JP2003264358A - 画像認識に用いるカメラの温度管理方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生産設備の加熱を伴う生産環境でも精度よい
認識がなされるようにする。 【解決手段】 生産設備５の加熱を伴う生産環境にある
カメラ７を生産上の取り扱い対象物２の画像認識に用い
るのに、生産時と生産中断時とにカメラ７を所定の温度
範囲に保つように温度管理することにより上記の目的を
達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像認識に用いる
カメラの温度管理方法と装置に関し、詳しくは、生産設
備の加熱を伴う生産環境でカメラを画像認識に用いるカ
メラの温度管理方法と装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、図１１、図１２に示すように回路
基板ａと半導体チップｂとの金属接合部ｄ、ｅどうしを
摩擦接合して半導体チップｂを回路基板ａに実装する部
品実装装置が知られている。このような部品実装装置で
は、回路基板ａを支持して前記接合に供する接合ステー
ジｃにヒータを設けて回路基板ａを加熱することによ
り、摩擦接合時の昇温を補助することが行なわれてい
る。例えば、回路基板ａの摩擦接合部ｄは導体ランドで
あり、半導体チップｂの金属接合部ｅはバンプである。

【０００３】これに併せ、図１１に示す部品実装装置で
は、接合ステージｃに支持されている回路基板ａの上に
カメラｆが進出して前記接合のための画像認識を行な
い、図１２に示す部品実装装置では、接合ステージｃに
支持されている回路基板ａとその上に持ち運ばれてきた
半導体チップｂとの間にカメラｇが進出して回路基板ａ
および半導体チップｂを同時に前記接合のための画像認
識を行なうようにしている。

【０００４】なお、図１１に示す部品実装装置では接合
ステージｃの上で半導体チップｂの画像認識を行なって
いない。そこで、反転機構ｊが部品供給部ｈにおける部
品供給源ｉの半導体チップｂを破線で示す下向きでピッ
クアップしてから図１１に実線で示すように上向きに反
転させて所定位置に供給し、半導体チップｂを前記接合
に供する部品取り扱い機構ｋが前記供給された半導体チ
ップｂをピックアップして回路基板ａ上へ持ち運ぶ過程
にて、別のカメラｌによる画像認識を行なうようにして
いる。図１２に示す部品実装装置も共通する部材に同一
符号を付して示すように半導体チップｂを図１１に示す
部品実装装置と同様に取り扱って前記接合に供している
が、当然のことながら図１１に示す部品実装装置のよう
な別のカメラは不要である。

【０００５】これら、カメラｆ、ｇ、ｌによる回路基板
ａ、半導体チップｂの画像認識は、それらの種類、欠け
などの欠陥、向きを含む位置などを検出することがで
き、検出された位置ずれなどの問題の解消を図って接合
を無駄や失敗なく達成することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、電子部品の微
小化、配線や実装の高密度化によって位置決めの必要精
度が勢い高まっているなか、接合位置のずれがときとし
て問題になってきている。これにつき、本発明者等が種
々に実験をし検討を重ねたところ、前記カメラｆ、ｇ、
ｌのうち、特に、カメラｆ、ｇによる回路基板ａや半導
体チップｂの位置にずれが生じていることが判明した。
これは、カメラｆ、ｇによる画像認識を加熱する接合ス
テージｃの上で行っていることにより、カメラｆ、ｇが
熱によって膨張したり収縮したりする熱変形が影響して
いると思われる。特に、カメラｆ、ｇは接合位置に位置
決めされた接合ステージｃの上に進出して用いられるも
のであることにより、カメラｆ、ｇを進退させる支持機
構ｍはカメラｆ、ｇを進出させたときその進出側への片
持ち支持状態となるので、支持機構ｍの熱変形も大きく
影響するものと見られる。

【０００７】本発明者等の実験によると、図１１に示す
部品実装装置において、途中にカメラｆのメンテナンス
による中断時間１５分を含んだ回路基板の生産における
設備内の温度は図９に破線で示すように、カメラｆの温
度は図９に斑点線で示すようにそれぞれ推移し、その時
々の認識位置のずれは▲線で示し、実相位置のずれは◆
線で示す通りであった。安定した生産中では認識位置の
ずれがほぼ１０μｍ程度であるのに対し、実相位置のず
れはほぼそれに倣うものの、認識位置よりも少し大きく
なっている。これは、実相位置のずれの原因の大半が常
温時の認識位置を基準に設定したカメラｆ、ｇの位置認
識原点に熱変形によるずれが生じていることを意味し、
加熱環境での温度に対応して認識位置ないしは実装位置
をマイナス側に補正すれば対応できることをも意味して
いる。

