JP2014116467A - 認識装置、認識方法、実装装置及び実装方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】認識対象の配置と複数の撮像画素との対応関係が特定の条件を満たす場合に生じる位置認識精度の低下を避けることができる認識装置を提供する。
【解決手段】本発明の認識装置は、撮像倍率を変化可能なズームレンズ33と、複数の撮像画素を有し、所定の間隔で配列されたバンプを有するICチップ4を、ズームレンズ33を介して撮像するチップカメラ2と、複数のバンプの配列間隔を表す情報を少なくとも含むICチップ4の形状情報を記憶した記憶部と、撮像画素に応じた長さと記憶部に記憶されている配列間隔を表す情報とに基づいてズームレンズ33の撮像倍率を調整し、かつ、チップカメラ2が撮像した画像中の複数の画素値に基づいてバンプの位置を認識する信号処理部1とを備えている。
【選択図】図1
【解決手段】本発明の認識装置は、撮像倍率を変化可能なズームレンズ33と、複数の撮像画素を有し、所定の間隔で配列されたバンプを有するICチップ4を、ズームレンズ33を介して撮像するチップカメラ2と、複数のバンプの配列間隔を表す情報を少なくとも含むICチップ4の形状情報を記憶した記憶部と、撮像画素に応じた長さと記憶部に記憶されている配列間隔を表す情報とに基づいてズームレンズ33の撮像倍率を調整し、かつ、チップカメラ2が撮像した画像中の複数の画素値に基づいてバンプの位置を認識する信号処理部1とを備えている。
【選択図】図1
Description
本発明は、認識装置、認識方法、実装装置及び実装方法に関する。
特許文献1に記載されているように、半導体チップを回路基板に実装する際には、回路基板へ向けて搬送中の半導体チップの把持姿勢を認識することが行われている。特許文献1に記載されている認識装置では、ボールグリッドアレイ型のパッケージの底面を撮像し、はんだボールの像の傾きを求めることでパッケージの姿勢が認識される。その際、画像中のはんだボールの複数の重心位置から最小二乗法による直線フィッティングによって半導体チップの位置が推定される。
また、特許文献2には、半導体チップが有する複数のはんだバンプに対する位置認識において、撮像画像中のコントラスト(明暗差)を強めることで認識精度の向上が図れることが示されている。
また、特許文献3には、周期性のあるパターンの検査対象物に対してレンズ倍率を微調整する構成が示されている。
特許文献1、特許文献2等に記載されている認識装置では、複数の撮像画素を有する撮像センサを用いて半導体チップが撮像される。そして、撮像画像に含まれているはんだバンプ等の半導体チップ上の複数の形成物を対象として認識処理が行われる。半導体チップに形成されるはんだバンプのような接続部は狭小化が進められてきている。仮に撮像センサの画素数が同じであるとすると、狭小化が進むことで、はんだバンプ1個あたり、あるいは、はんだバンプ間の各ピッチあたりに割り当てられる画素数は減少する。この場合、解像度の低下によって次のような課題が発生することが考えられる。
すなわち、はんだバンプの配置と画像サンプリングとが一致した場合に、一致しない場合と比べて位置認識精度が低下することがあるという課題が発生する。ここで、はんだバンプの配置と画像サンプリングとが一致した場合とは、はんだバンプの配列の各ピッチに対応する撮像画素の画素数が常に一定となることを意味する。このような場合には、次のような現象が考えられる。前提として、画素値がピークとなる位置は、はんだバンプの中心位置(頂点位置等)に対応することとする。また、はんだバンプの中心位置付近では、平均して2個の画素がピーク値(またはそれに近い値)をとるものとする。この場合に、はんだバンプの配置と画像サンプリングとが一致していると、複数のはんだバンプに対して、常に(すなわち同じ繰り返しで常に)2個の画素がピーク値付近の値をとるという可能性がある。一方、はんだバンプの配置と画像サンプリングとが不一致の場合、複数のはんだバンプに対して、例えば1個〜3個の画素がピーク値をとるというように、はんだバンプ毎にばらつきが生じる可能性が高い。この場合、位置認識における誤差は、はんだバンプの配置と画像サンプリングとが一致しているときには2画素以内、不一致のときには1〜3画素以内ということになる。ここで、例えば、誤差が1画素以内のはんだバンプが複数あれば、各はんだバンプの位置や向きのずれを高精度で推定することが可能となる。つまり、この例においては、はんだバンプの配置と画像サンプリングとが一致した場合に、不一致である場合よりも位置認識精度が低下するときがあることになる。
