專利名稱：用于安裝發(fā)光元件的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光元件的安裝方法和安裝設(shè)備，在將像激光器芯片或LED這樣的發(fā)光元件安裝到一個(gè)底板或類似物上的時(shí)候使用它們。
背景技術(shù)：
通常，為了實(shí)現(xiàn)高度精確地將電子部件壓焊到底板上，一般使用這樣一種排列，其中預(yù)先為電子部件提供對(duì)齊標(biāo)記，使這種對(duì)齊標(biāo)記與底板的標(biāo)記對(duì)齊，然后便實(shí)現(xiàn)了電子部件到底版的壓焊。然而，向各部件提供對(duì)齊標(biāo)記會(huì)導(dǎo)致這樣一個(gè)問題，其中連到底版的位置的精確度也受提供對(duì)齊標(biāo)記過程中的誤差容限的影響，還會(huì)導(dǎo)致成本上升。
對(duì)于帶有像激光器芯片或LED這樣的發(fā)光元件的電子部件而言，很期望實(shí)現(xiàn)的是，在使發(fā)光元件發(fā)光時(shí)基于光軸將其壓焊到底版上。
圖18示出了邊緣-發(fā)光型激光器芯片100被壓焊到波導(dǎo)底版101的一個(gè)示例。用于讓光通過的波導(dǎo)102水平地形成于波導(dǎo)底版101中，執(zhí)行對(duì)齊使得該波導(dǎo)102和激光器芯片100的光軸變?yōu)橄嗤妮S，并且通過導(dǎo)電連接材料103執(zhí)行壓焊。橫跨波導(dǎo)102，在與激光器芯片100壓焊到的波導(dǎo)底版101的那部分相反一側(cè)，連接了光纖104并使得其軸心與波導(dǎo)102的軸心對(duì)齊。因此，由激光器芯片100所產(chǎn)生的光通過光纖104被發(fā)送到光通信線路。
當(dāng)按上述方式將激光器芯片100壓焊到波導(dǎo)底版101上時(shí)，應(yīng)該精確地進(jìn)行對(duì)齊，使得波導(dǎo)102和激光器芯片100的光軸在相同的軸上。為此，在X軸、Y軸(光軸方向)、Z軸以及θ軸方向上都需要使激光器芯片100的光軸與波導(dǎo)102對(duì)齊。特別是，在X軸方向上和Z軸方向上，微米量級(jí)的位置精確度是必需的。
參閱專利文獻(xiàn)1，已提出過一種方法，其中在基于定位板的接線柱上放置一個(gè)中間芯片，在該中間芯片上放置激光器芯片，使該激光器芯片發(fā)光，基于其發(fā)光的方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)方向的校正，這之后，同時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的接線柱、中間芯片以及激光器芯片這三個(gè)物件的壓焊。然而，這種方法是一種用于使激光器芯片發(fā)光、識(shí)別其方向并同時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)校正的方法，所以使用該方法只能進(jìn)行粗略的調(diào)節(jié)，試圖高度精確地調(diào)節(jié)定向則需要時(shí)間。此外，激光器芯片與上述的接線柱之間相對(duì)的空間關(guān)系并未被識(shí)別，所以在將激光器芯片安裝到波導(dǎo)底版上時(shí)，即便使用該方法也不能期望位置的高精確度。
專利文獻(xiàn)1日本經(jīng)審查的公布號(hào)為7-46747的專利申請(qǐng)參閱專利文獻(xiàn)2，提出了一種方法，其中激光器芯片放置在中間臺(tái)上，使激光器芯片發(fā)光，測(cè)量其光軸的X、Y以及θ軸，基于該測(cè)量來校正發(fā)光方向，這之后，將激光器芯片壓焊到接線柱等上。在這種情況下，可精確識(shí)別出激光器芯片的發(fā)光方向，但與用作為要被壓焊的物體的接線柱有關(guān)的相對(duì)空間關(guān)系是無法識(shí)別的，所以不能必要地確保安裝狀態(tài)的位置和偏位角。特別是，壓焊過程不僅常常伴有壓力也會(huì)有加熱，結(jié)果，在加熱壓焊的時(shí)候，會(huì)因熱變形等導(dǎo)致偏位角誤差，因此在安裝狀態(tài)中位置的精確度不高。
專利文獻(xiàn)2日本經(jīng)審查的公布號(hào)為7-105575的專利申請(qǐng)專利文獻(xiàn)3是一種方法，用于對(duì)發(fā)光元件的照明中心的外直徑數(shù)據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)以及某一元件進(jìn)行圖像識(shí)別。該方法涉及一種用于安裝兩個(gè)或更多發(fā)光元件的方法，這些發(fā)光元件具有在波導(dǎo)底版之上向上的光軸，使得其照明中心變得等間隔，并且上述兩個(gè)或更多發(fā)光元件之間的空間關(guān)系可以被精確地設(shè)置，但底板沒有任何可用作數(shù)據(jù)參考的東西，因此，無法確保在發(fā)光元件與底板之間安裝狀態(tài)中的相對(duì)位置。因此，即便該方法被應(yīng)用于將激光器芯片安裝到波導(dǎo)底版上時(shí)，也無法獲得在波導(dǎo)底版與激光器芯片之間位置的高精確度。
專利文獻(xiàn)3日本未經(jīng)審查的公布號(hào)為2000-150970的專利申請(qǐng)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題本發(fā)明的目的在于，提供一種發(fā)光元件的安裝方法和安裝設(shè)備，該方法與設(shè)備可以基于發(fā)光元件的光軸精確地對(duì)物體進(jìn)行定位，并可以將該元件安裝在該物體上。
解決這些問題所用的裝置為了實(shí)現(xiàn)上述目的，在權(quán)利要求1中所描述的本發(fā)明提供了一種發(fā)光元件的安裝方法，它通過在吸入機(jī)頭的低端部分吸入用作為其光軸朝著水平方向的發(fā)光元件的第一部件，并且是在將該第一部件與工作臺(tái)上所固定的第二部件相互對(duì)齊時(shí)安裝該第一部件，該方法包括第一步驟，準(zhǔn)備位于上述吸入機(jī)頭之上的第一光學(xué)系統(tǒng)、位于上述工作臺(tái)下面并使得其光軸與第一光學(xué)系統(tǒng)大致相面對(duì)的第二光學(xué)系統(tǒng)、以及其光軸與第一光學(xué)系統(tǒng)大致正交的第三光學(xué)系統(tǒng)；第二步驟，在第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)之間插入吸入機(jī)頭，使用第一光學(xué)系統(tǒng)來捕獲附加在吸入機(jī)頭上并可從上面識(shí)別出的機(jī)頭參考標(biāo)記，使用第二光學(xué)系統(tǒng)來捕獲在吸入機(jī)頭處所吸入的第一部件，使第一部件發(fā)光，并使用第三光學(xué)系統(tǒng)來識(shí)別其光軸；第三步驟，在第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)之間插入工作臺(tái)，使用第一光學(xué)系統(tǒng)來捕獲工作臺(tái)上所固定的第二部件，并且使用第二光學(xué)系統(tǒng)來捕獲附加在工作臺(tái)上并可從下面識(shí)別出的工作臺(tái)參考標(biāo)記；第四步驟，通過使用來自上述第一光學(xué)系統(tǒng)、第二光學(xué)系統(tǒng)以及第三光學(xué)系統(tǒng)的圖像信息來計(jì)算第一部件和吸入機(jī)頭之間的相對(duì)位置，還計(jì)算第二部件與工作臺(tái)之間的相對(duì)位置；第五步驟，通過使用處于將上述吸入機(jī)頭和工作臺(tái)移動(dòng)到安裝位置的這種狀態(tài)中的第一和第二光學(xué)系統(tǒng)來識(shí)別上述機(jī)頭參考標(biāo)記和工作臺(tái)參考標(biāo)記，通過使用這些位置信息以及上述相對(duì)位置信息使吸入機(jī)頭和工作臺(tái)中至少一個(gè)經(jīng)受位置校正，使得第一部件和第二部件的位置達(dá)到預(yù)定的關(guān)系；第六步驟，根據(jù)上述位置校正來安裝第一部件和第二部件。