【０００８】また、生産の中断後、従って、生産の立ち
上げの過渡期では認識位置のずれは１μｍ程度から約６
分ほどで通常の１０μｍ程度近くになって後、変動を繰
り返しながら増大し、生産の安定時期の状態に至る。こ
の過渡期における認識位置のずれの増大はカメラｆの温
度上昇が影響していることを示している。また、実相位
置のずれは生産の開始初期から生産の安定期程度にまで
一挙に増大してしまう。これは、生産の立ち上げ過渡期
での認識位置のずれの変動が実装位置の決定に大きな混
乱を与えたことによるもので、上記のように加熱環境で
の温度に対応して認識位置ないしは実装位置をマイナス
側に補正しても対応できないことを意味する。

【０００９】また、温度の変動による支持機構を含んだ
カメラの熱変形は様々な要因が複合していて、経験的に
も温度変化に対し一定の相関性を持って捉えるのが困難
である。このため、その時々の温度に対応して認識位置
ないしは実装位置を補正し難い。

【００１０】本発明の目的は、このような新たな知見に
基づき、生産設備の加熱を伴う生産環境でも精度よい認
識がなされるようにする画像認識に用いるカメラの温度
管理方法と装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するため、本発明の画像認識に用いるカメラの温度管理
方法は、生産設備の加熱を伴う生産環境にあるカメラを
生産上の取り扱い対象物の画像認識に用いるのに、この
カメラにつき生産時の温度が非生産時のほぼ常温範囲に
まで冷却するよう温度管理することを１つの特徴とする
ものである。

【００１２】このような構成では、生産設備でカメラを
生産上の取り扱い対象物の画像認識に用いて生産をする
のに、カメラが生産設備の加熱を伴う生産環境に置かれ
る場合、メンテナンスなどによる生産中断時を含む非生
産時に前記加熱が停止されて、生産中の加熱環境部位に
生産時と非生産時とで生じる温度の大きな変化に伴いカ
メラまわりの環境温度が変動しても、前記カメラにつき
生産時の温度が非生産時のほぼ常温範囲にまで冷却する
よう温度管理するので、カメラを生産中も常温付近の所
定範囲内の温度に保つことができ、カメラに設定した常
温時の位置認識位置原点のままで、取り扱い対象物の位
置をずれなく高精度に認識することができる。

【００１３】本発明の画像認識に用いるカメラの温度管
理方法は、また、生産設備の加熱を伴う生産環境にある
カメラを生産上の取り扱い対象物の画像認識に用いるの
に、生産時と生産中断時とでカメラを所定の温度範囲に
保つように温度管理することを別の特徴とするものであ
る。

【００１４】このような構成では、生産設備でカメラを
生産上の取り扱い対象物の画像認識に用いて生産をする
のに、カメラが生産設備の加熱を伴う生産環境に置かれ
る場合、メンテナンスなどによる生産中断時を含む非生
産時に前記加熱が停止されて、生産中の加熱環境部位に
生産時と非生産時とで生じる温度の大きな変化に伴いカ
メラまわりの環境温度が変動しても、カメラの温度が生
産時、非生産時の別なく所定の範囲に保たれるので、常
温範囲を外れてはその温度状態に対応した認識位置ない
しは実装位置の補正を伴って、あるいは常温範囲では上
記のように補正を伴わないで、常温範囲で設定した認識
位置原点のままで取り扱い対象物の位置を高精度に認識
することができる。

【００１５】前記温度管理を、生産開始時および生産中
断時に、カメラを生産中のほぼ温度範囲にまで加温する
ことによって行う、さらなる構成では、カメラの温度が
生産開始の早期から、また生産中断時も、生産安定期の
温度範囲にほぼ保たれるので、カメラの温度は常温より
も高いが生産開始時に早期に立ち上がって以降、生産中
断後の生産再開時にも温度が変動せず、温度が常温より
高い分だけ認識位置ないしはそれに対する実装位置を補
正することにより、取り扱い対象物の位置を高精度に認
識することができる。

【００１６】本発明の画像認識に用いるカメラの温度管
理装置は、加熱を伴う環境部に設けられて画像認識に用
いるカメラを有した生産設備において、カメラを覆うカ
バーと、このカバー内に空気を吹き込んでカメラの温度
を調節する送風手段と、カメラの温度を検出するセンサ
と、カメラを所定の温度範囲に保つように送風手段によ
る送風状態を制御する制御手段とを備えたことを特徴と
するものである。

【００１７】このような構成では、カメラはカバーによ
って覆われているので、このカバーがカメラに対し加熱
環境からの遮熱部材となるので、生産中の加熱環境によ
るカメラの昇温を低く抑えられ、これによって、生産と
非生産との間のカメラの温度変化幅を小さくでき、その
分だけカメラの認識位置のずれ幅を小さくできる。併
せ、カメラまわりのカバーに覆われた限られた空間内に
送風手段により空気を吹き込むので、吹き込み空気がカ
メラと効率よく熱交換でき、制御手段による目標温度範
囲に向け送風手段を制御することにより、生産開始時や
生産再開時の過渡期でもカメラの温度を早期に所定の温
度範囲にし、かつ生産中はその温度範囲に保つことが自
動的に達成され、常温範囲を外れてはその温度状態に対
応した認識位置ないしは実装位置の補正を伴って、ある
いは常温範囲では上記のように補正を伴わないで、常温
範囲で設定した認識位置原点のままで取り扱い対象物の
位置を高精度に認識することができる。