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、認識対象の配置と複数の撮像画素との対応関係が特定の条件を満たす場合に生じる位置認識精度の低下を避けることができる認識装置、認識方法、実装装置及び実装方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の認識装置は、撮像倍率を変化可能な撮像倍率調整部と、複数の撮像画素を有し、所定の間隔で配列された複数の第1認識対象を有する認識対象物を、前記撮像倍率調整部を介して撮像する撮像部と、複数の前記第1認識対象の配列間隔を表す情報を少なくとも含む前記認識対象物の形状情報を記憶した記憶部と、前記撮像画素に応じた長さと前記記憶部に記憶されている前記配列間隔を表す情報とに基づいて前記撮像倍率調整部の撮像倍率を調整し、かつ、前記撮像部が撮像した画像中の複数の画素値に基づいて前記第1認識対象の位置を認識する信号処理部とを備えることを特徴とする。
また、本発明の他の認識装置は、前記撮像部が撮像した画像中で前記配列間隔と前記撮像画素に応じた長さを整数倍したものとが非対応となるように、前記信号処理部が、前記撮像倍率調整部の撮像倍率を調整することを特徴とする。
また、本発明の実装装置は、前記認識対象物が半導体チップであり、前記信号処理部による認識結果に基づいて前記認識対象物の位置や角度に係る所定の補正制御を行って前記認識対象物を所定の回路基板に実装することを特徴とする。
また、本発明の認識方法は、撮像倍率を変化可能な撮像倍率調整部と、複数の撮像画素を有し、所定の間隔で配列された複数の第1認識対象を有する認識対象物を、前記撮像倍率調整部を介して撮像する撮像部と、複数の前記第1認識対象の配列間隔を表す情報を少なくとも含む前記認識対象物の形状情報を記憶した記憶部とを用い、前記撮像画素に応じた長さと前記記憶部に記憶されている前記配列間隔を表す情報とに基づいて前記撮像倍率調整部の撮像倍率を調整し、かつ、前記撮像部が撮像した画像中の複数の画素値に基づいて前記第1認識対象の位置を認識することを特徴とする。
また、本発明の他の認識方法は、前記撮像部が撮像した画像中で前記配列間隔と前記撮像画素に応じた長さを整数倍したものとが非対応となるように、前記撮像倍率調整部の撮像倍率を調整することを特徴とする。
また、本発明の実装方法は、前記認識対象物が半導体チップであり、前記認識結果に基づいて前記認識対象物の位置や角度に係る所定の補正制御を行って前記認識対象物を所定の回路基板に実装することを特徴とする。
本発明によれば、認識対象の配置と画像サンプリングとが一致するような形状を有する認識対象物に対しては、撮像倍率を調整することで、認識対象の配置と画像サンプリングとを不一致とすることができる。よって、特定の条件において発生するような位置認識精度の低下を容易に避けることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態としての実装装置100(認識装置)の構成例を説明するための模式図である。図1に示した実装装置100は、ICチップ4(半導体チップ)を回路基板8に実装するための装置である。実装装置100は、信号処理部1、チップカメラ2、ズームレンズ33、移動部6、モーションコントローラ61、基板ステージ7、固定台7a、プレースカメラ10等を備えている。
信号処理部1は、チップカメラ2及びプレースカメラ10から取得した各画像信号に対して所定の認識処理を行い、その認識処理の結果やICチップ4や回路基板8の設計情報等に応じてモーションコントローラ61等を制御する。この信号処理部1は、ケーブル41を介してモーションコントローラ61と接続されている。また、信号処理部1は、ケーブル42を介してチップカメラ2と接続されている。また、信号処理部1は、ケーブル43を介してプレースカメラ10と接続されている。そして、信号処理部1は、ケーブル44を介してズームレンズ33と接続されている。
モーションコントローラ61は、モータ等を用いた駆動機構を有して構成されていて、信号処理部1の指示に従って、移動部6を矢印または丸印で示したXYZの各軸方向に移動させるとともに、XY平面上で向きθを変化させる。また、すなわち、移動部6は、図に向かって奥行前後方向(X方向)、左右方向(Y方向)、上下方向(Z方向)に所定の長さ移動可能であるとともに、吸着ヘッド5の向きθを所定の角度の範囲で変化させることが可能である。なお、X軸の正の向きは奥から手前への向きであり、Y及びZ軸の正の向きは矢印の向きである。