在權(quán)利要求9中所描述的本發(fā)明提供了一種用于安裝發(fā)光元件的設(shè)備，它通過安裝用作為其光軸朝著水平方向的發(fā)光元件的第一部件并同時(shí)使其與第二部件對(duì)齊，該設(shè)備包括吸入機(jī)頭，用于在其低端部分處吸入第一部件，并具有可以從上面識(shí)別出的機(jī)頭參考標(biāo)記；工作臺(tái)，用于在其上端部分處固定第二部件，并且具有可以從下面識(shí)別出的工作臺(tái)參考標(biāo)記；驅(qū)動(dòng)裝置，用于在X、Y、Z和θ方向上相對(duì)地移動(dòng)上述吸入機(jī)頭和工作臺(tái)；第一光學(xué)系統(tǒng)，它位于上述吸入機(jī)頭之上，用于捕獲在工作臺(tái)上所固定的第二部件以及機(jī)頭參考標(biāo)記；第二光學(xué)系統(tǒng)，它位于上述工作臺(tái)下面以便大致面對(duì)著第一光學(xué)系統(tǒng)的光軸，用于捕獲在吸入機(jī)頭處吸入的第一部件以及工作臺(tái)參考標(biāo)記；第三光學(xué)系統(tǒng)，其光軸的方向大致是與第一光學(xué)系統(tǒng)正交的，用于在使第一部件發(fā)光時(shí)捕獲光軸；計(jì)算設(shè)備，用于通過使用來自上述第一到第三光學(xué)系統(tǒng)的圖像信息，來計(jì)算第一部件與吸入機(jī)頭之間的相對(duì)位置以及第二部件與工作臺(tái)之間的相對(duì)位置；控制設(shè)備，用于通過使用處于使上述吸入機(jī)頭和工作臺(tái)移動(dòng)到安裝位置的這種狀態(tài)中的第一和第二光學(xué)系統(tǒng)來識(shí)別上述機(jī)頭參考標(biāo)記和工作臺(tái)參考標(biāo)記，還用于通過使用那些位置信息和上述相對(duì)位置信息來使吸入機(jī)頭和工作臺(tái)經(jīng)歷位置校正，從而使得第一部件和第二部件的位置達(dá)到預(yù)定的關(guān)系。
下文將就按權(quán)利要求1所述的安裝方法的一個(gè)示例作詳細(xì)描述。
首先，準(zhǔn)備第一光學(xué)系統(tǒng)、第二光學(xué)系統(tǒng)以及第三光學(xué)系統(tǒng)。此處，術(shù)語“光學(xué)系統(tǒng)”可以不僅包括單個(gè)照相機(jī)體，還可以包括鏡子、透鏡等，并且并不限于一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)包括一個(gè)照相機(jī)，所以兩個(gè)或三個(gè)光學(xué)系統(tǒng)可以包括一個(gè)照相機(jī)，并且相反，一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)可以包括兩個(gè)或更多的照相機(jī)。
其光軸面朝下的第一光學(xué)系統(tǒng)位于吸入機(jī)頭之上，并且其光軸面朝上的第二光學(xué)系統(tǒng)位于工作臺(tái)之下。第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)的光軸大致是面對(duì)著的，并具有已知的空間關(guān)系。放置第三光學(xué)系統(tǒng)使其光軸方向大致正交于第一光學(xué)系統(tǒng)，并且較佳地放置第三光學(xué)系統(tǒng)使得其成像視場(chǎng)的至少一部分包括第一光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)。注意到，假如用作為物體的第一部件和第二部件的尺寸變得大于所估計(jì)的視場(chǎng)，則較佳的做法是，第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)可以作為一個(gè)單元移動(dòng)到平坦的方向上。
接下來，在第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)之間插入吸入機(jī)頭，附加在吸入機(jī)頭上并可以從上面識(shí)別出的機(jī)頭參考標(biāo)記可通過使用第一光學(xué)系統(tǒng)來捕獲，此外，吸入機(jī)頭處所吸入的第一部件可通過使用第二光學(xué)系統(tǒng)來捕獲，此外，使第一部件發(fā)光，并且其光軸可通過使用第三光學(xué)系統(tǒng)來同時(shí)地加以捕獲。即，使用第一光學(xué)系統(tǒng)可以識(shí)別機(jī)頭參考標(biāo)記的X、Y坐標(biāo)(Y軸是光軸的方向)，使用第二光學(xué)系統(tǒng)可識(shí)別第一部件的Y坐標(biāo)，使用第三光學(xué)系統(tǒng)可以識(shí)別用來發(fā)光的第一部件的光軸的X、Z坐標(biāo)。注意到，Z坐標(biāo)并不總是必須被識(shí)別。因此，從所捕獲的三個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中，可以獲得在吸入機(jī)頭與第一部件的照明中心之間X、Y方向上的相對(duì)位置。
接下來，在第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)之間插入工作臺(tái)，工作臺(tái)上所固定的第二部件是通過使用第一光學(xué)系統(tǒng)來捕獲的，并且附加在工作臺(tái)上并可以從下面被識(shí)別的工作臺(tái)參考標(biāo)記可通過使用第二光學(xué)系統(tǒng)來捕獲。通過從第一光學(xué)系統(tǒng)的圖像信息中識(shí)別出第二部件的位置，并從第二光學(xué)系統(tǒng)的圖像信息中識(shí)別出工作臺(tái)(工作臺(tái)參考標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記)的位置，便可以計(jì)算在第二部件與工作臺(tái)之間X、Y方向上的相對(duì)位置。
注意到，關(guān)于捕獲吸入機(jī)頭和第一部件的步驟以及捕獲工作臺(tái)和第二部件的步驟，無論哪一個(gè)在先執(zhí)行都是可以的。
如上所述，通過使用第一到第三光學(xué)系統(tǒng)，可以計(jì)算在第一部件與吸入機(jī)頭之間X、Y方向上的相對(duì)位置以及在第二部件與工作臺(tái)之間X、Y方向上的相對(duì)位置。
