JP4790246B2 - 撮像装置及び電子部品の基板実装装置 - Google Patents

Description

本発明は、フリップチップ型の電子部品を基板に実装する際に好適な撮像装置及び電子部品の基板実装装置に関する。

電子部品を基板に実装する基板実装装置には、電子部品を基板に実装する直前に、基板と電子部品とを対向させた状態で、基板と電子部品の位置ずれを検出するため、位置ずれ検出装置が設けられているのが一般的である。

従来の位置ずれ検出装置の中には、カメラによる撮像装置を用いたものがあった。この撮像装置は、光入射孔が円周上の１８０度離れた位置に２個配置されると共に、光入射孔から入射された光が９０度屈折されて光出射孔から出射されるプリズムと、レンズと、カメラと、これらの部材を同一の光軸上に配置した状態で支持するベースとを備えていた。

この撮像装置は、プリズムの２個の光入射孔からタイミングをずらして入射された基板及び電子部品の画像をそれぞれカメラで撮像し、これらの撮像データを比較して基板と電子部品との位置ずれを検出するように構成されていた。
特開平１０−２２３０８号公報

しかしながら、従来の撮像装置は、プリズムの光入射孔が接近して配置される被撮像物或いはカメラから発生する熱によって、各部が変形し、撮像精度が低下するという問題があった。

また、従来の撮像装置を位置ずれ検出手段として用いた基板実装装置では、上記のように撮像装置の撮像精度が低いことから、基板と電子部品との位置ずれ検出精度が低く、製品の品質が低下するおそれがあった。

本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、被撮像物又はカメラの温度が高い場合でも、各部の熱変形を抑制でき、これにより撮像精度の向上を図ることができる撮像装置、及び基板と電子部品との位置ずれを高精度に検出できる電子部品の基板実装装置の提供を課題とする。

本発明は、前記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
（１）すなわち、本発明の撮像装置は、
被撮像物からの光が入射する光入射孔及び前記光を屈折させて出射する光出射孔を有するプリズムと、前記プリズムの前記光出射孔側に配置されるレンズと、前記レンズにおける前記プリズムとの反対側に配置されたカメラと、前記プリズム、前記レンズ及び前記カメラを支持するベースとを備え、前記プリズムにおける前記光出射孔、前記レンズ及び前記カメラが同一の光軸上に配置された撮像装置において、前記プリズムは、断熱材を介してベースに支持され、前記光入射孔を含む一部が前記光軸方向に前記ベースより突出し、前記プリズム及び前記レンズ間は、隙間が設けられていることを特徴とする撮像装置。

上記のベースは、インバー材（Ｎｉ系合金）など線膨張係数の低い材料を使用することで更なる撮像精度の向上が可能となる。

本発明では、プリズムとレンズ間、レンズとカメラ間のうち、一方又は両方が互いに分離されているので、分離されているプリズムとレンズ間、又は分離されているレンズとカメラ間における熱の伝達を抑制できる。

従って、被撮像物が高温の場合に、被撮像物に接近して配置されるプリズムが高温になったとしても、このプリズムからレンズ及びカメラに伝わる熱量を抑制でき、且つ迅速に熱飽和させることができるので、各部の熱変形を抑制できる。これにより、撮像精度を上げることができる。

また、カメラが発熱する場合には、カメラからレンズ及びプリズムに伝わる熱量を抑制できるので、この場合も撮像精度を上げることができる。

(２)前記レンズは、断熱材を介してベースで支持される保持部材によって保持されることを特徴とする。

（３）前記レンズは筒状であり、レンズの一端部は、前記プリズムの前記光出射孔に挿入され、前記隙間は、前記光出射孔及び前記レンズの前記一端部の間の全周に亘って設けられていることを特徴とする。
（４）前記カメラは、断熱材を介してベースによって支持され、前記カメラとレンズの他端部との間にも、全周に亘って隙間が設けられていることを特徴とすることもできる。

