件安裝方法的組裝裝置的第1實施例。其中，使用電子元件P作為第1元件，使用基板B作為第2元件。本實施例的組裝裝置由頭部1a、載物臺部1b、第1、第2攝像機(jī)20、21、控制裝置25等構(gòu)成。
頭部1a具有吸附電子元件P的吸頭2和沿X、Y、Z軸方向驅(qū)動吸頭2的驅(qū)動機(jī)構(gòu)7、8、9。如圖2所示，吸頭2具有與未圖示的真空吸引裝置連接的吸引孔3，在吸引孔3的前端設(shè)置有下面開口的元件吸附孔4，該元件吸附孔4可將電子元件P吸附。在吸頭2的上面特別是在與元件吸附孔4大體對應(yīng)的位置設(shè)置有頭部基準(zhǔn)標(biāo)記5。為了能看到θ軸方向的位置再現(xiàn)性，基準(zhǔn)標(biāo)記5既可如圖3所示作成多個點狀標(biāo)記，也可作成具有方向性的形狀(如長方形等)。又，與基準(zhǔn)標(biāo)記5相對應(yīng)，在電子元件P上也設(shè)置有基準(zhǔn)線標(biāo)記P1?；鶞?zhǔn)線標(biāo)記P1也可不使用點狀標(biāo)記等特別的標(biāo)記，而是將電子元件P的邊緣等的特征點作為基準(zhǔn)線標(biāo)記來使用。
在吸頭2的前端部設(shè)置有后述的第1攝像機(jī)20和第2攝像機(jī)21的光軸偏差量識別用的校準(zhǔn)標(biāo)記6。該校準(zhǔn)標(biāo)記6是可從上下雙方識別的標(biāo)記，在此，由上下貫通的孔構(gòu)成。
另外，也可在吸頭2上設(shè)置電子元件P加熱用的加熱裝置。
吸頭2通過Z軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)7安裝在X軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)8上，并且，X軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)8與Y軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)9連結(jié)。由此，吸頭2可沿X、Y、Z軸方向任意移動位置。
吸頭2在未圖示的供給位置上將電子元件P吸住后搬送至組裝位置，可組裝在基板B上。
載物臺部1b具有保持基板B的載物臺11以及沿X、Y、θ軸方向驅(qū)動該載物臺11的驅(qū)動機(jī)構(gòu)15、16、17。如圖2所示，載物臺11也具有與未圖示的真空吸引裝置連接的吸引孔12，在該吸引孔12的前端設(shè)置有上面開口的元件吸附孔13，由該元件吸附孔13將基板B吸附保持。在載物臺11的下面特別是在與元件吸附孔13大體對應(yīng)的背面位置設(shè)置有載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記14。該載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記14也與頭部基準(zhǔn)標(biāo)記5一樣，既可如圖3所示作成多個點狀標(biāo)記，也可作成具有方向性的形狀(如長方形等)。又，與載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記14相對應(yīng)，在基板B上也設(shè)置有基準(zhǔn)線標(biāo)記B1。
另外，也可在載物臺11上設(shè)置基板B加熱用的加熱裝置。
載物臺11安裝在X軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)15上，X軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)15的兩端部通過鉸鏈分別與Y1軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)16和Y2軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)17連結(jié)。由此，通過改變Y1軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)16的移動量和Y2軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)17的移動量，可沿θ軸方向進(jìn)行載物臺11的角度調(diào)整。這樣，載物臺11可沿X、Y、θ軸方向任意移動位置。
載物臺11具有在未圖示的供給位置上接受基板B向組裝裝置搬送的功能。
在組裝位置的吸頭2的上方及其載物臺11的下方分別設(shè)置有第1攝像機(jī)20和第2攝像機(jī)21。兩攝像機(jī)20、21相互的光軸大致呈同軸對向，并由電機(jī)軸等的定位裝置22(圖1中的虛線所示)保持著相對位置，不使攝像機(jī)相互間進(jìn)行相對移動。另外，兩攝像機(jī)20、21具有自動對焦(自動聚焦)功能，但也可通過使兩攝像機(jī)20、21沿Z軸方向移動來代用。