接下來，通過使用處于將吸入機(jī)頭和工作臺(tái)移動(dòng)到安裝位置這樣一種狀態(tài)中的第一和第二光學(xué)系統(tǒng)，可識(shí)別機(jī)頭參考標(biāo)記和工作臺(tái)參考標(biāo)記，通過使用那些位置信息和所述相對(duì)位置信息可使吸入機(jī)頭和工作臺(tái)經(jīng)受位置校正，使得第一部件和第二部件的位置達(dá)到預(yù)定的關(guān)系。在這種情況下，當(dāng)安裝第一部件和第二部件時(shí)，可以確保在安裝狀態(tài)中的兩部件的相對(duì)位置，因此，可以在安裝的過程中實(shí)現(xiàn)高度精確的對(duì)準(zhǔn)。
注意到，在本發(fā)明中，術(shù)語“位置”表示X、Y和Z方向上的位置以及在θ方向上的方位。因此，“位置”包括“偏位角”。
使用根據(jù)本發(fā)明的方法，在捕獲被提供給機(jī)頭和工作臺(tái)的參考標(biāo)記的同時(shí)實(shí)現(xiàn)安裝過程中的位置保證，所以作為軸向裝置所要求的精確度僅僅可以被提取到位置分辨率，因此，不需要高度精確的可再現(xiàn)性。結(jié)果，可以使用便宜的軸向裝置。此外，在安裝過程中可以校正像熱變形和無效運(yùn)動(dòng)這樣的可再現(xiàn)性誤差。結(jié)果，即便是安裝其位置精確度要求在亞微米量級(jí)上的電子部件時(shí)，本方法仍然是可用的。
沒有必要總是使第一、第二和第三光學(xué)系統(tǒng)保持固定的空間關(guān)系，并且至少在捕獲的時(shí)刻，應(yīng)該只需要處于已知的空間關(guān)系中即可。例如，在插入機(jī)頭或工作臺(tái)時(shí)，可用臨時(shí)地移開光學(xué)系統(tǒng)之一，之后可以再將其放回到原來的位置。在這種情況下，需要一種可再現(xiàn)的機(jī)制用于光學(xué)系統(tǒng)的移動(dòng)過程。
此外，因?yàn)樵谑褂玫谝坏降谌鈱W(xué)系統(tǒng)來捕獲的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)安裝工作，那么在安裝過程中在第一部件與第二部件之間的空隙也是可以檢測(cè)出的。相應(yīng)地，例如，在使用修補(bǔ)連接構(gòu)造方法等時(shí)，因?yàn)檫@種熱變化是在任何時(shí)間可被識(shí)別出的，并且即便用加熱器的熱量引起機(jī)頭和工作臺(tái)熱變形，也仍然可以校正第一和第二部件的位置，那么在加熱條件下精確的定位也是可能的。
在把像激光器芯片這樣的發(fā)光元件壓焊到波導(dǎo)底版等情況中，在發(fā)光元件的光軸與波導(dǎo)底版之間，X軸方向(當(dāng)Y軸是光軸方向時(shí))以及Z軸方向上的位置精確度是重要的。關(guān)于Z軸方向，例如如果在波導(dǎo)底版上提供一個(gè)底座，并且從發(fā)光元件底部到其光軸的高度、底座的高度、波導(dǎo)光軸的高度等都預(yù)先進(jìn)行過高度精確的處理，就有可能都與Z方向的光軸一致。然而，關(guān)于X方向上的位置精確度，即便預(yù)先在波導(dǎo)底版上提供了工作面，光軸位置與發(fā)光元件的側(cè)端面之間的精確度也并不總是很高，所以無法確保在X方向上的精確度。
使用本發(fā)明時(shí)，第一部件(發(fā)光元件)的光軸在X方向上的位置是用第三光學(xué)系統(tǒng)來識(shí)別的，第二部件的X、Y方向的位置是用第一和第二光學(xué)系統(tǒng)來識(shí)別的，所以根據(jù)X方向上的第二部件，可以精確地使第一部件定位。
關(guān)于權(quán)利要求2，準(zhǔn)備第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)的步驟可以包括這樣一個(gè)過程通過在第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)之間插入可以從上面和下面識(shí)別的單個(gè)校準(zhǔn)標(biāo)記，并使用第一光學(xué)系統(tǒng)與第二光學(xué)系統(tǒng)來捕獲該校準(zhǔn)標(biāo)記，便可以測(cè)量在第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)之間的光軸偏移量。
即便預(yù)先調(diào)節(jié)第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)的光軸以便使其精確地處在相同的軸上面對(duì)面，因時(shí)間流逝、溫度變化等所導(dǎo)致的光軸之間的偏移也是不可避免的，同樣，很難使位置保持在像亞微米量級(jí)這樣的高度精確的精確度上。為此，通過使用第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)從頂側(cè)和底側(cè)來識(shí)別相同的標(biāo)記，便可獲得兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)之間的光軸偏移量，并且通過使用上述光軸偏移量計(jì)算第一部件與吸入機(jī)頭之間的相對(duì)位置、第二部件與工作臺(tái)之間的相對(duì)位置、以及吸入機(jī)頭與工作臺(tái)之間的位置校正等，可以在不添加誤差的情況下執(zhí)行精確的對(duì)準(zhǔn)。
在校準(zhǔn)標(biāo)記的插入位置處，Z軸方向上的高度最好設(shè)置成壓焊面的高度。
注意到，每次安裝部件時(shí)都進(jìn)行校準(zhǔn)可保持最高的精確程度，但也可以每隔預(yù)定數(shù)目的安裝部件進(jìn)行一次校準(zhǔn)，或每隔一個(gè)設(shè)置過的周期。
關(guān)于權(quán)利要求3，準(zhǔn)備第一光學(xué)系統(tǒng)和第三光學(xué)系統(tǒng)的步驟可以包括這樣一個(gè)過程通過在第一光學(xué)系統(tǒng)和第三光學(xué)系統(tǒng)之間插入校準(zhǔn)標(biāo)記，在第一光學(xué)系統(tǒng)與第三光學(xué)系統(tǒng)之間該校準(zhǔn)標(biāo)記的相對(duì)空間關(guān)系從上面以及從水平方向上看都是已知的，并且還通過使用第一光學(xué)系統(tǒng)和第三光學(xué)系統(tǒng)捕獲該校準(zhǔn)標(biāo)記，來測(cè)量第一光學(xué)系統(tǒng)與第三光學(xué)系統(tǒng)之間的光軸偏移量。
盡管第一光學(xué)系統(tǒng)的光軸與第三(原文為二，錯(cuò))光學(xué)系統(tǒng)的光軸需要大致正交，就像一種用于測(cè)量在正交方向上的光軸偏移量的方法那樣，但是通過在第一光學(xué)系統(tǒng)和第三光學(xué)系統(tǒng)之間插入其相對(duì)空間關(guān)系從上面和從水平方向都是已知的這樣一個(gè)校準(zhǔn)標(biāo)記，并捕獲該校準(zhǔn)標(biāo)記，也可以識(shí)別出光軸偏移量。通過使用這種光軸偏移量計(jì)算在第一部件與吸入機(jī)頭之間的相對(duì)位置關(guān)系，便可以在不添加誤差的情況下執(zhí)行精確的對(duì)準(zhǔn)。
關(guān)于權(quán)利要求4，關(guān)于測(cè)量第一光學(xué)系統(tǒng)與第二光學(xué)系統(tǒng)之間的光軸偏移量所用的校準(zhǔn)標(biāo)記，或測(cè)量第一光學(xué)系統(tǒng)與第三光學(xué)系統(tǒng)之間的光軸偏移量所用的校準(zhǔn)標(biāo)記，可以使用在吸入機(jī)頭或工作臺(tái)上所提供的標(biāo)記。
