部品実装装置に用いる撮像用照明ユニット及び部品実装装置
【課題】撮像対象を十分な光量で照射することができ、撮像対象の近傍の他の機器に影響を与えにくい構成の部品実装装置に用いる撮像用照明ユニット及びこの照明ユニットを用いた部品実装装置を提供する。
【解決手段】ベース部７１内に、光源７０から照射される照明光を平行光に変換する平行光生成用フレネルレンズ７５（第１のフレネルレンズ）と、第１認識カメラ１０Ａの光軸ｌ上に配置され、平行光生成用フレネルレンズ７５によって平行光に変換された照明光を第１認識カメラ１０Ａの光軸に沿った下方に反射させるとともに、撮像対象において反射した照明光を光軸ｌに沿った上方に透過させるハーフミラー７６を備える。
【解決手段】ベース部７１内に、光源７０から照射される照明光を平行光に変換する平行光生成用フレネルレンズ７５（第１のフレネルレンズ）と、第１認識カメラ１０Ａの光軸ｌ上に配置され、平行光生成用フレネルレンズ７５によって平行光に変換された照明光を第１認識カメラ１０Ａの光軸に沿った下方に反射させるとともに、撮像対象において反射した照明光を光軸ｌに沿った上方に透過させるハーフミラー７６を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像対象を撮像して認識する認識カメラに付属して設けられる部品実装装置に用いる撮像用照明ユニット及びこの照明ユニットを備えた部品実装装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板に電子部品等の部品を実装する部品実装装置では、部品を供給する部品供給ステージ、部品供給ステージから部品をピックアップするピックアップヘッド、ピックアップヘッドによって部品供給部からピックアップされた部品が一時的に載置される中継ステージ、基板を保持する基板保持ステージ及び中継ステージ上の部品を吸着して基板保持ステージに保持された基板に装着する実装ヘッドを備えたものが知られている。このような部品実装装置では、各ステージにおける撮像対象（部品や基板）の位置を認識し、この認識結果に基づいて撮像対象を本来位置すべき作業位置に移動させる位置補正作業を行うための認識カメラが各ステージの上方に配設されている。
【０００３】
このような部品実装装置が備える認識カメラには、撮像対象に照明光を照射する照明装置が付属して設けられるが、この種の照明装置として、撮像対象に照射する光の光軸が認識カメラの光軸と一致するようにして明瞭な画像が得られるようにした、いわゆる同軸照明が用いられている。この同軸照明では、鏡筒内に光源を組み込んで光源からの光を直接撮像対象に照射させる構成のもののほか、認識カメラの光軸上にハーフミラーを介装し、認識カメラの光軸外から照射した光をハーフミラーで反射させて撮像対象に光を照射させる構成のものが知られており（例えば特許文献１）、撮像対象の表面が鏡面である等、全反射もしくはそれに近い場合に特に有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１９０７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した照明装置では、認識カメラと撮像対象の間の距離が長くなると、撮像対象に照射される光が拡散して照明光量が不十分となるおそれがあるほか、撮像対象の近傍に他の光学センサがあった場合にはその光学センサを誤作動させるおそれがあった。特に、部品実装装置がカメラと撮像対象との間をピックアップヘッドが通過する構成である場合には上記の問題が顕著なものとなっていた。
【０００６】
そこで本発明は、撮像対象を十分な光量で照射することができ、撮像対象の近傍の他の機器に影響を与えにくい構成の部品実装装置に用いる撮像用照明ユニット及びこの照明ユニットを用いた部品実装装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の部品実装装置に用いる撮像用照明ユニットは、撮像対象を上方から認識する認識カメラに付属して設けられる、基板に部品を実装する部品実装装置に用いる撮像用照明ユニットであって、照明光を照射する光源と、前記光源から照射される照明光を平行光に変換する第１のフレネルレンズと、前記認識カメラの光軸上に配置され、前記第１のフレネルレンズによって平行光に変換された照明光を前記認識カメラの光軸に沿った下方に反射させるとともに、前記撮像対象において反射した照明光を前記認識カメラの光軸に沿った上方に透過させるハーフミラーとを備えた。
【０００８】
請求項２記載の部品実装装置に用いる撮像用照明ユニットは、請求項１記載の部品実装装置に用いる撮像用照明ユニットであって、前記光源と前記第１のフレネルレンズとの間に配置され、前記光源から照射される照射光を拡散させて前記第１のフレネルレンズに入射させる第２のフレネルレンズを備えた。
【０００９】
請求項３記載の部品実装装置は、部品を供給する部品供給部と、部品の実装対象となる基板を保持する基板保持部と、前記部品供給部で供給される部品をピックアップして前記基板保持部に保持された基板に部品を実装する実装ヘッドと、前記部品供給部と前記基板保持部との間の前記実装ヘッドの移動領域の上方に設けられ、前記部品供給部が供給する部品又は前記基板保持部に保持された基板上の部品実装位置を撮像対象として上方から認識する認識カメラと、前記認識カメラに付属して設けられた照明ユニットとを備え、前記照明ユニットは、照明光を照射する光源と、前記光源から照射される照明光を平行光に変換する第１のフレネルレンズと、前記認識カメラの光軸上に配置され、前記第１のフレネルレンズによって平行光に変換された照明光を前記認識カメラの光軸に沿った下方に反射させるとともに、前記撮像対象において反射した照明光を前記認識カメラの光軸に沿った上方に透過させるハーフミラーとを備えた。
【００１０】
請求項４記載の部品実装装置は、部品を供給する部品供給部と、部品の実装対象となる基板を保持する基板保持部と、前記部品供給部で供給される部品をピックアップして前記部品供給部と前記基板保持部との間に設けられた中継ステージに載置するピックアップヘッドと、前記ピックアップヘッドにより前記中継ステージに載置された部品をピックアップして前記基板保持部に保持された基板に部品を実装する実装ヘッドと、前記部品供給部と前記中継ステージとの間の前記ピックアップヘッドの移動領域の上方又は前記中継ステージと前記基板保持部との間の前記実装ヘッドの移動領域の上方に設けられ、前記部品供給部が供給する部品、前記中継ステージに載置された部品、又は前記基板保持部に保持された基板上の部品実装位置を撮像対象として上方から認識する認識カメラと、前記認識カメラに付属して設けられた照明ユニットとを備え、前記照明ユニットは、照明光を照射する光源と、前記光源から照射される照明光を平行光に変換する第１のフレネルレンズと、前記認識カメラの光軸上に配置され、前記第１のフレネルレンズによって平行光に変換された照明光を前記認識カメラの光軸に沿った下方に反射させるとともに、前記撮像対象において反射した照明光を前記認識カメラの光軸に沿った上方に透過させるハーフミラーとを備えた。
【００１１】
請求項５記載の部品実装装置は、請求項３又は４に記載の部品実装装置であって、前記光源と前記第１のフレネルレンズとの間に配置され、前記光源から照射される照射光を拡散させて前記第１のフレネルレンズに入射させる第２のフレネルレンズを備えた。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光源から照射される照明光を第１のフレネルレンズによって平行光に変換したうえでハーフミラーに入射させるようになっているので、ハーフミラーで反射されて撮像対象に照射される照明光は平行光となる。よって、撮像対象を十分な光量で照射することができ、また撮像対象の近傍の他の機器へ与える影響も抑制することができる。また、ハーフミラーに入射する照明光を平行光に変換するレンズに安価で厚さの薄いフレネルレンズを用いているので、装置の低廉化とコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態の部品実装装置の全体斜視図
【図２】本発明の一実施の形態の部品実装装置の部分斜視図
【図３】本発明の一実施の形態の部品実装装置の正面図
【図４】本発明の一実施の形態の部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図
【図５】本発明の一実施の形態の部品実装方法を示す工程説明図
【図６】本発明の一実装の形態の照明ユニットの断面図