【００１８】カバーが周壁の一部に開口を有し、送風手
段がカバーの開口と反対の側に送風口を有している、さ
らなる構成では、カバー内に吹き込まれる空気は、カメ
ラのカバーの開口と反対側の端から開口側の端へと流れ
てカバーの開口から外部に出るので、吹き込み空気がカ
メラのどの部分にも滞留するようなことなくスムーズに
流れてカメラとの熱交換がより促進されてカメラの温度
をより早期により変動なく所定範囲に保つことができ、
その分だけ取り扱い対象物の位置をさらに高精度に認識
することができる。

【００１９】温度調節は、冷風、温風の少なくとも１つ
によって行ない、空気の流量、圧力、空気温度の少なく
とも１つを制御して行なうことができる。また、ラバー
ヒーターによっても行える。

【００２０】生産設備が、加熱状態の接合ステージ上で
の金属接合部どうしの摩擦接合を伴って部品を回路基板
に実装する部品実装装置であり、カメラは画像認識の都
度、接合ステージの上に保持された回路基板上、または
この回路基板とこれに実装するために持ち運ばれてきた
部品との間に進入するものである、さらなる構成では、
生産設備は回路基板と部品との高精度な位置決めが要求
されるにもかかわらず、カメラが回路基板上ないしは回
路基板および部品間に進出してそれらの位置を画像認識
するものであることにより、進退機構を含む分だけ熱変
形が大きく、また複雑になりやすいものの、上記各構成
によってカメラの温度を所定の範囲内に保つことがで
き、高精度な位置認識に基づき高精度な部品実装が実現
し、さらなる部品の微小化、高密度な回路パターンおよ
び部品実装に対応することができる。

【００２１】接合ステージが、回路基板の搬入、搬出位
置と、接合位置との間を移動し、搬入された回路基板を
接合位置に移動して部品実装に供した後、搬入、搬出位
置に戻って部品実装後の回路基板を搬出することを繰り
返す、さらなる構成では、生産設備の加熱環境をなす接
合ステージの移動でカメラに対する熱影響が強弱変動し
て、生産中もカメラに温度変化をもたらしやすいが、上
記各構成によってカメラの温度を所定の範囲内に保つこ
とができ、高精度な位置認識に基づき高精度な部品実装
が実現し、さらなる部品の微小化、高密度な回路パター
ンおよび部品実装に対応することができる。

【００２２】本発明のそれ以上の目的および特徴は、以
下の詳細な説明および図面の記載によって明らかにな
る。また、本発明の各特徴は、可能な限りそれ単独で、
あるいは種々な組み合わせで複合して採用することがで
きる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る画像認識に用
いるカメラの温度管理方法と装置の実施の形態につい
て、図１〜図１０を参照しながら説明し、本発明の理解
に供する。以下の説明は本発明の具体例であって、特許
請求の範囲を限定するものではない。

【００２４】本実施の形態は図１に示すように半導体チ
ップ１と回路基板２との金属接合部３、４どうしの摩擦
接合に適用する生産設備、いわゆる図３に示すような部
品実装装置５に適用した場合の一例であり、これに限ら
れることはない。

【００２５】図１〜図３を参照して部品実装装置５は、
図示しないヒーターを有した接合ステージ６上に支持し
た回路基板２を加熱しながら、半導体チップ１との金属
接合部３、４同どうしの摩擦接合に供することにより摩
擦接合のための昇温を補助するので、この接合ステージ
６が加熱を伴う生産環境をなし、図１に示すように接合
ステージ６上に支持された回路基板２上、あるいは図２
に示すように接合ステージ６上に支持された回路基板２
およびこれの上に部品実装のために持ち運ばれてきた半
導体チップ１の間に進出してそれらの位置を画像認識す
る図１に示すカメラ７、および図２に示すカメラ８は、
前記加熱環境からの熱影響によって熱変形し、これが生
産開始時、生産中断後の生産再開時はもとより、生産安
定期でも記述したように変動し、常温状態など一定の温
度条件に対応して設定するカメラ７、８の認識原点位置
のままでは認識位置にずれが生じ、認識位置を基に半導
体チップ１および回路基板２どうしを位置決めして行う
部品実装の位置にずれが生じる。これには、温度と位置
ずれの相関牲が一定しないためにその時々の温度によっ
て認識位置ないしは実装位置を補正しても対応し切れな
い。このような問題は、例えば、半導体チップ１の電極
に金属接合部３であるバンプをワイヤの摩擦ボンディン
グ手法によって形成するのに半導体チップ１を加熱ステ
ージ上で加熱しながら行うが、このボンディング時の半
導体チップ１などの位置決めを加熱ステージ上でのカメ
ラを用いた画像認識による位置認識に基づき行うような
場合も、同様の問題が生じる。