盡管校準(zhǔn)標(biāo)記可以是在與吸入機(jī)頭和工作臺(tái)不同的另一個(gè)構(gòu)件上所提供的標(biāo)記，但在吸入機(jī)頭或工作臺(tái)上提供校準(zhǔn)標(biāo)記可產(chǎn)生一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，其中用于校準(zhǔn)標(biāo)記的另一個(gè)構(gòu)件變得沒有必要，并且該配置變得簡(jiǎn)單。
注意到，校準(zhǔn)標(biāo)記需要從多個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中同時(shí)被認(rèn)出。為此，位于吸入機(jī)頭或工作臺(tái)上的垂直通透孔或位于透明體(玻璃板)上的標(biāo)記等都可以被用作校準(zhǔn)標(biāo)記。
關(guān)于權(quán)利要求5，對(duì)于使第一部件發(fā)光并使用第三光學(xué)系統(tǒng)來識(shí)別其光軸的步驟而言，測(cè)量第一部件的發(fā)光狀態(tài)，并且假如其發(fā)光狀態(tài)偏離參考值則最好將該第一部件作為有缺陷的物件丟掉而不再繼續(xù)到接下來的處理過程。
盡管用作為發(fā)光元件的第一部件的選擇處理過程是可以單獨(dú)進(jìn)行的，但是在像權(quán)利要求5那樣測(cè)量光軸的時(shí)刻同時(shí)進(jìn)行選擇處理便可以減少處理過程的數(shù)目并提高生產(chǎn)率。
關(guān)于權(quán)利要求6，在用于對(duì)準(zhǔn)的所有處理過程中，最好以不變的空間關(guān)系來固定第一光學(xué)系統(tǒng)、第二光學(xué)系統(tǒng)和第三光學(xué)系統(tǒng)，以便防止這些光學(xué)系統(tǒng)的多個(gè)光軸的相互偏移。
因此，如果使用其相對(duì)位置總是固定的第一到第三光學(xué)系統(tǒng)來識(shí)別位置，則與相互移動(dòng)多個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的情形相比，因移動(dòng)過程而產(chǎn)生的誤差的影響可以減小，由此能夠提高定位的精確度，并且不需要任何高級(jí)的移動(dòng)機(jī)制。
關(guān)于權(quán)利要求7，在安裝位置處，吸入機(jī)頭與工作臺(tái)之間的位置校準(zhǔn)處理過程可以包括第一步驟，通過使用第一和第二光學(xué)系統(tǒng)來識(shí)別機(jī)頭參考標(biāo)記和工作臺(tái)參考標(biāo)記，通過使用相對(duì)位置信息來使吸入機(jī)頭和工作臺(tái)經(jīng)受臨時(shí)定位，使得第一部件和第二部件的位置達(dá)到預(yù)定的關(guān)系；以及第二步驟，加熱吸入機(jī)頭與工作臺(tái)之一以便壓焊的同時(shí)通過使用第一和第二光學(xué)系統(tǒng)來連續(xù)地捕獲機(jī)頭參考標(biāo)記和工作臺(tái)參考標(biāo)記，并且使吸入機(jī)頭和工作臺(tái)經(jīng)受相對(duì)位置校正以便保持臨時(shí)定位過程的相對(duì)空間關(guān)系。
在這種情況下，根據(jù)安裝過程中的熱變形，連續(xù)執(zhí)行位置校正，所以即便有熱變形，也總可以足夠精確地定位及安裝第一部件和第二部件。
關(guān)于權(quán)利要求8，通過使用第三光學(xué)系統(tǒng)，安裝第一部件和第二部件的步驟較佳地測(cè)量第一部件和第二部件之間在垂直方向上的相對(duì)距離，并且在校正其壓焊間隙的同時(shí)安裝第一部件和第二部件。
例如，假如第二部件是在水平方向上具有波導(dǎo)的波導(dǎo)底版，則在第一部件(發(fā)光元件)的端面的光軸與波導(dǎo)之間在Z方向上的對(duì)準(zhǔn)是很重要的。特別是，當(dāng)通過加熱進(jìn)行壓焊的時(shí)候，熱變形的量是較大的，并且可再現(xiàn)性是不可期望的，所以無法預(yù)先預(yù)測(cè)熱變形。
為此，像權(quán)利要求8那樣，如果在第一部件和第二部件之間垂直方向上的相對(duì)距離是通過使用用于光軸測(cè)量的第三光學(xué)系統(tǒng)來測(cè)量的，并且進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，則第一部件到第二部件的安裝高度是可以精確控制的。
關(guān)于權(quán)利要求10，吸入機(jī)頭和工作臺(tái)中的至少一個(gè)較佳地包括部件吸入孔；中空部分，它位于吸入孔后面并與部件吸入孔相通；透明體，它關(guān)閉其與中空部分的部件吸入孔面對(duì)著的那個(gè)面，并且可以通過部件吸入孔從后面觀看；與中空部分相連的空氣吸入路徑；以及用于加熱的加熱器，固定在部件吸入孔附近；其中通過作為機(jī)頭參考標(biāo)記或工作臺(tái)參考標(biāo)記的上述透明體，可以識(shí)別出部件吸入孔。
也就是說，部件吸入孔是一個(gè)用于吸入第一部件或第二部件的孔，并且與其最近的部件定位在一起。因此，使用部件吸入孔作為機(jī)頭參考標(biāo)記或工作臺(tái)參考標(biāo)記可以使相對(duì)位置偏移量最小，即便吸入機(jī)頭或工作臺(tái)中有熱變形也如此。
此外，因?yàn)橥ㄟ^透明體從機(jī)頭(或工作臺(tái))后面用熒光鏡便可以看到用作為參考標(biāo)記的標(biāo)記吸入孔，那么即便在安裝過程中，通過使用光學(xué)系統(tǒng)也可以從機(jī)頭(或工作臺(tái))后面進(jìn)行捕獲。即，可以精確地識(shí)別出安裝過程中機(jī)頭(或工作臺(tái))的位置，由此能夠高度精確地定位。
假如在安裝第一部件和第二部件的同時(shí)還對(duì)其施加熱量和壓力，則熱量可以最為有效地傳遞給這些部件，并且通過在離這些部件最近的位置處(即，部件吸入孔)提供加熱器，便可以實(shí)現(xiàn)壓焊性能的提高。
注意到，當(dāng)機(jī)頭(工作臺(tái))被加熱時(shí)，在由光學(xué)系統(tǒng)所捕獲的圖像中，存在因周圍空氣波動(dòng)而導(dǎo)致的失真，該失真變?yōu)樵斐烧`差的原因。然而，假如使用具有如權(quán)利要求10所述結(jié)構(gòu)的吸入機(jī)頭或工作臺(tái)，則盡管中空部分也由來自加熱器的熱量來加熱，但因?yàn)樵撝锌詹糠痔幱谶@樣一種狀態(tài)，即來自空氣吸入路徑的空氣吸入會(huì)使其減壓，所以空氣密度較小并且?guī)缀鯖]有波動(dòng)。結(jié)果，當(dāng)通過透明體和中空部分來捕獲部件吸入孔時(shí)，可以獲得精確的捕獲數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有很少的因波動(dòng)而導(dǎo)致的誤差。
關(guān)于權(quán)利要求11，吸入機(jī)頭或工作臺(tái)最好通過支架連接到驅(qū)動(dòng)裝置上，并且可以插入在其中可以插入第一或第二光學(xué)系統(tǒng)的凹陷部分，以便通過透明體捕獲部件吸入孔，該透明體最好形成于該支架中。