【図７】（ａ）（ｂ）本発明の他の実施の形態の照明ユニットの断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず図１を参照して、部品実装装置１の全体構成を説明する。部品実装装置１は、基板２に半導体チップ３ａ等の部品をボンディングによって実装する機能を有する。基台４上には部品供給ステージ５、ユニット集合ステージ６及び基板保持ステージ７がＹ方向に配列されている。部品供給ステージ５、ユニット集合ステージ６及び基板保持ステージ７の上方には、基台４のＸ方向の端部に位置して、Ｙ軸フレーム８が支持ポスト８ａによって両端部を支持されてＹ方向に架設されている。
【００１５】
部品供給ステージ５、ユニット集合ステージ６及び基板保持ステージ７の上方には、位置認識のための第１認識カメラ１０Ａ、第２認識カメラ１０Ｂ、第３認識カメラ１０Ｃが配設されており、各認識カメラ１０Ａ〜１０Ｃの下方には撮像対象に照明光を照射する照明ユニット１１が付属して設けられている。第１認識カメラ１０Ａは、部品供給ステージ５において取り出し対象の半導体チップ３ａを上方から撮像する。第２認識カメラ１０Ｂは、部品供給ステージ５から取り出されてユニット集合ステージ６に備えられた中継ステージ２４に一時的に載置された半導体チップ３ａを上方から撮像する。また第３認識カメラ１０Ｃは、基板保持ステージ７に保持された基板２を上方から撮像して基板２上の部品実装位置を認識する。
【００１６】
次に、図２，図３を参照して各部の構造を説明する。部品供給ステージ５はＸＹテーブル機構１２を備えており、ＸＹテーブル機構１２の上面に装着された水平な移動プレート１３には複数の支持部材１４が立設されている。支持部材１４は、上面に半導体ウェハ３が保持される保持テーブル１５を支持している。半導体ウェハ３は、ウェハシート３ｂに個片に分割された状態の複数の半導体チップ３ａを所定配列で貼着した構成となっている。
【００１７】
部品供給ステージ５には、半導体ウェハ３から半導体チップ３ａをピックアップするためのピックアップ作業位置［Ｐ１］が設定されている。第１認識カメラ１０Ａの位置はピックアップ作業位置［Ｐ１］に対応しており、第１認識カメラ１０Ａによって半導体ウェハ３を撮像した撮像結果を認識処理することにより、ピックアップ対象の半導体チップ３ａの位置が検出される。保持テーブル１５の内部において、ピックアップ作業位置［Ｐ１］に対応する位置にはエジェクタ機構１６が配設されており、ウェハシート３ｂの下面側から半導体チップ３ａをピンで突き上げることにより、半導体チップ３ａのウェハシート３ｂからの剥離を促進する機能を有している。
【００１８】
部品取り出し動作においては、ＸＹテーブル機構１２を駆動してウェハシート３ｂをＸＹ方向に水平移動させる（矢印ａ）ことにより、ウェハシート３ｂに貼着された複数の半導体チップ３ａのうち、取り出し対象となる所望の半導体チップ３ａをピックアップ作業位置［Ｐ１］に位置させる。
【００１９】
部品供給ステージ５の上方には、半導体チップ３ａを吸着して保持するピックアップノズル１７ａを備えたピックアップヘッド１７が配設されている。ピックアップヘッド１７はピックアップアーム１８によって保持されており、ピックアップアーム１８はＹ軸フレーム８の下面に縣吊して配置されたピックアップヘッド移動機構１９から、部品供給ステージ５の上方に延出して設けられている。ピックアップヘッド移動機構１９を駆動することにより、ピックアップアーム１８はＹＺ方向に移動する（矢印ｂ）。これにより、ピックアップヘッド１７は部品供給ステージ５から半導体チップ３ａをピックアップして中継ステージ２４に移送する動作を行う。上記構成において、部品供給ステージ５は部品としての半導体チップ３ａを供給する部品供給部となっている。
【００２０】
図３に示すように、ユニット集合ステージ６及び基板保持ステージ７はベースプレート５２の上面に設けられており、ベースプレート５２は基台４の上面に立設された複数の支持ポスト５１によって下方から支持されている。ここで、ユニット集合ステージ６の構造について図１〜図３を参照して説明する。ユニット集合ステージ６は主として、上面にノズルストッカ２１、部品回収部２２、較正基準マーク２３、中継ステージ２４及び部品認識カメラ２５が集合的に配設された移動テーブル部６ａと、移動テーブル部６ａをＸ方向に移動させるＸ軸移動機構２０とから成っている。Ｘ軸移動機構２０は、移動テーブル部６ａの下面に固着されたスライダ２６を、ベースプレート５２上に装着されたベース部２８上に設けられたガイドレール２７にスライド自在に嵌合させ、モータ（不図示）を正逆方向に回転駆動させることによって移動テーブル部６ａをＸ方向に移動（矢印ｃ）させる構成となっている。
【００２１】
ノズルストッカ２１には、後述する実装ユニット３３に装着される交換用の吸着ノズル３３ａが複数収納されている。部品回収部２２は、部品供給ステージ５から取り出された後、不良等の理由により基板２への実装が不適と判断された半導体チップ３ａを廃棄回収する機能を有している。較正基準マーク２３は、Ｘ軸移動機構２０を継続して駆動する際に熱伸縮によって生じる機構的な位置誤差を、上方に配設された第２認識カメラ１０Ｂによって撮像して較正するために設けられた基準マークである。
【００２２】
中継ステージ２４は部品供給ステージ５と基板保持ステージ７との間に設けられており、部品供給ステージ５からピックアップヘッド１７によって取り出された半導体チップ３ａが一時的に載置される。中継ステージ２４には中継位置［Ｐ２］が設定されており、第２認識カメラ１０Ｂは中継位置［Ｐ２］に対応して中継ステージ２４の上方に配置されている。Ｘ軸移動機構２０によって中継ステージ２４を移動させることにより、中継ステージ２４に載置された半導体チップ３ａを中継位置［Ｐ２］に位置させて第２認識カメラ１０Ｂによって撮像することができ、これにより中継ステージ２４に載置された半導体チップ３ａの位置が検出される。
【００２３】
部品認識カメラ２５は上方を撮像するように中継ステージ２４に隣接させて配置されている。また、中継ステージ２４と同様にＸ軸移動機構２０を駆動することにより、撮像面を部品認識位置［Ｐ３］に位置させることができる。部品認識カメラ２５は、部品供給ステージ５から実装ヘッド３１によって直接半導体チップ３ａを取り出す実装形式の場合に用いられ、部品供給ステージ５から取り出された半導体チップ３ａを下方から撮像して認識する。
【００２４】
基板保持ステージ７は、ＸＹテーブル機構５３上に基板２を保持する基板保持テーブル７ａを設けた構成となっている。基板保持ステージ７には、半導体チップ３ａを基板２に実装するための実装作業位置［Ｐ４］が設定されており、第３認識カメラ１０Ｃは実装作業位置［Ｐ４］に対応して配置されている。第３認識カメラ１０Ｃによって基板２を撮像することにより、半導体チップ３ａが実装される部品実装位置が検出される。そしてＸＹテーブル機構５３を駆動することにより、基板保持テーブル７ａは基板２とともにＸＹ方向に水平移動し（矢印ｄ）、実装作業の対象となる部品実装位置を実装作業位置［Ｐ４］に位置させることができる。上記構成において、基板保持ステージ７は半導体チップ３ａの実装対象となる基板２を保持する基板保持部となっている。
【００２５】
次に、実装ヘッド３１、塗布ヘッド３２について説明する。図２においてＹ軸フレーム８の前面には、実装ヘッド３１及び塗布ヘッド３２をＹ方向にガイドするための２条のガイドレール８ｂが設けられており、これらのガイドレール８ｂの間には実装ヘッド３１及び塗布ヘッド３２をＹ方向に駆動するためのリニアモータを構成する固定子８ｃが配設されている。ガイドレール８ｂには図示しないスライダがＹ方向にスライド自在に嵌合しており、このスライダは垂直な移動プレート３１ａ、３２ａの背面に固着されている。
【００２６】
移動プレート３１ａ、３２ａの背面には、固定子８ｃに対向してリニアモータを構成するする可動子（不図示）が配設されている。リニアモータを駆動することで、実装ヘッド３１及び塗布ヘッド３２はガイドレール８ｂによってガイドされ、それぞれＹ方向に移動する（矢印ｅ）。移動プレート３１ａ、３２ａの前面にはそれぞれ昇降機構３１ｂ、３２ｂが配設されており、昇降機構３１ｂ、３２ｂの前面には昇降プレート３１ｃ、３２ｃが垂直方向にスライド自在に配設されている。昇降機構３１ｂ、３２ｂを駆動することにより、昇降プレート３１ｃ、３２ｃはそれぞれ昇降する（矢印ｆ）。昇降プレート３１ｃの下部には、吸着ノズル３３ａが装着された実装ユニット３３が設けられており、また昇降プレート３２ｃには２基の塗布ユニット３４が装着されている。
【００２７】