為了對第1攝像機(jī)20與第2攝像機(jī)21的光軸偏差量進(jìn)行識別，使用了設(shè)于吸頭2的校準(zhǔn)標(biāo)記6。另外，作為校準(zhǔn)標(biāo)記，既可使用設(shè)于載物臺11的標(biāo)記和孔，也可使用吸頭2和載物臺11以外的構(gòu)件。
控制裝置25具有的功能是讀取第1攝像機(jī)20和第2攝像機(jī)21的攝像數(shù)據(jù)，從這些數(shù)據(jù)對第1攝像機(jī)20與第2攝像機(jī)21的光軸偏差量、電子元件P的位置(姿勢)、基板B的位置(姿勢)、頭部基準(zhǔn)標(biāo)記5與電子元件P的相對位置(姿勢)、載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記14與基板B的相對位置(姿勢)等進(jìn)行運算·記憶，對驅(qū)動機(jī)構(gòu)7、8、9、15、16、17進(jìn)行控制。
下面參照圖4說明上述結(jié)構(gòu)的組裝裝置的動作一例。
圖4(a)表示第1攝像機(jī)20和第2攝像機(jī)21的校準(zhǔn)標(biāo)記工序。首先，將吸頭2的前端部插入配置于組裝位置的第1攝像機(jī)20與第2攝像機(jī)21之間，由雙方的攝像機(jī)20、21對設(shè)于吸頭2的校準(zhǔn)標(biāo)記6進(jìn)行攝像，求出雙方攝像機(jī)20、21的光軸偏差量。將光軸偏差量用于后述的電子元件P與吸頭2的相對位置測算、基板B與載物臺11的相對位置測算、吸頭2與載物臺11的位置補正等。
圖4(b)表示將吸附于吸頭2的電子元件P插入攝像機(jī)20、21間即插入組裝位置的狀態(tài)。
圖4(c)表示吸頭2下降至組裝高度的狀態(tài)，在該位置上，由第1攝像機(jī)20對頭部基準(zhǔn)標(biāo)記5進(jìn)行識別，由第2攝像機(jī)21對電子元件P(基準(zhǔn)線標(biāo)記P1)進(jìn)行識別。接著，利用來自第1攝像機(jī)20和第2攝像機(jī)21的圖像信息對電子元件P的位置(姿勢)以及電子元件P與吸頭2的相對位置(姿勢)進(jìn)行測算·記憶。
圖4(d)表示吸頭2退避的狀態(tài)。
圖4(e)表示將載物臺11插入組裝位置即可由第1攝像機(jī)20識別載物臺11上的基板B、可由第2攝像機(jī)21識別載物臺11背后的基準(zhǔn)標(biāo)記14的位置的狀態(tài)。在該位置上，由第1攝像機(jī)20對基板B(基準(zhǔn)線標(biāo)記B1)進(jìn)行識別，由第2攝像機(jī)21對載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記14進(jìn)行識別。接著，利用來自第1攝像機(jī)20和第2攝像機(jī)21的圖像信息對基板B的位置(姿勢)以及基板B與載物臺11的相對位置(姿勢)進(jìn)行測算·記憶。此時對基板進(jìn)行補正，使其與由圖4(c)求出的電子元件P的位置對準(zhǔn)。
由于圖4(e)中的第1攝像機(jī)20、第2攝像機(jī)21的焦點距離與識別校準(zhǔn)標(biāo)記6時的(圖4(a))的焦點距離不一致，因此，應(yīng)采用自動聚焦功能，這樣，就可明確識別基準(zhǔn)線標(biāo)記B1和載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記14。
圖4(f)是組裝工序，在將載物臺11依然保持于圖4(e)位置的狀態(tài)下，將吸頭2移動到與圖4(c)相同的位置，將電子元件P組裝在基板B上。電子元件P不限于在圖4(c)中進(jìn)行位置識別之后，在圖4(d)中進(jìn)行退避，然后，當(dāng)返回至圖4(f)中的組裝位置時，按照驅(qū)動機(jī)構(gòu)7、8、9的精度再現(xiàn)性良好地返回至圖4(c)的位置。又，由于第2攝像機(jī)21的視界被載物臺11所遮蔽，因此不能直接由第2攝像機(jī)21來識別電子元件P。為此，在組裝工序中，由第1攝像機(jī)20對頭部基準(zhǔn)標(biāo)記5進(jìn)行識別，從由圖4(c)算出的相對位置數(shù)據(jù)中，使吸頭2沿XY方向移動，以使電子元件P的位置與圖4(c)中的電子元件P的位置對準(zhǔn)。由于載物臺11依然保持于圖4(e)的位置，因此，與圖4(e)中的識別的位置不會偏離，只需要進(jìn)行電子元件P的位置補正即可。另外，當(dāng)θ軸方向有了偏差時，只需將載物臺11沿θ軸方向移動即可。
如上所述，可將電子元件P與基板B正確對位，在此狀態(tài)下，通過組裝可獲得高精度的制品。
圖5表示上述組裝裝置動作的另一例。
圖5(a)是第1攝像機(jī)20和第2攝像機(jī)21的校準(zhǔn)標(biāo)記工序。其中，在載物臺11上設(shè)置有校準(zhǔn)標(biāo)記19。首先，將第1攝像機(jī)20和第2攝像機(jī)21向組裝位置移動，將載物臺11的前端部插入攝像機(jī)20、21之間，由雙方的攝像機(jī)20、21對設(shè)于載物臺11的校準(zhǔn)標(biāo)記19進(jìn)行攝像，識別雙方攝像機(jī)20、21的光軸偏差量。