【００２６】このように、部品実装装置５以外にも加熱
を伴う環境にてカメラを用いた画像認識を行うのにカメ
ラの熱変形が認識精度上問題になる生産設備があり、そ
れら全てに本発明を適用して有効であり、いずれの場合
も本発明の範疇に属する。

【００２７】図３に示す部品実装装置５につきさらに説
明すると、半導体チップ１などの部品を所定位置に供給
する部品供給部３１、前記金属接合によって部品を実装
する回路基板２などの実装対象物を支持し加熱しながら
部品実装位置に持ち運んで前記接合による部品実装に供
する前記接合ステージ６を含み、部品実装後の回路基板
２を他へ移す実装対象物取り扱い手段３２、所定位置に
供給される半導体チップ１をボイスコイルモータ１０に
連結した部品保持ツールの１例としての吸着ノズル２１
にてピックアップして取り扱い部品実装位置に位置決め
されている回路基板２に双方の金属接合部３、４どうし
が対向するように位置合わせして実装に供する部品取り
扱い手段３３、吸着ノズル２１を通じてこれが保持して
いる部品に前記金属接合のための超音波振動を与えるホ
ーンを利用した超音波振動手段３４、部品実装装置５の
動作制御において、特に、部品実装位置にて、接合ステ
ージ６上に支持した回路基板２の導体ランドなどの金属
接合部４に、部品取り扱い手段３３が取り扱う半導体チ
ップ１の金属接合部３を対向させるとともに、部品取り
扱い手段３３が持つ例えば２つの実装ヘッド５１、５２
における吸着ノズル２１をボイスコイルモータ１０によ
り駆動制御し金属接合部３、４どうしに加重しながら超
音波振動手段３４を働かせて、接合ステージ６からの加
熱を伴い前記金属接合部３、４どうしを接合させ、半導
体チップ１を回路基板２に実装する制御手段３５を備え
ている。

【００２８】これにより、部品供給部３１が所定位置に
供給する半導体チップ１を、部品取り扱い手段３３がそ
れの実装ヘッド５１、５２に有した吸着ノズル２１によ
ってボイスコイルモータ１０の制御手段３５による駆動
制御を伴いピックアップして持ち運び、実装対象物取り
扱い手段３２の接合ステージ６によって加熱状態で支持
して実装位置に供給し位置決めしている回路基板２との
金属接合部３、４どうしを対向させ、制御手段３５によ
り超音波振動手段３４およびボイスコイルモータ１０に
よる吸着ノズル２１の駆動制御によって金属接合部３、
４どうしを摩擦接合させて半導体チップ１を回路基板２
に自動的に実装することを高速に繰り返し行なうことが
できる。

【００２９】制御手段３５はマイクロコンピュータの制
御機能を利用したものでよいが、これに限られることは
ない。部品供給部３１はダイシングシート３６上で個々
の半導体チップ１にダイシングされた部品を多段に収容
したストッカ３７を載置して昇降させるリフタ３８を部
品供給源とし、このリフタ３８によって所定高さに位置
決めされた収納段につき、Ｙ方向に移動する出し入れ手
段３９によってダイシングシート３６を引出しエキスパ
ンド台４１でのエキスパンドに供して部品のピックアッ
プに備えたり、エキスパンド台４１上の部品ピックアッ
プ後のダイシングシート３６をストッカ３７に収納す
る。エキスパンド台４１は例えばＹ方向に移動すること
と、ピックアップ手段４２がＸ方向に移動することとに
よって、ダイシングシート３６上の所定の半導体チップ
１がピックアップ手段４２の吸着ノズル４２ａにより吸
着してピックアップされるようにする。

【００３０】ピックアップ手段４２は下向きの吸着ノズ
ル４２ａによりピックアップした半導体チップ１を上向
きに反転させて半導体チップ１の金属接合部３を有した
接合面が下向きとなるようにして所定の部品供給位置ま
でＸ方向に移動し、部品実装のためのピックアップに供
する。

【００３１】部品実装のためのピックアップは、例えば
Ｘ方向に移動する２つの部品実装ヘッド５１、５２によ
って種類別に行ない、半導体チップ１の種類にあった摩
擦接合による部品実装を行なう。この摩擦接合のために
部品実装ヘッド５１、５２は、上記した吸着ノズル２１
を支持したボイスコイルモータ１０を備えているが、そ
れぞれが取り扱う種類の半導体チップ１に対応した加重
条件に設定される。もっとも吸着ノズル２１の駆動手段
としてはボイスコイルモータ１０以外のものを採用する
こともできる。

【００３２】実装対象物取り扱い手段３２は、回路基板
２のローディング部５３とアンローディング部５４との
間に前記接合ステージ６を有している。この接合ステー
ジ６はＹ方向に移動でき、ローディング部５３から搬入
した回路基板２を実装位置まで持ち運んで前記部品実装
ヘッド５１または５２による加熱を伴う部品実装に供
し、半導体チップ１の所定の実装を終えた時点で基の位
置に復帰し、部品実装後の回路基板２をアンローディン
グ部５４に搬出し先へ搬送されるようにする。