移動部6は、先端部に吸着ヘッド5を有して構成されている。吸着ヘッド5は、IC(Integrated Circuit)チップ4を吸着する。図1では、1つの移動部6の、チップカセット3からICチップ4を吸着して持ち上げた状態(左側の移動部6)、チップカメラ2の上を通過している状態(中央の移動部6)、及び、回路基板8上に移動した状態(右側の移動部6)を同時に示している。チップカセット3、チップカメラ2、回路基板8、プレースカメラ10等は、図1に示したような位置関係を有して配置されている。
吸着ヘッド5は、例えば多孔質金属からなる吸着面5aを有して構成されている。吸着ヘッド5は、負圧を利用して吸着面5aにICチップ4を付着する。また、吸着ヘッド5は、回路基板8にICチップ4を載せた状態で加熱され、ICチップ4が有する複数の半田バンプを回路基板8上の所定の接点に熱圧着する。なお、吸着面5aには、ICチップ4の付着状態を認識する際の基準となるマークが記されている。
チップカセット3は、複数のICチップ4を収納する容器である。チップカセット3は、上面(すなわちZ軸上向き)が開放されている。
ICチップ4は、半導体集積回路チップである。本実施形態において、ICチップ4は、いわゆるWLCSP(Wafer Level Chip Size(またはScale) Package)と呼ばれる構造を有している。ICチップ4の裏面(図の下向きの面、すなわち吸着ヘッド5が付着する面の反対側の面)には、複数の半田バンプが形成されている。ICチップ4は、チップカセット3に収納された状態から、吸着ヘッド5に吸着され、Z方向上側に向かって持ち上げられる。そして、ICチップ4は、その状態で、チップカメラ2の上部を通過した後、回路基板8の上部へと搬送される。
回路基板8は、基板ステージ7上に載せられている。基板ステージ7は、固定台7aにXY方向に微調整可能に支持されている。
プレースカメラ10は、回路基板8を撮像するカメラである。信号処理部1は、プレースカメラ10から取得した画像信号に基づき、ICチップ4との接続部周辺に対する位置認識処理等を行って、回路基板8の所定の基準からの位置ずれや角度ずれ量を算出する。
チップカメラ2は、吸着ヘッド5に付着されて移動中のICチップ4の画像を撮像し、撮像した画像信号を信号処理部1に対して出力する。このチップカメラ2は、チップカセット3の設置場所と回路基板8の設置場所との間の所定の位置に設けられている。チップカメラ2は、ズームレンズ33を介して、ICチップ4の裏面を撮像する。ズームレンズ33は、複数のレンズとレンズの移動機構とを有し、レンズ群の焦点距離を一定の範囲で任意に変化させることができ、かつ焦点面を移動させない(すなわちピントをずらさない)レンズ群である。ズームレンズ33は焦点距離を外部から入力された所定の制御信号に応じて可変する。信号処理部1は、所定の制御信号をケーブル44を介して送信することでこのズームレンズ33の焦点距離(すなわちチップカメラ2の撮像倍率)を変化させる。図2は、チップカメラ2、ズームレンズ33及びICチップ4の位置関係を模式的に示した斜視図である。なお、図1、図2等の各図面において同一の構成には同一の符号を用いている。また、図2に示したXYZの各矢印の方向が、図1に示したXYZの各軸の方向に対応している。なお、図1及び図2では、チップカメラ2とズームレンズ33とを分離した形で示しているが、チップカメラ2とズームレンズ33とは一体として構成されていてもよい。
チップカメラ2は、ラインセンサ21を有して構成されている。ラインセンサ21は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)、CCD(Conference of Committee on Disarmament)等の固体撮像素子からなる複数の撮像画素を一列、あるいは露光時間を確保するために複数列で配列することで構成されている。チップカメラ2は、ラインセンサ21を構成する各画素への入射光を光電変換した電気信号の大きさを表す値である各画素値を、所定周期で繰り返し出力する。また、このラインセンサ21は、モノクロの多値階調(すなわちグレースケール)の画像信号を出力する。したがって、ラインセンサ21が出力する各画素の画素値は、輝度値を表している。本実施形態では、ICチップ4がその裏面、すなわち複数のバンプ4aが配列して形成されている面を下方(つまりチップカメラ2側)に向けた状態で、吸着ヘッド5の吸着面5aに吸着されている。チップカメラ2は、図2にICチップ移動方向として矢印で示した方向(つまりY方向)に所定速度でICチップ4が移動している状態で、ラインセンサ21の各画素の出力を所定周期で繰り返し複数回出力する。
