JP4527717B2 - 少なくとも１つの基板において少なくとも１つの構成要素を載置する方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの基板に少なくとも１つの構成要素を載置する方法であって、構成要素は少なくとも載置装置により持ち上げられ、基板における所望の位置に載置される、方法に関する。

本発明は又、その方法を実行するために適切であるシステムに関する。

米国特許第５，８８０，８４９号明細書に記載されている、そのような方法及びシステムにおいて、基板の画像はカメラにより形成される。その画像から、それ故、基板において載置される構成要素の基板に対する所望の位置が確定される。次いで、載置装置が駆動され、構成要素が基板において載置される。それ自体、既知である方法及びシステムにより、構成要素が所望の位置に基板において真に載置されているかどうかを調べるためにチェックを実行することが可能である。

それ故、本発明の目的は、基板における構成要素の載置を簡単な方式で改善することができる方法を提供することである。

この目的は、構成要素が基板において載置された後、基板において載置された構成要素の画像がカメラにより形成され、基板における構成要素の実位置と基板における所望の構成要素の位置との間の差が画像に基づいて確定され、その後、載置される次の構成要素の載置が求められた差により適合される。

カメラにより形成された画像から、基板に対する構成要素の実位置を簡単な方式で決定することができる。差は、基板において載置される構成要素の所望の位置と実位置との間で確定される。構成要素が、現時点で基板において載置されている場合、基板におけるその構成要素の所望の位置と実位置との間のいずれの差も存在しない。しかしながら、実際に差が存在する場合、本発明に従った方法においては、この差は、次の構成要素が基板において載置されるときに、載置装置の駆動に対して考慮される。カメラは、載置装置の一部を構成するか、又は、載置装置からある距離おいて又は隣接して設定される装置の一部を構成するかのどちらかである。求められた差に基づいて次の構成要素の載置を適合させる段階及び実位置と所望の位置との間の差を求める段階はオンライン及びオフラインの両方で行われることが可能である。

本発明に従った方法の実施形態は、先ず、同じ種類の構成要素が、実質的に同じ位置において多くの基板に載置される一方、関連する基板に対する構成要素の所望の位置と実位置との間の差が決定され、次の基板において載置される次の構成要素の載置が求められた差により適合されることを特徴とする。

この方式においては、付随する偏差であって、例えば、多くの基板に亘る、載置装置における摩擦、動的振動、測定誤差等の確率誤差と呼ばれている偏差のための、構成要素の所望の位置と実位置との間の偏差は、次の構成要素の載置が適合され、誤差自体がおおよそ全ての基板において繰り返される状態が保たれるとき、処理される。この誤差は、例えば、較正静止誤差、温度変化のための基板膨張、装置磨耗、例えば基板等におけるトラックパターンの実位置及び予測される位置に対する比較的多数の同じ基板における誤差である。それらのような誤差は測定誤差と呼ばれている。

偏差が処理されるとき、初期に既に製造された基板における偏差は、まさに基板に構成要素が備えられる直前に製造された基板における偏差より小さい値をとる。

本発明に従った方法の他の実施形態は、先ず、少なくとも１つの基板において、多くの異なる構成要素が位置付けられ、それらの構成要素の実位置が所望の位置と比較され、それに続いて、その基板又は他の基板に載置されるべき次の構成要素の載置は統計的に決定される平均差に基づいて適合されるように処理されることを特徴とする。

このように、差は、例えば、特定の載置装置により載置される構成要素全てについて決定される。

本発明に従った方法の他の実施形態は、一旦、多くの構成要素が載置されると、新の位置が所望の位置と比較されることを特徴とする。

このように、基板に対して構成要素の実位置を決定する段階を、基板における構成要素の載置に依存することなく実行することができる。この短所は、しかしながら、多くの構成要素が載置されないうちに、それらの構成要素が所望の位置に実際に載置されたかどうかが確定され、その後にのみ、フィードバックがもたらされることである。

本発明に従った方法の他の実施形態は、一旦、各々の構成要素が載置されると、実位置が所望の位置と比較されることを特徴とする。

このように、一旦、構成要素が載置されると、直接的な結合ができる。構成要素の実位置と所望の位置との間の差を決定するための時間が比較的短い場合、これは、構成要素を載置するために必要な時間に関する不利な影響を有しない。

本発明に従った方法の他の実施形態は、隣り合って置かれた多くの載置装置により少なくとも１つの基板において構成要素が載置され、各々の載置装置は、基板において載置される構成要素の実位置と所望の位置との間の差を決定するために、基板の少なくとも一部の画像が形成されるカメラを有することを特徴とする。