圖5(b)表示將載物臺11移動至組裝位置的狀態(tài)。此時，由第1攝像機(jī)20對保持于載物臺11上的基板B(基準(zhǔn)線標(biāo)記B1)進(jìn)行識別，由第2攝像機(jī)21對設(shè)于載物臺11下面的載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記14進(jìn)行識別。接著，利用來自第1攝像機(jī)20和第2攝像機(jī)21的圖像信息對基板B的位置以及基板B與載物臺11的相對位置進(jìn)行測算·記憶。
圖5(c)表示在使載物臺11退避的同時將吸頭2移動至組裝位置的狀態(tài)。
圖5(d)表示吸頭2下降至組裝高度的狀態(tài)，在該位置上，由第1攝像機(jī)20對頭部基準(zhǔn)標(biāo)記5進(jìn)行識別，由第2攝像機(jī)21對電子元件P(基準(zhǔn)線標(biāo)記P1)進(jìn)行識別。即，利用來自第1攝像機(jī)20和第2攝像機(jī)21的圖像信息對電子元件P的位置以及電子元件P與吸頭2的相對位置進(jìn)行測算·記憶。此時，由于第1攝像機(jī)20與第2攝像機(jī)21的焦點距離不同于識別校準(zhǔn)標(biāo)記19時的焦點距離，因此，應(yīng)采用自動聚焦功能，就可明確識別頭部基準(zhǔn)標(biāo)記5及其基準(zhǔn)線標(biāo)記P1。
圖5(e)表示吸頭2從組裝高度上升后形成退避、將載物臺11移動至組裝位置的狀態(tài)。此時將載物臺11從圖5(b)中記憶的位置信息沿X、Y、θ軸方向移動，以使基板B與圖5(d)的電子元件P的位置對準(zhǔn)。
圖5(f)是組裝工序，在將載物臺11依然保持于圖5(e)位置的狀態(tài)下，使吸頭2下降，將電子元件P組裝在基板B上。此時，即使是在吸頭2的Z軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)7沒有良好再現(xiàn)性的場合，也可識別圖5(d)中的基準(zhǔn)標(biāo)記5的位置與(f)的基準(zhǔn)標(biāo)記5的位置誤差，再通過XY方向的補正，即可消除誤差。
如上所述，可將電子元件P與基板B正確對位并進(jìn)行組裝。
在圖4和圖5所示的定位工序中，在邊加熱邊組裝時，組裝途中有時會引起吸頭2或載物臺11的熱變形。因此，在即將組裝之前即使進(jìn)行了正確定位，組裝結(jié)束時也會出現(xiàn)電子元件P不能與基板B正確對位的現(xiàn)象。
對此，作為一項措施，在組裝工序(參照圖4(f)或圖5(f))中可采用如下方法。
首先，使用第1、攝像機(jī)20、21對頭部基準(zhǔn)標(biāo)記5和載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記14進(jìn)行識別，根據(jù)上述的相對位置信息，將吸頭和載物臺11臨時固定于電子元件P與基板B一致的位置上。此時，電子元件P與基板B只不過是輕微接觸。
其次，對吸頭2和載物臺11的一方或雙方邊加熱(如350℃/5sec以上)邊加壓進(jìn)行接合，在此期間連續(xù)性地用第1、攝像機(jī)20、21對頭部基準(zhǔn)標(biāo)記5和載物臺11進(jìn)行攝像。并且，對吸頭2與載物臺11的相對位置進(jìn)行補正，以維持上述臨時工序的相對位置關(guān)系。
采用上述方法，即使組裝途中發(fā)生了偏差，由于通過攝像機(jī)20、21實時地檢測該偏差而作出補正，因此可進(jìn)行正確的接合。
上述場合中，電子元件P與基板B被臨時固定成輕微接觸，但也可不使電子元件P與基板B接觸，而是在跟前處進(jìn)行臨時固定。
第2實施例圖6～圖9表示本發(fā)明的組裝裝置的第2實施例。
本實施例的組裝裝置也是由頭部30、載物臺部40、第1、第2光學(xué)系統(tǒng)60、61、控制裝置25(未圖示)構(gòu)成。
頭部30由吸附電子元件P的吸頭31、例如X、Y、Z軸方向驅(qū)動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)32、以及將吸頭31與驅(qū)動機(jī)構(gòu)32連結(jié)的支架33所構(gòu)成。支架33具有對向的一對支承壁33a，在其中間設(shè)置有貫通X軸方向的空洞部33b。在該空洞部33b中可出入自由地從X軸方向插入第1光學(xué)系統(tǒng)60的反射鏡60c。
如圖8所示，吸頭31包括基座構(gòu)件34；固定于基座構(gòu)件34上面的由透明玻璃等構(gòu)成的透明板35；固定于基座構(gòu)件34下面的由隔熱材料構(gòu)成的筒狀構(gòu)件36；固定于筒狀構(gòu)件36下端部的附件37；以及夾持于附件37與筒狀構(gòu)件36間的加熱器38。所述基座構(gòu)件34由螺釘?shù)裙潭ㄓ谥С斜?3a的下端部。附件37應(yīng)盡可能使用熱傳導(dǎo)性良好的材料形成。