【００３３】なお、ローディング部５３には回路基板２
を予備加熱する予備加熱ステージ５６が設けられ、アン
ローディング部５４には部品実装後の回路基板２が急に
冷えて割れなどが発生しないように温度保証を行なう保
温加熱ステージ５７が設けられている。また、部品実装
位置の近傍には部品実装位置へ進出したり後退したりす
る前記図１に示すカメラ７が設けられ、部品実装位置に
位置決めされた回路基板２上に進入して金属接合部４な
どを撮像ないしは撮影して画像による位置や欠陥の認識
に供するようにしてある。また、半導体チップ１の位置
を含む画像認識は部品取り扱い手段３３が部品供給部３
１におけるピックアップ手段４２から上下を反転した半
導体チップ１を保持して実装位置へ持ち運ぶ途中に設け
たカメラ６１によって撮影ないしは撮像して行うように
してある。

【００３４】もっとも、カメラ７、８の進退機構１１は
図１、図２に示すように、各種回路基板２の各種マー
ク、あるいは１枚の回路基板２における実装位置にも対
応した画像認識ができるように、Ｙ方向に移動するテー
ブル１１a、１２a、X方向に移動するテーブル１１b、１
２bによって直交するXY２方向に移動されるようにして
いる。なお、回路基板２の位置が認識できれば部品の各
実装位置は回路基板２上の座標位置によって特定するこ
とができ、個々の実装位置を画像認識することを省略す
ることができる。また、実装位置のカメラ７に代えて図
２に示すカメラ８を設ければ、半導体チップ１を単独で
画像認識するカメラ６１は不要になる。しかも、１つの
カメラ８による回路基板２および半導体チップ１の同時
認識は、双方に対する認識位置の原点が共通することに
なり、相互の位置関係を精度よく認識して高精度に位置
決めすることができる。これによって、微小部品、高密
度な回路パターンや実装に対応することができる。

【００３５】また、欠陥の認識は回路基板２および半導
体チップ１ともにそれ以前の段階で検査し、不良品は部
品実装に供さないようにするのが好適である。１つのカ
メラ８による回路基板２および半導体チップ１の同時認
識は、双方に対する認識の原点位置が共通することにな
り、相互の位置関係を精度よく認識して高精度に位置決
めすることができる。これによって、微小部品、高密度
な回路パターンや実装に対応することができる。

【００３６】本実施の形態は、以上のようなカメラ７ま
たは８につき、接合ステージ６、あるいはこれに予備加
熱ステージ５６、保温加熱ステージ５７などをも含む加
熱を伴う生産環境での熱変形による認識位置のずれの問
題を解消するため、カメラの温度管理の１つの方法とし
て、加熱を伴う生産環境にある前記カメラ７、８を生産
上の取り扱い対象物の一例である回路基板２、あるいは
半導体チップ１および回路基板２に対する位置認識を含
む画像認識に用いるのに、このカメラ７、８につき生産
時の温度が非生産時のほぼ常温範囲にまで冷却するよう
温度管理する。

【００３７】このように、部品実装装置５における加熱
を伴う生産環境でカメラ７、８を生産上の取り扱い対象
物である半導体チップ１の画像認識に用いて生産をする
と、カメラ７、８が部品実装装置５の加熱を伴う生産環
境に置かれるために、メンテナンスなどによる生産中断
時を含む非生産時に前記加熱が停止されて、生産中の加
熱環境部位に生産時と生産中断で代表する非生産時と
で、温度に図９の破線および斑点線で示すような大きな
変化が生じ、これに伴いカメラ７、８まわりの環境温度
が変動するが、上記のようにカメラ７、８につき生産時
の温度が非生産時のほぼ常温範囲にまで冷却するよう例
えば図９に実線で示す実験例のように温度管理すること
によって、カメラ７、８を生産中も常温付近の所定範囲
内の温度に保つことができ、カメラ７、８に設定した常
温時の位置認識位置原点のままで、回路基板２、ないし
は回路基板２および半導体チップ１の位置をずれなく高
精度に認識することができる。

【００３８】特に、部品実装装置５が上記のように、加
熱状態の接合ステージ６上での金属接合部３、４どうし
の摩擦接合を伴って半導体チップ１などを回路基板２に
実装するもので、カメラ７、８は画像認識の都度、接合
ステージ６の上に保持された回路基板２上に進入するも
のである構成を有し、回路基板２と半導体チップ１との
高精度な位置決めが要求されるにもかかわらず、カメラ
７、８が回路基板２上ないしは回路基板２および半導体
チップ１間に進出してそれらの位置を画像認識するもの
であることにより、カメラ７、８の前記進退機構１１、
１２を含む分だけ熱変形が大きく、また複雑になりやす
いものの、上記のようにカメラ７、８の温度を常温付近
の所定の範囲内に保つことができることにより、高精度
な位置認識に基づき高精度な部品実装が実現し、さらな
る部品の微小化、高密度な回路パターンおよび部品実装
に対応することができる。