図3に、チップカメラ2による撮像画像200の一例を模式的に示した。図3では、図1に示したXYZの各軸の方向が、XYの各矢印及びZの丸印で示した方向に対応している。なお、図3で各軸の正の向きは、XYが矢印の向き、Zが手前から奥への向きである。図3に示した例では、撮像画像200が、ICチップ4の裏面全面の画像と、吸着面5aほぼ全面の画像とを含んでいる。また、1対の記号5bと、基準領域を表す線5cとは、吸着面5a上に実際に描かれているマークである。これらのマークが、ICチップ4の付着状態を認識する際の基準となるマークである。ただし、記号5bと、基準線5cとは、必ずしも両方を設ける必要はない。なお、図3に示した例では、ICチップ4が、XY方向に等間隔で配列された複数のバンプ4aを有している。
次に、図4を参照して、ズームレンズ33の作用等について説明する。図4は、図3に示したICチップ4の裏面の一部の領域201及び202を、ラインカメラ2で撮像した画像について説明するための模式図である。図4(a)〜(c)はある撮像倍率Aで撮像した画像に関する模式図であり、図4(d)〜(f)は他の撮像倍率B(ただしB<A)で撮像した画像に関する模式図である。図4(a)は、図3で破線で示した領域201をXY方向にそれぞれ6画素の合計36画素で撮像した場合の、領域201内の4個のバンプ4aと各画素Pxとの対応関係を模式的に示した図である。図4(b)は、図4(a)に示した各画素Pxの画素値を模式的に示した図である。網掛けして示した4隅の各4個の画素Pxの画素値が他の画素Pxの画素値(白抜きで示した画素)よりも大きいことを示している。そして、図4(c)は、図4(b)の下から2行目の6個の画素Pxの画素値Gを模式的に示した図である。
一方、図4(d)は、図3で鎖線で示した領域202をXY方向にそれぞれ6画素の合計36画素で撮像した場合の、領域202内の4個のバンプ4aと各画素Pxとの対応関係を模式的に示した図である。なお、図4(d)では、領域201と領域202の広さの差(ここで、領域201の広さ<領域202の広さ)に対応させて、各画素のサイズを大きく示している(つまり画素毎の撮像領域の広さは図4(a)よりも図4(d)の方が広くなっている)。図4(e)は、図4(d)に示した各画素Pxの画素値を模式的に示した図である。右上がりの斜線で網掛けして示した合計9個の画素Pxの画素値が他の画素Pxの画素値よりも大きいことを示している。また合計11個の白抜きで示した画素Pxの画素値が最も低く、右下がりの斜線で網掛けして示した合計16個の画素Pxの画素値がそれらの間の画素値を有している。そして、図4(f)は、図4(e)の下から2行目の6個の画素Pxの画素値Gを模式的に示した図である。
図4(a)〜(c)に示した場合は、はんだバンプ4aの配置と画像サンプリングとが一致した場合である。すなわち、X方向について、はんだバンプ4a間のピッチPitchXは、撮像画素Pxの大きさPixSizeXの4個分に一致している。同様に、Y方向について、はんだバンプ4a間のピッチPitchYは、撮像画素Pxの大きさPixSizeYの4個分に一致している。この場合、各画素Pxの画素値は、例えば図4(c)に示すように、異なるバンプ4aに対しても繰り返し同一の値を有している。すなわち、この場合、右側のバンプ4aに対応する2個の画素の画素値Gと、左側のバンプ4aに対応する2個の画素の画素値Gは同一の値である。
一方、図4(d)〜(f)に示した場合は、はんだバンプ4aの配置と画像サンプリングとが不一致の場合である。すなわち、X方向について、はんだバンプ4a間のピッチPitchXは、撮像画素Pxの大きさPixSizeXaを整数倍した長さに一致していない。同様に、Y方向について、はんだバンプ4a間のピッチPitchYは、撮像画素Pxの大きさPixSizeYaを整数倍した長さに一致していない。この場合、各画素Pxの画素値は、例えば図4(f)に示すように、異なるバンプ4aに対しても異なる変化を有する値を示している。この場合、右側のバンプ4aに対応する画素値Gの最大値が左側のバンプ4aに対応する画素値Gの最大値よりも大きな値である。また、図4(c)と比べると、各バンプ4aに対応する画素値のばらつきが図4(f)の方は大きくなっている。この場合、本発明の課題について説明した場合と同様の現象が確認されている。すなわち、図4(f)の画素値の変化の方が、図4(c)と比べて、位置認識精度を向上させられるという可能性を含んでいる。
