ボンディング装置用撮像装置
【課題】ボンディング装置用撮像装置において、簡便な構造によって熱膨張による光学特性の変化を低減する。
【解決手段】金属材料でできたプリズムフレーム２５、レンズフレーム２７，撮像素子フレーム２９を炭素繊維強化プラスチックの平板２２に光軸方向に並んでそれぞれ独立して固定する。遮光板３０，３１はレンズフレーム２７に固定され両端に向かって伸び、両端の重ね合わせ部３３において熱膨張が吸収される。各平板２２，２３の膨張量は略ゼロであり、熱影響によってプリズム２４、レンズ２６、撮像素子２８の各光学部品の光軸方向に沿った位置はほとんど変化せず光学特性もほとんど変化しない。また、熱膨張を逃がす重ね合わせ部３３によって熱膨張を逃がすのでも撮像装置２１に熱応力が発生しない。
【解決手段】金属材料でできたプリズムフレーム２５、レンズフレーム２７，撮像素子フレーム２９を炭素繊維強化プラスチックの平板２２に光軸方向に並んでそれぞれ独立して固定する。遮光板３０，３１はレンズフレーム２７に固定され両端に向かって伸び、両端の重ね合わせ部３３において熱膨張が吸収される。各平板２２，２３の膨張量は略ゼロであり、熱影響によってプリズム２４、レンズ２６、撮像素子２８の各光学部品の光軸方向に沿った位置はほとんど変化せず光学特性もほとんど変化しない。また、熱膨張を逃がす重ね合わせ部３３によって熱膨張を逃がすのでも撮像装置２１に熱応力が発生しない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボンディング装置用撮像装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造工程において、半導体ダイを回路基板に取り付けるダイボンディングや、ダイボンディングによって回路基板に取り付けられた半導体ダイの電極と回路基板の電極とをワイヤで接続するワイヤボンディング等の工程が行われる。これらのダイボンディングやワイヤボンディングにはそれぞれダイボンディング装置、ワイヤボンディング装置が用いられ、各装置には、半導体ダイを回路基板に押し付けて圧着するコレットや挿通されている接続ワイヤを各電極に押し付けて圧着するキャピラリ等のボンディングツールが取付けられている。
【０００３】
ボンディング装置によって半導体ダイを取付けたり、ワイヤによって各電極を接続したりする場合には、半導体ダイの各電極の座標と回路基板の各電極の座標をボンディング装置に入力することが必要である。座標の位置入力の際には、カメラなどの撮像装置によって半導体ダイの電極或いは回路基板の電極の画像から座標を取得し、その座標を用いて座標入力が行われる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、作業者がテンキー又はチェスマン等の手動入力手段を手動操作して半導体ダイ又は回路基板の各電極の画像をテレビモニタに映し出し、回路基板の各電極の位置をテレビモニタ中心に描かれたクロスラインマークに合わせ、その座標位置を取得する方法が記載されている。特許文献２には、ＣＣＤカメラで半導体ダイ又は回路基板の電極の画像を取り込んで、画像のパターンマッチングや明暗比率の分布から各電極の位置を求める方法が記載されている。特許文献３には、ダイボンディング装置においてカメラで撮像した画像によって半導体ダイの回転方向の位置ずれを検出し、検出結果に応じ回転台を駆動して半導体ダイの姿勢を正しい姿勢に修正する方法が記載されている。
【０００５】
ボンディング装置においては、上記のような撮像装置はＸＹ方向に自由に移動可能で、ボンディングツールを上下方向に駆動する駆動モータ等が収納されているボンディングヘッドに取付けられ、キャピラリと共にＸＹ方向に高速移動するよう構成されている（例えば、特許文献１の図７、特許文献３の図１、特許文献４の図１参照）。
【０００６】
また、回路基板や半導体ダイ等のワークの種類によってはボンディングの際にワークを加熱する必要があるため、回路基板が真空吸引固定されるボンディングステージは電気ヒータなどの加熱手段を備えている。このため、ボンディングの際にヒータによって加熱された回路基板からの輻射熱が超音波ホーンに伝わり、超音波ホーンの温度変化によって位置変動が生じる場合がある（例えば、特許文献４参照）。このため、特許文献４ではボンディングステージのヒータからの熱輻射を防ぐために遮蔽板と空冷ノズルを取り付けることが提案されている。
【０００７】
特許文献５には、人工衛星に搭載される光学センサの軌道上の熱変形による焦点移動を低減し高解像度とする方法として、レンズと光電変換部とが固定された鏡筒を光軸方向及び光軸直交方向が０膨張となる炭素繊維強化プラスチックにより構成することが提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−２９７２２３号公報
【特許文献２】特開平１０−３１８７１１号公報
【特許文献３】特開２００２−３５０１１８号公報
【特許文献４】特開２０００−３２２０５０号公報
【特許文献５】特開２００２−２０２１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献４に記載された超音波ホーンと同様に、撮像装置はボンディングステージの上方に位置するように取付けられているのでヒータによって加熱された回路基板からの輻射熱の影響を受け、熱膨張により視野位置、フォーカス位置、収差等の光学特性が変化し、検出する座標位置などに誤差が生じる場合がある。また、特許文献１又は３に記載されているように、撮像装置はキャピラリ先端を上下に駆動する駆動モータ等が収納されているボンディングヘッドに取付けられていることから、高速駆動によるモータ等の発熱による熱膨張でも、視野位置、フォーカス位置、収差等の光学特性が変化し、検出する座標位置などに誤差が生じる場合がある。
【００１０】
撮像装置が取付けられているボンディングヘッドはボンディング中に高速でＸＹ方向に移動し、撮像装置はボンディングヘッドに片持ちで固定されていることから、高速移動の際には撮像装置の慣性モーメントによってかかる慣性力によって振動が発生し、その振動によってＸＹテーブルの制御に誤差が生じ、ボンディング品質が低下してしまう場合がある。
【００１１】
熱影響による光学特性の変化を低減する方法として特許文献５に提案されている鏡筒を光軸方向及び光軸直交方向が０膨張となるような特殊な炭素繊維強化プラスチックにより構成する方法は、炭素繊維プラスチックの機械加工が難しいことから、炭素繊維プラスチックを成形する型が必要になりボンディング装置の撮像装置などの一般的な機械部品に適用することは難しいという問題がある。
【００１２】
一方、レンズ等の調製機構を金属材料の機械加工で形成し、炭素繊維強化プラスチックと組み合わせて撮像装置を構成する方法では、線膨張係数が非常に小さい炭素繊維強化プラスチックと軽量合金等の一般材料との間に温度変化による伸び差で反りが生じ、光学系の光軸が狂ったり収差が変化したりして、光学系の特性が変化してしまうという問題がある。
【００１３】
本発明は、簡便な構造によって熱膨張による光学特性の変化を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のボンディング装置用撮像装置は、ボンディング装置に取り付けられ、対象物の像を像面上に形成するレンズと像面上に形成された像を電気信号に変換する撮像素子とを備えるボンディング装置用撮像装置であって、レンズが取り付けられるレンズフレームと、撮像素子が取り付けられる撮像素子フレームと、レンズフレーム及び撮像素子フレームよりも線膨張率の小さい材料によって構成され、レンズと撮像素子との光軸方向に延びて、レンズフレームと撮像素子フレームとが固定された基体部と、を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明のボンディング装置用撮像装置において、ボンディング装置用撮像装置は、対象物からの光路を変更してレンズに導く光路変更器を備え、光路変更器が取り付けられ、基体部に固定される光路変更器フレームを有し、基体部はレンズフレーム及び撮像素子フレーム及び光路変更器フレームよりも線膨張率の小さい材料によって構成されること、としても好適である。
【００１６】