実装ユニット３３は吸着ノズル３３ａによって半導体チップ３ａを吸着保持する機能を有しており、実装ヘッド３１をＹ方向に水平移動させて昇降プレート３１ｃが昇降することにより、部品供給ステージ５から供給された半導体チップ３ａを基板保持ステージ７に保持された基板２に実装する。ここでは、実装ヘッド３１による実装形態として、ピックアップヘッド１７によって部品供給ステージ５から取り出され中継ステージ２４上に載置された半導体チップ３ａを実装ユニット３３によって保持して基板２に搭載するプリセンタ実装形態と、部品供給ステージ５の半導体チップ３ａを実装ユニット３３によって直接保持して基板２に実装するダイレクト実装形態とを選択的に実行できるようになっている。
【００２８】
即ち、実装ヘッド３１はピックアップヘッド１７により中継ステージ２４に載置された半導体チップ３ａをピックアップ（吸着保持）し、若しくは部品供給ステージ５で供給される半導体チップ３ａをピックアップして、基板保持ステージ７に保持された基板２に半導体チップ３ａを実装する機能を有する。
【００２９】
塗布ヘッド３２に装着された塗布ユニット３４は、部品接着用のペーストを収納したシリンジ３４ａ及びペーストを吐出する塗布ノズル３４ｂを備えている。塗布ヘッド３２を基板保持ステージ７に保持された基板２の上方に移動させて、塗布ユニット３４による塗布動作を行わせることにより、塗布ノズル３４ｂから吐出したペーストを部品実装位置に塗布する。上記構成において、ガイドレール８ｂ、固定子８ｃ、実装ヘッド３１及び塗布ヘッド３２に備えられた可動子は、実装ヘッド３１及び塗布ヘッド３２を所定の実装作業位置まで移動させるヘッド移動機構９となっている。
【００３０】
次に、図４を参照して制御系の構成を説明する。制御部６０は機構駆動部６１を介して以下の機構部を制御する。これにより、部品供給ステージ５から半導体チップ３ａを取り出し、基板保持ステージ７に保持された基板２に実装するための各動作が実行される。まず、部品供給ステージ５、ユニット集合ステージ６、基板保持ステージ７を制御することで、部品供給ステージ５におけるＸＹテーブル機構１２やエジェクタ機構１６による部品供給動作が制御され、またユニット集合ステージ６におけるＸ軸移動機構２０の動作が制御され、さらに基板保持ステージ７におけるＸＹテーブル機構５３の動作が制御される。
【００３１】
次いで、ヘッド移動機構９、実装ヘッド３１、塗布ヘッド３２、ピックアップヘッド移動機構１９を制御することにより、部品供給ステージ５から半導体チップ３ａを取り出すピックアップ動作や、取り出された半導体チップ３ａを基板２まで移送してボンディングする実装動作が実行される。すなわちピックアップヘッド移動機構１９を制御することによりピックアップ動作が実行され、また実装ユニット３３が設けられた実装ヘッド３１をヘッド移動機構９と併せて制御することにより、半導体チップ３ａを基板２上の部品実装位置まで移送して該部品実装位置に実装する実装動作が実行される。また塗布ヘッド３２をヘッド移動機構９と併せて制御することにより、部品接着用のペーストを塗布ノズル３４ｂから吐出して基板２に供給する。
【００３２】
上述の各種動作制御に際しては、制御部６０が認識処理部６２を制御することにより、以下の各認識カメラによる撮像結果の認識処理が行われる。第１認識カメラ１０Ａによる撮像結果を認識処理することにより、部品供給ステージ５に保持された半導体ウェハ３における半導体チップ３ａの位置が検出され、この検出結果に基づいて制御部６０がＸＹテーブル機構１２を制御することにより、ピックアップ対象の半導体チップ３ａをピックアップ作業位置［Ｐ１］に正しく位置合わせすることができる。また第２認識カメラ１０Ｂによる撮像結果を認識処理することにより、中継ステージ２４に載置された半導体チップ３ａの位置が検出され、この検出結果に基づいて制御部６０が実装ヘッド３１およびＸ軸移動機構２０を制御することにより、ピックアップ対象の半導体チップ３ａに対して吸着ノズル３３ａを正しく位置合わせすることができる。
【００３３】
さらに第３認識カメラ１０Ｃによる撮像結果を認識処理することにより、基板保持テーブル７ａに保持された基板２の部品実装位置が検出され、この検出結果に基づいて制御部６０がＸＹテーブル機構５３を制御することにより、部品実装位置を実装作業位置［Ｐ４］に対して位置合わせして、吸着ノズル３３ａに保持された半導体チップ３ａを部品実装位置に正しく実装することができる。また部品認識カメラ２５による撮像結果を認識処理することで、吸着ノズル３３ａに保持された状態における半導体チップ３ａの位置が検出され、実装動作においてはこの検出結果を加味して実装時の位置補正が行われる。
【００３４】
この部品実装装置１は上記のように構成されており、以下部品実装装置１による部品実装作業について、図５を参照して説明する。部品供給ステージ５には、半導体チップ３ａがウェハシート３ｂに複数貼着された構成の半導体ウェハ３がセットされている。ピックアップ作業位置［Ｐ１］においてウェハシート３ｂの下面には、エジェクタ機構１６が当接してピックアップ動作が可能な状態となっている。また基板保持ステージ７においては、基板保持テーブル７ａに実装対象の基板２が保持されている。
【００３５】
部品実装作業が開始されると、まずピックアップ作業位置［Ｐ１］にて第１認識カメラ１０Ａによって半導体ウェハ３を撮像することにより、取り出し対象の半導体チップ３ａを認識する。そしてこの認識結果に基づいてＸＹテーブル機構１２を制御することにより、取り出し対象の半導体チップ３ａをピックアップ作業位置［Ｐ１］に正しく位置決めし、次いでピックアップヘッド１７によってこの半導体チップ３ａを取り出して中継ステージ２４に載置する（矢印ｇ）。すなわちピックアップヘッド１７は、部品供給ステージ５で供給される半導体チップ３ａをピックアップして部品供給ステージ５と基板保持ステージ７との間に設けられた中継ステージ２４に載置する機能を有する。
【００３６】
そしてピックアップヘッド１７が退去した後、中継ステージ２４に載置された半導体チップ３ａを第２認識カメラ１０Ｂによって撮像することにより、半導体チップ３ａを認識して位置ずれを検出する。この認識結果に基づいてＸ軸移動機構２０を制御することにより、中継ステージ２４に載置された半導体チップ３ａを中継位置［Ｐ２］に正しく位置決めする。なおここでは、Ｘ軸移動機構２０によってＸ方向のみの位置補正が行われ、Ｙ方向の位置補正は実装ユニット３３によって半導体チップ３ａを保持する際に行われる。
【００３７】
また実装作業位置［Ｐ４］にて第３認識カメラ１０Ｃによって基板２を撮像することにより部品実装位置を認識し、この認識結果に基づいて基板保持ステージ７のＸＹテーブル機構５３を制御することにより、実装作業の対象となる部品実装位置が実装作業位置［Ｐ４］に位置するよう基板２を位置決めする。次いで基板保持ステージ７においては、塗布ヘッド３２を基板２上に移動させ、塗布ユニット３４を基板２に対して下降させて（矢印ｈ）、塗布ノズル３４ｂからペーストを吐出させて基板２に塗布する。この後、塗布ユニット３４は待機位置に移動する。
【００３８】
次いで実装ヘッド３１を中継ステージ２４に移動させて、載置された半導体チップ３ａに対して実装ユニット３３を下降させ（矢印ｉ）、吸着ノズル３３ａによって半導体チップ３ａを吸着保持する。次いで実装ユニット３３を基板保持ステージ７の上方へ移動させ、実装作業位置［Ｐ４］にて実装ユニット３３を下降させて（矢印ｊ）半導体チップ３ａを基板２に実装する。
【００３９】
上記構成の部品実装装置１において、第１〜第３認識カメラ１０Ａ〜１０Ｃはそれぞれ撮像対象に照明光を照射する照明ユニット１１を備えているが、本部品実装装置１ではこの照明ユニット１１に特徴があり、以下その説明を行う。図１〜３において、照明ユニット１１は第１〜第３認識カメラ１０Ａ〜１０Ｃの下方であって、ピックアップヘッド１７、実装ヘッド３１及び塗布ヘッド３２の移動領域の上方に設けられている。図６は第１認識カメラ１０Ａとこの第１認識カメラ１０Ａに付属する照明ユニット１１を示している。ここでは、第１認識カメラ１０Ａに付属する照明ユニット１１について説明するが、第２、第３認識カメラ１０Ｂ，１０Ｃに付属する照明ユニット１１も同様である。
【００４０】
図６に示すように、照明ユニット１１は、Ｙ軸フレーム８上の上面に固定して設けられたベース部７１と、ベース部７１の上面に着脱自在に取り付けられた光源７０及びベース部７１内に設けられた光学系７２を有して成る。第１認識カメラ１０Ａはベース部７１の上方に設けられており、光源７０は第１認識カメラ１０Ａの前方に隣接して設けられている。光源７０は下方（ベース部７１の内部）に向けて照明光ｋを照射する。
【００４１】