在基座構(gòu)件34的中央部設(shè)置有上下貫通的孔34a，該貫通孔34a與筒狀構(gòu)件36的內(nèi)部孔36a連通，由這些孔34a、36a形成中空部39。中空部39的上面被透明板35閉鎖。在基座構(gòu)件34上連接著與中空部39連通的空氣配管34b，該空氣配管34b與未圖示的真空吸引裝置連接，構(gòu)成了空氣吸引通路。
在加熱器38的中心部設(shè)置有貫通孔38a，該貫通孔38a與凸設(shè)于附件37中心部的凸起部37a嵌合，加熱器38相對附件37呈同心狀定位。在附件37的凸起部37a的中心貫通形成有元件吸附孔37b。將電子元件P吸附于元件吸附孔37b的下側(cè)開口部。
如上所述，在吸頭31的元件吸附孔37b的背后形成有與元件吸附孔37b連通的中空部39，與中空部39的元件吸附孔37b對向的面被透明板35閉鎖。在用于連結(jié)吸頭31與驅(qū)動機(jī)構(gòu)32的支架33上設(shè)置有空洞部33b，使用插入該空洞部33b中的第1光學(xué)系統(tǒng)60，通過透明板35可容易地識別元件吸附孔37b。即，可將元件吸附孔37b作為基準(zhǔn)標(biāo)記使用。另外，為了檢測回轉(zhuǎn)方向的角度偏差，可如圖9所示，將元件吸附孔37b的上側(cè)開口部37b作成長方形等的具有方向性的不同形狀。
載物臺部40由吸附保持基板B的載物臺41、例如沿X、Y、θ軸方向驅(qū)動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)42、以及將載物臺41與驅(qū)動機(jī)構(gòu)42連結(jié)的支架43所構(gòu)成。因載物臺41與吸頭31、支架43與支架33是上下對稱構(gòu)造，故在下面列記了主要部的構(gòu)件符號，省略重復(fù)說明。即，43b是空洞部、44是基座構(gòu)件、44b是空氣配管、45是透明板、46是筒狀構(gòu)件、47是附件，47b是元件吸附孔，48是加熱器，49是中空部。
此時，也可使用從X軸方向插入空洞部43b中的第2光學(xué)系統(tǒng)61，通過透明板45對元件吸附孔47b進(jìn)行攝像，并可將元件吸附孔47b作為頭部基準(zhǔn)標(biāo)記使用。
第1光學(xué)系統(tǒng)60通過Z1軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)64安裝于XY軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)62上的支柱部63，第2光學(xué)系統(tǒng)61通過Z2軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)65安裝于所述支柱部63上。
第1光學(xué)系統(tǒng)60具有攝像機(jī)60a、X軸方向延伸的筒狀透鏡60b、以及安裝于透鏡60b前端的棱鏡或反射鏡60c。該反射鏡60c被插入支架33的空洞部33b中。并且，由反射鏡60c將元件吸附孔37b的光反射，并可由攝像機(jī)60a通過透鏡60b進(jìn)行攝像。第2光學(xué)系統(tǒng)61也同樣，具有攝像機(jī)61a、X軸方向延伸的筒狀透鏡61、以及棱鏡或反射鏡61c。該反射鏡61c被插入支架43的空洞部43b中。與空洞部33b、43b相比，因反射鏡60c、61c的剖面小，故XYZ方向上存在著寬余的空間。這樣，在位置識別、組裝、位置補正時，即使吸頭31和載物臺41動作時，也可防止支架33、43與反射鏡60c、61c相碰撞。
第1光學(xué)系統(tǒng)60和第2光學(xué)系統(tǒng)61相互的光軸呈同軸的對向狀，并受支柱部63支承，使攝像機(jī)相互間在XY方向上不會相對移動。又，由于對第1光學(xué)系統(tǒng)60與第2光學(xué)系統(tǒng)61的光軸偏差量進(jìn)行識別，因此，可將設(shè)于吸頭31或載物臺41一方的元件吸附孔37b、47b作為校準(zhǔn)標(biāo)記使用。但在該場合，必需在未吸附元件P或基板B的狀態(tài)下進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)記。
為了對應(yīng)于在大型的基板B上進(jìn)行多個元件P的組裝場合，兩光學(xué)系統(tǒng)60、61通過XY軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)62可沿XY方向一體移動。
通過由Z1軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)64沿上下方向?qū)Φ?光學(xué)系統(tǒng)60進(jìn)行調(diào)整，由Z2軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)65沿上下方向?qū)Φ?光學(xué)系統(tǒng)61進(jìn)行調(diào)整，可獨立地進(jìn)行各光學(xué)系統(tǒng)60、61的聚焦調(diào)整。