本発明のボンディング装置用撮像装置において、光路変更器フレーム又はレンズフレーム又は撮像素子フレームのいずれか１つのフレームに固定され、他の２つのフレームに重ね合わされ、光路変更器と撮像素子との間に光軸方向に延びて光路変更器から撮像素子まで間の光路を外部から遮光する遮光部材を備え、基体部はレンズフレーム及び撮像素子フレーム及び光路変更器フレーム及び遮光部材よりも線膨張率の小さい材料によって構成されること、としても好適であるし、光路変更器フレームとレンズフレームとの間及びレンズフレームと撮像素子フレームとの間の基体部にそれぞれ固定され、各フレームに重ね合わされて各フレーム間の光路を外部から遮光する遮光部材を備え、基体部はレンズフレーム及び撮像素子フレーム及び光路変更器フレーム及び遮光部材よりも線膨張率の小さい材料によって構成されること、としても好適である。
【００１７】
本発明のボンディング装置用撮像装置において、複数のレンズフレームを備え、複数のレンズフレーム又は撮像素子フレームのいずれか１つのフレームに固定され、他のフレームに重ね合わされ、レンズと撮像素子との間に光軸方向に延びてレンズから撮像素子まで間の光路を外部から遮光する遮光部材を備え、基体部はレンズフレーム及び撮像素子フレーム及び遮光部材よりも線膨張率の小さい材料によって構成されること、としても好適である。
【００１８】
本発明のボンディング装置用撮像装置において、各フレームと遮光部材との重ね合わせ部分は弾性接着剤によって接続されていること、としても好適であるし、基体部は、光軸方向に延びて、各フレームを挟み込んで固定する２枚の平板であること、としても好適であるし、遮光部材は、各平板間の各光路を外部から遮光するように各平板の間に設けられていること、としても好適であるし、基体部は光軸方向の繊維の数が光軸と直交する方向の繊維の数よりも多い繊維強化プラスチックによって構成されること、としても好適である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、簡便な構造によって熱膨張による光学特性の変化を低減することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施形態として本発明をワイヤボンディング装置に適用した場合について説明する。図１に示すように、ワイヤボンディング装置１０はＸＹテーブル１２の上に取り付けられてＸＹ方向に自在に移動することができるボンディングへッド１１の中に取付けられたＺ方向駆動機構１８を備えている。Ｚ方向駆動機構１８には超音波ホーン１３とクランパ１５とが取付けられ、超音波ホーン１３の先端にはキャピラリ１４が取付けられている。キャピラリ１４にはワイヤ１６が挿通され、ワイヤ１６はスプール１７から供給されるように構成されている。ボンディングヘッド１１には撮像装置２１が片持ちで固定されている。撮像装置２１はボンディングステージ５３の上にある対象物からの光路を変更してレンズに導く光路変更器であるプリズムと対象物の像を像面上に形成するレンズと像面上に形成された像を電気信号に変換する撮像素子とを内部に備えている。
【００２１】
ワイヤボンディング装置１０の図示しないフレームには、半導体ダイ６３が取り付けられた回路基板６１をガイドするレール５１ａ，５１ｂと、回路基板６１を真空吸着するボンディングステージ５３とボンディングステージ５３を加熱するヒータ５５とが取り付けられている。
【００２２】
ワイヤボンディング装置１０は、撮像装置２１によって取得した画像によってボンディングヘッド１１の位置を検出し、ＸＹテーブル１２によってキャピラリ１４の位置が半導体ダイ６３の電極の位置に合うように移動させた後、Ｚ方向駆動機構１８を動作させて超音波ホーン１３の先端に取り付けられたキャピラリ１４をＺ方向に駆動し、キャピラリ１４に挿通したワイヤ１６によって半導体ダイ６３の電極と回路基板６１の電極とをボンディングしていく。また、ボンディングの際にはボンディングステージ５３に真空吸着されている回路基板６１はボンディングステージ下部に配置されたヒータ５５によって加熱されている。
【００２３】
ワイヤボンディング装置１０は、１つの半導体ダイ６３の電極と回路基板６１の電極とのボンディングが終了したら、ＸＹテーブル１２によってキャピラリ１４を次の電極の上に移動させ、上記と同様に各電極間をワイヤ１６によって接続する。そして、１つの半導体ダイ６３の全ての電極を回路基板６１の各電極とワイヤ１６によって接続したら、次のダイがボンディング位置に搬送される。撮像装置２１はこのダイの画像を取得し、取得した画像を元に位置決めを行い、ボンディングを行う。
【００２４】
図２及び図３に示すように、撮像装置２１は、ボンディングステージ５３の上にある回路基板６１からの光路を変更してレンズ２６に導く光路変更器であるプリズム２４と対象物の像を像面上に形成するレンズ２６と像面上に形成された像を電気信号に変換する撮像素子２８とを備えている。プリズム２４は光路変更器フレームであるプリズムフレーム２５に取り付けられ、レンズ２６はレンズフレーム２７に取り付けられ、撮像素子２８は撮像素子フレーム２９に取り付けられている。各光学部品が取り付けられている各フレーム２５，２７，２９は各光学部品の保持、調整が可能な複雑な形状で、加工性の良いマグネシウム合金、アルミニウム合金、ステンレス、チタン合金等の金属材料を機械加工して形成されている。
【００２５】
プリズムフレーム２５は三角柱形状のプリズム２４を光路以外の面で保持することができるような溝型の枠形状となっており、光軸方向に延びた基体部である炭素繊維強化プラスチックの平板２２の一端側に取り付けられている。撮像素子フレーム２９は溝型の枠形状で、外面側に撮像素子２８が固定され、平板２２の他端側に固定されている。レンズフレーム２７はレンズ２６の周囲を保持し、光路部分に孔があり、その幅はプリズムフレーム２５と撮像素子フレーム２９の枠の内幅寸法よりも小さい箱型形状でプリズムフレーム２５と撮像素子フレーム２９との間で平板２２に固定されている。
【００２６】
レンズフレーム２７の両側面には遮光板３０，３１が固定されている。各遮光板３０，３１はレンズフレーム２７からプリズムフレーム２５及び撮像素子フレーム２９に向かって延びて、各フレーム２５，２９の枠の内側面に隙間をもって重ね合わされた重ね合わせ部３３が形成されている。重ね合わせ部３３の隙間は外部からの光が直接光路に入り込まないような微小隙間となっている。遮光板３０，３１は各フレーム２５，２７，２９と同様の金属製であってもよいし、遮光性の樹脂によって形成されていてもよい。
【００２７】
各フレーム２５，２７，２９の上面には基体部であるもう１枚の炭素繊維強化プラスチックの平板２３が取り付けられ、各フレーム２５，２７，２９は２枚の平板２２，２３によって挟み込まれてねじ又は接着剤あるいは両方で固定されている。各フレーム２５，２７，２９と平板２２，２３と各遮光板３０，３１は箱状に組み立てられて、撮像装置２１の光路を外部から遮光する鏡筒を形成している。金属材料によって構成された各フレーム２５，２７，２９と炭素繊維強化プラスチックで構成された平板２２，２３との組立は冶具によって各フレーム２５，２７，２９の位置を固定しておき、平板２２，２３を両面から取付けるようにしてもよい。
【００２８】
図４に示すように、対象物である回路基板６１からの光は光路３５のように進み平板２２の孔３４を通ってプリズム２４に進入する。プリズム２４によって光路３５は９０度進路を変更され、レンズ２６と撮像素子２８との光軸３６に沿って進み、レンズ２６によって集光されて撮像素子２８の像面３７に結像する。像面３７に結像された像は撮像素子２８の内部に備えられているＣＣＤ等により電気信号に変換されて外部に画像信号として出力される。プリズム２４から撮像素子２８までは外部からの光が遮光される鏡筒となっており、外部の光が撮像素子２８に進入しないよう構成されている。
【００２９】
各フレーム２５，２７，２９の両面に固定されている平板２２，２３を構成している炭素繊維強化プラスチックは、いろいろな方向に炭素繊維を織り合わせた強化繊維を樹脂に入れたものであり、強化繊維の方向によって異方性の強度特性を持つようにすることができる材料である。本実施形態では、各平板２２，２３を構成する炭素繊維強化プラスチックは長手方向の強化繊維の数が幅方向の強化繊維の数よりも多くなるよう構成されているので長手方向の強度は金属材料の数倍となっている。また、比重はマグネシウム合金、アルミニウム合金、ステンレス、チタン合金等の金属材料よりも小さく、炭素繊維強化プラスチックを使用することによって軽量、高剛性構造とすることができる。炭素繊維強化プラスチックは金属材料が１〜３×１０-5程度の熱膨張率を有するのに対して、その線膨張係数を略ゼロとすることができる材料であり、熱膨張の影響を受けることが少ない材料である。