そこで、本実施形態において、信号処理部1は、撮像画素Pxに応じた長さ(PixSizeX若しくはPixSizeXa又はPixSizeY若しくはPixSizeYa)と信号処理部1内部の所定の記憶部に記憶されているバンプ4aの配列間隔(PitchX又はPitchY)を表す情報とに基づいて、バンプ4aの配置と画像サンプリングとが不一致となるように、ズームレンズ33の焦点距離、すなわちチップカメラ2の撮像倍率を調整する。
次に、図5を参照して、図1を参照して説明した実装装置100の制御動作に係る内部構成例について説明する。信号処理部1は、ホストコンピュータ11、入力部12、出力部13及び記憶部14を有している。ホストコンピュータ11は、メインメモリ11aを含み、メインメモリ11aには画像メモリ11bを含んでいる。ホストコンピュータ11は、CPU(Central Processing Unit)を内部に有し、記憶部14等に格納されている所定のプログラムを実行することで各部を制御する。入力部12は、プレースカメラ10及びチップカメラ2から、ホストコンピュータ11へ信号を入力するためのインターフェースである。入力部12へは、プレースカメラ10及びチップカメラ2から、撮像した画像を表す画像データが入力される。
出力部13は、モーションコントローラ61及びズームレンズ33へ、ホストコンピュータ11から信号を出力するためのインターフェースである。出力部13からは、モーションコントローラ61に対して移動部6の位置ずれ及び角度ずれを補正制御するための補正量を表す情報(ΔX、ΔY及びΔθに対応した補正量(あるいはそれを指示する信号))が出力される。また、出力部13からは、ズームレンズ33の焦点距離を変化させるための信号が出力される。
ここで図3を参照して位置ずれ及び角度ずれを補正するための補正量を表す情報ΔX、ΔY及びΔθについて説明する。図3において、基準点P0は、吸着ヘッド5のθ方向の回転中心に対応する点である。吸着面5a上の基準記号5bや基準線5cに基づいて基準点P0の座標値を算出することができる。中心点PcはICチップ4の中心点(あるいは重心点)に対応する点である。中心点Pcの座標は、チップカメラ2の撮像画像から認識した複数のバンプ4aの各座標値と、ICチップ4の設計値(あるいは基準となる他のICチップ4の実測値)とに基づいて算出することができる。ΔXは、基準点P0と中心点PcのX方向のずれ量を表す。ΔYは、基準点P0と中心点PcのY方向のずれ量を表す。ΔXとΔYは、基準点P0と中心点Pcの各座標値の偏差として算出される。そして、Δθは、ICチップ4の基準とする向きと、実際の向きとの差分として算出される。Δθは、チップカメラ2の撮像画像から認識した複数のバンプ4aの各座標値と、各バンプ4aの座標及び配列関係の設計値(あるいは基準となる他のICチップ4の実測値)とに基づいて算出することができる。
図5において、記憶部14は、例えば不揮発メモリであり、チップカセット3、ICチップ4、回路基板8等の設計情報14aと、図4を参照して説明したズームレンズ33の焦点距離を指示する際に用いられる情報である焦点距離制御情報14cとを記憶している。この焦点距離制御情報14cは、例えば、ICチップ4の識別番号と、チップカメラ2の仕様を表す情報と、設定する焦点距離との対応関係を記憶したテーブルとして構成されている。
なお、図1には示していないが、上記の構成のほか、信号処理部1は、例えば、プレースカメラ10やチップカメラ2へ所定の制御信号を送信するためのインターフェースや、モーションコントローラ61から所定の制御信号を受信するためのインターフェースを含んでいる。また、記憶部14は、モーションコントローラ61の制御の制御を行う際に必要な情報等も記憶している。なお、設計情報14aは、チップカセット3、ICチップ4、回路基板8等の外形、基準マーク、各接続端子等の形状や位置を表す情報、熱圧着時の設定値等を含むことができる。なお、設計情報は、図面上の設計値に限らず、例えば基準となる実際のICチップ4の実測値等であってもよい。
また、チップカメラ2は、ラインセンサ21、A/D変換器(アナログ・デジタル変換器)22及び出力部23を有している。A/D変換器22は、ラインセンサ21から出力された各画素のアナログの画素値をデジタル信号に変換する。出力部23は、A/D変換器22が出力したデジタル信号列を所定形式のデジタル画像信号に変換して出力する。この出力部23が出力した画像信号は、入力部12を介して、例えばDMA(Direct Memory Access)方式によって画像メモリ11bに直接記憶される。