このようにして、各々のカメラにより基板の一部を調べることが可能であり、それにより精度を向上させることができ、それにより、各々の画像を分析するために必要な時間を比較的少しに保つことができる。

本発明の目的は又、構成要素が基板において更に正確に載置されることができるシステムを提供することである。

この目的は、少なくとも１つの載置装置とその載置装置と連携するカメラとを備えているシステムにより達成され、載置装置により基板において載置された構成要素の画像はカメラにより形成可能であり、載置装置は更に制御スキームを備えていて、その制御スキームにより、基板に対する実位置及び基板に対する構成要素の所望の位置との差がカメラにより形成される画像から決定される。

この方式において、基板における構成要素の実位置と所望の位置との間の差を比較的簡単な方式で決定することができる。載置装置がカメラを既に有する場合、例えば、カメラを用いて基板における所望の位置を決定するために、構成要素の載置の前及び後の両方において同じカメラにより画像を形成することができ、別個のカメラを載置装置に付加する必要はない。

本発明について、添付図を参照しながら更に説明する。

一連の図における同様の構成要素については同じ参照番号で示している。

図１は、基板において構成要素を載置するためのシステム１であって、隣り合って位置付けられた３つの載置装置２´、２´´、２´´´を有するシステムを示している。構成要素を備えるべき基板は、搬送システム３により矢印Ｐ１で示されている方向にシステム１を通って搬送される。そのようなシステム自体については、上記の米国特許第５，８８０，８４９号明細書に記載されていて、それ故、ここでは、更に説明はしないこととする。

システム１の下方には、構成要素を備えている基板の画像が形成されるカメラを有する装置４が位置付けられている。カメラ５により形成される画像は制御ダイヤグラム６（図９）に供給される。基板に対する基板において載置される構成要素の位置は制御ダイヤグラム６により決定される。制御ダイヤグラム６は、所望の位置８を更に有する。要素８３において、所望の位置８と実位置７との間の差が制御ダイヤグラム６により決定される。続いて、その差Ｅ＝）Ｙは制御ダイヤグラム６に含まれる制御器９に供給され、その制御器９において、ローパスフィルタ１０によりフィルタリングされた後、フィードバック１２が演算され、そのフィードバックは、個別の載置装置２´、２´´、２´´´の制御を調節する役割を果たす。その差は、Ｘ、Ｙ及びＺ方向全ての偏差を有することが可能である。このフィードバック１２は装置毎に調節されることが可能である。このように、次の構成要素が次の基板において載置される精度を向上させることが可能である。図１に示す実施形態においては、システム１及び４は個別のシステムを構成している。

図２に示す実施形態においては、装置４はシステム１と統合され、載置装置２´、２´´に隣り合っている。図２に示すシステムの機能は図１に示す機能に対応している。

図３は、各々のカメラに属する制御ダイヤグラム及び関連するカメラ２３´、２３´´、２３´´´を各々備える３つの隣接する載置装置２２´、２２´´、２２´´´を有する、本発明に従ったシステム２１の他の実施形態を示している。図３に示すシステム２１により、構成要素の実位置と所望の位置との間の偏差が、基板における構成要素の載置後すぐ、装置２２´、２２´´、２２´´´にあるカメラ２３´、２３´´、２３´´´により決定される。

図４は、図１に示すシステムと、その近くに備えられている載置装置３２と、後者のそばに備えられているシステム４を有する、本発明に従ったシステム３１の実施形態を示している。図４に示すシステムの動作は図１に示すシステムに対応している。そのようなシステムの有利点は、各々の個別の載置装置がカメラを有する必要がないことである。しかしながら、不利点は、比較的多数の他の基板が載置装置２´により構成要素を与えられるまで、構成要素が載置装置２´により載置された基板から、構成要素の実位置は装置４により決定されることはない。このように、フィードバックは比較的遅い。

図５は、載置装置２´、２´´、２´´´を有するシステム１とシステム４との間にシステム４２が設置される、本発明に従ったシステム４１の他の実施形態であって、そのシステム４２の支援により、基板において載置された構成要素が基板に取り付けられる、実施形態を示している。そのようなシステム４２は、例えば、噴流式はんだ付け装置は、それ自体、既知であり、それ故、ここでは、それについての説明を省略する。構成要素は基板において載置される一方、載置の不正確によりもたらされない基板に対する構成要素の好ましくない変位が起こり得る。