上述實施例的動作與圖4或圖5所示的動作基本相同。特別是在使用吸頭31的元件吸附孔37b或載物臺41的元件吸附孔47b作為校準(zhǔn)標(biāo)記的場合，可在吸附電子元件P或基板B之前將吸頭31或載物臺41插入上下的光學(xué)系統(tǒng)60、61之間進(jìn)行光軸偏差量的測定。
在上述實施例中，將元件吸附孔37b、47b用作頭部基準(zhǔn)標(biāo)記和載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記。由于元件吸附孔37b、47b處于與元件P和基板B最近的位置，因此，即使吸頭31和載物臺41多少發(fā)生了變形，也可將元件P與吸頭31的相對位置偏差量、基板B與載物臺41的相對位置偏差量減至最小。
由于從頭部(或載物臺)的背后通過透明板35，可透視基準(zhǔn)標(biāo)記即元件吸附孔，因此，即使在組裝途中也能正確識別頭部(或載物臺)的位置，可高精度定位。
又由于吸頭31和載物臺41的雙方具有加熱器38、48，因此，可同時加熱和加壓的狀態(tài)下將電子元件P組裝于基板B上。在此場合，因加熱器38、48設(shè)置于與元件吸附孔37b、47b非常近的位置，故可高效地向元件P和基板B傳熱，可提高接合性能。又，在頭部(或載物臺)加熱時，因周圍的空氣晃動會發(fā)生光學(xué)系統(tǒng)的攝像圖形歪斜，成為誤差的原因，但由于中空部39通過來自空氣吸引通路34b的空氣吸引而成為減壓狀態(tài)，因此，空氣的密度低，可減少晃動。這樣，在通過透明板35和中空部39進(jìn)行元件吸附孔37b的攝像時，可減少因晃動引起的誤差，可得到高精度的攝像數(shù)據(jù)。
在上述實施例中，將設(shè)于第1光學(xué)系統(tǒng)60和第2光學(xué)系統(tǒng)61的反射鏡60c、61c插入空洞部33b、43b中，但采用小型攝像機(jī)結(jié)構(gòu)時，也可將透鏡60b、61b和反射鏡60c、61c省略，直接將攝像機(jī)60a、61a插入空洞部33b、43b中。
又，將吸頭31和載物臺41作成上下對稱構(gòu)造，將支架33和支架43也作成上下對稱構(gòu)造，但根據(jù)操作的第1元件(電子元件)P和第2元件(基板)B的形狀及其大小，可采用任意的構(gòu)造。
作為支架33、43，使用了由實施例那樣的一對支承壁33b支承的構(gòu)件，故可由兩端支承機(jī)構(gòu)將吸頭31和載物臺41支承在驅(qū)動機(jī)構(gòu)32、42上，可防止因組裝時的加壓力引起的吸頭31和載物臺41的撓曲。并且，由于支架33、43具有光學(xué)系統(tǒng)60、61的反射鏡部60c、60c插入自如的空洞部33b、43b，因此，可容易識別組裝途中的頭部基準(zhǔn)標(biāo)記37b、47b。
第3實施例圖10、圖11表示本發(fā)明的組裝裝置的第3實施例，是使用1臺攝像機(jī)構(gòu)成2個光學(xué)系統(tǒng)的例子。與圖6～圖9所示的第2實施例相同的構(gòu)件上標(biāo)有同一符號，省略重復(fù)說明。
本實施例中，在X軸方向可移動地設(shè)置于支柱部63的工作臺70上設(shè)置有攝像機(jī)71、透鏡72和將攝像機(jī)71的視野分割為上下各一半的反射鏡(或棱鏡)73、74。攝像機(jī)71的光軸通過反射鏡73向上撓曲，通過設(shè)于Z軸方向不能移動的透鏡75上的2個反射鏡(或棱鏡)76、77向下彎曲，可對頭部基準(zhǔn)標(biāo)記37b進(jìn)行攝像。另一方面，由反射鏡74向下彎曲的光軸，通過設(shè)于Z軸方向不能移動的透鏡78上的2個反射鏡(或棱鏡)79、80向上彎曲，可對載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記47b進(jìn)行攝像。這樣，可由1臺攝像機(jī)71構(gòu)成2個光學(xué)系統(tǒng)。
圖11表示攝像機(jī)71的攝像圖形。上半部分?jǐn)z下的圖像是頭部基準(zhǔn)標(biāo)記37b，下半部分?jǐn)z下的圖像是載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記47b。通過使工作臺70沿Z軸方向移動，上下的光學(xué)系統(tǒng)的光路長度相等，并在Y軸上聚焦一致，可同時使上下的光學(xué)系統(tǒng)的圖像的焦點對準(zhǔn)。
第4實施例圖12、圖13表示本發(fā)明的組裝裝置的第4實施例，本實施例使用了4臺攝像機(jī)的高速定位方式。圖12為與圖1、圖13與圖4進(jìn)行對比說明。另外，在相同的部分標(biāo)有同一符號，省略重復(fù)說明。