（５）前記プリズムにおける少なくとも前記光入射孔側の先端部分に、カバー部材が設けられ、前記カバー部材の内側に冷却用の空気が供給されることが好ましい。

プリズムの先端部分は、被撮像物に接近して配置されるため、被撮像物の温度が高い場合は、被撮像物からプリズムに輻射や空気の対流によって熱が伝わりやすい。

そこで、上記のようにプリズムの先端部分にカバーを設け、その中に冷却用の空気を供給することにより、プリズムが被撮像物から受ける熱量を抑制できる。このカバーには、プリズムの光入射孔に対応させて孔を設ける。また、カバー内の高温空気を吸引して除去すれば、更に冷却効果が高くなる。

（６）前記ベースと、前記カメラとの間に、断熱材が設けられていることが好ましい。

この場合は、ベースによって支持されているカメラからベースに伝達される熱量を抑制できる。これにより、ベースの温度上昇を緩和し、且つ温度上昇率（単位時間当たりの温度上昇量）を抑制できるので、ベース内の温度勾配の急激な変化を抑制でき、ベースに生ずる反り変形を抑制できる。

このように、ベースによって支持されている各部からベースに伝わる熱量を抑制することにより、ベースの反り変形を抑制し、これにより、プリズム、レンズ及びカメラの位置関係を正規の状態に保持できるので、撮像精度を更に上げることができる。

（７）前記光入射孔は、前記プリズムの円周方向に互いに所定の間隔をあけて２個設けられていることが好ましい。

この場合は、互いに上下に配置された２つの被撮像物を、プリズムを回転させるなどの操作をすることなく、２つの被撮像物を撮像できる。また、２つの被撮像物に対して交互に照明を当てることによって、プリズムを回転させることなく、異なるタイミングで２つ
の被撮像物を撮像できる。

（８）電子部品を基板に実装する実装手段と、
前記電子部品と前記基板とを実装する前に、前記電子部品と前記基板との位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、
前記位置ずれ検出手段の検出結果に基づいて、前記電子部品と前記基板との位置ずれを修正する位置決め手段とを有する電子部品の基板実装装置であって、
前記位置ずれ検出手段は、上記（１）から（７）の何れか１項に記載の撮像装置を有し、
前記基板及び前記電子部品が、前記プリズム及び前記レンズを介して前記カメラによって撮像され、前記撮像データに基づいて前記電子部品と前記基板との位置ずれが検出されることを特徴とする。

本発明では撮像装置により、基板と電子部品との位置ずれを高精度で検出できるので、基板と電子部品を高精度で実装でき、製品の品質の向上が可能になる。

以上説明したように、本発明の撮像装置によれば、プリズム、レンズ、カメラ間で熱が伝わるのを抑制できるので、プリズム、レンズ又はカメラの熱変形量を抑制できる。これにより、被撮像物を高精度に撮像できる。

また、本発明の電子部品の基板実装装置によれば、基板と電子部品との位置ずれを高精度に検出できるので、製品の品質の向上が可能になる。

以下、本発明の実施の形態を添付した図１から図７に基づいて詳細に説明する。
〈第１実施形態〉
図１に示すように、本発明に係る撮像装置１は、光入射孔１６とこの光入射孔１６から入射した光を屈折させて出射する光出射孔１７とを有するプリズム１１と、このプリズム１１の光出射孔１７側に配置されたレンズ１２と、このレンズ１２におけるプリズム１１との反対側に配置されたカメラ１３と、上記のプリズム１１、レンズ１２及びカメラ１３を支持するベース１４とを備えている。

次に、上記の各構成要素を説明する。プリズム１１は、筒状部１５を有している。この筒状部１５の一端側には、円周上で互いに１８０度離れた位置に配置された２個の光入射孔１６，１６が設けられている。

プリズム１１の筒状部１５の内側における中間部分には、筒状部１５の中心線(光軸)１０上に配置された光出射孔１７が設けられている。上記の光入射孔１６，１６から入射した光は、９０度屈折されて光出射孔１７から出射される。

このプリズム１１は、光入射孔１６と反対側の端部１１ａが、断熱材１８を介してベース１４によって支持されている。この断熱材１８及び後述の断熱材２０，２１としては、例えばベスサーモ（登録商標名）、ロスナボード（登録商標名）などを例示できる。

レンズ１２は、筒状に形成されている。このレンズ１２の一端部１２ａは、プリズム１１の内部に挿入され、プリズム１１の光出射孔１７から出射された光がレンズ１２に入射される。また、このレンズ１２には、その略中間部を保持する保持部材１９が設けられている。この保持部材１９は、断熱材２０を介してベース１４によって支持されている。