【００３９】このようにカメラ７、８を常温程度に温度
管理をする冷却方法としては基本的にどのような方法を
採用してもよい。また、常温とは恒温室での生産であれ
ば恒温室の温度が常温となるなど生産設備の環境温度で
ある。原理的にはカメラ７、８を常温付近に保つように
温度管理しなくても、温度の変動を防止できれば温度に
対応した認識位置のずれ量が経験的に相関性を持って想
定できるので、その分認識位置を補正することができ
る。従って、温度管理は冷却によって行うのに限られる
ことはなく、例えば、生産開始時の生産安定期の温度に
向けた立ち上げを加熱により補助したり、生産中断中に
も生産安定期の温度を保つように加熱することによって
も対応できる。

【００４０】そこで、本実施の形態は、別の温度管理例
として、上記の例をも含んで部品実装装置５の加熱を伴
う生産環境にあるカメラ７、８を生産上の取り扱い対象
物としての回路基板２、ないしは回路基板２および半導
体チップ１の画像認識に用いるのに、生産時と生産中断
時とでカメラを所定の温度範囲に保つように温度管理す
ることも有効なものとして提供する。これにより、メン
テナンスなどによる生産中断時を含む非生産時に前記生
産上の加熱が停止されて、生産中の加熱環境部位、つま
りケーシングやカバーで覆われた装置内、より正確には
カメラ７、８を画像認識に用いる位置に、生産時と非生
産時とで生じる温度の大きな変化に伴って、カメラ７、
８まわりの環境温度が変動しても、カメラ７、８の温度
が生産時、非生産時の別なく所定の範囲に保たれるの
で、常温範囲を外れてはその温度状態に対応した認識位
置ないしは実装位置の補正を伴って、あるいは常温範囲
では上記のように補正を伴わないで、常温範囲で設定し
た認識位置原点のままで取り扱い対象物である回路基板
２や半導体チップ１などの位置を高精度に認識すること
ができる。

【００４１】ここに、カメラ７、８に対する加熱を伴う
温度管理には、生産開始時および生産中断時に、カメラ
７、８を生産中のほぼ温度範囲にまで加温することによ
って行うことが含まれる。これによりカメラ７、８の温
度が生産開始の早期から、また生産中断時も、生産安定
期の温度範囲にほぼ保たれるので、カメラ７、８の温度
は常温よりも高いが生産開始時に早期に立ち上がって以
降、生産中断後の生産再開時にも温度が変動せず、温度
が常温より高い分だけ認識位置ないしはそれに対する実
装位置を補正することにより、回路基板２や半導体チッ
プ１などの取り扱い対象物の位置を高精度に認識するこ
とができる。

【００４２】以上のような加熱を伴う生産環境での画像
認識に用いるカメラの温度管理は、必要なら図３に示す
前記したカメラ６１にも適用して有効である。

【００４３】カメラ７、８の冷却や加熱を伴う温度管理
のための温度調節は、冷風、温風の少なくとも１つによ
って行ない、空気の流量、圧力、空気温度の少なくとも
１つを制御して行なうことができ、また、既に知られる
ラバーヒーターやペルチェ素子などによっても行える。

【００４４】本実施の形態における図１に示す例および
図２に示す例のいずれも、カメラ７、８を空冷する冷却
手段６２を採用したカメラの温度管理装置である。冷却
手段６２はコンプレッサ６３などの圧縮エア源から供給
される圧縮エアを電空レギュレータ６４を介し温度コン
トローラ６５に供給して冷却に必要な温度に見合う基準
温度に調整した後、エアクーラー６６を経て所定温度の
冷却空気６８としてエア供給路６７を通じカメラ７、８
に送風するようにしてある。温度コントローラ６５の採
用によってエアクーラー６６は一定の冷却能力を持つだ
けのものでよくなるが、冷却空気の温度調節はどのよう
にしてもよい。

【００４５】図１、図２に示す温度管理装置はさらに、
カメラ７、８を覆うカバー８１を有し、このカバー８１
内に空気を吹き込んでカメラ７、８の温度を調節する送
風手段の１例としての前記冷却手段６２と、カメラ７、
８の温度を検出するセンサ６９と、カメラ７、８を所定
の温度範囲に保つように冷却手段６２による送風状態を
制御する前記制御手段３５などとを備えている。

【００４６】このようにカメラ７、８はカバー８１によ
って覆われていると、このカバー８１がカメラ７、８に
対し加熱環境からの遮熱部材となるので、生産中の加熱
環境によるカメラ７、８の昇温を低く抑えられ、これに
よって、生産と非生産との間のカメラ７、８の温度変化
幅を小さくでき、その分だけカメラ７、８の認識位置の
ずれ幅を小さくできる。従って、カバー８１やカメラ
７、８の接合ステージ６側にある支持部材などは特に断
熱部材で構成するのが好適である。