光学系７２は、光源７０の下方に設けられて光源７０から照射される照明光ｋを拡散させる拡散用フレネルレンズ７３（第２のフレネルレンズ）、拡散用フレネルレンズ７３によって拡散された照明光を第１認識カメラ１０Ａの光軸ｌ側に全反射させる全反射ミラー７４、全反射ミラー７４によって全反射された照明光を平行光に変換する平行光生成用フレネルレンズ７５（第１のフレネルレンズ）、第１認識カメラ１０Ａの光軸ｌ上に配置され、平行光生成用フレネルレンズ７５によって平行光に変換された照明光を第１認識カメラ１０Ａの光軸ｌに沿った下方に反射させるとともに、撮像対象（半導体チップ３ａを含む半導体ウェハ３）において反射した照明光を光軸ｌに沿った上方に透過させるハーフミラー７６から成る。なお、第２認識カメラ１０Ｂにおける撮像対象は中継ステージ２４に載置された半導体チップ３ａであり、第３認識カメラ１０Ｃにおける撮像対象は基板保持テーブル７ａに保持された基板２である。
【００４２】
次に、光源７０から照射される照明光の進路について説明する。光源７０から照射された照明光ｋは拡散用フレネルレンズ７３に入射し、入射した照明光は拡散光となって拡散用フレネルレンズ７３の下方に配置された全反射ミラー７４に向かう。全反射ミラー７４に入射した照明光（拡散光）は、この全反射ミラー７４によって第１認識カメラ１０Ａの光軸ｌ側、即ち平行光生成用フレネルレンズ７５が配置される方向へ全反射される。
【００４３】
全反射ミラー７４によって全反射された照明光（拡散光）は平行光生成用フレネルレンズ７５に入射し、ここで平行光に変換されてハーフミラー７６に向かう。ハーフミラー７６に入射した照明光（平行光）は、当該ハーフミラー７６によって第１認識カメラ１０Ａの光軸ｌに沿った下方に反射されて半導体ウェハ３を照射する。そして、半導体ウェハ３において反射した照明光は光軸ｌに沿った上方に進行し、ハーフミラー７６を透過してその上方に配設された第１認識カメラ１０Ａに入射する。
【００４４】
上記構成の照明ユニット１１を用いることにより、次のような効果が得られる。即ち、光源７０から照射される照明光は平行光生成用フレネルレンズ７５によって平行光に変換されてハーフミラー７６に入射するので、ハーフミラー７６で反射されて撮像対象に照射される照明光は平行光となる。よって、光源７０からの距離が長い撮像対象に対して十分な光量で照射することができるとともに、撮像対象の近傍の他の機器に与える影響を抑制することができる。また、平行光に変換するレンズとして安価で厚さの薄いフレネルレンズを用いているので、装置の低廉化とコンパクト化を図ることができる。
【００４５】
特に、本実施の形態のように、ピックアップヘッド１７、実装ヘッド３１の移動領域の上方に認識カメラ（１０Ａ〜１０Ｃ）及びその照明ユニットが設けられる場合には、光源７０と撮像対象との距離（図３に示すＬ１，Ｌ２，Ｌ３）は比較的長いものとなるので、その効果は大きい。
【００４６】
また、光源７０はベース部７１に対して着脱自在であるため、ベース部７１をＹ軸フレーム８に固定させた状態のまま光源７０を取り外して容易に交換することができる。なお、光源７０としては、例えば汎用性の高いＬＥＤ照明やファイバー照明を用いることができる。
【００４７】
なお、本実施の形態における全反射ミラー７４、拡散用フレネルレンズ７３は必須のものではなく、図７（ａ）に示すように、光源７０Ａと平行光生成用フレネルレンズ７５Ａとの間に拡散用フレネルレンズ７３Ａを配置し、光源７０Ａから照射される照明光ｍを拡散用フレネルレンズ７３Ａによって拡散させて平行光生成用フレネルレンズ７５Ａに入射させる構成としてもよい。また図７（ｂ）に示すように、光源７０Ｂから照射される照明光ｎを直接平行光生成用フレネルレンズ７５Ｂに入射させ、入射した照明光を平行光に変換させる構成としてもよい。なお、撮像対象のサイズに合わせて拡散用フレネルレンズを適宜交換することで、照明範囲（平行光生成用フレネルレンズに入射させる照明光の幅）の調整を容易に行うことができ、その結果、撮像対象の所望のエリアのみに平行光を照射することができる。
【００４８】
また、本実施の形態では３つの認識カメラを備えた部品実装装置を例にしたが、何れか１つの認識カメラを備えた部品実装装置に本発明の照明ユニットを適用しても構わない。また、３つの認識カメラのうち任意に選択した認識カメラに対してのみ本発明の照明ユニットを付属させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は照射距離が長い撮像対象に対して十分な光量で照射するとともに、撮像対象の近傍の他の機器に与える影響を抑制することができるという効果を有し、部品や基板等の撮像対象を認識するカメラを備えた部品実装装置を用いて基板に部品を実装する部品実装分野において特に有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 部品実装装置
２ 基板
３ａ 半導体チップ
５ 部品供給ステージ
７ 基板保持ステージ
１７ ピックアップヘッド
２４ 中継ステージ
３１ 実装ヘッド
１０Ａ 第１認識カメラ
１０Ｂ 第２認識カメラ
１０Ｃ 第３認識カメラ
１１ 照明ユニット
７０ 光源
７３ 拡散用フレネルレンズ（第２のフレネルレンズ）
７５ 平行光生成用フレネルレンズ（第１のフレネルレンズ）
７６ ハーフミラー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像対象を撮像して認識する認識カメラに付属して設けられる部品実装装置に用いる撮像用照明ユニット及びこの照明ユニットを備えた部品実装装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板に電子部品等の部品を実装する部品実装装置では、部品を供給する部品供給ステージ、部品供給ステージから部品をピックアップするピックアップヘッド、ピックアップヘッドによって部品供給部からピックアップされた部品が一時的に載置される中継ステージ、基板を保持する基板保持ステージ及び中継ステージ上の部品を吸着して基板保持ステージに保持された基板に装着する実装ヘッドを備えたものが知られている。このような部品実装装置では、各ステージにおける撮像対象（部品や基板）の位置を認識し、この認識結果に基づいて撮像対象を本来位置すべき作業位置に移動させる位置補正作業を行うための認識カメラが各ステージの上方に配設されている。
【０００３】
このような部品実装装置が備える認識カメラには、撮像対象に照明光を照射する照明装置が付属して設けられるが、この種の照明装置として、撮像対象に照射する光の光軸が認識カメラの光軸と一致するようにして明瞭な画像が得られるようにした、いわゆる同軸照明が用いられている。この同軸照明では、鏡筒内に光源を組み込んで光源からの光を直接撮像対象に照射させる構成のもののほか、認識カメラの光軸上にハーフミラーを介装し、認識カメラの光軸外から照射した光をハーフミラーで反射させて撮像対象に光を照射させる構成のものが知られており（例えば特許文献１）、撮像対象の表面が鏡面である等、全反射もしくはそれに近い場合に特に有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１９０７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した照明装置では、認識カメラと撮像対象の間の距離が長くなると、撮像対象に照射される光が拡散して照明光量が不十分となるおそれがあるほか、撮像対象の近傍に他の光学センサがあった場合にはその光学センサを誤作動させるおそれがあった。特に、部品実装装置がカメラと撮像対象との間をピックアップヘッドが通過する構成である場合には上記の問題が顕著なものとなっていた。
【０００６】
そこで本発明は、撮像対象を十分な光量で照射することができ、撮像対象の近傍の他の機器に影響を与えにくい構成の部品実装装置に用いる撮像用照明ユニット及びこの照明ユニットを用いた部品実装装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の部品実装装置に用いる撮像用照明ユニットは、撮像対象を上方から認識する認識カメラに付属して設けられる、基板に部品を実装する部品実装装置に用いる撮像用照明ユニットであって、照明光を照射する光源と、前記光源から照射される照明光を平行光に変換する第１のフレネルレンズと、前記認識カメラの光軸上に配置され、前記第１のフレネルレンズによって平行光に変換された照明光を前記認識カメラの光軸に沿った下方に反射させるとともに、前記撮像対象において反射した照明光を前記認識カメラの光軸に沿った上方に透過させるハーフミラーとを備えた。
【０００８】