盡管用驅(qū)動(dòng)裝置在X、Y、Z或θ軸方向上驅(qū)動(dòng)上述機(jī)頭(工作臺(tái))，但是因?yàn)楫?dāng)該機(jī)頭由懸臂支持結(jié)構(gòu)支撐到驅(qū)動(dòng)裝置，那么在透明體后面就應(yīng)該很容易放置照相機(jī)、鏡子等。然而，因?yàn)楫?dāng)壓焊第一部件和第二部件時(shí)通過增壓可能使具有懸臂支持結(jié)構(gòu)的機(jī)頭彎曲，那么就很難進(jìn)行高度精確的壓焊。另一方面，假如上述機(jī)頭的背部通過支架被支撐到驅(qū)動(dòng)裝置，則即便當(dāng)增壓力量有效果，該機(jī)頭也不會(huì)輕易彎曲，并且可以獲得高度精確的壓焊。然而，該支架會(huì)成為阻礙，并使照相機(jī)等難于復(fù)位。為此，當(dāng)照相機(jī)并不與支架接觸但可以通過用上述機(jī)頭的背部(特別是，在透明體后面具有凹陷部分的支架)來支撐從而很容易捕獲部件吸入孔時(shí)，可以使上述機(jī)頭(或工作臺(tái))穩(wěn)定并將其支撐到驅(qū)動(dòng)裝置。
注意到，使用本發(fā)明時(shí)，術(shù)語“光學(xué)系統(tǒng)”不僅包括照相機(jī)，還包括具有反射功能用鏡子、棱鏡、透鏡等朝向照相機(jī)的反射圖像的部分。因此，只有除照相機(jī)之外的用于捕獲的光學(xué)系統(tǒng)(比如，鏡子、棱鏡和透鏡)才可以插入凹陷部分。
關(guān)于權(quán)利要求12，安裝設(shè)備較佳地包括電源單元，用于當(dāng)使用第三光學(xué)系統(tǒng)識(shí)別第一部件的光軸時(shí)使第一部件發(fā)光。
關(guān)于電源單元，其結(jié)構(gòu)為在水平方向上可以拆除的一種單元是較好的，以便不防礙吸入機(jī)頭或工作臺(tái)。假如第一部件是在其前后側(cè)具有電極的發(fā)光元件，則一對(duì)電源單元的探頭不能同時(shí)接觸發(fā)光元件的上述前后側(cè)，此處吸入了吸入機(jī)頭。至此，例如，通過在吸入機(jī)頭的吸入側(cè)提供一個(gè)電極，使該電極與發(fā)光元件的一個(gè)電極接觸，并使一對(duì)電源單元的探頭接觸到吸入機(jī)頭的電極以及發(fā)光元件另一側(cè)的電極，這樣便可以很容易使發(fā)光元件發(fā)光。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)從上面的描述中可以清楚地看到，根據(jù)本發(fā)明，吸入機(jī)頭和第一部件之間的相對(duì)位置以及第二部件與工作臺(tái)之間的相對(duì)位置都是通過使用第一到第三光學(xué)系統(tǒng)來識(shí)別的，這之后，安裝第一部件和第二部件，由此處于安裝狀態(tài)中的兩個(gè)部件的相對(duì)位置可以被正確地識(shí)別出，并且可以實(shí)現(xiàn)高度精確的安裝。特別是，因?yàn)榈谝徊考谄涔廨S來識(shí)別它與吸入機(jī)頭的相對(duì)位置，那么可以基于該光軸高度精確地將第一部件安裝到第二部件之上。
此外，因?yàn)槲霗C(jī)頭和第一部件之間的相對(duì)位置以及第二部件與工作臺(tái)之間的相對(duì)位置是像上述那樣使用多個(gè)光學(xué)系統(tǒng)來識(shí)別的，并且進(jìn)行了安裝，那么在其中驅(qū)動(dòng)吸入機(jī)頭和工作臺(tái)的軸向裝置所要求的精確度只能達(dá)到位置分辨率，并且不需要高度精確的可再現(xiàn)性。因此，當(dāng)采用并不昂貴的軸向裝置時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)高度精確的安裝。
此外，當(dāng)用第一和第二光學(xué)系統(tǒng)從頂側(cè)和底側(cè)捕獲它并用第三光學(xué)系統(tǒng)從側(cè)面捕獲它時(shí)，可以進(jìn)行安裝工作，所以像熱變形和無效運(yùn)動(dòng)這樣的可再現(xiàn)性誤差可以在安裝期間得到校正。結(jié)果，在加熱條件下，精確的定位也是可能的。


圖1是使用根據(jù)本發(fā)明的安裝方法的安裝設(shè)備的第一實(shí)施例的透視圖。
圖2是圖1所示安裝設(shè)備的吸入機(jī)頭和工作臺(tái)的放大圖。
圖3是圖1所示安裝設(shè)備的吸入機(jī)頭和工作臺(tái)的透視圖。
圖4是圖1所示安裝設(shè)備的對(duì)準(zhǔn)操作的操作解釋圖。
圖5是從第三光學(xué)系統(tǒng)方向上看到的吸入機(jī)頭和激光器芯片的圖。
圖6示出了使用第三光學(xué)系統(tǒng)測(cè)量激光器芯片P與底板B之間間隙的方法。
圖7是使用本發(fā)明方法的安裝設(shè)備的第二實(shí)施例的前視圖。
圖8是沿圖7中的VIII-VIII線截取的橫截面圖。
圖9是圖7所示安裝設(shè)備的吸入機(jī)頭的放大圖，其中(a)是前視圖，(b)是沿IX-XI線截取的橫截面圖。
圖10示出了電源單元的結(jié)構(gòu)。
圖11示出了用電源單元給激光器芯片供電的一種狀態(tài)。
圖12是使用本發(fā)明方法的安裝設(shè)備的第三實(shí)施例的前視圖。
圖13示出了根據(jù)圖12中示例的照相機(jī)的視場(chǎng)圖像。
圖14是根據(jù)本發(fā)明的安裝設(shè)備的第四實(shí)施例的透視圖。
圖15是圖14所示安裝設(shè)備的對(duì)準(zhǔn)操作的操作解釋圖。
圖16示出了用鏡子反射激光器芯片的光線的一個(gè)示例。
圖17是使用底座將激光器芯片安裝到波導(dǎo)底版上的一個(gè)示例的圖。
圖18是激光器芯片被安裝到波導(dǎo)底版上的一個(gè)示例的圖。
標(biāo)號(hào)P發(fā)光元件(第一部件)P1發(fā)光部分B底板(第二部件)2吸入機(jī)頭
5機(jī)頭參考標(biāo)記6a，6b校準(zhǔn)標(biāo)記7，8，9機(jī)頭驅(qū)動(dòng)裝置11工作臺(tái)14工作臺(tái)參考標(biāo)記15，16，17工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置20第一照相機(jī)21第二照相機(jī)22第三照相機(jī)25控制設(shè)備具體實(shí)施方式
參照諸多實(shí)施例，下文將就用于實(shí)施本發(fā)明的多種形式進(jìn)行描述。
第一實(shí)施例圖1到圖3示出了使用根據(jù)本發(fā)明的安裝方法的安裝設(shè)備的第一實(shí)施例。此處，將使用用作為第一部件的邊緣-發(fā)射型激光器芯片P和用作為第二部件的底板B。
本示例的安裝設(shè)備包括機(jī)頭部分1a、工作臺(tái)部分1b、第一照相機(jī)20、第二照相機(jī)21、第三照相機(jī)22、控制設(shè)備25等。
機(jī)頭部分1a包括吸入機(jī)頭2，用于吸入激光器芯片P；以及驅(qū)動(dòng)裝置7、8、9，用于在X、Y、Z軸方向上驅(qū)動(dòng)吸入機(jī)頭2。如圖2所示，吸入機(jī)頭2包括連接到未示出的真空吸入設(shè)備的吸入孔3，向底面開一小孔的部件吸入孔4位于吸入孔3的末端，并且激光器芯片P被吸入該部件吸入孔4中。機(jī)頭參考標(biāo)記5在吸入機(jī)頭2的上表面之上，特別是位于主要對(duì)應(yīng)于部件吸入孔4的位置上被提供。為了觀察在θ軸方向上位置的可再現(xiàn)性，參考標(biāo)記5可以是像圖3所示的多點(diǎn)式標(biāo)記，或者可以是指向的形狀(比如，矩形等)。此外，照明部分P1在激光器芯片P的邊緣上被提供，并且激光從該照明部分P1向橫向方向發(fā)射。