【００４７】また、カメラ７、８まわりのカバー８１に
覆われた限られた空間内に冷却手段６２により冷却空気
６８を吹き込むので、吹き込んだ冷却空気６８がカメラ
７、８と効率よく熱交換でき、制御手段３５による目標
温度範囲に向け冷却手段６２を制御することにより、生
産開始時や生産再開時の過渡期でもカメラ７、８の温度
を早期に常温の温度範囲にし、かつ生産中はその常温の
温度範囲に保つことが自動的に達成され、常温範囲で設
定した認識位置原点のままで回路基板２や半導体チップ
１などの取り扱い対象物の位置を高精度に認識すること
ができる。

【００４８】しかも、カバー８１は周壁の一部に開口８
１aを有し、冷却手段６２がカバー８１の開口８１aと反
対の側に送風口６２aを有している。これにより、カバ
ー８１内に吹き込まれる冷却空気６８は、カメラ７、８
のカバー８１の開口８１aと反対側の端から開口８１a側
の端へと流れてカバー８１の開口８１aから外部に出る
ので、吹き込んだ冷却空気６８がカメラ７、８のどの部
分にも滞留するようなことなくスムーズに流れてカメラ
７、８との熱交換がより促進されてカメラ７、８の温度
をより早期により変動なく所定範囲に保つことができ、
その分だけ取り扱い対象物の位置をさらに高精度に認識
することができる。

【００４９】本発明者等の実験によれば、図１、図２に
示す冷却手段６２の構成要素を図４に示すように制御手
段３５の出力側に接続し、入力側に接続した操作パネル
７１からの入力や初期設定、制御プログラムに従って制
御し、冷却空気６８の流量や圧力を調整したところ、カ
メラ７、８の近傍に置いた熱電対よりなるセンサ７２に
より検出されるカメラ７、８の温度変化の加速度との間
に、図５（a)（b）に示すような直線的な相関関係、図
６（a)（b）に示すような２次曲線的な相関関係、図７
（a)（b）に示すような図６とは逆向きな２次曲線的な
相関関係が得られた。

【００５０】そこで、半導体チップ１がベア半導体チッ
プであってクリーンルームで取り扱われ、２５℃程度の
恒温室とされてこれが常温と見なせるところから、冷却
空気６８の流量または圧力の設定によって、図９に示す
ように生産中に３０℃を越えるカメラ７、８の温度を３
０℃を下回って常温にほぼ近い２８、９℃程度に保つよ
うに冷却したところ、認識位置の変化は△線に示す通り
であり、プラス側およびマイナス側の両方に若干のずれ
が生じているものの、生産安定期はもちろん、生産中断
後の生産再開時においてもほぼ０に近い高精度な位置認
識ができ、◇線で示す実装位置もほぼそれに見合った高
精度な部品実装が達成され、実装位置のマイナス側への
最大ずれ量は２μｍ程度、プラス側への最大ずれ量は４
μｍ程度となった。

【００５１】図８のフローチャートで示す具体的な温度
管理の制御例につき説明すると、生産中でなければ空冷
を停止し、生産中であるとセンサ６９による温度の検出
ないしは取り込みを行い、所定の温度範囲を下回ってい
ると空冷は停止する。所定の温度範囲を越えているとそ
の時の温度変化率を見て、変化率が小であるとそれに見
合う弱レベルでの空冷を行い、変化率が中であるとそれ
に見合う中レベルでの空冷を行い、変化率が大であると
それに見合う強レベルの空冷を行うことによって、過不
足なく冷却を行い目標の温度範囲にまで無駄なく早期に
冷却する。

【００５２】図１０に示す他の例は、カメラ８を内蔵し
たカバー８１の上下両面にラバーヒーター８５を貼り付
けてある。ラバーヒーター８５は熱電対とヒータコント
ローラよりなり、電気的な制御によってカメラ８の温度
調節を自由に効率よく簡単に行える。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、生産設備でカメラを生
産上の取り扱い対象物の画像認識に用いて生産をするの
に、カメラが生産設備の加熱を伴う生産環境に置かれる
場合、メンテナンスなどによる生産中断時を含む非生産
時に前記加熱が停止されて、生産中の加熱環境部位に生
産時と非生産時とで生じる温度の大きな変化に伴いカメ
ラまわりの環境温度が変動しても、前記カメラにつき生
産時の温度が非生産時のほぼ常温範囲にまで冷却するよ
う温度管理するので、カメラを生産中も常温付近の所定
範囲内の温度に保つことができ、カメラに設定した常温
時の位置認識位置原点のままで、取り扱い対象物の位置
をずれなく高精度に認識することができる。

【００５４】また、別に、生産設備でカメラを生産上の
取り扱い対象物の画像認識に用いて生産をするのに、カ
メラが生産設備の加熱を伴う生産環境に置かれる場合、
メンテナンスなどによる生産中断時を含む非生産時に前
記加熱が停止されて、生産中の加熱環境部位に生産時と
非生産時とで生じる温度の大きな変化に伴いカメラまわ
りの環境温度が変動しても、カメラの温度が生産時、非
生産時の別なく所定の範囲に保たれるので、常温範囲を
外れてはその温度状態に対応した認識位置ないしは実装
位置の補正を伴って、あるいは常温範囲では上記のよう
に補正を伴わないで、常温範囲で設定した認識位置原点
のままで取り扱い対象物の位置を高精度に認識すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る部品実装装置での加
熱を伴う生産環境にて画像認識に用いるカメラの温度管
理方法と装置の例を示す斜視図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る部品実装装置での加
熱を伴う生産環境にて画像認識に用いるカメラの温度管
理方法と装置の別の例を示す斜視図である。