請求項２記載の部品実装装置に用いる撮像用照明ユニットは、請求項１記載の部品実装装置に用いる撮像用照明ユニットであって、前記光源と前記第１のフレネルレンズとの間に配置され、前記光源から照射される照射光を拡散させて前記第１のフレネルレンズに入射させる第２のフレネルレンズを備えた。
【０００９】
請求項３記載の部品実装装置は、部品を供給する部品供給部と、部品の実装対象となる基板を保持する基板保持部と、前記部品供給部で供給される部品をピックアップして前記基板保持部に保持された基板に部品を実装する実装ヘッドと、前記部品供給部と前記基板保持部との間の前記実装ヘッドの移動領域の上方に設けられ、前記部品供給部が供給する部品又は前記基板保持部に保持された基板上の部品実装位置を撮像対象として上方から認識する認識カメラと、前記認識カメラに付属して設けられた照明ユニットとを備え、前記照明ユニットは、照明光を照射する光源と、前記光源から照射される照明光を平行光に変換する第１のフレネルレンズと、前記認識カメラの光軸上に配置され、前記第１のフレネルレンズによって平行光に変換された照明光を前記認識カメラの光軸に沿った下方に反射させるとともに、前記撮像対象において反射した照明光を前記認識カメラの光軸に沿った上方に透過させるハーフミラーとを備えた。
【００１０】
請求項４記載の部品実装装置は、部品を供給する部品供給部と、部品の実装対象となる基板を保持する基板保持部と、前記部品供給部で供給される部品をピックアップして前記部品供給部と前記基板保持部との間に設けられた中継ステージに載置するピックアップヘッドと、前記ピックアップヘッドにより前記中継ステージに載置された部品をピックアップして前記基板保持部に保持された基板に部品を実装する実装ヘッドと、前記部品供給部と前記中継ステージとの間の前記ピックアップヘッドの移動領域の上方又は前記中継ステージと前記基板保持部との間の前記実装ヘッドの移動領域の上方に設けられ、前記部品供給部が供給する部品、前記中継ステージに載置された部品、又は前記基板保持部に保持された基板上の部品実装位置を撮像対象として上方から認識する認識カメラと、前記認識カメラに付属して設けられた照明ユニットとを備え、前記照明ユニットは、照明光を照射する光源と、前記光源から照射される照明光を平行光に変換する第１のフレネルレンズと、前記認識カメラの光軸上に配置され、前記第１のフレネルレンズによって平行光に変換された照明光を前記認識カメラの光軸に沿った下方に反射させるとともに、前記撮像対象において反射した照明光を前記認識カメラの光軸に沿った上方に透過させるハーフミラーとを備えた。
【００１１】
請求項５記載の部品実装装置は、請求項３又は４に記載の部品実装装置であって、前記光源と前記第１のフレネルレンズとの間に配置され、前記光源から照射される照射光を拡散させて前記第１のフレネルレンズに入射させる第２のフレネルレンズを備えた。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光源から照射される照明光を第１のフレネルレンズによって平行光に変換したうえでハーフミラーに入射させるようになっているので、ハーフミラーで反射されて撮像対象に照射される照明光は平行光となる。よって、撮像対象を十分な光量で照射することができ、また撮像対象の近傍の他の機器へ与える影響も抑制することができる。また、ハーフミラーに入射する照明光を平行光に変換するレンズに安価で厚さの薄いフレネルレンズを用いているので、装置の低廉化とコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態の部品実装装置の全体斜視図
【図２】本発明の一実施の形態の部品実装装置の部分斜視図
【図３】本発明の一実施の形態の部品実装装置の正面図
【図４】本発明の一実施の形態の部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図
【図５】本発明の一実施の形態の部品実装方法を示す工程説明図
【図６】本発明の一実装の形態の照明ユニットの断面図
【図７】（ａ）（ｂ）本発明の他の実施の形態の照明ユニットの断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず図１を参照して、部品実装装置１の全体構成を説明する。部品実装装置１は、基板２に半導体チップ３ａ等の部品をボンディングによって実装する機能を有する。基台４上には部品供給ステージ５、ユニット集合ステージ６及び基板保持ステージ７がＹ方向に配列されている。部品供給ステージ５、ユニット集合ステージ６及び基板保持ステージ７の上方には、基台４のＸ方向の端部に位置して、Ｙ軸フレーム８が支持ポスト８ａによって両端部を支持されてＹ方向に架設されている。
【００１５】
部品供給ステージ５、ユニット集合ステージ６及び基板保持ステージ７の上方には、位置認識のための第１認識カメラ１０Ａ、第２認識カメラ１０Ｂ、第３認識カメラ１０Ｃが配設されており、各認識カメラ１０Ａ〜１０Ｃの下方には撮像対象に照明光を照射する照明ユニット１１が付属して設けられている。第１認識カメラ１０Ａは、部品供給ステージ５において取り出し対象の半導体チップ３ａを上方から撮像する。第２認識カメラ１０Ｂは、部品供給ステージ５から取り出されてユニット集合ステージ６に備えられた中継ステージ２４に一時的に載置された半導体チップ３ａを上方から撮像する。また第３認識カメラ１０Ｃは、基板保持ステージ７に保持された基板２を上方から撮像して基板２上の部品実装位置を認識する。
【００１６】
次に、図２，図３を参照して各部の構造を説明する。部品供給ステージ５はＸＹテーブル機構１２を備えており、ＸＹテーブル機構１２の上面に装着された水平な移動プレート１３には複数の支持部材１４が立設されている。支持部材１４は、上面に半導体ウェハ３が保持される保持テーブル１５を支持している。半導体ウェハ３は、ウェハシート３ｂに個片に分割された状態の複数の半導体チップ３ａを所定配列で貼着した構成となっている。
【００１７】
部品供給ステージ５には、半導体ウェハ３から半導体チップ３ａをピックアップするためのピックアップ作業位置［Ｐ１］が設定されている。第１認識カメラ１０Ａの位置はピックアップ作業位置［Ｐ１］に対応しており、第１認識カメラ１０Ａによって半導体ウェハ３を撮像した撮像結果を認識処理することにより、ピックアップ対象の半導体チップ３ａの位置が検出される。保持テーブル１５の内部において、ピックアップ作業位置［Ｐ１］に対応する位置にはエジェクタ機構１６が配設されており、ウェハシート３ｂの下面側から半導体チップ３ａをピンで突き上げることにより、半導体チップ３ａのウェハシート３ｂからの剥離を促進する機能を有している。
【００１８】
部品取り出し動作においては、ＸＹテーブル機構１２を駆動してウェハシート３ｂをＸＹ方向に水平移動させる（矢印ａ）ことにより、ウェハシート３ｂに貼着された複数の半導体チップ３ａのうち、取り出し対象となる所望の半導体チップ３ａをピックアップ作業位置［Ｐ１］に位置させる。
【００１９】
部品供給ステージ５の上方には、半導体チップ３ａを吸着して保持するピックアップノズル１７ａを備えたピックアップヘッド１７が配設されている。ピックアップヘッド１７はピックアップアーム１８によって保持されており、ピックアップアーム１８はＹ軸フレーム８の下面に縣吊して配置されたピックアップヘッド移動機構１９から、部品供給ステージ５の上方に延出して設けられている。ピックアップヘッド移動機構１９を駆動することにより、ピックアップアーム１８はＹＺ方向に移動する（矢印ｂ）。これにより、ピックアップヘッド１７は部品供給ステージ５から半導体チップ３ａをピックアップして中継ステージ２４に移送する動作を行う。上記構成において、部品供給ステージ５は部品としての半導体チップ３ａを供給する部品供給部となっている。
【００２０】
図３に示すように、ユニット集合ステージ６及び基板保持ステージ７はベースプレート５２の上面に設けられており、ベースプレート５２は基台４の上面に立設された複数の支持ポスト５１によって下方から支持されている。ここで、ユニット集合ステージ６の構造について図１〜図３を参照して説明する。ユニット集合ステージ６は主として、上面にノズルストッカ２１、部品回収部２２、較正基準マーク２３、中継ステージ２４及び部品認識カメラ２５が集合的に配設された移動テーブル部６ａと、移動テーブル部６ａをＸ方向に移動させるＸ軸移動機構２０とから成っている。Ｘ軸移動機構２０は、移動テーブル部６ａの下面に固着されたスライダ２６を、ベースプレート５２上に装着されたベース部２８上に設けられたガイドレール２７にスライド自在に嵌合させ、モータ（不図示）を正逆方向に回転駆動させることによって移動テーブル部６ａをＸ方向に移動（矢印ｃ）させる構成となっている。