【００３０】
上記のように構成された撮像装置２１を用いて構成されたワイヤボンディング装置１０によってボンディングを行う場合、ボンディングステージ５３上の回路基板６１がヒータ５５によって加熱され、その輻射熱が撮像装置２１のボンディングステージ側にある平板２２を加熱する。また、ヒータ５５によって加熱された空気からも撮像装置２１は熱の影響を受ける。更に、撮像装置２１はＺ方向駆動機構１８が搭載されているボンディングへッド１１に固定されていることからＺ方向駆動機構１８のモータの発熱による熱影響を受ける。しかし、炭素繊維プラスチックの熱膨張係数は略ゼロであることから、その熱膨張量も略ゼロとなる。また、撮像装置２１の上面側に取付けられた平板２３も同様に熱膨張量が略ゼロとなっている。一方、金属材料によって構成された各フレーム２５，２７，２９は、ボンディングステージ５３上の回路基板６１からの輻射熱によって加熱されるが、各フレーム２５，２７，２９は平板２２，２３の間に光軸方向に並んでそれぞれ独立して固定されていることから、各フレーム２５，２７，２９に固定されているプリズム２４、レンズ２６、撮像素子２８の光軸方向に沿った位置は各フレーム２５，２７，２９が固定されている平板２２，２３によって規定されることとなる。各平板２２，２３は炭素繊維強化プラスチックによって構成されていることからその膨張量は略ゼロであり、熱影響によってプリズム２４、レンズ２６、撮像素子２８の各光学部品の光軸方向に沿った位置はほとんど変化せず、視野位置、フォーカス位置、収差等の光学特性もほとんど変化しないという効果を奏する。
【００３１】
また、外部からの光を遮光する遮光板３０，３１も、回路基板６１のヒータ５５によって加熱された空気から熱の影響を受ける。更に、輻射熱や取り付け部からの熱伝導によっても加熱される。遮光板３０，３１は金属材料又は樹脂材料によって構成されており、撮像装置２１の一端側にあるプリズムフレーム２５から他端側にある撮像素子フレーム２９まで延びているため、その長さが撮像装置２１の全長に近い長さとなっており、熱膨張量が略ゼロの平板２２，２３との間に熱膨張差が発生する。しかし、遮光板３０，３１は撮像装置２１の略中央に固定されたレンズフレーム２７に取り付けられ、各平板２２，２３には取り付けられていないことから、平板２２，２３に対しては自在に熱膨張することができる。そして、図５（ａ）（ｂ）に示すように、遮光板３０，３１の両端は枠状のプリズムフレーム２５と撮像素子フレーム２９の内面側に滑動自在に重ね合わされた重ね合わせわせ部３３が設けられ、重ね合わせ部３３には外部からの光が侵入しない程度の微小な隙間４０が設けられている。この構成によって、遮光板３０，３１のプリズムフレーム２５の側及び撮像素子フレーム２９の側に向かって熱膨張しても、その熱膨張が制限されることがないため、撮像装置２１の反りを抑制し、光学特性が変化することを低減することができるという効果を奏する。
【００３２】
本実施形態では、遮光板３０，３１とプリズムフレーム２５、撮像素子フレーム２９との重ね合わせ部３３に微小な隙間４０を設けて熱膨張を吸収する構造とすることで説明したが、熱膨張を吸収することができる構造であれば、隙間４０を設ける構造に限らず、図５（ｃ）に示すように、重ね合わせ部３３の遮光板３０，３１とプリズムフレーム２５、撮像素子フレーム２９との間にゴム系接着剤のような弾性接着剤３８を充填して熱膨張の吸収ができるような構造としてもよい。また、遮光板３０，３１とプリズムフレーム２５、撮像素子フレーム２９との重ね合わせ部３３は、図５（ｄ）に示すように、当て板３０ａ，３１ａ，２５ａ，２９ａを用いて接続し、その各隙間４０に弾性接着剤３８を充填してもよいし、図５（ｅ）に示すように、遮光板３０，３１とプリズムフレーム２５、撮像素子フレーム２９とを重ねずに熱膨張を吸収することのできる長手方向の隙間４０を持たせて配置し、当て板３９によって重ね合わせ部３３を形成して遮光すると共に隙間４０に弾性接着剤３８を充填するような構造としてもよい。
【００３３】
また、本実施形態では、遮光板３０，３１はレンズフレーム２７の両側面に固定することとして説明したが、遮光板３０，３１はプリズムフレーム２５、レンズフレーム２７、撮像素子フレーム２９のいずれか１つに固定して他フレームとは重ね合わせ部３３を持つような構造としてもよい。例えば、プリズムフレーム２５に遮光板３０，３１を固定して、撮像素子フレーム２９に向かって熱膨張させ、熱膨張による遮光板３０，３１と平板２２，２３との伸び差は全て撮像素子フレーム２９の枠の内面の重ね合わせ部３３で吸収するように構成してもよいし、逆に撮像素子フレーム２９に遮光板３０，３１を固定して、プリズムフレーム２５との重ね合わせ部３３によって熱伸び差を吸収することができるように構成してもよい。
【００３４】
撮像装置２１はボンディングへッド１１に片持ち固定されており、ボンディング動作の際には、ボンディングへッド１１の動作によって撮像装置２１にも振動が発生する。振動は、上下方向への曲げ振動と、左右方向の横振動と、ねじり振動が主に発生する。本実施形態は、炭素繊維強化プラスチックの平板２２，２３によって各フレーム２５，２７，２９を挟み込んで固定して高い剛性を持つ構造としているので、これらの振動を小さくすることができるという効果を奏する。また、振動の減衰率が大きい炭素繊維強化プラスチックを基体部である平板２２，２３の主材料として用いていることから、撮像装置２１全体の振動減衰率が大きく、共振が発生しにくく安定した画像信号を出力することができる。このため共振などによる位置検出精度の低下を防止することができるという効果を奏する。
【００３５】
本実施形態では炭素強化繊維プラスチックの平板２２，２３を用いて撮像装置２１の基体部を形成していることから、型を用いず、成形された平板を切断、取付けするという簡便な方法によって撮像装置２１を構成することができ、効率的に生産することができるという効果を奏する。
【００３６】
以上述べたように、本実施形態は、簡便な構造によって熱膨張による光学特性の変化を低減することができるという効果を奏する。
【００３７】
本実施形態では、平板２２，２３は炭素繊維強化プラスチックによって構成することとして説明したが、繊維強化プラスチックであれば強化繊維は炭素繊維に限らず、ガラス繊維など他の強化繊維によって構成することとしてもよい。
【００３８】
本実施形態では、各フレーム２５，２７，２９は金属材料で遮光板３０，３１は金属材料又は樹脂材料で構成し、基体部である平板２２，２３は炭素繊維強化プラスチックとして説明したが、本発明は、平板２２，２３が各フレームあるいは遮光板３０，３１の材料よりも線膨張率が小さい材料で、単純に組み合わせた場合に大きな熱応力が発生してしまうような場合にも適用することができる。
【００３９】
本実施形態は、上下２枚の平板２２，２３によって基体部が構成され、遮光板３０，３１によって箱状の鏡筒となるような構造として説明したが、遮光板３０，３１がなくてもよい。また、炭素繊維強化プラスチック等で構成される基体部は各フレーム２５，２７，２９が固定されている１枚のみで、その上に、例えばレンズフレームに固定され、光路全体を覆う蓋状の遮光部材を取り付けるようにし、遮光部材とレンズフレーム２７、撮像素子フレーム２９との間に重ね合わせ部３３を設けて熱膨張差を吸収させるような構成としてもよい。また、遮光部材はプリズムフレーム２５とレンズフレーム２７との間とレンズフレーム２７と撮像素子フレーム２９との間に分割して設けるようにしてもよい。いずれの構造としても、本実施形態と同様の効果を奏する。
【００４０】
図６、７を参照しながら他の実施形態について説明する。図１から図５で説明した先の実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。
【００４１】