図６Ａ、６Ｃは、図３に示すシステムであって、各々の載置装置２２´、２２´´、２２´´´が関連カメラ２３´、２３´´、２３´´´を有する、システムを示している。このシステム２１は、米国特許第５，８８０，８４９号明細書に記載されているシステムに略対応している。その特許明細書において示されているシステムにおいては、基板における構成要素の載置に続いて、基板における構成要素の実位置のためにではなく、カメラ２３´、２３´´、２３´´´は、基板における構成要素の所望の位置を決定するためのみに、用いられている。

図６Ａに示す状態では、３つの基板２４´、２４´´、２４´´´がシステム２１に位置付けられている。簡略化のために、それらの基板は、既に載置された構成要素２５及び尚も載置されるべき構成要素２５の両方を表している。一旦、基板２４´、２４´´、２４´´´が載置装置２２´、２２´´、２２´´´において位置付けられると、カメラ２３´に隣接して備えられているピックアップ２６は、ピックアップ２６の移動により供給装置（それ自体、既知）から構成要素を取り上げ、カメラは、矢印Ｘ、Ｙにより示される方向にそのピックアップと共に移動する。次いで、基板２４´´´乃至２４´の一部の画像がカメラ２３´乃至２３´´´により形成さえる。これは、構成要素がそれぞれの載置装置により載置された部分であることが可能であるが、代替として、ピックアップと関連カメラ２３´乃至２３´´´との移動中、構成要素が初期に既に収められた位置の幾つかの基板の画像を形成することが可能である。図６Ａにおいて示した状態において、基板２４´´における構成要素２７の画像がカメラ２３´により形成され、基板２４´´における構成要素２８の画像がカメラ２３´´により形成され、基板２４´における構成要素２９の画像がカメラ２３´´´により形成される。

次いで、基板２４´乃至２４´´´は矢印Ｐ１により示される方向に移動し、その後、基板２４´´は装置２２´´´においておおよそ位置付けられ、基板２４´´´は装置２２´においておおよそ位置付けられ、新しい基板２４´´´´が載置装置２２´において部分的に位置付けられる。続いて、構成要素はピックアップ２６により基板２４´´乃至２４´´´´において載置され、その後、カメラ２３´は基板２４´´´´における構成要素５１の画像を形成し、カメラ２３´´は基板２４´´´における構成要素５２の画像を形成し、カメラ２３´´´は基板２４´´における構成要素５３の画像を形成する。

基板２４´´において測定される構成要素の位置は、構成要素が基板´´´において載置されるときに補正されることができる。これは、比較的速いフィードバックを与える。

基板が矢印Ｐ１で示される方向に再び移動した後、図６Ｃに示す状態が得られる。上記のような方法においては、カメラ２３´は基板２４´´´´´における構成要素５４の画像を形成し、カメラ２３´´は基板２４´´´´における構成要素５５の画像を形成し、カメラ２３´´´は基板２４´´´における構成要素５６の画像を形成する。

このようにして形成された画像から、ここで、例えば、基板２４´´´から、基板に対する構成要素５２及び構成要素５６両方の位置が確定される。図６Ａ乃至６Ｃに示す状態においては、各々のカメラは単一の基板について１つの画像の身を形成する。カメラカメラ２３´´及び２３´´´はＸＹ平面における基板に亘って移動する間に、種々の画像が形成されることが明らかである。制御ダイヤグラムにより、それらの画像は、次いで、単一の基板についての完全な画像に結合され、それ故、基板における多くの構成要素の載置精度についての情報を得ることができる。

図７は、本発明に従ったシステム６１の斜視図であって、載置装置６２と隣り合って取り付けられている、個別の、カメラを備えている装置６３を有する、図１に示すシステムにおおよそ対応している。この図７は、基板２４´の画像を形成すること及びそれらから有効な補正を決定することが、図７に示している状態における左に全体的に位置している基板において効果を有することを明確に示しているが、それらの間に位置している基板２４における効果を有していない。その結果、フィードバックが、比較的遅いが、起こる。

図８Ａ乃至８Ｄは、しかしながら、所望の情報が、所望の載置精度、所望の速度等に依存して得られる類似する画像を示している。

図８Ａに示す画像７１においては、矢印７２は、基板２４に存在する構成要素の各々から基板２４に対する構成要素２５の実位置が決定されることを示している。次いで、制御ダイヤグラムにおいて、各々の構成要素２５の実位置は所望の位置と比較される。そのような処理は制御ダイヤグラム６において比較的多くの演算時間を必要とすることは明らかである。

それ故、代替として、図８Ｂに示すように、幾つかの構成要素２５のみの基板２４に対する実位置を決定することが可能である。制御ダイヤグラム６に供給される情報量は、矢印７３によりその情報が示されているが、図８Ａに示す状態におけるより著しく少ない。好適には、次いで、載置精度が基板２４の適切な機能を保証するために相対的に大きい必要がある構成要素２５が選択される。