【００２１】
ノズルストッカ２１には、後述する実装ユニット３３に装着される交換用の吸着ノズル３３ａが複数収納されている。部品回収部２２は、部品供給ステージ５から取り出された後、不良等の理由により基板２への実装が不適と判断された半導体チップ３ａを廃棄回収する機能を有している。較正基準マーク２３は、Ｘ軸移動機構２０を継続して駆動する際に熱伸縮によって生じる機構的な位置誤差を、上方に配設された第２認識カメラ１０Ｂによって撮像して較正するために設けられた基準マークである。
【００２２】
中継ステージ２４は部品供給ステージ５と基板保持ステージ７との間に設けられており、部品供給ステージ５からピックアップヘッド１７によって取り出された半導体チップ３ａが一時的に載置される。中継ステージ２４には中継位置［Ｐ２］が設定されており、第２認識カメラ１０Ｂは中継位置［Ｐ２］に対応して中継ステージ２４の上方に配置されている。Ｘ軸移動機構２０によって中継ステージ２４を移動させることにより、中継ステージ２４に載置された半導体チップ３ａを中継位置［Ｐ２］に位置させて第２認識カメラ１０Ｂによって撮像することができ、これにより中継ステージ２４に載置された半導体チップ３ａの位置が検出される。
【００２３】
部品認識カメラ２５は上方を撮像するように中継ステージ２４に隣接させて配置されている。また、中継ステージ２４と同様にＸ軸移動機構２０を駆動することにより、撮像面を部品認識位置［Ｐ３］に位置させることができる。部品認識カメラ２５は、部品供給ステージ５から実装ヘッド３１によって直接半導体チップ３ａを取り出す実装形式の場合に用いられ、部品供給ステージ５から取り出された半導体チップ３ａを下方から撮像して認識する。
【００２４】
基板保持ステージ７は、ＸＹテーブル機構５３上に基板２を保持する基板保持テーブル７ａを設けた構成となっている。基板保持ステージ７には、半導体チップ３ａを基板２に実装するための実装作業位置［Ｐ４］が設定されており、第３認識カメラ１０Ｃは実装作業位置［Ｐ４］に対応して配置されている。第３認識カメラ１０Ｃによって基板２を撮像することにより、半導体チップ３ａが実装される部品実装位置が検出される。そしてＸＹテーブル機構５３を駆動することにより、基板保持テーブル７ａは基板２とともにＸＹ方向に水平移動し（矢印ｄ）、実装作業の対象となる部品実装位置を実装作業位置［Ｐ４］に位置させることができる。上記構成において、基板保持ステージ７は半導体チップ３ａの実装対象となる基板２を保持する基板保持部となっている。
【００２５】
次に、実装ヘッド３１、塗布ヘッド３２について説明する。図２においてＹ軸フレーム８の前面には、実装ヘッド３１及び塗布ヘッド３２をＹ方向にガイドするための２条のガイドレール８ｂが設けられており、これらのガイドレール８ｂの間には実装ヘッド３１及び塗布ヘッド３２をＹ方向に駆動するためのリニアモータを構成する固定子８ｃが配設されている。ガイドレール８ｂには図示しないスライダがＹ方向にスライド自在に嵌合しており、このスライダは垂直な移動プレート３１ａ、３２ａの背面に固着されている。
【００２６】
移動プレート３１ａ、３２ａの背面には、固定子８ｃに対向してリニアモータを構成するする可動子（不図示）が配設されている。リニアモータを駆動することで、実装ヘッド３１及び塗布ヘッド３２はガイドレール８ｂによってガイドされ、それぞれＹ方向に移動する（矢印ｅ）。移動プレート３１ａ、３２ａの前面にはそれぞれ昇降機構３１ｂ、３２ｂが配設されており、昇降機構３１ｂ、３２ｂの前面には昇降プレート３１ｃ、３２ｃが垂直方向にスライド自在に配設されている。昇降機構３１ｂ、３２ｂを駆動することにより、昇降プレート３１ｃ、３２ｃはそれぞれ昇降する（矢印ｆ）。昇降プレート３１ｃの下部には、吸着ノズル３３ａが装着された実装ユニット３３が設けられており、また昇降プレート３２ｃには２基の塗布ユニット３４が装着されている。
【００２７】
実装ユニット３３は吸着ノズル３３ａによって半導体チップ３ａを吸着保持する機能を有しており、実装ヘッド３１をＹ方向に水平移動させて昇降プレート３１ｃが昇降することにより、部品供給ステージ５から供給された半導体チップ３ａを基板保持ステージ７に保持された基板２に実装する。ここでは、実装ヘッド３１による実装形態として、ピックアップヘッド１７によって部品供給ステージ５から取り出され中継ステージ２４上に載置された半導体チップ３ａを実装ユニット３３によって保持して基板２に搭載するプリセンタ実装形態と、部品供給ステージ５の半導体チップ３ａを実装ユニット３３によって直接保持して基板２に実装するダイレクト実装形態とを選択的に実行できるようになっている。
【００２８】
即ち、実装ヘッド３１はピックアップヘッド１７により中継ステージ２４に載置された半導体チップ３ａをピックアップ（吸着保持）し、若しくは部品供給ステージ５で供給される半導体チップ３ａをピックアップして、基板保持ステージ７に保持された基板２に半導体チップ３ａを実装する機能を有する。
【００２９】
塗布ヘッド３２に装着された塗布ユニット３４は、部品接着用のペーストを収納したシリンジ３４ａ及びペーストを吐出する塗布ノズル３４ｂを備えている。塗布ヘッド３２を基板保持ステージ７に保持された基板２の上方に移動させて、塗布ユニット３４による塗布動作を行わせることにより、塗布ノズル３４ｂから吐出したペーストを部品実装位置に塗布する。上記構成において、ガイドレール８ｂ、固定子８ｃ、実装ヘッド３１及び塗布ヘッド３２に備えられた可動子は、実装ヘッド３１及び塗布ヘッド３２を所定の実装作業位置まで移動させるヘッド移動機構９となっている。
【００３０】
次に、図４を参照して制御系の構成を説明する。制御部６０は機構駆動部６１を介して以下の機構部を制御する。これにより、部品供給ステージ５から半導体チップ３ａを取り出し、基板保持ステージ７に保持された基板２に実装するための各動作が実行される。まず、部品供給ステージ５、ユニット集合ステージ６、基板保持ステージ７を制御することで、部品供給ステージ５におけるＸＹテーブル機構１２やエジェクタ機構１６による部品供給動作が制御され、またユニット集合ステージ６におけるＸ軸移動機構２０の動作が制御され、さらに基板保持ステージ７におけるＸＹテーブル機構５３の動作が制御される。
【００３１】
次いで、ヘッド移動機構９、実装ヘッド３１、塗布ヘッド３２、ピックアップヘッド移動機構１９を制御することにより、部品供給ステージ５から半導体チップ３ａを取り出すピックアップ動作や、取り出された半導体チップ３ａを基板２まで移送してボンディングする実装動作が実行される。すなわちピックアップヘッド移動機構１９を制御することによりピックアップ動作が実行され、また実装ユニット３３が設けられた実装ヘッド３１をヘッド移動機構９と併せて制御することにより、半導体チップ３ａを基板２上の部品実装位置まで移送して該部品実装位置に実装する実装動作が実行される。また塗布ヘッド３２をヘッド移動機構９と併せて制御することにより、部品接着用のペーストを塗布ノズル３４ｂから吐出して基板２に供給する。
【００３２】
上述の各種動作制御に際しては、制御部６０が認識処理部６２を制御することにより、以下の各認識カメラによる撮像結果の認識処理が行われる。第１認識カメラ１０Ａによる撮像結果を認識処理することにより、部品供給ステージ５に保持された半導体ウェハ３における半導体チップ３ａの位置が検出され、この検出結果に基づいて制御部６０がＸＹテーブル機構１２を制御することにより、ピックアップ対象の半導体チップ３ａをピックアップ作業位置［Ｐ１］に正しく位置合わせすることができる。また第２認識カメラ１０Ｂによる撮像結果を認識処理することにより、中継ステージ２４に載置された半導体チップ３ａの位置が検出され、この検出結果に基づいて制御部６０が実装ヘッド３１およびＸ軸移動機構２０を制御することにより、ピックアップ対象の半導体チップ３ａに対して吸着ノズル３３ａを正しく位置合わせすることができる。
【００３３】
さらに第３認識カメラ１０Ｃによる撮像結果を認識処理することにより、基板保持テーブル７ａに保持された基板２の部品実装位置が検出され、この検出結果に基づいて制御部６０がＸＹテーブル機構５３を制御することにより、部品実装位置を実装作業位置［Ｐ４］に対して位置合わせして、吸着ノズル３３ａに保持された半導体チップ３ａを部品実装位置に正しく実装することができる。また部品認識カメラ２５による撮像結果を認識処理することで、吸着ノズル３３ａに保持された状態における半導体チップ３ａの位置が検出され、実装動作においてはこの検出結果を加味して実装時の位置補正が行われる。