注意到，用于加熱激光器芯片P的加熱裝置可以提供位于吸入機(jī)頭2上。
吸入機(jī)頭2通過Z軸驅(qū)動(dòng)裝置7連接到X軸驅(qū)動(dòng)裝置8上，并且X軸驅(qū)動(dòng)裝置8進(jìn)一步連接到Y(jié)軸驅(qū)動(dòng)裝置9。因此，吸入機(jī)頭2可以在X、Y、Z軸方向上移動(dòng)到任意位置。
吸入機(jī)頭2可以在未示出的提供位置處吸入激光器芯片P，并將其傳遞到安裝位置以便將其安裝到底板B上。
如圖4所示，工作臺(tái)11的頂部有一個(gè)透明體6，它具有校準(zhǔn)標(biāo)記6a和6b，用于識(shí)別第一照相機(jī)20和第二照相機(jī)21之間的光軸偏移量以及第一照相機(jī)20與第三照相機(jī)22之間的光軸偏移量。校準(zhǔn)標(biāo)記6a是可以從上面或下面識(shí)別的一個(gè)標(biāo)記，并且使用像電鍍薄膜這樣的方法形成于透明體6的上面或下面。校準(zhǔn)標(biāo)記6b是可以從側(cè)面識(shí)別的一個(gè)標(biāo)記，并且通過薄膜方法形成于透明體6的側(cè)面之上。校準(zhǔn)標(biāo)記6a和6b都設(shè)置成具有固定的空間關(guān)系。
注意到，校準(zhǔn)標(biāo)記6a和6b并不限于形成于透明體6上這樣的情形，通過在非透明構(gòu)件中形成孔等而獲得的標(biāo)記也可以用作為校準(zhǔn)標(biāo)記。此外，校準(zhǔn)標(biāo)記可以位于吸入機(jī)頭2之上，而非工作臺(tái)11上面。
工作臺(tái)部分1b包括用于固定底板B的工作臺(tái)11以及用于在X、Y、θ軸方向上驅(qū)動(dòng)該工作臺(tái)11的驅(qū)動(dòng)裝置15、16和17。如圖2所示，該工作臺(tái)11包括連接到未示出的真空吸入設(shè)備的吸入孔12，向上表面開一小孔的部件吸入孔13位于吸入孔12的末端，并且該部件吸入孔13吸入并固定底板B。工作臺(tái)參考標(biāo)記14位于工作臺(tái)11的底面，尤其位于主要對(duì)應(yīng)于部件吸入孔13的背面位置上。該參考標(biāo)記14與機(jī)頭參考標(biāo)記5一樣，可以是如圖3所示的多點(diǎn)型標(biāo)記，或者可以是指向的形狀(例如，矩形等)。此外，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記B1位于底板B上，對(duì)應(yīng)于參考標(biāo)記14。
注意到，用于加熱底板B的加熱裝置可以位于工作臺(tái)11上。
工作臺(tái)11連接到X軸驅(qū)動(dòng)裝置15，并且X軸驅(qū)動(dòng)裝置15的兩端分別通過鉸鏈15a連接到Y(jié)1軸驅(qū)動(dòng)裝置16和Y2軸驅(qū)動(dòng)裝置17。因此，通過改變Y1軸驅(qū)動(dòng)裝置16的移動(dòng)量以及Y2軸驅(qū)動(dòng)裝置17的移動(dòng)量，便可以在θ軸方向上實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)11的角度調(diào)節(jié)。因此，工作臺(tái)11可以在X、Y、θ軸方向上移動(dòng)到任意位置。
工作臺(tái)11的功能在于，在未示出的提供位置處接收底板B，并將其傳遞到安裝位置。
在安裝位置處，第一照相機(jī)20和第二照相機(jī)21分別安裝在吸入機(jī)頭2上面和工作臺(tái)11下面，并在安裝位置的側(cè)面安裝第三照相機(jī)22。關(guān)于第三照相機(jī)22，可以使用被稱為NFP光學(xué)系統(tǒng)的照相機(jī)，并且其光軸高度較佳地比壓焊面高度稍高一點(diǎn)。第二照相機(jī)21最好具有能夠捕獲整個(gè)激光器芯片P的捕獲視場(chǎng)。第一和第二照相機(jī)20和21的相對(duì)位置是由定位裝置23(圖1中用虛線來表示)，比如馬達(dá)軸來固定的，使得這些照相機(jī)的共同的光軸通常面向相同的光軸，并且這些照相機(jī)也并不執(zhí)行相對(duì)位移。此外，第三照相機(jī)22的相對(duì)位置也是由定位裝置23(比如，馬達(dá)軸)來固定的，使得其光軸大致與第一和第二照相機(jī)20和21的光軸正交，并且這些照相機(jī)也并不執(zhí)行相對(duì)位移。盡管照相機(jī)20、21和22較佳地具有自聚焦功能，但是作為替代，也可以通過在Z軸方向上移動(dòng)第一和第二照相機(jī)20和21，和在Y軸(激光器芯片P的光軸)方向上移動(dòng)第三照相機(jī)22來執(zhí)行。
控制設(shè)備25讀取第一照相機(jī)20、第二照相機(jī)21和第三照相機(jī)22所捕獲的數(shù)據(jù)，從這些數(shù)據(jù)中計(jì)算出第一照相機(jī)20與第二照相機(jī)21之間的光軸偏移量、第一照相機(jī)20與第三照相機(jī)22之間的光軸偏移量、激光器芯片P的位置(偏移角)、底板B的位置(偏移角)、機(jī)頭參考標(biāo)記5與激光器芯片P之間的相對(duì)位置(偏移角)、工作臺(tái)參考標(biāo)記14與底板B之間的相對(duì)位置(偏移角)等等，存儲(chǔ)上述這些數(shù)據(jù)，并且控制設(shè)備25還具有控制驅(qū)動(dòng)裝置7、8、9、15、16和17的功能。
現(xiàn)在，根據(jù)圖4和圖5來描述由上述結(jié)構(gòu)制成的安裝設(shè)備的操作情況的一個(gè)示例。圖4(a)示出了第一照相機(jī)20、第二照相機(jī)21和第三照相機(jī)22的校準(zhǔn)過程。首先，在位于安裝位置處的第一照相機(jī)20與第二照相機(jī)21之間插入吸入機(jī)頭2，并且將校準(zhǔn)標(biāo)記6a調(diào)節(jié)到壓焊面高度。然后，用照相機(jī)20和21來捕獲位于吸入機(jī)頭2之上的校準(zhǔn)標(biāo)記6a，并且獲得了照相機(jī)20和21之間的光軸偏移量。光軸偏移量被用于計(jì)算激光器芯片P和吸入機(jī)頭2之間的相對(duì)位置(這在下文中會(huì)進(jìn)行描述)，還用于計(jì)算底板B與工作臺(tái)11之間的相對(duì)位置以及吸入機(jī)頭2與工作臺(tái)11之間的位置校正等。相似的是，使用第三照相機(jī)22來捕獲校準(zhǔn)標(biāo)記6b。此時(shí)，校準(zhǔn)標(biāo)記6a和6b被設(shè)置成固定的空間關(guān)系，由此可以獲得第一照相機(jī)和第三照相機(jī)22之間的光軸偏移量。
圖4(b)示出了吸入機(jī)頭2被移開的一種狀態(tài)，并且工作臺(tái)11被插入安裝位置，即底板B的上表面變?yōu)閴汉该娓叨鹊哪莻€(gè)位置。在這種情況下，使用第一照相機(jī)20來捕獲工作臺(tái)11上底板B的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記B1，同時(shí)，獲得了在工作臺(tái)11后面用第二照相機(jī)21捕獲的參考標(biāo)記14以及底板B的X、Y坐標(biāo)位置和工作臺(tái)11的X、Y坐標(biāo)位置。接下來，使用來自第一照相機(jī)20和第二照相機(jī)21的圖像信息來存儲(chǔ)底板B與工作臺(tái)11之間的空間關(guān)系。