図８Ｃに示す状態において、載置装置２２´、２２´´、２２´´´により載置される多くの構成要素２５の実位置が決定されることを、矢印７４、７５、７６が表している。このようにして、統計（載置装置当りの平均）により各々の載置装置２２´、２２´´、２２´´´の精度を個別に最適化することが可能である。

図８Ｄに示す状態においては、画像７１は、別個のカメラ２３´、２３´´、２３´´´により形成される結合された画像から得られる。このようにして、画像７１を形成するためには、付加カメラは必要とされないが、載置装置に既に存在するカメラを使用することができる。結合画像７１及び個別の画像から得られる情報７７は比較的広範囲に亘るものである。この方法は、測定時間及び処理時間が基板における構成要素の載置のために必要な時間より長い場合に、特に適切である。

代替として、単一のカメラにより異なる基板の異なる領域の多くの異なる画像を形成することが可能であり、それにより、続いて、結合画像を結合することが可能である。基板における構成要素の所望の位置に関する情報８１が制御ダイヤグラム６に供給される。それらの名目上の位置はユニット８に記憶される。所望の位置はフィードバック１２により補正され、その後、そのようにして得られたその値Ｕは、それ故、載置装置２´、２´´、２´´´に供給される。それらの載置装置２´、２´´、２´´´は、制御ダイヤグラム６におけるブロック８２により示されている。構成要素は、この情報に基づいて基板において位置付けられる。例えば、摩擦、測定誤差、摩耗及び振動による偏差ｎ１が、それ故、発生する。決定論的誤差配置きめ処理の一部であり、例えば、載置処理は隣接誤差を示す。続いて、画像が装置４により形成される。これは、図９におけるブロック７として示されている。画像の形成中、カメラが基板に亘って載置されるとき、測定ノイズ及び較正誤差の結果であり得る偏差ｎ２が生じる。要素８３の追加において、画像から演算される基板に対する実構成要素位置は、ユニット８から認識される基板に対する所望の構成要素の位置と比較される。結果として得られる差Ｅ＝）Ｙはローパスフィルタ１０に供給され、次いで、ユニット１１において処理され、その後、フィードバック信号１２が得られる。要素８４の付加において、このフィードバック信号１２が、上記のように、基板における構成要素の所望の位置に関する情報８１と結合される。

基板において構成要素を載置するために必要な期間内には不可能である、比較的多い情報量が処理される必要がある場合、オンラインでは基板における構成要素の実位置と所望の位置との間の偏差を検出するための画像を形成することは適切ではないが、オフラインでは適切である。これに必要な制御ダイヤグラム９１及び方法について、図１０に示している。制御ダイヤグラムは、図１に示すように、装置４がシステム１の近くに設けられていないことを除いて、図９において示しているような制御ダイヤグラム６とおおよそ対応しているが、その装置はそのシステムと完全に分離されている。基板における構成要素の実位置と所望の位置との間の差がオフライン検出される場合、基板において構成要素を載置する瞬間と次の基板における構成要素の載置のための載置装置の駆動の適合化との間で、比較的大きい遅延が得られることは明らかである。

代替として、オンラインで限定された数の構成要素の位置を確認することとオフラインで全ての構成要素の位置を確認することの両方が可能である。

特定の構成要素の実位置及び所望の位置についての情報をアルゴリズム１１において処理することが、それが多くの基板において位置付けられるとき、可能である。このことは、例えば、いわば、ディジタルフィルタを用いて、実位置及び所望の位置の時間に対する平均を与える。

本発明に従ったシステムの平面図である。 本発明に従ったシステムの平面図である。 本発明に従ったシステムの平面図である。 本発明に従ったシステムの平面図である。 本発明に従ったシステムの平面図である。 異なる位置における基板を示す、本発明に従ったシステムの平面図である。 異なる位置における基板を示す、本発明に従ったシステムの平面図である。 異なる位置における基板を示す、本発明に従ったシステムの平面図である。 本発明に従ったシステムの斜視図である。 画像を分析するための異なる方法を示す図である。 画像を分析するための異なる方法を示す図である。 画像を分析するための異なる方法を示す図である。 画像を分析するための異なる方法を示す図である。 フィードバックがインラインで起こる本発明の制御ダイヤグラムを示す図である。 フィードバックがオフラインで起こる本発明の制御ダイヤグラムを示す図である。

Claims (10)