圖12中，第1攝像機(jī)81和第2攝像機(jī)82由定位裝置83保持在光軸對向的狀態(tài)，第3攝像機(jī)84和第4攝像機(jī)85由定位裝置86保持在光軸對向的狀態(tài)。第1攝像機(jī)81和第2攝像機(jī)82、第3攝像機(jī)84和第4攝像機(jī)85分別固定于XY方向上的相對位置，可在聚焦方向上移動自如。
例如，第1攝像機(jī)81用于識別頭部基準(zhǔn)標(biāo)記5，第2攝像機(jī)82用于識別吸附于吸頭2的元件P。又，第3攝像機(jī)84用于識別例如保持于載物臺11的基板B和頭部基準(zhǔn)標(biāo)記5，第4攝像機(jī)85用于識別載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記14。
參照圖13說明上述結(jié)構(gòu)的組裝裝置的動作。
圖13(a)是校準(zhǔn)標(biāo)記工序，將吸頭2的前端部插入第1攝像機(jī)81與第2攝像機(jī)82之間，由雙方的攝像機(jī)81、82對設(shè)于吸頭2的校準(zhǔn)標(biāo)記6進(jìn)行攝像，求出雙方的攝像機(jī)81、82的光軸偏差量，同樣，將載物臺11插入第3攝像機(jī)84與第4攝像機(jī)85之間，由雙方的攝像機(jī)84、85對設(shè)于載物臺11的校準(zhǔn)標(biāo)記19進(jìn)行攝像，求出雙方的攝像機(jī)84、85的光軸偏差量。
圖13(b)表示將吸附于吸頭2的電子元件P插入攝像機(jī)81、82之間、將保持于載物臺11的基板B插入攝像機(jī)84、85之間的狀態(tài)。在此狀態(tài)下，由攝像機(jī)81、82對頭部基準(zhǔn)標(biāo)記5與元件P的相對位置進(jìn)行識別，由攝像機(jī)84、85對基板B與載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記14的相對位置進(jìn)行識別。
圖13(c)表示將吸頭2和載物臺11移動到使元件P與基板B對位的狀態(tài)。此時，吸頭2移動至第3、第4攝像機(jī)85、85之間，由第3攝像機(jī)84對頭部基準(zhǔn)標(biāo)記5進(jìn)行識別，由第4攝像機(jī)85對載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記14進(jìn)行識別，但也可使載物臺11移動至第1、第2攝像機(jī)82、82之間，由第1攝像機(jī)81對頭部基準(zhǔn)標(biāo)記5進(jìn)行識別，由第2攝像機(jī)82對載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記14進(jìn)行識別。
圖13(d)是接合工序，對元件P和基板B加熱的同時進(jìn)行接合。為了不使加熱引起元件P與基板B相對位置的偏位，應(yīng)由第3、第4攝像機(jī)85、85連續(xù)進(jìn)行標(biāo)記5、14的攝像，以實時方式對吸頭2或載物臺11作出位置補正。
如上所述，若使用4臺光學(xué)系統(tǒng)81、82、83、84，則在一方的一對攝像機(jī)對吸頭2側(cè)進(jìn)行攝像期間，另一方的一對攝像機(jī)對載物臺11側(cè)進(jìn)行攝像，故可高速進(jìn)行對位及其組裝。
圖14、圖15表示采用本發(fā)明的元件安裝方法的光元件的例子。本實施例使用面發(fā)光型激光二極管(以下稱為LD)90作為第1元件，使用光導(dǎo)波路基板100作為了第2元件。
如圖11所示，LD90在1個主面的中央部具有發(fā)光部91，從該發(fā)光部91射出大致圓錐狀的射出光。在光導(dǎo)波路基板100的上面以所定間隔沿垂直方向形成有光導(dǎo)入孔101，在基板100的內(nèi)部沿水平方向形成有與光導(dǎo)入孔101正交的導(dǎo)波路102。LD90在光導(dǎo)波路基板100的上面使發(fā)光部91與光導(dǎo)入孔101對位，由導(dǎo)電性接合材料(金屬接合材料)103朝下方進(jìn)行接合。LD90的光從光導(dǎo)入孔101通過導(dǎo)波路102送至未圖示的光通信回路中。
在將上述的LD90與光導(dǎo)波路基板100正確對位進(jìn)行接合的場合，可使用本發(fā)明方法。
在第1、第2實施例中，第1元件P、第2元件B分別設(shè)置有基準(zhǔn)線標(biāo)記P1、B1，但在第3實施例中，可利用LD90的發(fā)光部91作為基準(zhǔn)線標(biāo)記，利用光導(dǎo)波路基板100的光導(dǎo)入孔101作為基準(zhǔn)線標(biāo)記。
這樣，不再需要在LD90及其光導(dǎo)波路基板100中特意地設(shè)置基準(zhǔn)線標(biāo)記。特別是在LD90的場合，發(fā)光部91的位置很重要，即使在發(fā)光部91以外的位置設(shè)置基準(zhǔn)線標(biāo)記，一旦在該基準(zhǔn)線標(biāo)記與發(fā)光部之間發(fā)生偏差，也不能正確地將LD90組裝于光導(dǎo)波路基板100中。如上所述，通過將發(fā)光部91和光導(dǎo)入孔用作了基準(zhǔn)線標(biāo)記，不僅可減少作業(yè)工序數(shù)，而且還可提高精度。