カメラ１３のレンズ１２側の一端部は、筒状に形成されている。このカメラ１３の一端部には、レンズ１２の他端部１２ｂが挿入されている。レンズ１２の他端部１２ｂ側から出射された光は、カメラ１３に入射されて被撮像物２２，２３が撮像される。このカメラ１３は、断熱材２１を介してベース１４によって支持されている。

上記のプリズム１１の光出射孔１７、レンズ１２及びカメラ１３は、同一の光軸１０上に配置されている。

また、上記のレンズ１２の一端部１２ａと、プリズム１１の筒状部１５との間には、全周に亘って隙間ｄ１(図２参照)が設けられている。そして、プリズム１１とレンズ１２とが完全に分離され、接触している部分はない。

上記のカメラ１３とレンズ１２の他端部１２ｂとの間にも、全周に亘って隙間ｄ２が設けられてカメラ１３とレンズ１２とが完全に分離され、接触している部分はない。

つぎに、この撮像装置１の作用を説明する。図１に示すように、上下に対向して配置された被撮像物２２，２３を撮像装置１によって撮像する場合、まず、一方の被撮像物２２の撮像面２２ａを照明する。他方の被撮像物２３の撮像面２３ａは、照明せず暗くしておく。

この状態では、一方の被撮像物２２の撮像面２２ａからのみ照明光が反射してプリズム１１の一方の光入射孔１６に入射する。

プリズム１１の一方の入射孔１６から入射した光は、９０度屈折されて光出射孔１７から出射され、レンズ１２を介してカメラ１３に入射される。これにより、カメラ１３によって一方の被撮像物２２の撮像面２２ａのみが撮像される。

また、他方の被撮像物２３を撮像する場合は、この被撮像物２３の撮像面２３ａに照明を当て、被撮像物２２の撮像面２２ａを暗くしておく。これにより、被撮像物２３の撮像面２３ａがカメラ１３によって撮像される。

このように、本発明の撮像装置１によれば、プリズム１１とレンズ１２間が完全に分離され、接触している部分がない。そのため、例えば被撮像物２２，２３が高温であり、その輻射熱や空気の対流熱によってプリズム１１の温度が上昇しても、プリズム１１からレンズ１２に熱が伝わるのを抑制できる。

また、レンズ１２とカメラ１３間が完全に分離され、接触している部分がないので、カメラ１３が発熱したとしたとしても、カメラ１３からレンズ１２に熱が伝達されるのを抑制できる。

従って、プリズム１１，レンズ１２及びカメラ１３間での熱授受が抑制が抑制されるので、温度分布の不均一さをなくすことができ、反り変形による撮像精度の劣化を抑制することができる。

また、プリズム１１，レンズ１２の保持部材１９及びカメラ１３が、それぞれ断熱材１８，２０，２１を介してベース１４によって支持されているので、プリズム１１，レンズ１２，カメラ１３からベース１４に伝わる熱量が抑制される。

これにより、ベース１４の温度上昇を抑制し、且つ温度上昇率（単位時間当たりの温度上昇量）を低くすることができるため、ベース１４内の温度勾配の急激な変化を抑えるこ
とができ、ベース１４の反り変形を抑制できる。

ベース１４の反り変形を抑制することによって、ベース１４上に配置されているプリズム１１，レンズ１２及びカメラ１３が同一の光軸１０上に保持されるため、カメラ１３の撮像精度を高くできる。

〈第２実施形態〉
図３及び図４は、本発明に係る第２実施形態の撮像装置２を示す。なお、以下の説明では、第１実施形態と同様な部分には同一の符号を付けて詳細な説明を省略する。

この撮像装置２は、プリズム１１とレンズ１２の一端部１２ａとの間に、全周に亘って隙間ｄ１が設けられ、プリズム１１とレンズ１２とが完全に分離されている。また、レンズ１２とカメラ１３とが一体に結合されている。

プリズム１１は断熱材１８を介してベース１４によって支持されている。また、レンズ１２は、断熱材２０を介してベース１４によって支持されている。カメラ１３は、レンズ１２を介してベース１４によって間接的に支持されている。この撮像装置２も、第１実施形態の撮像装置１と同様な作用効果を有する。