図６及び図７示すように、本実施形態の撮像装置２１は、基体部である２枚の炭素繊維強化プラスチックの平板２２，２３とプリズムフレーム２５、レンズフレーム２７、撮像素子フレーム２９、及び矩形断面を持つ筒状の遮光部材４１，４４とを備えている。各フレーム２５，２７，２９はそれぞれ独立して平板２２と２３に挟みこまれて固定されており、各遮光部材４１，４４も平板２２と２３とに独立して挟みこまれて固定されている。各遮光部材４１，４４の光軸に沿って両側に延びた遮光リブ４３，４５は、各フレーム２５，２７，２９の枠形状の内側に重ね合わされて重ね合わせ部３３を形成し、熱膨張を吸収しつつ、遮光を行うことかできるよう構成されている。各重ね合わせ部３３には光が侵入しない程度の微小な隙間が設けられている。このように各フレーム２５，２７，２９及び各遮光部材４１，４４が光軸方向に沿って重ね合わせ部３３を持って分割され平板２２，２３に固定されていることから、撮像装置２１が熱影響を受けた場合でも各フレーム２５，２７，２９と各遮光部材４１，４４と各平板２２，２３との間の熱膨張差は各重ね合わせ部３３によって吸収される。このため、熱影響によってプリズム２４、レンズ２６、撮像素子２８の各光学部品の光軸方向に沿った位置はほとんど変化せず、視野位置、フォーカス位置、収差等の光学特性もほとんど変化しないという効果を奏する。また、熱影響によって撮像装置２１に反りが出ることもなく位置検出精度が低下することもないという効果を奏する。
【００４２】
図８及び図９を参照しながら他の実施形態について説明する。本実施形態は、円筒形の撮像装置２１の中心に炭素繊維プラスチックによって形成された基体部である円筒４６と、レンズが４つずつ取り付けられた２組円板状のレンズフレーム２７と４つの撮像素子２８が取り付けられた円筒状の撮像素子フレーム２９とを備え、各フレーム２７，２９の外面に遮光カバー４７，４８，４９を取り付けたものである。各カバー４７，４８，４９の間には重ね合わせ部３３が設けられている。
【００４３】
各光学系は中心の炭素繊維強化プラスチックの円筒４６に光軸方向に固定されて取り付けられていることから、熱影響を受けても、各フレーム２７，２９の光軸方向位置はほとんど変化せず、視野位置、フォーカス位置、収差等の光学特性もほとんど変化しないという効果を奏する。また、熱影響によって撮像装置２１に反りが出ることもなく位置検出精度が低下することもないという効果を奏する。
【００４４】
また、各遮光カバー４７，４８，４９は各カバー４７，４８，４９の間に設けられた重ね合わせ部３３によって熱膨張を吸収することができるよう構成されていることから、熱影響によって撮像装置２１に反りが出ることもなく位置検出精度が低下することもないという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上説明した実施形態は、ワイヤボンディング装置１０の撮像装置２１について説明したが、本発明の撮像装置２１はワイヤボンディング装置１０に限らず、ダイボンディング装置などの他の装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態における撮像装置を備えるワイヤボンディング装置の構造を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態における撮像装置の斜視図である。
【図３】本発明の実施形態における撮像装置の内部構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態における撮像装置の断面図である。
【図５】本発明の実施形態における撮像装置の遮光板とフレームとの重ね合わせ構造を示す説明図である。
【図６】本発明の他の実施形態における撮像装置の斜視図である。
【図７】本発明の他の実施形態における撮像装置の内部構造を示す斜視図である。
【図８】本発明の他の実施形態における撮像装置の斜視図である。
【図９】本発明の他の実施形態における撮像装置の内部構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０ ワイヤボンディング装置、１１ ボンディングヘッド、１２ ＸＹテーブル、１３ 超音波ホーン、１４ キャピラリ、１５ クランパ、１６ ワイヤ、１７ スプール、１８ Ｚ方向駆動機構、２１ 撮像装置、２２，２３ 平板、２４ プリズム、２５ プリズムフレーム、２６ レンズ、２７ レンズフレーム、２８ 撮像素子、２９ 撮像素子フレーム、３０，３１ 遮光板、３０ａ，３１ａ，２５ａ，２９ａ，３９ 当て板、３３ 重ね合わせ部、３４ 孔、３５ 光路、３６ 光軸、３７ 像面、３８ 弾性接着剤、４０ 隙間、４１，４４ 遮光部材、４３，４５ 遮光リブ、４６ 円筒 ４７，４８，４９ 遮光カバー、５１ａ，５１ｂ レール、５３ ボンディングステージ、５５ ヒータ、６１ 回路基板、６３ 半導体ダイ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボンディング装置用撮像装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造工程において、半導体ダイを回路基板に取り付けるダイボンディングや、ダイボンディングによって回路基板に取り付けられた半導体ダイの電極と回路基板の電極とをワイヤで接続するワイヤボンディング等の工程が行われる。これらのダイボンディングやワイヤボンディングにはそれぞれダイボンディング装置、ワイヤボンディング装置が用いられ、各装置には、半導体ダイを回路基板に押し付けて圧着するコレットや挿通されている接続ワイヤを各電極に押し付けて圧着するキャピラリ等のボンディングツールが取付けられている。
【０００３】
ボンディング装置によって半導体ダイを取付けたり、ワイヤによって各電極を接続したりする場合には、半導体ダイの各電極の座標と回路基板の各電極の座標をボンディング装置に入力することが必要である。座標の位置入力の際には、カメラなどの撮像装置によって半導体ダイの電極或いは回路基板の電極の画像から座標を取得し、その座標を用いて座標入力が行われる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、作業者がテンキー又はチェスマン等の手動入力手段を手動操作して半導体ダイ又は回路基板の各電極の画像をテレビモニタに映し出し、回路基板の各電極の位置をテレビモニタ中心に描かれたクロスラインマークに合わせ、その座標位置を取得する方法が記載されている。特許文献２には、ＣＣＤカメラで半導体ダイ又は回路基板の電極の画像を取り込んで、画像のパターンマッチングや明暗比率の分布から各電極の位置を求める方法が記載されている。特許文献３には、ダイボンディング装置においてカメラで撮像した画像によって半導体ダイの回転方向の位置ずれを検出し、検出結果に応じ回転台を駆動して半導体ダイの姿勢を正しい姿勢に修正する方法が記載されている。
【０００５】
ボンディング装置においては、上記のような撮像装置はＸＹ方向に自由に移動可能で、ボンディングツールを上下方向に駆動する駆動モータ等が収納されているボンディングヘッドに取付けられ、キャピラリと共にＸＹ方向に高速移動するよう構成されている（例えば、特許文献１の図７、特許文献３の図１、特許文献４の図１参照）。
【０００６】
また、回路基板や半導体ダイ等のワークの種類によってはボンディングの際にワークを加熱する必要があるため、回路基板が真空吸引固定されるボンディングステージは電気ヒータなどの加熱手段を備えている。このため、ボンディングの際にヒータによって加熱された回路基板からの輻射熱が超音波ホーンに伝わり、超音波ホーンの温度変化によって位置変動が生じる場合がある（例えば、特許文献４参照）。このため、特許文献４ではボンディングステージのヒータからの熱輻射を防ぐために遮蔽板と空冷ノズルを取り付けることが提案されている。
【０００７】
特許文献５には、人工衛星に搭載される光学センサの軌道上の熱変形による焦点移動を低減し高解像度とする方法として、レンズと光電変換部とが固定された鏡筒を光軸方向及び光軸直交方向が０膨張となる炭素繊維強化プラスチックにより構成することが提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−２９７２２３号公報
【特許文献２】特開平１０−３１８７１１号公報
【特許文献３】特開２００２−３５０１１８号公報
【特許文献４】特開２０００−３２２０５０号公報