圖4(c)示出了工作臺(tái)11被移開的一種狀態(tài)，并且吸入機(jī)頭2下降到安裝位置，即由吸入機(jī)頭2所吸入的激光器芯片P下降到它變?yōu)閴汉该娓叨鹊哪莻€(gè)位置。在該位置處，使激光器芯片P發(fā)光(光軸方向是Y軸)。接下來，使用第一照相機(jī)20來識(shí)別機(jī)頭參考標(biāo)記5的XY坐標(biāo)，使用第二照相機(jī)21來識(shí)別激光器芯片P的照明面(圖4(c)中的右側(cè)表面)的Y坐標(biāo)，并且使用第三照相機(jī)22來識(shí)別激光器芯片P的光軸的X、Z坐標(biāo)。此時(shí)，第二照相機(jī)21的視場(chǎng)可以識(shí)別整個(gè)激光器芯片P，所以可以很容易識(shí)別照明面的Y坐標(biāo)。接下來，使用來自第一照相機(jī)20到第三照相機(jī)21的圖像信息來存儲(chǔ)激光器芯片P和吸入機(jī)頭2之間的空間關(guān)系。
注意到，圖4(b)和(c)中第一照相機(jī)20與第二照相機(jī)21的焦距不同于當(dāng)識(shí)別校準(zhǔn)標(biāo)記6a時(shí)的焦距(圖4(a))，所以最好使用自聚焦功能以便清晰地識(shí)別出機(jī)頭參考標(biāo)記5、對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記B1、工作臺(tái)參考標(biāo)記14等。
圖5示出了從第三照相機(jī)方向上觀察吸入機(jī)頭2和激光器芯片P的情形。使用第三照相機(jī)22來識(shí)別激光器芯片P的照明部分P1的X坐標(biāo)，并且從上面識(shí)別出的X坐標(biāo)和用第一照相機(jī)20識(shí)別出的機(jī)頭參考標(biāo)記5的XY坐標(biāo)中，可以獲得激光器芯片P和吸入機(jī)頭2之間X方向上的相對(duì)位置。此外，通過第三照相機(jī)22，從激光器芯片P的光軸的Z方向上的位置信息以及位于吸入機(jī)頭2上面的位置傳感器的Z位置信息中，可以識(shí)別出在激光器芯片P的光軸與吸入機(jī)頭2之間Z方向上的相對(duì)位置。
激光器芯片P的光軸的Z位置信息可以是激光器芯片P的照明部分P1和吸入機(jī)頭2的底面之間的高度Z，或者是照明部分P1與激光器芯片P的底面之間的高度，并且進(jìn)一步，通過在第三照相機(jī)22的視場(chǎng)內(nèi)的吸入機(jī)頭2的側(cè)面上提供一個(gè)標(biāo)記，上述的激光器芯片P的光軸的Z位置信息便可以是該標(biāo)記與照明部分P1之間的高度。
圖4(d)是安裝過程，其中該工作臺(tái)11被移動(dòng)到和圖4(b)相同的位置，同時(shí)使吸入機(jī)頭2固定在安裝位置處，并且將激光器芯片P安裝到底板B上。此時(shí)，通過使用位于吸入機(jī)頭2中的位置傳感器，將執(zhí)行Z方向上的定位。注意到，當(dāng)加熱時(shí)在Z方向上熱變形的量是預(yù)先指明的。
在圖4(b)中的位置識(shí)別之后，在圖4(c)中移開工作臺(tái)11，并且進(jìn)一步當(dāng)在圖4(d)中將工作臺(tái)11放回安裝位置時(shí)，根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置15到17的精確度，底板B必然無法在具有足夠的再現(xiàn)性的情況下返回到圖4(b)中的位置。由于第一照相機(jī)20的視場(chǎng)被吸入機(jī)頭2阻擋，也就無法直接用第一照相機(jī)20來識(shí)別底板B。因此，在安裝過程中，使用第二照相機(jī)21來識(shí)別參考標(biāo)記，基于圖4(b)中計(jì)算得到的相對(duì)位置數(shù)據(jù)在XY方向上移動(dòng)工作臺(tái)11，使得底板B的位置符合圖4(c)中的激光器芯片P的位置。吸入機(jī)頭2被當(dāng)作被固定在圖4(c)中的位置上，所以因?yàn)樵诩す馄餍酒琍中沒有位置偏移，那么必須要做的只是執(zhí)行底板B的位置校正。注意到，如果在θ軸方向上有偏移，那么應(yīng)該在θ軸方向上移動(dòng)工作臺(tái)11。因此，在激光器芯片P與底板B之間，可以在XYZ方向上進(jìn)行精確的對(duì)準(zhǔn)，并且通過在這種情況下的安裝，可以獲得高度精確的產(chǎn)品。
圖4示出了一個(gè)示例，其中，首先識(shí)別底板B與工作臺(tái)11之間的空間關(guān)系，接下來識(shí)別吸入機(jī)頭2與激光器芯片P之間的空間關(guān)系，并且當(dāng)將激光器芯片P固定在安裝位置上時(shí)將底板B移動(dòng)到安裝位置并進(jìn)行安裝，但通過與此相反的方法也可以進(jìn)行安裝。即，首先識(shí)別吸入機(jī)頭2與激光器芯片P之間的空間關(guān)系，接下來識(shí)別底板B與工作臺(tái)11之間的空間關(guān)系，并且當(dāng)使底板B固定在安裝位置時(shí)，將激光器芯片P移動(dòng)到安裝位置并進(jìn)行安裝。
使用圖4所示的定位過程時(shí)，假如在加熱的同時(shí)進(jìn)行安裝，則吸入機(jī)頭2或工作臺(tái)11可能在安裝的中間引起熱變形。因此，即便在安裝之前正確地進(jìn)行了對(duì)準(zhǔn)，當(dāng)安裝完成時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)激光器芯片P和底板B并不恰好一致的情形。
作為在這種情況下的一種測(cè)量，在安裝過程中可以使用下述方法(參照?qǐng)D4(d))。
首先，使用第一和第二照相機(jī)20和21來識(shí)別機(jī)頭參考標(biāo)記5和工作臺(tái)參考標(biāo)記14，并且通過使用上述相對(duì)位置信息，使吸入機(jī)頭2和工作臺(tái)11臨時(shí)停在激光器芯片P和底板B相一致的位置處。此時(shí)，激光器芯片P和底板B只是輕輕地接觸。
當(dāng)對(duì)吸入機(jī)頭2和工作臺(tái)11其中之一加熱或?qū)烧叨歼M(jìn)行加熱以便壓焊時(shí)(例如，350度/5秒或更快些)，不斷對(duì)其加壓，并且同時(shí)用第一和第二照相機(jī)20和21連續(xù)捕獲機(jī)頭參考標(biāo)記5和工作臺(tái)參考標(biāo)記14。接下來，吸入機(jī)頭2和工作臺(tái)11經(jīng)受相對(duì)位置校正，以便在上述臨時(shí)的停止過程中保持相對(duì)的空間關(guān)系。
如果使用上述方法，則即便在安裝的中間發(fā)生XY方向的偏移，照相機(jī)20和21也會(huì)檢測(cè)到該偏移并實(shí)時(shí)對(duì)其進(jìn)行校正，由此能夠進(jìn)行精確的壓焊。
在圖4中，當(dāng)加熱時(shí)在Z方向上熱變形的量是預(yù)先指明的，但事實(shí)上可能發(fā)生10微米等這樣的變形，并且可再現(xiàn)性可能也很小。為此，使用第三照相機(jī)22測(cè)量激光器芯片P與底板B之間的間隙，并在執(zhí)行實(shí)時(shí)校正的同時(shí)將激光器芯片P安裝到底板B上，這些做法能夠使激光器芯片P的光軸與適合于底板B的高度對(duì)齊。
關(guān)于上述間隙的測(cè)量方法，可以考慮圖6所示的三種方法。
如圖6(a)所示，第一種方法用于測(cè)量激光器芯片P和底板B的輪廓末端表面之間的間隙t1。