【００３４】
この部品実装装置１は上記のように構成されており、以下部品実装装置１による部品実装作業について、図５を参照して説明する。部品供給ステージ５には、半導体チップ３ａがウェハシート３ｂに複数貼着された構成の半導体ウェハ３がセットされている。ピックアップ作業位置［Ｐ１］においてウェハシート３ｂの下面には、エジェクタ機構１６が当接してピックアップ動作が可能な状態となっている。また基板保持ステージ７においては、基板保持テーブル７ａに実装対象の基板２が保持されている。
【００３５】
部品実装作業が開始されると、まずピックアップ作業位置［Ｐ１］にて第１認識カメラ１０Ａによって半導体ウェハ３を撮像することにより、取り出し対象の半導体チップ３ａを認識する。そしてこの認識結果に基づいてＸＹテーブル機構１２を制御することにより、取り出し対象の半導体チップ３ａをピックアップ作業位置［Ｐ１］に正しく位置決めし、次いでピックアップヘッド１７によってこの半導体チップ３ａを取り出して中継ステージ２４に載置する（矢印ｇ）。すなわちピックアップヘッド１７は、部品供給ステージ５で供給される半導体チップ３ａをピックアップして部品供給ステージ５と基板保持ステージ７との間に設けられた中継ステージ２４に載置する機能を有する。
【００３６】
そしてピックアップヘッド１７が退去した後、中継ステージ２４に載置された半導体チップ３ａを第２認識カメラ１０Ｂによって撮像することにより、半導体チップ３ａを認識して位置ずれを検出する。この認識結果に基づいてＸ軸移動機構２０を制御することにより、中継ステージ２４に載置された半導体チップ３ａを中継位置［Ｐ２］に正しく位置決めする。なおここでは、Ｘ軸移動機構２０によってＸ方向のみの位置補正が行われ、Ｙ方向の位置補正は実装ユニット３３によって半導体チップ３ａを保持する際に行われる。
【００３７】
また実装作業位置［Ｐ４］にて第３認識カメラ１０Ｃによって基板２を撮像することにより部品実装位置を認識し、この認識結果に基づいて基板保持ステージ７のＸＹテーブル機構５３を制御することにより、実装作業の対象となる部品実装位置が実装作業位置［Ｐ４］に位置するよう基板２を位置決めする。次いで基板保持ステージ７においては、塗布ヘッド３２を基板２上に移動させ、塗布ユニット３４を基板２に対して下降させて（矢印ｈ）、塗布ノズル３４ｂからペーストを吐出させて基板２に塗布する。この後、塗布ユニット３４は待機位置に移動する。
【００３８】
次いで実装ヘッド３１を中継ステージ２４に移動させて、載置された半導体チップ３ａに対して実装ユニット３３を下降させ（矢印ｉ）、吸着ノズル３３ａによって半導体チップ３ａを吸着保持する。次いで実装ユニット３３を基板保持ステージ７の上方へ移動させ、実装作業位置［Ｐ４］にて実装ユニット３３を下降させて（矢印ｊ）半導体チップ３ａを基板２に実装する。
【００３９】
上記構成の部品実装装置１において、第１〜第３認識カメラ１０Ａ〜１０Ｃはそれぞれ撮像対象に照明光を照射する照明ユニット１１を備えているが、本部品実装装置１ではこの照明ユニット１１に特徴があり、以下その説明を行う。図１〜３において、照明ユニット１１は第１〜第３認識カメラ１０Ａ〜１０Ｃの下方であって、ピックアップヘッド１７、実装ヘッド３１及び塗布ヘッド３２の移動領域の上方に設けられている。図６は第１認識カメラ１０Ａとこの第１認識カメラ１０Ａに付属する照明ユニット１１を示している。ここでは、第１認識カメラ１０Ａに付属する照明ユニット１１について説明するが、第２、第３認識カメラ１０Ｂ，１０Ｃに付属する照明ユニット１１も同様である。
【００４０】
図６に示すように、照明ユニット１１は、Ｙ軸フレーム８上の上面に固定して設けられたベース部７１と、ベース部７１の上面に着脱自在に取り付けられた光源７０及びベース部７１内に設けられた光学系７２を有して成る。第１認識カメラ１０Ａはベース部７１の上方に設けられており、光源７０は第１認識カメラ１０Ａの前方に隣接して設けられている。光源７０は下方（ベース部７１の内部）に向けて照明光ｋを照射する。
【００４１】
光学系７２は、光源７０の下方に設けられて光源７０から照射される照明光ｋを拡散させる拡散用フレネルレンズ７３（第２のフレネルレンズ）、拡散用フレネルレンズ７３によって拡散された照明光を第１認識カメラ１０Ａの光軸ｌ側に全反射させる全反射ミラー７４、全反射ミラー７４によって全反射された照明光を平行光に変換する平行光生成用フレネルレンズ７５（第１のフレネルレンズ）、第１認識カメラ１０Ａの光軸ｌ上に配置され、平行光生成用フレネルレンズ７５によって平行光に変換された照明光を第１認識カメラ１０Ａの光軸ｌに沿った下方に反射させるとともに、撮像対象（半導体チップ３ａを含む半導体ウェハ３）において反射した照明光を光軸ｌに沿った上方に透過させるハーフミラー７６から成る。なお、第２認識カメラ１０Ｂにおける撮像対象は中継ステージ２４に載置された半導体チップ３ａであり、第３認識カメラ１０Ｃにおける撮像対象は基板保持テーブル７ａに保持された基板２である。
【００４２】
次に、光源７０から照射される照明光の進路について説明する。光源７０から照射された照明光ｋは拡散用フレネルレンズ７３に入射し、入射した照明光は拡散光となって拡散用フレネルレンズ７３の下方に配置された全反射ミラー７４に向かう。全反射ミラー７４に入射した照明光（拡散光）は、この全反射ミラー７４によって第１認識カメラ１０Ａの光軸ｌ側、即ち平行光生成用フレネルレンズ７５が配置される方向へ全反射される。
【００４３】
全反射ミラー７４によって全反射された照明光（拡散光）は平行光生成用フレネルレンズ７５に入射し、ここで平行光に変換されてハーフミラー７６に向かう。ハーフミラー７６に入射した照明光（平行光）は、当該ハーフミラー７６によって第１認識カメラ１０Ａの光軸ｌに沿った下方に反射されて半導体ウェハ３を照射する。そして、半導体ウェハ３において反射した照明光は光軸ｌに沿った上方に進行し、ハーフミラー７６を透過してその上方に配設された第１認識カメラ１０Ａに入射する。
【００４４】
上記構成の照明ユニット１１を用いることにより、次のような効果が得られる。即ち、光源７０から照射される照明光は平行光生成用フレネルレンズ７５によって平行光に変換されてハーフミラー７６に入射するので、ハーフミラー７６で反射されて撮像対象に照射される照明光は平行光となる。よって、光源７０からの距離が長い撮像対象に対して十分な光量で照射することができるとともに、撮像対象の近傍の他の機器に与える影響を抑制することができる。また、平行光に変換するレンズとして安価で厚さの薄いフレネルレンズを用いているので、装置の低廉化とコンパクト化を図ることができる。
【００４５】
特に、本実施の形態のように、ピックアップヘッド１７、実装ヘッド３１の移動領域の上方に認識カメラ（１０Ａ〜１０Ｃ）及びその照明ユニットが設けられる場合には、光源７０と撮像対象との距離（図３に示すＬ１，Ｌ２，Ｌ３）は比較的長いものとなるので、その効果は大きい。
【００４６】
また、光源７０はベース部７１に対して着脱自在であるため、ベース部７１をＹ軸フレーム８に固定させた状態のまま光源７０を取り外して容易に交換することができる。なお、光源７０としては、例えば汎用性の高いＬＥＤ照明やファイバー照明を用いることができる。
【００４７】
なお、本実施の形態における全反射ミラー７４、拡散用フレネルレンズ７３は必須のものではなく、図７（ａ）に示すように、光源７０Ａと平行光生成用フレネルレンズ７５Ａとの間に拡散用フレネルレンズ７３Ａを配置し、光源７０Ａから照射される照明光ｍを拡散用フレネルレンズ７３Ａによって拡散させて平行光生成用フレネルレンズ７５Ａに入射させる構成としてもよい。また図７（ｂ）に示すように、光源７０Ｂから照射される照明光ｎを直接平行光生成用フレネルレンズ７５Ｂに入射させ、入射した照明光を平行光に変換させる構成としてもよい。なお、撮像対象のサイズに合わせて拡散用フレネルレンズを適宜交換することで、照明範囲（平行光生成用フレネルレンズに入射させる照明光の幅）の調整を容易に行うことができ、その結果、撮像対象の所望のエリアのみに平行光を照射することができる。
【００４８】
また、本実施の形態では３つの認識カメラを備えた部品実装装置を例にしたが、何れか１つの認識カメラを備えた部品実装装置に本発明の照明ユニットを適用しても構わない。また、３つの認識カメラのうち任意に選択した認識カメラに対してのみ本発明の照明ユニットを付属させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は照射距離が長い撮像対象に対して十分な光量で照射するとともに、撮像対象の近傍の他の機器に与える影響を抑制することができるという効果を有し、部品や基板等の撮像対象を認識するカメラを備えた部品実装装置を用いて基板に部品を実装する部品実装分野において特に有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 部品実装装置