【特許文献５】特開２００２−２０２１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献４に記載された超音波ホーンと同様に、撮像装置はボンディングステージの上方に位置するように取付けられているのでヒータによって加熱された回路基板からの輻射熱の影響を受け、熱膨張により視野位置、フォーカス位置、収差等の光学特性が変化し、検出する座標位置などに誤差が生じる場合がある。また、特許文献１又は３に記載されているように、撮像装置はキャピラリ先端を上下に駆動する駆動モータ等が収納されているボンディングヘッドに取付けられていることから、高速駆動によるモータ等の発熱による熱膨張でも、視野位置、フォーカス位置、収差等の光学特性が変化し、検出する座標位置などに誤差が生じる場合がある。
【００１０】
撮像装置が取付けられているボンディングヘッドはボンディング中に高速でＸＹ方向に移動し、撮像装置はボンディングヘッドに片持ちで固定されていることから、高速移動の際には撮像装置の慣性モーメントによってかかる慣性力によって振動が発生し、その振動によってＸＹテーブルの制御に誤差が生じ、ボンディング品質が低下してしまう場合がある。
【００１１】
熱影響による光学特性の変化を低減する方法として特許文献５に提案されている鏡筒を光軸方向及び光軸直交方向が０膨張となるような特殊な炭素繊維強化プラスチックにより構成する方法は、炭素繊維プラスチックの機械加工が難しいことから、炭素繊維プラスチックを成形する型が必要になりボンディング装置の撮像装置などの一般的な機械部品に適用することは難しいという問題がある。
【００１２】
一方、レンズ等の調製機構を金属材料の機械加工で形成し、炭素繊維強化プラスチックと組み合わせて撮像装置を構成する方法では、線膨張係数が非常に小さい炭素繊維強化プラスチックと軽量合金等の一般材料との間に温度変化による伸び差で反りが生じ、光学系の光軸が狂ったり収差が変化したりして、光学系の特性が変化してしまうという問題がある。
【００１３】
本発明は、簡便な構造によって熱膨張による光学特性の変化を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のボンディング装置用撮像装置は、ボンディング装置に取り付けられ、対象物の像を像面上に形成するレンズと像面上に形成された像を電気信号に変換する撮像素子とを備えるボンディング装置用撮像装置であって、レンズが取り付けられるレンズフレームと、撮像素子が取り付けられる撮像素子フレームと、レンズフレーム及び撮像素子フレームよりも線膨張率の小さい材料によって構成され、レンズと撮像素子との光軸方向に延びて、レンズフレームと撮像素子フレームとが固定された基体部と、を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明のボンディング装置用撮像装置において、ボンディング装置用撮像装置は、対象物からの光路を変更してレンズに導く光路変更器を備え、光路変更器が取り付けられ、基体部に固定される光路変更器フレームを有し、基体部はレンズフレーム及び撮像素子フレーム及び光路変更器フレームよりも線膨張率の小さい材料によって構成されること、としても好適である。
【００１６】
本発明のボンディング装置用撮像装置において、光路変更器フレーム又はレンズフレーム又は撮像素子フレームのいずれか１つのフレームに固定され、他の２つのフレームに重ね合わされ、光路変更器と撮像素子との間に光軸方向に延びて光路変更器から撮像素子まで間の光路を外部から遮光する遮光部材を備え、基体部はレンズフレーム及び撮像素子フレーム及び光路変更器フレーム及び遮光部材よりも線膨張率の小さい材料によって構成されること、としても好適であるし、光路変更器フレームとレンズフレームとの間及びレンズフレームと撮像素子フレームとの間の基体部にそれぞれ固定され、各フレームに重ね合わされて各フレーム間の光路を外部から遮光する遮光部材を備え、基体部はレンズフレーム及び撮像素子フレーム及び光路変更器フレーム及び遮光部材よりも線膨張率の小さい材料によって構成されること、としても好適である。
【００１７】
本発明のボンディング装置用撮像装置において、複数のレンズフレームを備え、複数のレンズフレーム又は撮像素子フレームのいずれか１つのフレームに固定され、他のフレームに重ね合わされ、レンズと撮像素子との間に光軸方向に延びてレンズから撮像素子まで間の光路を外部から遮光する遮光部材を備え、基体部はレンズフレーム及び撮像素子フレーム及び遮光部材よりも線膨張率の小さい材料によって構成されること、としても好適である。
【００１８】
本発明のボンディング装置用撮像装置において、各フレームと遮光部材との重ね合わせ部分は弾性接着剤によって接続されていること、としても好適であるし、基体部は、光軸方向に延びて、各フレームを挟み込んで固定する２枚の平板であること、としても好適であるし、遮光部材は、各平板間の各光路を外部から遮光するように各平板の間に設けられていること、としても好適であるし、基体部は光軸方向の繊維の数が光軸と直交する方向の繊維の数よりも多い繊維強化プラスチックによって構成されること、としても好適である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、簡便な構造によって熱膨張による光学特性の変化を低減することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施形態として本発明をワイヤボンディング装置に適用した場合について説明する。図１に示すように、ワイヤボンディング装置１０はＸＹテーブル１２の上に取り付けられてＸＹ方向に自在に移動することができるボンディングへッド１１の中に取付けられたＺ方向駆動機構１８を備えている。Ｚ方向駆動機構１８には超音波ホーン１３とクランパ１５とが取付けられ、超音波ホーン１３の先端にはキャピラリ１４が取付けられている。キャピラリ１４にはワイヤ１６が挿通され、ワイヤ１６はスプール１７から供給されるように構成されている。ボンディングヘッド１１には撮像装置２１が片持ちで固定されている。撮像装置２１はボンディングステージ５３の上にある対象物からの光路を変更してレンズに導く光路変更器であるプリズムと対象物の像を像面上に形成するレンズと像面上に形成された像を電気信号に変換する撮像素子とを内部に備えている。
【００２１】
ワイヤボンディング装置１０の図示しないフレームには、半導体ダイ６３が取り付けられた回路基板６１をガイドするレール５１ａ，５１ｂと、回路基板６１を真空吸着するボンディングステージ５３とボンディングステージ５３を加熱するヒータ５５とが取り付けられている。
【００２２】
ワイヤボンディング装置１０は、撮像装置２１によって取得した画像によってボンディングヘッド１１の位置を検出し、ＸＹテーブル１２によってキャピラリ１４の位置が半導体ダイ６３の電極の位置に合うように移動させた後、Ｚ方向駆動機構１８を動作させて超音波ホーン１３の先端に取り付けられたキャピラリ１４をＺ方向に駆動し、キャピラリ１４に挿通したワイヤ１６によって半導体ダイ６３の電極と回路基板６１の電極とをボンディングしていく。また、ボンディングの際にはボンディングステージ５３に真空吸着されている回路基板６１はボンディングステージ下部に配置されたヒータ５５によって加熱されている。
【００２３】
ワイヤボンディング装置１０は、１つの半導体ダイ６３の電極と回路基板６１の電極とのボンディングが終了したら、ＸＹテーブル１２によってキャピラリ１４を次の電極の上に移動させ、上記と同様に各電極間をワイヤ１６によって接続する。そして、１つの半導体ダイ６３の全ての電極を回路基板６１の各電極とワイヤ１６によって接続したら、次のダイがボンディング位置に搬送される。撮像装置２１はこのダイの画像を取得し、取得した画像を元に位置決めを行い、ボンディングを行う。
【００２４】
図２及び図３に示すように、撮像装置２１は、ボンディングステージ５３の上にある回路基板６１からの光路を変更してレンズ２６に導く光路変更器であるプリズム２４と対象物の像を像面上に形成するレンズ２６と像面上に形成された像を電気信号に変換する撮像素子２８とを備えている。プリズム２４は光路変更器フレームであるプリズムフレーム２５に取り付けられ、レンズ２６はレンズフレーム２７に取り付けられ、撮像素子２８は撮像素子フレーム２９に取り付けられている。各光学部品が取り付けられている各フレーム２５，２７，２９は各光学部品の保持、調整が可能な複雑な形状で、加工性の良いマグネシウム合金、アルミニウム合金、ステンレス、チタン合金等の金属材料を機械加工して形成されている。