1. 並んだ位置にある複数の載置装置により少なくとも１つの基板上に複数の構成要素を載置する方法であって：
   第１載置装置により少なくとも１つの第１構成要素を取り上げるステップ；
   基板上に前記第１構成要素を載置するステップ；
   前記基板上に載置された前記第１構成要素の画像を得るステップ；
   前記第１構成要素の前記画像を用いて、前記基板上の前記第１構成要素の実際の位置と前記基板上の前記第１構成要素の所定の所望の位置との間に差が存在するかどうかを判定するステップ；
   第２載置装置により少なくとも１つの第２構成要素を取り上げるステップ；及び
   前記基板上の前記第１構成要素の前記実際の位置と前記基板上の前記第１構成要素の所定の所望の位置との間の前記差を考慮して、前記基板上の他の所望の位置に前記第２構成要素を載置するステップ；
   を有することを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって：
   第１載置装置により複数の第１構成要素を取り上げるステップ；
   対応する複数の基板上の同じ位置に複数の第１構成要素を載置するステップ；
   前記複数の基板上に載置された前記第１構成要素の画像を得るステップ；
   前記複数の第１構成要素の前記画像を用いて、対応する前記複数の基板上の前記複数の第１構成要素の各々の実際の位置と対応する前記複数の基板上の前記複数の第１構成要素の各々の所定の所望の位置との間に差が存在するかどうかを判定するステップ；
   第２載置装置により少なくとも１つの第２構成要素を取り上げるステップ；及び
   対応する前記複数の基板上の前記複数の第１構成要素の各々の前記実際の位置と、対応する前記複数の基板上の前記複数の第１構成要素の各々の所定の複数の所望の位置との間の差を考慮して、前記複数の基板の一の基板の上の他の所望の位置に前記少なくとも１つの第２構成要素を載置するステップ；
   を有することを特徴とする、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって：
   第１載置装置により複数の第１構成要素を取り上げるステップ；
   基板上に前記複数の第１構成要素を載置するステップ；
   前記複数の基板上に載置された前記第１構成要素の画像を得るステップ；
   前記複数の第１構成要素の前記画像を用いて、前記基板上の前記複数の第１構成要素の各々の実際の位置と前記基板上の前記複数の第１構成要素の各々の所定の所望の位置との間に差が存在するかどうかを判定するステップ；
   第２載置装置により第２構成要素を取り上げるステップ；及び
   前記基板上の前記複数の第１構成要素の各々の前記実際の位置と前記基板上の前記複数の第１構成要素の各々の所定の複数の所望の位置との間の差を考慮して、前記基板上の他の所望の位置に前記第２構成要素を載置するステップ；
   を有することを特徴とする、方法。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法であって、載置されるようになっている前記少なくとも第２構成要素の載置精度は、統計的に決定された平均差に基づいて個別に最適化されることを特徴とする、方法。
5. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法であって、前記第１載置装置及び前記第２載置装置の少なくとも一の載置装置はカメラを有し、前記基板上に載置された前記第１構成要素の画像を得るステップは、前記第１載置装置か又は前記第２載置装置のどちらかのカメラを用いて達成されることを特徴とする、方法。
6. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法であって、前記第１載置装置及び前記第２載置装置の両方はカメラを有し、前記基板上に載置された前記第１構成要素の画像を得るステップは、前記第１載置装置及び前記第２載置装置の両方のカメラを用いて達成されることを特徴とする、方法。
7. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法であって、前記第１載置装置及び前記第２載置装置の両方はカメラを有し、前記基板上に載置された前記第１構成要素の画像を得るステップは、前記第１載置装置及び前記第２載置装置の両方のカメラを用いて達成され、前記基板と前記基板上に載置された前記第１構成要素との結合画像は前記両方のカメラにより生成された複数の画像から生成されることを特徴とする、方法。
8. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法であって、前記複数の載置装置の各々は、隣接載置装置のロボットの動きと関係なく前記基板についてのＸ−Ｙ方向において移動可能なロボットを有することを特徴とする、方法。
9. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の方法を実行するシステムであって：
   該システムは、少なくとも２つの載置装置と、前記少なくとも２つの載置装置の少なくとも一の載置装置と連携するカメラとを有し；
   第１載置装置により基板上に載置された少なくとも１つの第１構成要素の画像が前記カメラにより生成され；
   前記システムは、前記基板に対する前記第１構成要素の実際の位置と前記基板に対する前記第１構成要素の所望の所定の位置との差が前記カメラにより生成された前記画像から決定されることが可能であり；
   前記差は、第２載置装置により少なくとも１つの第２構成要素を載置することにより考慮される；
   ことを特徴とするシステム。
10. 請求項９に記載のシステムであって、前記載置装置の駆動は、求められた前記差に従って処理器により設定されることが可能であることを特徴とする、システム。

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