次に、図6等を参照して、図1及び図5を参照して説明した実装装置100の動作例について説明する。図6は、実装装置100の動作の流れを示したフローチャートである。
ICチップ4を収容したチップカセット3や、回路基板8の所定の位置に用意するとともに、ICチップ4や回路基板8を指定する情報を図示していない所定の入力装置を介して信号処理部1に設定した後、操作者が所定の指示操作を行うと、それに従って実装装置100は動作を開始する。動作を開始すると、信号処理部1は、設定されたICチップ4を指定する情報に基づき、記憶部14に記憶されているICチップ4の設計情報14aや焦点距離制御情報14cを参照し、ズームレンズ33の焦点距離を所定の値に設定することで、チップカメラ2の撮像倍率を微調整する(ステップS100)。
ステップS100でのチップカメラの撮像倍率を微調整は、同一のICチップ4の実装処理を連続して複数回行う場合には、最初のICチップ4に対して1回行うだけでよい。また、撮像倍率の微調整量は、例えば次の計算結果に基づいて設定することができる。
すなわち、図4を参照して説明すると、微調整後の画素PxのX方向の大きさPixSizeXa及びY方向の大きさPixSizeYaは、はんだバンプ4a間のX方向のピッチPitchXとY方向のピッチPitchYと、バンプ4aのピッチが画素サイズの整数倍となる場合の倍率である所定の基準倍率における画素PxのX方向の大きさPixSizeX及びY方向の大きさPixSizeYとから、下式を用いて算出することができる。ただし、撮像倍率は、X方向及びY方向で同一の値となるので、はんだバンプの配置と画像サンプリングとがX又はYの片方で一致した場合に、一致した片方の方向について微調整量を算出する。
PixSizeXa=PitchX/ax(ただし、ax=PitchX/PixSizeX−kx)
PixSizeYa=PitchY/ay(ただし、ay=PitchY/PixSizeY−ky)
ここで、PitchXの値は、PixSizeXの大きさを基準とした相対的な値とする。また、PitchYの値は、PixSizeYの大きさを基準とした相対的な値とする。kxとkyは、微調整する量を設定する定数であり、例えばバンプ4aの配列数N等に基づいて設定することができる。すなわち、例えばkx=1/Nx(NxはX方向のバンプ4aの個数)、ky=1/Ny(NyはY方向のバンプ4aの個数)とすることができる。
そして、撮像倍率の設定値は、微調整後の画素PxのX方向の大きさPixSizeXa及びY方向の大きさPixSizeYaと、基準倍率における画素PxのX方向の大きさPixSizeX及びY方向の大きさPixSizeYとから、PixSizeXa/PixSizeX(X方向の倍率)及びPixSizeYa/PixSizeY(Y方向の倍率)として決定することができる。撮像倍率の設定値は、X方向の倍率とY方向の倍率の計算値が異なる場合には、X方向又はY方向のいずれか一方の計算値を用いて調整する。あるいはラインセンサを使用する場合、X方向の計算値を撮像倍率に設定し、Y方向は撮像時の移動速度を調整することでY方向のPixSizeYを微調整すればX方向とY方向の倍率の計算値が異なる場合でも対応可能である。
図7に上式を用いた調整量の計算結果を示した。横軸がPitchX/PixSizeX(又PitchY/PixSizeY)、縦軸がPixSizeXa(又はPixSizeYa)の値である。単位は、画素サイズPixSizeX=PixSizeY=1とした場合の任意単位である。また、実線がバンプ4aの個数N=2、破線が個数N=4、鎖線が個数N=6の場合の計算値を示している。図7から、バンプの間隔がピクセルサイズに対して10倍以上あれば微調整量は5%以下で済むことがわかる。
ステップS100の処理が完了すると、次に、信号処理部1は、モーションコントローラ61に対して所定の制御信号を出力することで、移動部6をチップカセット3上で、次に吸着するICチップ4の上方へ移動する(ステップS101)。次に、信号処理部1からの指示に従い、モーションコントローラ61は、チップカセット3からICチップ4を吸着ヘッド5でピックする(ステップS102)。次に、信号処理部1からの指示に従い、モーションコントローラ61は、移動部6を基板ステージ7へ向けて移動させ始める(ステップS103)。ここで、信号処理部1からの指示に従い、チップカメラ2がICチップ4を撮像する(ステップS104)。次に、信号処理部1は、チップカメラ2の撮像画像に基づきICチップ4の位置ずれ量等を計算する(ステップS105)。