【００２５】
プリズムフレーム２５は三角柱形状のプリズム２４を光路以外の面で保持することができるような溝型の枠形状となっており、光軸方向に延びた基体部である炭素繊維強化プラスチックの平板２２の一端側に取り付けられている。撮像素子フレーム２９は溝型の枠形状で、外面側に撮像素子２８が固定され、平板２２の他端側に固定されている。レンズフレーム２７はレンズ２６の周囲を保持し、光路部分に孔があり、その幅はプリズムフレーム２５と撮像素子フレーム２９の枠の内幅寸法よりも小さい箱型形状でプリズムフレーム２５と撮像素子フレーム２９との間で平板２２に固定されている。
【００２６】
レンズフレーム２７の両側面には遮光板３０，３１が固定されている。各遮光板３０，３１はレンズフレーム２７からプリズムフレーム２５及び撮像素子フレーム２９に向かって延びて、各フレーム２５，２９の枠の内側面に隙間をもって重ね合わされた重ね合わせ部３３が形成されている。重ね合わせ部３３の隙間は外部からの光が直接光路に入り込まないような微小隙間となっている。遮光板３０，３１は各フレーム２５，２７，２９と同様の金属製であってもよいし、遮光性の樹脂によって形成されていてもよい。
【００２７】
各フレーム２５，２７，２９の上面には基体部であるもう１枚の炭素繊維強化プラスチックの平板２３が取り付けられ、各フレーム２５，２７，２９は２枚の平板２２，２３によって挟み込まれてねじ又は接着剤あるいは両方で固定されている。各フレーム２５，２７，２９と平板２２，２３と各遮光板３０，３１は箱状に組み立てられて、撮像装置２１の光路を外部から遮光する鏡筒を形成している。金属材料によって構成された各フレーム２５，２７，２９と炭素繊維強化プラスチックで構成された平板２２，２３との組立は冶具によって各フレーム２５，２７，２９の位置を固定しておき、平板２２，２３を両面から取付けるようにしてもよい。
【００２８】
図４に示すように、対象物である回路基板６１からの光は光路３５のように進み平板２２の孔３４を通ってプリズム２４に進入する。プリズム２４によって光路３５は９０度進路を変更され、レンズ２６と撮像素子２８との光軸３６に沿って進み、レンズ２６によって集光されて撮像素子２８の像面３７に結像する。像面３７に結像された像は撮像素子２８の内部に備えられているＣＣＤ等により電気信号に変換されて外部に画像信号として出力される。プリズム２４から撮像素子２８までは外部からの光が遮光される鏡筒となっており、外部の光が撮像素子２８に進入しないよう構成されている。
【００２９】
各フレーム２５，２７，２９の両面に固定されている平板２２，２３を構成している炭素繊維強化プラスチックは、いろいろな方向に炭素繊維を織り合わせた強化繊維を樹脂に入れたものであり、強化繊維の方向によって異方性の強度特性を持つようにすることができる材料である。本実施形態では、各平板２２，２３を構成する炭素繊維強化プラスチックは長手方向の強化繊維の数が幅方向の強化繊維の数よりも多くなるよう構成されているので長手方向の強度は金属材料の数倍となっている。また、比重はマグネシウム合金、アルミニウム合金、ステンレス、チタン合金等の金属材料よりも小さく、炭素繊維強化プラスチックを使用することによって軽量、高剛性構造とすることができる。炭素繊維強化プラスチックは金属材料が１〜３×１０-5程度の熱膨張率を有するのに対して、その線膨張係数を略ゼロとすることができる材料であり、熱膨張の影響を受けることが少ない材料である。
【００３０】
上記のように構成された撮像装置２１を用いて構成されたワイヤボンディング装置１０によってボンディングを行う場合、ボンディングステージ５３上の回路基板６１がヒータ５５によって加熱され、その輻射熱が撮像装置２１のボンディングステージ側にある平板２２を加熱する。また、ヒータ５５によって加熱された空気からも撮像装置２１は熱の影響を受ける。更に、撮像装置２１はＺ方向駆動機構１８が搭載されているボンディングへッド１１に固定されていることからＺ方向駆動機構１８のモータの発熱による熱影響を受ける。しかし、炭素繊維プラスチックの熱膨張係数は略ゼロであることから、その熱膨張量も略ゼロとなる。また、撮像装置２１の上面側に取付けられた平板２３も同様に熱膨張量が略ゼロとなっている。一方、金属材料によって構成された各フレーム２５，２７，２９は、ボンディングステージ５３上の回路基板６１からの輻射熱によって加熱されるが、各フレーム２５，２７，２９は平板２２，２３の間に光軸方向に並んでそれぞれ独立して固定されていることから、各フレーム２５，２７，２９に固定されているプリズム２４、レンズ２６、撮像素子２８の光軸方向に沿った位置は各フレーム２５，２７，２９が固定されている平板２２，２３によって規定されることとなる。各平板２２，２３は炭素繊維強化プラスチックによって構成されていることからその膨張量は略ゼロであり、熱影響によってプリズム２４、レンズ２６、撮像素子２８の各光学部品の光軸方向に沿った位置はほとんど変化せず、視野位置、フォーカス位置、収差等の光学特性もほとんど変化しないという効果を奏する。
【００３１】
また、外部からの光を遮光する遮光板３０，３１も、回路基板６１のヒータ５５によって加熱された空気から熱の影響を受ける。更に、輻射熱や取り付け部からの熱伝導によっても加熱される。遮光板３０，３１は金属材料又は樹脂材料によって構成されており、撮像装置２１の一端側にあるプリズムフレーム２５から他端側にある撮像素子フレーム２９まで延びているため、その長さが撮像装置２１の全長に近い長さとなっており、熱膨張量が略ゼロの平板２２，２３との間に熱膨張差が発生する。しかし、遮光板３０，３１は撮像装置２１の略中央に固定されたレンズフレーム２７に取り付けられ、各平板２２，２３には取り付けられていないことから、平板２２，２３に対しては自在に熱膨張することができる。そして、図５（ａ）（ｂ）に示すように、遮光板３０，３１の両端は枠状のプリズムフレーム２５と撮像素子フレーム２９の内面側に滑動自在に重ね合わされた重ね合わせわせ部３３が設けられ、重ね合わせ部３３には外部からの光が侵入しない程度の微小な隙間４０が設けられている。この構成によって、遮光板３０，３１のプリズムフレーム２５の側及び撮像素子フレーム２９の側に向かって熱膨張しても、その熱膨張が制限されることがないため、撮像装置２１の反りを抑制し、光学特性が変化することを低減することができるという効果を奏する。
【００３２】
本実施形態では、遮光板３０，３１とプリズムフレーム２５、撮像素子フレーム２９との重ね合わせ部３３に微小な隙間４０を設けて熱膨張を吸収する構造とすることで説明したが、熱膨張を吸収することができる構造であれば、隙間４０を設ける構造に限らず、図５（ｃ）に示すように、重ね合わせ部３３の遮光板３０，３１とプリズムフレーム２５、撮像素子フレーム２９との間にゴム系接着剤のような弾性接着剤３８を充填して熱膨張の吸収ができるような構造としてもよい。また、遮光板３０，３１とプリズムフレーム２５、撮像素子フレーム２９との重ね合わせ部３３は、図５（ｄ）に示すように、当て板３０ａ，３１ａ，２５ａ，２９ａを用いて接続し、その各隙間４０に弾性接着剤３８を充填してもよいし、図５（ｅ）に示すように、遮光板３０，３１とプリズムフレーム２５、撮像素子フレーム２９とを重ねずに熱膨張を吸収することのできる長手方向の隙間４０を持たせて配置し、当て板３９によって重ね合わせ部３３を形成して遮光すると共に隙間４０に弾性接着剤３８を充填するような構造としてもよい。
【００３３】
また、本実施形態では、遮光板３０，３１はレンズフレーム２７の両側面に固定することとして説明したが、遮光板３０，３１はプリズムフレーム２５、レンズフレーム２７、撮像素子フレーム２９のいずれか１つに固定して他フレームとは重ね合わせ部３３を持つような構造としてもよい。例えば、プリズムフレーム２５に遮光板３０，３１を固定して、撮像素子フレーム２９に向かって熱膨張させ、熱膨張による遮光板３０，３１と平板２２，２３との伸び差は全て撮像素子フレーム２９の枠の内面の重ね合わせ部３３で吸収するように構成してもよいし、逆に撮像素子フレーム２９に遮光板３０，３１を固定して、プリズムフレーム２５との重ね合わせ部３３によって熱伸び差を吸収することができるように構成してもよい。