上述實施例說明了將1個電子元件P安裝于1個基板上的例子，但也同樣適用于將多個電子元件P安裝于1個基板上的場合。然而，在此場合，不僅需要在基板B的多個安裝位置上分別設(shè)置基準(zhǔn)線標(biāo)記B1，而且在與其對應(yīng)的載物臺11上也需要設(shè)置多個載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記14。
本發(fā)明可適用于將半導(dǎo)體芯片等的電子元件搭載于基板B的芯片安裝器、TAB接合器、倒裝片接合器等廣范圍的用途。
本發(fā)明的元件安裝裝置不限定于圖1或圖6所示的構(gòu)造，只要是可實施本發(fā)明的各工序均可。
本發(fā)明中是將第1攝像機(jī)配置在比吸頭高的上方，將第2攝像機(jī)配置在比載物臺低的下方，但也可將至少接受來自頭部基準(zhǔn)標(biāo)記和載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記的光的部分(如透鏡和反射鏡等)的一部分位于比吸頭高的上方，剩下的一部分位于比載物臺低的下方，不需要將攝像機(jī)本體分別配置在比吸頭高的上方、比載物臺低的下方。因此，也可使用多個反射鏡和棱鏡，將光向配置在吸頭的側(cè)方和下方或載物臺的側(cè)方和下方的攝像機(jī)本體反射。
權(quán)利要求
1.一種元件安裝方法，系由吸頭吸附第1元件、將該第1元件與保持于載物臺的第2元件對位后進(jìn)行安裝，其特征在于，包括如下工序準(zhǔn)備工序，準(zhǔn)備好從所述吸頭的上方將光軸朝向下方的第1光學(xué)系統(tǒng)和從所述載物臺的下方將光軸朝向上方、與第1光學(xué)系統(tǒng)的光軸呈對向的第2光學(xué)系統(tǒng)；攝像工序，將吸頭插入第1光學(xué)系統(tǒng)與第2光學(xué)系統(tǒng)之間，由第1光學(xué)系統(tǒng)對標(biāo)記于吸頭上的從上方可識別的頭部基準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行攝像，同時由第2光學(xué)系統(tǒng)對吸附于吸頭的第1元件進(jìn)行攝像；攝像工序，將載物臺插入第1光學(xué)系統(tǒng)與第2光學(xué)系統(tǒng)之間，由第1光學(xué)系統(tǒng)對保持于載物臺上的第2元件進(jìn)行攝像，同時由第2光學(xué)系統(tǒng)對標(biāo)記于載物臺的從下方可識別的載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行攝像；測算工序，利用來自所述第1、第2光學(xué)系統(tǒng)的圖像信息對第1元件與吸頭的相對位置以及第2元件與載物臺的相對位置進(jìn)行測算；位置補正工序，在將所述吸頭和載物臺移動至安裝位置的狀態(tài)下，由所述第1、第2光學(xué)系統(tǒng)對所述頭部基準(zhǔn)標(biāo)記和載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行識別，利用這些位置信息和所述相對位置信息對吸頭和載物臺的至少一方進(jìn)行位置補正，以使第1元件和第2元件的位置達(dá)到所定的關(guān)系；安裝工序，在所述位置補正后進(jìn)行第1元件和第2元件的安裝。
2.如權(quán)利要求1所述的元件安裝方法，其特征在于，所述第1光學(xué)系統(tǒng)和第2光學(xué)系統(tǒng)的準(zhǔn)備工序包括將可從上下雙方識別的單一的校準(zhǔn)標(biāo)記插入第1光學(xué)系統(tǒng)與第2光學(xué)系統(tǒng)之間，由第1光學(xué)系統(tǒng)和第2光學(xué)系統(tǒng)對該校準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行攝像，由此來測定第1光學(xué)系統(tǒng)與第2光學(xué)系統(tǒng)的光軸偏差量的工序。
3.如權(quán)利要求2所述的元件安裝方法，其特征在于，所述校準(zhǔn)標(biāo)記是設(shè)置于所述吸頭或載物臺上的標(biāo)記。
4.如權(quán)利要求1所述的元件安裝方法，其特征在于，所述第1光學(xué)系統(tǒng)和第2光學(xué)系統(tǒng)是在所述頭部基準(zhǔn)標(biāo)記和第1元件的攝像工序、所述第2元件和載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記的攝像工序、所述吸頭和載物臺至少一方的位置補正工序以及第1元件和第2元件的安裝工序的期間保持著固定的位置關(guān)系。