【図３】図１の装置を装備した部品実装装置を示す斜視
図である。

【図４】図３の装置の制御装置を示すブロック図であ
る。

【図５】図１、図２の装置での冷却空気の送風調節によ
って得られるカメラの温度変化加速度との１つの相関例
を示すグラフであり、その（a）は流量調節時、その
（b）は圧力調節時である。

【図６】図１、図２の装置での冷却空気の送風調節によ
って得られるカメラの温度変化加速度との別の相関例を
示すグラフであり、その（a）は流量調節時、その（b）
は圧力調節時である。

【図７】図１、図２の装置での冷却空気の送風調節によ
って得られるカメラの温度変化加速度との他の相関例を
示すグラフであり、その（a）は流量調節時、その（b）
は圧力調節時である。

【図８】図３の装置での温度管理の制御例を示すフロー
チャートである。

【図９】カメラの温度変化と認識位置および実装位置と
の関係を、本実施の形態の場合と従来の場合と比較して
示すグラフである。

【図１０】図１、図２の装置とは異なった温度調節方法
を示す斜視図である。

【図１１】従来の部品実装装置の１つの例を示す斜視図
である。

【図１２】従来の部品実装装置の今１つの例を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１ 半導体チップ ２ 回路基板 ３、４ 金属接合部 ５ 部品実装装置 ６ 接合ステージ ７、８ カメラ １１、１２ 進退機構 ２１ 吸着ノズル ３５ 制御手段 ５１、５２ 実装ヘッド ６２ 冷却手段 ６２a 送風口 ６８ 冷却空気 ７２ センサ ８１ カバー ８１a 開口 ８５ ラバーヒーター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南谷 昌三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 前 貴晴 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 小田 輝雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5E319 CC12 CD31 CD53 GG15 5F044 PP17

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生産設備の加熱を伴う生産環境にあるカ
   メラを生産上の取り扱い対象物の画像認識に用いるの
   に、このカメラにつき生産時の温度が非生産時のほぼ常
   温範囲にまで冷却するよう温度管理することを特徴とす
   る画像認識に用いるカメラの温度管理方法。
2. 【請求項２】 生産設備の加熱を伴う生産環境にあるカ
   メラを生産上の取り扱い対象物の画像認識に用いるの
   に、生産時と生産中断時とにカメラを所定の温度範囲に
   保つように温度管理することを特徴とする画像認識に用
   いるカメラの温度管理方法。
3. 【請求項３】 温度管理は、生産開始時および生産中断
   時に、カメラを生産中のほぼ温度範囲にまで加温する請
   求項１に記載の画像認識に用いるカメラの温度管理方
   法。
4. 【請求項４】 加熱を伴う環境部に設けられて画像認識
   に用いるカメラを有した生産設備において、 カメラを覆うカバーと、このカバー内に空気を吹き込ん
   でカメラの温度を調節する送風手段と、カメラの温度を
   検出するセンサと、カメラを所定の温度範囲に保つよう
   に送風手段による送風状態を制御する制御手段とを備え
   たことを特徴とする画像認識に用いるカメラの温度管理
   装置。
5. 【請求項５】 カバーは周壁の一部に開口を有し、送風
   手段はカバーの開口と反対の側に送風口を有している請
   求項４に記載の画像認識に用いるカメラの温度管理装
   置。
6. 【請求項６】 温度調節は、冷風、温風の少なくとも１
   つによって行ない、空気の流量、圧力、空気温度の少な
   くとも１つを制御して行なう請求項４、５のいずれか１
   項に記載の画像認識に用いるカメラの温度管理装置。
7. 【請求項７】 生産設備は、加熱状態の接合ステージ上
   での金属接合部どうしの摩擦接合を伴って部品を回路基
   板に実装する部品実装装置であり、カメラは画像認識の
   都度、接合ステージの上に保持された回路基板上、また
   はこの回路基板とこれに実装するために持ち運ばれてき
   た部品との間に進入する請求項４〜６のいずれか１項に
   記載の画像認識に用いるカメラの温度管理装置。
8. 【請求項８】 接合ステージは、回路基板の搬入、搬出
   位置と、接合位置との間を移動し、搬入された回路基板
   を接合位置に移動して部品実装に供した後、搬入、搬出
   位置に戻って部品実装後の回路基板を搬出することを繰
   り返す請求項７に記載の画像認識に用いるカメラの温度
   管理装置。
9. 【請求項９】 画像認識は、回路基板または、回路基板
   と部品との位置につき行なう請求項４〜８のいずれか１
   項に記載の画像認識に用いるカメラの温度管理装置。