【００３４】
撮像装置２１はボンディングへッド１１に片持ち固定されており、ボンディング動作の際には、ボンディングへッド１１の動作によって撮像装置２１にも振動が発生する。振動は、上下方向への曲げ振動と、左右方向の横振動と、ねじり振動が主に発生する。本実施形態は、炭素繊維強化プラスチックの平板２２，２３によって各フレーム２５，２７，２９を挟み込んで固定して高い剛性を持つ構造としているので、これらの振動を小さくすることができるという効果を奏する。また、振動の減衰率が大きい炭素繊維強化プラスチックを基体部である平板２２，２３の主材料として用いていることから、撮像装置２１全体の振動減衰率が大きく、共振が発生しにくく安定した画像信号を出力することができる。このため共振などによる位置検出精度の低下を防止することができるという効果を奏する。
【００３５】
本実施形態では炭素強化繊維プラスチックの平板２２，２３を用いて撮像装置２１の基体部を形成していることから、型を用いず、成形された平板を切断、取付けするという簡便な方法によって撮像装置２１を構成することができ、効率的に生産することができるという効果を奏する。
【００３６】
以上述べたように、本実施形態は、簡便な構造によって熱膨張による光学特性の変化を低減することができるという効果を奏する。
【００３７】
本実施形態では、平板２２，２３は炭素繊維強化プラスチックによって構成することとして説明したが、繊維強化プラスチックであれば強化繊維は炭素繊維に限らず、ガラス繊維など他の強化繊維によって構成することとしてもよい。
【００３８】
本実施形態では、各フレーム２５，２７，２９は金属材料で遮光板３０，３１は金属材料又は樹脂材料で構成し、基体部である平板２２，２３は炭素繊維強化プラスチックとして説明したが、本発明は、平板２２，２３が各フレームあるいは遮光板３０，３１の材料よりも線膨張率が小さい材料で、単純に組み合わせた場合に大きな熱応力が発生してしまうような場合にも適用することができる。
【００３９】
本実施形態は、上下２枚の平板２２，２３によって基体部が構成され、遮光板３０，３１によって箱状の鏡筒となるような構造として説明したが、遮光板３０，３１がなくてもよい。また、炭素繊維強化プラスチック等で構成される基体部は各フレーム２５，２７，２９が固定されている１枚のみで、その上に、例えばレンズフレームに固定され、光路全体を覆う蓋状の遮光部材を取り付けるようにし、遮光部材とレンズフレーム２７、撮像素子フレーム２９との間に重ね合わせ部３３を設けて熱膨張差を吸収させるような構成としてもよい。また、遮光部材はプリズムフレーム２５とレンズフレーム２７との間とレンズフレーム２７と撮像素子フレーム２９との間に分割して設けるようにしてもよい。いずれの構造としても、本実施形態と同様の効果を奏する。
【００４０】
図６、７を参照しながら他の実施形態について説明する。図１から図５で説明した先の実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。
【００４１】
図６及び図７示すように、本実施形態の撮像装置２１は、基体部である２枚の炭素繊維強化プラスチックの平板２２，２３とプリズムフレーム２５、レンズフレーム２７、撮像素子フレーム２９、及び矩形断面を持つ筒状の遮光部材４１，４４とを備えている。各フレーム２５，２７，２９はそれぞれ独立して平板２２と２３に挟みこまれて固定されており、各遮光部材４１，４４も平板２２と２３とに独立して挟みこまれて固定されている。各遮光部材４１，４４の光軸に沿って両側に延びた遮光リブ４３，４５は、各フレーム２５，２７，２９の枠形状の内側に重ね合わされて重ね合わせ部３３を形成し、熱膨張を吸収しつつ、遮光を行うことかできるよう構成されている。各重ね合わせ部３３には光が侵入しない程度の微小な隙間が設けられている。このように各フレーム２５，２７，２９及び各遮光部材４１，４４が光軸方向に沿って重ね合わせ部３３を持って分割され平板２２，２３に固定されていることから、撮像装置２１が熱影響を受けた場合でも各フレーム２５，２７，２９と各遮光部材４１，４４と各平板２２，２３との間の熱膨張差は各重ね合わせ部３３によって吸収される。このため、熱影響によってプリズム２４、レンズ２６、撮像素子２８の各光学部品の光軸方向に沿った位置はほとんど変化せず、視野位置、フォーカス位置、収差等の光学特性もほとんど変化しないという効果を奏する。また、熱影響によって撮像装置２１に反りが出ることもなく位置検出精度が低下することもないという効果を奏する。
【００４２】
図８及び図９を参照しながら他の実施形態について説明する。本実施形態は、円筒形の撮像装置２１の中心に炭素繊維プラスチックによって形成された基体部である円筒４６と、レンズが４つずつ取り付けられた２組円板状のレンズフレーム２７と４つの撮像素子２８が取り付けられた円筒状の撮像素子フレーム２９とを備え、各フレーム２７，２９の外面に遮光カバー４７，４８，４９を取り付けたものである。各カバー４７，４８，４９の間には重ね合わせ部３３が設けられている。
【００４３】
各光学系は中心の炭素繊維強化プラスチックの円筒４６に光軸方向に固定されて取り付けられていることから、熱影響を受けても、各フレーム２７，２９の光軸方向位置はほとんど変化せず、視野位置、フォーカス位置、収差等の光学特性もほとんど変化しないという効果を奏する。また、熱影響によって撮像装置２１に反りが出ることもなく位置検出精度が低下することもないという効果を奏する。
【００４４】
また、各遮光カバー４７，４８，４９は各カバー４７，４８，４９の間に設けられた重ね合わせ部３３によって熱膨張を吸収することができるよう構成されていることから、熱影響によって撮像装置２１に反りが出ることもなく位置検出精度が低下することもないという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上説明した実施形態は、ワイヤボンディング装置１０の撮像装置２１について説明したが、本発明の撮像装置２１はワイヤボンディング装置１０に限らず、ダイボンディング装置などの他の装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態における撮像装置を備えるワイヤボンディング装置の構造を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態における撮像装置の斜視図である。
【図３】本発明の実施形態における撮像装置の内部構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態における撮像装置の断面図である。
【図５】本発明の実施形態における撮像装置の遮光板とフレームとの重ね合わせ構造を示す説明図である。
【図６】本発明の他の実施形態における撮像装置の斜視図である。
【図７】本発明の他の実施形態における撮像装置の内部構造を示す斜視図である。
【図８】本発明の他の実施形態における撮像装置の斜視図である。
【図９】本発明の他の実施形態における撮像装置の内部構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０ ワイヤボンディング装置、１１ ボンディングヘッド、１２ ＸＹテーブル、１３ 超音波ホーン、１４ キャピラリ、１５ クランパ、１６ ワイヤ、１７ スプール、１８ Ｚ方向駆動機構、２１ 撮像装置、２２，２３ 平板、２４ プリズム、２５ プリズムフレーム、２６ レンズ、２７ レンズフレーム、２８ 撮像素子、２９ 撮像素子フレーム、３０，３１ 遮光板、３０ａ，３１ａ，２５ａ，２９ａ，３９ 当て板、３３ 重ね合わせ部、３４ 孔、３５ 光路、３６ 光軸、３７ 像面、３８ 弾性接着剤、４０ 隙間、４１，４４ 遮光部材、４３，４５ 遮光リブ、４６ 円筒 ４７，４８，４９ 遮光カバー、５１ａ，５１ｂ レール、５３ ボンディングステージ、５５ ヒータ、６１ 回路基板、６３ 半導体ダイ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディング装置に取り付けられ、対象物の像を像面上に形成するレンズと像面上に形成された像を電気信号に変換する撮像素子とを備えるボンディング装置用撮像装置であって、