ステップS105で信号処理部1は、例えば次のようにしてICチップ4の位置ずれ量や角度ずれ量を計算する。(1)まず、信号処理部1は、予め確認されている輝度ばらつきやレンズ収差を補正するための情報を参照して、チップカメラ2で撮像された撮像画像の所定画素のグレースケール輝度やレンズ収差を補正する画像処理を実行する。ただし、この補正処理は構成によっては省略することができる。(2)次に、信号処理部1は、記憶部14から読み出したICチップ4の設計値に基づいて各バンプ4aに対応した認識対象領域を設定する。(3)次に、信号処理部1は、ステップS202で設定した認識対象領域毎に、各画素の輝度値(=画素値)から輝度値の重心位置を求める。(4)次に、信号処理部1は、各バンプ4aのX座標及びY座標に基づいてICチップ4のX方向のずれ量ΔX、Y方向のずれ量ΔY及び角度ずれ量Δθを求める。ここで、信号処理部1は、例えば、複数のバンプ4aの各X、Y座標値に基づき、最小二乗法等を用いて各バンプ4aの配列方向を推定する。次に、推定した各バンプ4aの配列方向に基づいて、ICチップ4の中心点Pcの座標を求める。また、信号処理部1は、図3を参照して説明した基準点5bや基準線5cを認識し、それに基づいて基準点P0の座標と、角度ずれ量θを求める際に基準となる方向を求める。そして、信号処理部1は、求めた各バンプ4aの配列方向、中心点Pcの座標、基準点P0の座標、基準となる方向に基づいて、X方向のずれ量ΔX、Y方向のずれ量ΔY及び角度ずれ量Δθを求める。
次に。信号処理部1は、モーションコントローラ61に所定の指示を出力し、モーションコントローラ61が、移動部6を基板ステージ7上で回路基板8のICチップ4の搭載位置上方へ移動する(ステップS106)。次に、信号処理部1の指示に従い、プレースカメラ10が回路基板8上のICチップ4の搭載領域を撮像する(ステップS107)。信号処理部1は、プレースカメラ10の撮像画像に対してICチップ4の搭載領域について、搭載位置のXY方向のずれ量や角度ずれを認識する(ステップS108)。
次に、信号処理部1は、上述したステップS105で計算したICチップ4の位置ずれ及び角度ずれ量、並びに回路基板8の搭載領域位置ずれ量に基づいて移動部6の各補正量を計算する(ステップS109)。信号処理部1は、回路基板8に対する認識結果を考慮した上で、ICチップ4の各ずれ量(ΔX、ΔY、ΔZ、Δθ)を、基準とする位置及び向きにできるだけ一致させるように、移動部6のXYZ方向の位置及び角度θを調整する際の補正量を計算する。
次に、信号処理部1は、ステップS109で求めた各補正量を指示する信号を、モーションコントローラ61に送信する(ステップS110)。
そして、モーションコントローラ61が移動部6の位置ずれや角度ずれを補正した後、移動部6が高さを下げ、ICチップ4を回路基板8の接続部に載せて、熱圧着する(ステップS111)。
以上のように、本実施形態では、実装装置100が、撮像倍率を変化可能な撮像倍率調整部としてのズームレンズ33と、複数の撮像画素を有する撮像部であって、所定の間隔で配列された複数のバンプ4a(第1認識対象)を有するICチップ4(認識対象物)をズームレンズ33を介して撮像するチップカメラ2(撮像部)とを備えている。さらに、実装装置100は、複数のバンプ4aの配列間隔を表す情報(図4のPitchX等)を少なくとも含むICチップ4の形状情報を示す設計情報14aを記憶した記憶部14を備える。さらに、実装装置100は、撮像画素に応じた長さ(図4のPixSizeX等)と記憶部14に記憶されているバンプ4aの配列間隔を表す情報とに基づいてズームレンズ33によって得られる撮像倍率を調整し、かつ、チップカメラ2が撮像した画像中の複数の画素値に基づいてバンプ4aの位置を認識する信号処理部1を備えている。ここで、信号処理部1は、チップカメラ2が撮像した画像中で配列間隔と撮像画素に応じた長さを整数倍したものとが非対応となるように撮像倍率を調整する。したがって、本実施形態によれば、認識対象の配置と画像サンプリングとが一致するような形状を有する認識対象物に対しては、撮像倍率を調整することで、認識対象の配置と画像サンプリングとを不一致とすることができる。よって、そのような条件においても位置認識精度の低下を容易に避けることができる。
なお、本実施形態では、レンズ倍率の調整機構を例えば電動ズーム等の自動調整可能な構成としているので対象とするICチップ4のレイアウトが変化しても自動で対応可能である。ただし、ズームレンズ33の焦点距離を例えば手動で設定するようにしてもよい。