２ 基板
３ａ 半導体チップ
５ 部品供給ステージ
７ 基板保持ステージ
１７ ピックアップヘッド
２４ 中継ステージ
３１ 実装ヘッド
１０Ａ 第１認識カメラ
１０Ｂ 第２認識カメラ
１０Ｃ 第３認識カメラ
１１ 照明ユニット
７０ 光源
７３ 拡散用フレネルレンズ（第２のフレネルレンズ）
７５ 平行光生成用フレネルレンズ（第１のフレネルレンズ）
７６ ハーフミラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像対象を上方から認識する認識カメラに付属して設けられる、基板に部品を実装する部品実装装置に用いる撮像用照明ユニットであって、
照明光を照射する光源と、
前記光源から照射される照明光を平行光に変換する第１のフレネルレンズと、
前記認識カメラの光軸上に配置され、前記第１のフレネルレンズによって平行光に変換された照明光を前記認識カメラの光軸に沿った下方に反射させるとともに、前記撮像対象において反射した照明光を前記認識カメラの光軸に沿った上方に透過させるハーフミラーとを備えたことを特徴とする部品実装装置に用いる撮像用照明ユニット。
【請求項２】
前記光源と前記第１のフレネルレンズとの間に配置され、前記光源から照射される照射光を拡散させて前記第１のフレネルレンズに入射させる第２のフレネルレンズを備えたことを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置に用いる撮像用照明ユニット。
【請求項３】
部品を供給する部品供給部と、
部品の実装対象となる基板を保持する基板保持部と、
前記部品供給部で供給される部品をピックアップして前記基板保持部に保持された基板に部品を実装する実装ヘッドと、
前記部品供給部と前記基板保持部との間の前記実装ヘッドの移動領域の上方に設けられ、前記部品供給部が供給する部品又は前記基板保持部に保持された基板上の部品実装位置を撮像対象として上方から認識する認識カメラと、
前記認識カメラに付属して設けられた照明ユニットとを備え、
前記照明ユニットは、照明光を照射する光源と、前記光源から照射される照明光を平行光に変換する第１のフレネルレンズと、前記認識カメラの光軸上に配置され、前記第１のフレネルレンズによって平行光に変換された照明光を前記認識カメラの光軸に沿った下方に反射させるとともに、前記撮像対象において反射した照明光を前記認識カメラの光軸に沿った上方に透過させるハーフミラーとを備えたことを特徴とする部品実装装置。
【請求項４】
部品を供給する部品供給部と、
部品の実装対象となる基板を保持する基板保持部と、
前記部品供給部で供給される部品をピックアップして前記部品供給部と前記基板保持部との間に設けられた中継ステージに載置するピックアップヘッドと、
前記ピックアップヘッドにより前記中継ステージに載置された部品をピックアップして前記基板保持部に保持された基板に部品を実装する実装ヘッドと、
前記部品供給部と前記中継ステージとの間の前記ピックアップヘッドの移動領域の上方又は前記中継ステージと前記基板保持部との間の前記実装ヘッドの移動領域の上方に設けられ、前記部品供給部が供給する部品、前記中継ステージに載置された部品、又は前記基板保持部に保持された基板上の部品実装位置を撮像対象として上方から認識する認識カメラと、
前記認識カメラに付属して設けられた照明ユニットとを備え、
前記照明ユニットは、照明光を照射する光源と、前記光源から照射される照明光を平行光に変換する第１のフレネルレンズと、前記認識カメラの光軸上に配置され、前記第１のフレネルレンズによって平行光に変換された照明光を前記認識カメラの光軸に沿った下方に反射させるとともに、前記撮像対象において反射した照明光を前記認識カメラの光軸に沿った上方に透過させるハーフミラーとを備えたことを特徴とする部品実装装置。
【請求項５】
前記光源と前記第１のフレネルレンズとの間に配置され、前記光源から照射される照射光を拡散させて前記第１のフレネルレンズに入射させる第２のフレネルレンズを備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載の部品実装装置。
【請求項１】
撮像対象を上方から認識する認識カメラに付属して設けられる、基板に部品を実装する部品実装装置に用いる撮像用照明ユニットであって、
照明光を照射する光源と、
前記光源から照射される照明光を平行光に変換する第１のフレネルレンズと、
前記認識カメラの光軸上に配置され、前記第１のフレネルレンズによって平行光に変換された照明光を前記認識カメラの光軸に沿った下方に反射させるとともに、前記撮像対象において反射した照明光を前記認識カメラの光軸に沿った上方に透過させるハーフミラーとを備えたことを特徴とする部品実装装置に用いる撮像用照明ユニット。
【請求項２】
前記光源と前記第１のフレネルレンズとの間に配置され、前記光源から照射される照射光を拡散させて前記第１のフレネルレンズに入射させる第２のフレネルレンズを備えたことを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置に用いる撮像用照明ユニット。
【請求項３】
部品を供給する部品供給部と、
部品の実装対象となる基板を保持する基板保持部と、
前記部品供給部で供給される部品をピックアップして前記基板保持部に保持された基板に部品を実装する実装ヘッドと、
前記部品供給部と前記基板保持部との間の前記実装ヘッドの移動領域の上方に設けられ、前記部品供給部が供給する部品又は前記基板保持部に保持された基板上の部品実装位置を撮像対象として上方から認識する認識カメラと、
前記認識カメラに付属して設けられた照明ユニットとを備え、
前記照明ユニットは、照明光を照射する光源と、前記光源から照射される照明光を平行光に変換する第１のフレネルレンズと、前記認識カメラの光軸上に配置され、前記第１のフレネルレンズによって平行光に変換された照明光を前記認識カメラの光軸に沿った下方に反射させるとともに、前記撮像対象において反射した照明光を前記認識カメラの光軸に沿った上方に透過させるハーフミラーとを備えたことを特徴とする部品実装装置。
【請求項４】
部品を供給する部品供給部と、
部品の実装対象となる基板を保持する基板保持部と、
前記部品供給部で供給される部品をピックアップして前記部品供給部と前記基板保持部との間に設けられた中継ステージに載置するピックアップヘッドと、
前記ピックアップヘッドにより前記中継ステージに載置された部品をピックアップして前記基板保持部に保持された基板に部品を実装する実装ヘッドと、
前記部品供給部と前記中継ステージとの間の前記ピックアップヘッドの移動領域の上方又は前記中継ステージと前記基板保持部との間の前記実装ヘッドの移動領域の上方に設けられ、前記部品供給部が供給する部品、前記中継ステージに載置された部品、又は前記基板保持部に保持された基板上の部品実装位置を撮像対象として上方から認識する認識カメラと、
前記認識カメラに付属して設けられた照明ユニットとを備え、
前記照明ユニットは、照明光を照射する光源と、前記光源から照射される照明光を平行光に変換する第１のフレネルレンズと、前記認識カメラの光軸上に配置され、前記第１のフレネルレンズによって平行光に変換された照明光を前記認識カメラの光軸に沿った下方に反射させるとともに、前記撮像対象において反射した照明光を前記認識カメラの光軸に沿った上方に透過させるハーフミラーとを備えたことを特徴とする部品実装装置。
【請求項５】
前記光源と前記第１のフレネルレンズとの間に配置され、前記光源から照射される照射光を拡散させて前記第１のフレネルレンズに入射させる第２のフレネルレンズを備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載の部品実装装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−９２６６１（Ｐ２０１３−９２６６１Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３４８８４（Ｐ２０１１−２３４８８４）
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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