〈第３実施形態〉
図５は、本発明に係る第３実施形態の撮像装置４を示す。この撮像装置４は、第１実施形態の撮像装置１におけるプリズム１１の先端部分に冷却用カバー３０が設けられている。

冷却用カバー３０は、底部３１を有する筒状に形成されている。冷却用カバー３０の開口部３２は、プリズム１１の中間部分に隙間なく嵌め込まれている。

冷却用カバー３０の箱部３０ａには、プリズム１１の光入射孔１６，１６に対応して、光入射用の孔３３，３３が設けられている。また、冷却用カバー３０の底部３１には、冷却用空気の供給口３４と、箱部３０ａの内部の空気を吸引して除去する排気口３５とが設けられている。

この撮像装置４は、冷却用カバー３０内に低温の空気を供給すると共に、冷却用カバー３０内の高温の空気を吸引して排除することにより、プリズム１１の温度上昇を抑制できるので、プリズム１１の熱変形を抑制でき、これにより撮像精度を高くできる。

〈第４実施形態〉
図６は、本発明に係る第４実施形態の撮像装置５を示す。この撮像装置５は、第２実施形態の撮像装置２におけるプリズム１１の先端部分に、冷却用カバー３０を設けたものである。この撮像装置５も、第４実施形態の撮像装置４と同様な作用効果を有する。

〈第５実施形態〉
図７は、本発明に係る第５実施形態の電子部品の基板実装装置６を示す。この電子部品の基板実装装置６は、基板６０を載置して保持するステージ６１と、ステージ６１上の基板６０に電子部品６２を実装する実装手段６３と、基板６０とこの基板６０の直上に配置された電子部品６２との位置ずれを検出する位置ずれ検出手段７２と、この位置ずれ検出手段７２をＸＹ方向に移動させる位置ずれ検出手段移動部６４と、位置ずれ検出手段７２の位置ずれ検出結果に基づいてステージ６１をＸＹΘ方向に移動させるステージ移動部６５とを有している。

上記の実装手段６３は、吸着・超音波ヘッド７０を有している。この吸着・超音波ヘッド７０には、超音波発振器７１が接続されている。また、位置ずれ検出手段７２には画像処理部６６が接続されている。更に、位置ずれ検出手段７２には、第１実施形態で説明した撮像装置１が設けられている。

上記の位置ずれ検出手段移動部６４、ステージ移動部６５、実装手段６３には、それぞれ制御部６７，６８，６９が接続されている。また、画像処理部６６、制御部６７，６８，６９はメインコントローラ(図示せず)によって制御されている。

この電子部品の基板実装装置６で電子部品６２を基板６０に実装する場合は、ステージ６１上に基板６０が載置されて保持され、吸着・超音波ヘッド７０に電子部品６２が吸着されて保持される。電子部品６２は、基板６０の上方で所定の位置に配置される。

この状態で、基板６０と電子部品６２との間に、位置検出手段７２における撮像装置１の先端部が挿入され、光入射孔１６が基板６０と電子部品６２との間に配置される。そして、撮像装置１によって基板６０と電子部品６２に設けられた所定のマーク(図示せず)が、異なるタイミングで別々に撮像される。この後、撮像装置１が元の位置に戻される。

次に、基板６０と電子部品６２の画像に基づいて、画像処理部６６によって基板６０と電子部品６２の位置ずれが検出される。この検出結果に基づいて、ステージ６１が所定の方向に移動される。これによって、基板６０と電子部品６２との位置ずれが修正される。次に、吸着・超音波ヘッド７０が降下して、電子部品６２が基板６０に超音波融着される。

この電子部品の基板実装装置６は、位置ずれ検出手段７２における撮像装置１の熱変形量が少なく撮像精度が高いので、基板６０と電子部品６２の位置ずれを精度良く検出できる。

従って、実装手段６３の吸着・超音波ヘッド７０、及びステージ６１の加熱、非加熱の区別なく、基板６０と電子部品６２を高精度に位置合わせできるので、製品の品質を上げることができると共に、電子部品の基板実装装置６の運用、設置に関わる制約条件の緩和を図ることができる。