5.如權(quán)利要求1所述的元件安裝方法，其特征在于，所述安裝位置的吸頭與載物臺的位置補正工序包括有對吸頭與載物臺進(jìn)行相對位置的補正的工序，使其一邊對所述吸頭和載物臺的一方或雙方進(jìn)行雙方接合用的加熱，一邊由第1、第2光學(xué)系統(tǒng)對頭部基準(zhǔn)標(biāo)記和載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行攝像，利用所述相對位置信息使第1元件和第2元件的位置達(dá)到所定的關(guān)系。
6.一種元件安裝裝置，系在將第1元件與第2元件對位后進(jìn)行安裝的裝置中，其特征在于，包括如下裝置吸頭，下端部吸附第1元件，具有可從上方識別的頭部基準(zhǔn)標(biāo)記；載物臺，上端部保持第2元件，具有可從下方識別的載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記；驅(qū)動機(jī)構(gòu)，使所述吸頭和載物臺沿X、Y、Z及θ方向進(jìn)行相對移動；第1光學(xué)系統(tǒng)，從所述吸頭的上方對保持于載物臺上的第2元件和頭部基準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行攝像；第2光學(xué)系統(tǒng)，與第1光學(xué)系統(tǒng)的光軸對向狀配置，從所述載物臺的下方對吸附于吸頭上的第1元件和載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行攝像；運算裝置，利用來自所述第1、第2光學(xué)系統(tǒng)的圖像信息對第1元件與吸頭的相對位置以及第2光學(xué)系統(tǒng)與載物臺的相對位置進(jìn)行測算；控制裝置，在將所述吸頭和載物臺移動至組裝位置的狀態(tài)下，由所述第1、第2光學(xué)系統(tǒng)對所述頭部基準(zhǔn)標(biāo)記和載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行識別，利用這些位置信息和上述的相對位置信息對吸頭和載物臺的至少一方進(jìn)行位置補正，以使第1元件和第2元件的位置達(dá)到所定的關(guān)系。
7.如權(quán)利要求6所述的元件安裝裝置，其特征在于，設(shè)置有定位裝置，從所述攝像至安裝期間將第1元件和第2元件始終保持著固定的位置關(guān)系。
8.如權(quán)利要求6所述的元件安裝裝置，其特征在于，所述吸頭和載物臺的至少一方包括元件吸附孔；設(shè)置于所述元件吸附孔的背后、與元件吸附孔連通的中空部；將與所述中空部的元件吸附孔對向的面閉鎖、從背后可透視元件吸附孔的透明體；以及與所述中空部連接的空氣吸氣通路，所述第1光學(xué)系統(tǒng)和第2光學(xué)系統(tǒng)的至少一方通過透明體，并將元件吸附孔作為頭部基準(zhǔn)標(biāo)記或載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn)行識別。
9.如權(quán)利要求8所述的元件安裝裝置，其特征在于，在所述元件吸附孔的附近固定有加熱用的加熱器。
10.如權(quán)利要求8所述的元件安裝裝置，其特征在于，將所述吸頭或載物臺的背面通過支架安裝于驅(qū)動機(jī)構(gòu)上，在所述支架上形成有通過所述透明體對元件吸附孔進(jìn)行攝像用的第1或第2光學(xué)系統(tǒng)插入自如的空洞部。
全文摘要
將吸頭(2)插入光軸對向且相互配置于固定位置關(guān)系的第1攝像機(jī)(20)與第2攝像機(jī)(21)之間，在由第1攝像機(jī)對吸頭的頭部基準(zhǔn)標(biāo)記(5)進(jìn)行攝像的同時，由第2攝像機(jī)對吸附于吸頭的第1元件(P)進(jìn)行攝像。其次，將載物臺(11)插入第1攝像機(jī)與第2攝像機(jī)之間，在由第1攝像機(jī)對保持于載物臺上的第2元件(B)進(jìn)行攝像的同時，由第2攝像機(jī)對載物臺的載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記(14)進(jìn)行攝像。根據(jù)來自兩攝像機(jī)的圖像信息算出第1元件與吸頭的相對位置，算出第2元件與載物臺的相對位置，在使吸頭和載物臺移動至安裝位置的狀態(tài)下，由第1、第2攝像機(jī)對頭部基準(zhǔn)標(biāo)記(5)和載物臺基準(zhǔn)標(biāo)記(14)進(jìn)行識別，根據(jù)這些位置信息和所述相對位置信息使第1元件(P)與第2元件(B)的位置一致，對吸頭和載物臺進(jìn)行位置補正和安裝。由此，可提供在使用低成本軸機(jī)構(gòu)的同時可進(jìn)行高精度的定位、且可識別組裝途中的頭部和載物臺位置的元件安裝方法。
文檔編號H05K13/08GK1489433SQ0315776
公開日2004年4月14日 申請日期2003年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月30日
發(fā)明者福永茂樹 申請人:株式會社村田制作所