なお、本実施形態と同様の効果を得る方法として、チップカメラ2に対して意図的に回転させた状態で画像を取得する方法が考えられるが、ICチップ4の搭載前後に回転軸を回転させる必要があり、ICチップ4の実装時間への影響を与えてしまう。これに対して本実施形態のように、レンズ倍率の微調整であれば処理実行前に一度だけ微調整をしておけばよく、ICチップ4の実装時間への影響はない。
なお、ズームレンズ33を構成する複数のレンズ群に軸方向によって焦点距離が異なるレンズ(例えばシリンドリカルレンズ)を含ませることで倍率調整を2次元方向に独立して行うことができるように拡張することは可能である。
また、上記の説明では、同じ間隔で並ぶバンプについて示したが必ずしも同じ間隔である必要はない。その場合の倍率調整値は、例えば、調整後の画素サイズが計算上整数ではない実数となる場合には、小数点以下の値のばらつきを目的関数としてピクセルサイズを微調整した時にばらつきが最大となるピクセルサイズを選択すればよい。
なお、上記実施形態では、認識対象をICチップ4上のはんだバンプ4aとしているが、チップカメラ2による位置認識は、例えばCSPではない他のパッケージングによる半導体チップや、他の回路搭載部品、受動部品等に対して応用することもできる。また、実装装置に限らず、例えば、チップカセット3に収納する前の段階でのバンプ4aの検査工程で用いる装置として構成することも可能である。また、チップカメラ2は、ラインセンサ21ではなく、エリアセンサを用いて構成することもできる。
1 信号処理部
2 チップカメラ(撮像部)
3 チップカセット
4 ICチップ(認識対象物)
4a バンプ(第1認識対象)
5 吸着ヘッド
6 移動部
7 基板ステージ
8 回路基板
11 ホストコンピュータ
33 ズームレンズ
61 モーションコントローラ
100 実装装置
2 チップカメラ(撮像部)
3 チップカセット
4 ICチップ(認識対象物)
4a バンプ(第1認識対象)
5 吸着ヘッド
6 移動部
7 基板ステージ
8 回路基板
11 ホストコンピュータ
33 ズームレンズ
61 モーションコントローラ
100 実装装置
Claims (6)
- 撮像倍率を変化可能な撮像倍率調整部と、
複数の撮像画素を有し、所定の間隔で配列された複数の第1認識対象を有する認識対象物を、前記撮像倍率調整部を介して撮像する撮像部と、
複数の前記第1認識対象の配列間隔を表す情報を少なくとも含む前記認識対象物の形状情報を記憶した記憶部と、
前記撮像画素に応じた長さと前記記憶部に記憶されている前記配列間隔を表す情報とに基づいて前記撮像倍率調整部の撮像倍率を調整し、かつ、前記撮像部が撮像した画像中の複数の画素値に基づいて前記第1認識対象の位置を認識する信号処理部と
を備えることを特徴とする認識装置。 - 前記撮像部が撮像した画像中で前記配列間隔と前記撮像画素に応じた長さを整数倍したものとが非対応となるように、前記信号処理部が、前記撮像倍率調整部の撮像倍率を調整する
ことを特徴とする請求項1に記載の認識装置。 - 前記認識対象物が半導体チップであり、
請求項1又は2に記載の信号処理部による認識結果に基づいて前記認識対象物の位置や角度に係る所定の補正制御を行って前記認識対象物を所定の回路基板に実装する
ことを特徴とする実装装置。 - 撮像倍率を変化可能な撮像倍率調整部と、
複数の撮像画素を有し、所定の間隔で配列された複数の第1認識対象を有する認識対象物を、前記撮像倍率調整部を介して撮像する撮像部と、
複数の前記第1認識対象の配列間隔を表す情報を少なくとも含む前記認識対象物の形状情報を記憶した記憶部と
を用い、
前記撮像画素に応じた長さと前記記憶部に記憶されている前記配列間隔を表す情報とに基づいて前記撮像倍率調整部の撮像倍率を調整し、かつ、前記撮像部が撮像した画像中の複数の画素値に基づいて前記第1認識対象の位置を認識する
ことを特徴とする認識方法。 - 前記撮像部が撮像した画像中で前記配列間隔と前記撮像画素に応じた長さを整数倍したものとが非対応となるように、前記撮像倍率調整部の撮像倍率を調整する
ことを特徴とする請求項4に記載の認識方法。 - 前記認識対象物が半導体チップであり、
請求項4又は5に記載の認識結果に基づいて前記認識対象物の位置や角度に係る所定の補正制御を行って前記認識対象物を所定の回路基板に実装する
ことを特徴とする実装方法。
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