レンズが取り付けられるレンズフレームと、
撮像素子が取り付けられる撮像素子フレームと、
レンズフレーム及び撮像素子フレームよりも線膨張率の小さい材料によって構成され、レンズと撮像素子との光軸方向に延びて、レンズフレームと撮像素子フレームとが固定された基体部と、
を有することを特徴とするボンディング装置用撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載のボンディング装置用撮像装置であって、
ボンディング装置用撮像装置は、対象物からの光路を変更してレンズに導く光路変更器を備え、
光路変更器が取り付けられ、基体部に固定される光路変更器フレームを有し、
基体部はレンズフレーム及び撮像素子フレーム及び光路変更器フレームよりも線膨張率の小さい材料によって構成されること、
を特徴とするボンディング装置用撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載のボンディング装置用撮像装置であって、
光路変更器フレーム又はレンズフレーム又は撮像素子フレームのいずれか１つのフレームに固定され、他の２つのフレームに重ね合わされ、光路変更器と撮像素子との間に光軸方向に延びて光路変更器から撮像素子まで間の光路を外部から遮光する遮光部材を備え、
基体部はレンズフレーム及び撮像素子フレーム及び光路変更器フレーム及び遮光部材よりも線膨張率の小さい材料によって構成されること、
を特徴とするボンディング装置用撮像装置。
【請求項４】
請求項２に記載のボンディング装置用撮像装置であって、
光路変更器フレームとレンズフレームとの間及びレンズフレームと撮像素子フレームとの間の基体部にそれぞれ固定され、各フレームに重ね合わされて各フレーム間の光路を外部から遮光する遮光部材を備え、
基体部はレンズフレーム及び撮像素子フレーム及び光路変更器フレーム及び遮光部材よりも線膨張率の小さい材料によって構成されること、
を特徴とするボンディング装置用撮像装置。
【請求項５】
請求項１に記載のボンディング装置用撮像装置であって、
複数のレンズフレームを備え、
複数のレンズフレーム又は撮像素子フレームのいずれか１つのフレームに固定され、他のフレームに重ね合わされ、レンズと撮像素子との間に光軸方向に延びてレンズから撮像素子まで間の光路を外部から遮光する遮光部材を備え、
基体部はレンズフレーム及び撮像素子フレーム及び遮光部材よりも線膨張率の小さい材料によって構成されること、
を特徴とするボンディング装置用撮像装置。
【請求項６】
請求項３から５のいずれか１項に記載のボンディング装置用撮像装置であって、
各フレームと遮光部材との重ね合わせ部分は弾性接着剤によって接続されていること、
を特徴とするボンディング装置用撮像装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のボンディング装置用撮像装置であって、
基体部は、
光軸方向に延びて、各フレームを挟み込んで固定する２枚の平板であること、
を特徴とするボンディング装置用撮像装置。
【請求項８】
請求項７に記載のボンディング装置用撮像装置であって、
遮光部材は、各平板間の各光路を外部から遮光するように各平板の間に設けられていること、
を特徴とするボンディング装置用撮像装置。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項に記載のボンディング装置用撮像装置であって、
基体部は光軸方向の繊維の数が光軸と直交する方向の繊維の数よりも多い繊維強化プラスチックによって構成されること
を特徴とするボンディング装置用撮像装置。
【請求項１】
ボンディング装置に取り付けられ、対象物の像を像面上に形成するレンズと像面上に形成された像を電気信号に変換する撮像素子とを備えるボンディング装置用撮像装置であって、
レンズが取り付けられるレンズフレームと、
撮像素子が取り付けられる撮像素子フレームと、
レンズフレーム及び撮像素子フレームよりも線膨張率の小さい材料によって構成され、レンズと撮像素子との光軸方向に延びて、レンズフレームと撮像素子フレームとが固定された基体部と、
を有することを特徴とするボンディング装置用撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載のボンディング装置用撮像装置であって、
ボンディング装置用撮像装置は、対象物からの光路を変更してレンズに導く光路変更器を備え、
光路変更器が取り付けられ、基体部に固定される光路変更器フレームを有し、
基体部はレンズフレーム及び撮像素子フレーム及び光路変更器フレームよりも線膨張率の小さい材料によって構成されること、
を特徴とするボンディング装置用撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載のボンディング装置用撮像装置であって、
光路変更器フレーム又はレンズフレーム又は撮像素子フレームのいずれか１つのフレームに固定され、他の２つのフレームに重ね合わされ、光路変更器と撮像素子との間に光軸方向に延びて光路変更器から撮像素子まで間の光路を外部から遮光する遮光部材を備え、
基体部はレンズフレーム及び撮像素子フレーム及び光路変更器フレーム及び遮光部材よりも線膨張率の小さい材料によって構成されること、
を特徴とするボンディング装置用撮像装置。
【請求項４】
請求項２に記載のボンディング装置用撮像装置であって、
光路変更器フレームとレンズフレームとの間及びレンズフレームと撮像素子フレームとの間の基体部にそれぞれ固定され、各フレームに重ね合わされて各フレーム間の光路を外部から遮光する遮光部材を備え、
基体部はレンズフレーム及び撮像素子フレーム及び光路変更器フレーム及び遮光部材よりも線膨張率の小さい材料によって構成されること、
を特徴とするボンディング装置用撮像装置。
【請求項５】
請求項１に記載のボンディング装置用撮像装置であって、
複数のレンズフレームを備え、
複数のレンズフレーム又は撮像素子フレームのいずれか１つのフレームに固定され、他のフレームに重ね合わされ、レンズと撮像素子との間に光軸方向に延びてレンズから撮像素子まで間の光路を外部から遮光する遮光部材を備え、
基体部はレンズフレーム及び撮像素子フレーム及び遮光部材よりも線膨張率の小さい材料によって構成されること、
を特徴とするボンディング装置用撮像装置。
【請求項６】
請求項３から５のいずれか１項に記載のボンディング装置用撮像装置であって、
各フレームと遮光部材との重ね合わせ部分は弾性接着剤によって接続されていること、
を特徴とするボンディング装置用撮像装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のボンディング装置用撮像装置であって、
基体部は、
光軸方向に延びて、各フレームを挟み込んで固定する２枚の平板であること、
を特徴とするボンディング装置用撮像装置。
【請求項８】
請求項７に記載のボンディング装置用撮像装置であって、
遮光部材は、各平板間の各光路を外部から遮光するように各平板の間に設けられていること、
を特徴とするボンディング装置用撮像装置。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項に記載のボンディング装置用撮像装置であって、
基体部は光軸方向の繊維の数が光軸と直交する方向の繊維の数よりも多い繊維強化プラスチックによって構成されること
を特徴とするボンディング装置用撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２３５４６３（Ｐ２００８−２３５４６３Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７１０８４（Ｐ２００７−７１０８４）
【出願日】平成１９年３月１９日（２００７．３．１９）
【出願人】（０００１４６７２２）株式会社新川 (128)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１９日（２００７．３．１９）
【出願人】（０００１４６７２２）株式会社新川 (128)
【Ｆターム（参考）】
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