また、温度変化を起因とする基板６０と電子部品６２の位置決め精度の劣化がほとんどないため、長時間にわたる安定した高精度位置決めが可能となる。

なお、上記の実施例では、位置ずれ検出手段７２に第１実施形態の撮像装置１を使用したが、位置ずれ検出手段７２に第２実施形態から第５実施形態の撮像装置２．４．５を設けることができる。

また、上記の実施例では、超音波接合としたが、熱圧着を行う実装装置でも使用できる。

本発明に係る第１実施形態の撮像装置を示す図である。 本発明に係る第１実施形態のプリズムとレンズ間の隙間、レンズとカメラ間の隙間を示す断面図である。 本発明に係る第２実施形態の撮像装置を示す図である。 本発明に係る第２実施形態のプリズムとレンズ間の隙間を示す断面図である。 本発明に係る第３実施形態の撮像装置を示す図である。 本発明に係る第４実施形態の撮像装置を示す図である。 本発明に係る第５実施形態の電子部品の基板実装装置を示す斜視図である。

符号の説明

１．２．４．５ 撮像装置
６ 基板実装装置
１１ プリズム
１１ａ プリズムの端部
１２ レンズ
１２ａ レンズの一端部
１２ｂ レンズの他端部
１３ カメラ
１４ ベース
１５ 筒状部
１６ 光入射孔
１７ 光出射孔
１８，２０，２１ 断熱材
１９ 保持部材
２２，２３ 被撮像物
２２ａ，２３ａ 撮像面
３０ 冷却用カバー
３０ａ 筒部
３１ 底部
３２ 開口部
３４ 供給口
３５ 排気口
６０ 基板
６１ ステージ
６２ 電子部品
６３ 実装手段
６４ 位置ずれ検出手段移動部
６５ ステージ移動部
６６ 画像処理部
６７，６８，６９ 制御部
７０ 吸着・超音波ヘッド
７１ 超音波発振器

Claims (8)

1. 被撮像物からの光が入射する光入射孔及び前記光を屈折させて出射する光出射孔を有するプリズムと、
   前記プリズムの前記光出射孔側に配置されるレンズと、
   前記レンズにおける前記プリズムとの反対側に配置されたカメラと、
   前記プリズム、前記レンズ及び前記カメラを支持するベースとを備え、
   前記プリズムにおける前記光出射孔、前記レンズ及び前記カメラが同一の光軸上に配置された撮像装置において、
   前記プリズムは、断熱材を介して前記ベースに支持され、前記光入射孔を含む一部が前記光軸方向に前記ベースより突出し、
   前記プリズム及び前記レンズ間は、隙間が設けられていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記レンズは、断熱材を介して前記ベースで支持される保持部材によって保持されることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記レンズは筒状であり、レンズの一端部は、前記プリズムの前記光出射孔に挿入され、前記隙間は、前記光出射孔及び前記レンズの前記一端部の間の全周に亘って設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
4. 前記カメラは、断熱材を介して前記ベースによって支持され、前記カメラ及びレンズの他端部の間にも、全周に亘って隙間が設けられていることを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
5. 前記プリズムにおける少なくとも前記光入射孔側の先端部分に、カバー部材が設けられ、前記カバー部材の内側に冷却用の空気が供給されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の撮像装置。
6. 前記ベースと、前記カメラとの間に、断熱材が設けられていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の撮像装置。
7. 前記光入射孔は、前記プリズムの円周方向に互いに所定の間隔をあけて２個設けられていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の撮像装置。
8. 電子部品を基板に実装する実装手段と、
   前記電子部品と前記基板とを実装する前に、前記電子部品と前記基板との位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、
   前記位置ずれ検出手段の検出結果に基づいて、前記電子部品と前記基板との位置ずれを修正する位置決め手段とを有する電子部品の基板実装装置であって、
   前記位置ずれ検出手段は、請求項１から７の何れか１項に記載の撮像装置を有し、
   前記基板及び前記電子部品が、前記プリズム及び前記レンズを介して前記カメラによって撮像され、前記撮像データに基づいて前記電子部品と前記基板との位置ずれが検出されることを特徴とする撮像装置を有する電子部品の基板実装装置。

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