如圖6(b)所示，第二種方法用于測(cè)量吸入機(jī)頭2和工作臺(tái)11的輪廓末端表面之間的間隙t2。
如圖6(c)所示，第三種方法用于測(cè)量位于吸入機(jī)頭2和工作臺(tái)11之上的參考標(biāo)記2a和11a之間的間隙t3。
使用上述方法之一能夠在使用圖像進(jìn)行識(shí)別校正的同時(shí)任意調(diào)節(jié)激光器芯片P與底板B之間的壓焊空隙。注意，使用第二和第三種測(cè)量方法時(shí)，當(dāng)已經(jīng)識(shí)別出激光器芯片P的光軸時(shí)，有必要識(shí)別出該光軸與機(jī)頭2的末端表面或參考標(biāo)記之間的相對(duì)位置。
第二實(shí)施例圖7到圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的安裝設(shè)備的第二實(shí)施例。
本示例的安裝設(shè)備包括機(jī)頭部分30和工作臺(tái)部分40、第一到第三光學(xué)系統(tǒng)60、61、和66、以及控制設(shè)備(未示出)。
機(jī)頭部分30包括吸入機(jī)頭31，用于吸入激光器芯片P；驅(qū)動(dòng)裝置32，用于在X、Y、Z軸方向上驅(qū)動(dòng)；以及支架33，用于將吸入機(jī)頭31連接到驅(qū)動(dòng)裝置32。支架33包括一對(duì)面對(duì)面的支持壁33a，并且在X軸方向上通透的凹陷部分33b位于其間。從X軸方向上在該凹陷部分33b中插入第一光學(xué)系統(tǒng)60(鏡子部分)，它可自由地進(jìn)出。
如圖9所示，吸入機(jī)頭31包括基座構(gòu)件34；透明板35，由無瑕的玻璃等制成，并固定到基座構(gòu)件34的上表面；圓柱構(gòu)件36，由絕熱材料制成，并固定到基座構(gòu)件34的下表面；附屬構(gòu)件37，固定到圓柱構(gòu)件36的低端部分；以及加熱器38，夾在附屬構(gòu)件37與圓柱構(gòu)件36之間。用螺絲等將上述基座構(gòu)件34固定到支撐壁33a的低端。附屬構(gòu)件37最好用導(dǎo)熱性良好的材料構(gòu)成。
垂直通透的孔34a位于基座構(gòu)件34的中心部分中，該通透孔34a與圓柱構(gòu)件36的內(nèi)部孔36a相通，并且中空部分39是由這些孔34a和36a構(gòu)成。中空部分39的上表面是用透明板35來閉合的?；鶚?gòu)件34與空氣管道相連，管道與中空部分39相通，并且該空氣管道34b連接到未示出的真空吸入設(shè)備，并構(gòu)成空氣吸入通道。
通透孔位于加熱器38的中心部分，加熱器38以共心方式固定到附屬基座37，使得該通透孔與形成附屬構(gòu)件37的中心部分中的部件吸入孔37a相一致。激光器芯片P被吸入到部件吸入孔37a的底側(cè)開孔部分。
如上所述，與部件吸入孔37a相通的中空部分39形成于吸入機(jī)頭31的部件吸入孔37a之后，并且與中空部分39的部件吸入孔37a正對(duì)著的那個(gè)表面是用透明板35封住的。凹陷部分33b位于支架33中，以便將機(jī)頭31連接到驅(qū)動(dòng)裝置32，并且使用插入該中空部分33b中的第一光學(xué)系統(tǒng)60時(shí)可以很容易地通過透明板35識(shí)別出部件吸入孔37a。即，部件吸入孔37a可以被用作機(jī)頭參考標(biāo)記。為了檢測(cè)旋轉(zhuǎn)方向的角度偏移，最好將部件吸入孔37a的頂側(cè)開孔部分做成隨方向性易變的形狀，比如矩形。
如圖10所示，電極37b位于吸入機(jī)頭31的附屬構(gòu)件37的表面上，并且當(dāng)吸入機(jī)頭31吸入其前后側(cè)具有電極Pa和Pb的激光器芯片P時(shí)，激光器芯片P的頂側(cè)電極Pa與電極37b接觸，并導(dǎo)電。在這種情況下，當(dāng)電源單元50的探頭51和52分別接觸電極37b和底側(cè)電極Pb時(shí)，便可以使激光器芯片P發(fā)光。
圖11示出了在光軸識(shí)別位置中的電源50(參照?qǐng)D4(c))。當(dāng)吸入機(jī)頭31下垂到使電源單元50水平地伸出狀態(tài)時(shí)，探頭51和52分別與電極37b和底側(cè)電極Pb接觸，所以激光器芯片P發(fā)光，并且可由第三光學(xué)系統(tǒng)66來捕獲該光軸。
工作臺(tái)部分40包括用于吸入并固定底板P的工作臺(tái)41、用于在X、Y、θ軸方向上驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置42、以及用于將工作臺(tái)41連接到驅(qū)動(dòng)裝置42的支架43。既然將工作臺(tái)41和吸入機(jī)頭31制成垂直對(duì)稱結(jié)構(gòu)，并且將支架43和支架33制成垂直對(duì)稱結(jié)構(gòu)，那么主要組件的參考數(shù)字羅列如下，并且其多余的描述將忽略掉。即，43b是凹陷部分，44是基座構(gòu)件，44b是空氣管道，45是透明板，46是圓柱構(gòu)件，47是附屬構(gòu)件，47a是部件吸入孔，48是加熱器，并且49是中空部分。在這種情況下，使用從X軸方向上插入凹陷部分43b中的第二光學(xué)系統(tǒng)61(鏡子部分)，便可以通過透明板45捕獲部件吸入孔47a，并且部件吸入孔47a可以用作機(jī)頭參考標(biāo)記。
第一光學(xué)系統(tǒng)60通過Z1軸驅(qū)動(dòng)裝置64連接到位于XY軸驅(qū)動(dòng)裝置62之上的支撐部分63，并且第二光學(xué)系統(tǒng)通過Z2軸驅(qū)動(dòng)裝置65連接到支撐部分63。第三光學(xué)系統(tǒng)66通過Y軸驅(qū)動(dòng)裝置67連接到支撐部分63。
第一光學(xué)系統(tǒng)60包括照相機(jī)60a、在X軸方向上擴(kuò)展的圓柱透鏡60b、以及連接到透鏡60b的末端的棱鏡或鏡子60c，并且該鏡子60c被插入支架33的凹陷部分33b。排列方式是這樣的，其中部件吸入孔37a的光線是由鏡子60c來反射的，并且使用照相機(jī)60a可以通過透鏡60b來捕獲光線。
相似的是，第二光學(xué)系統(tǒng)61包括照相機(jī)61a、在X軸方向上擴(kuò)展的圓柱透鏡61b、以及棱鏡或鏡子61c，并且該鏡子61c被插入支架43的凹陷部分43b中。既然與凹陷部分33b和43b相比鏡子60c和61c是小橫截面，那么在XYZ方向上存在空間上的空余。因此，即便在位置識(shí)別、安裝、或位置校正的時(shí)刻移動(dòng)了吸入機(jī)頭31和工作臺(tái)41，也可以防止支架33和43以及鏡子60c和61c之間的干擾。
第一到第三光學(xué)系統(tǒng)60、61和66最好具有自聚焦功能。
第一光學(xué)系統(tǒng)60和第二光學(xué)系統(tǒng)61是由支撐部分63來支撐的，使得這些光軸在相同的軸上面對(duì)面，并且這些照相機(jī)并不相對(duì)地向XY方向移動(dòng)。第三光學(xué)系統(tǒng)66是由支撐部分63來支撐的，使得其光軸與第一光學(xué)系統(tǒng)60的光軸正交，并且其照相機(jī)也并不相對(duì)地向XZ方向移動(dòng)。此外，為了識(shí)別第一光學(xué)系統(tǒng)60與第二光學(xué)系統(tǒng)61之間的光軸偏移量，位于吸入機(jī)頭31或工作臺(tái)41中的部件吸入孔37a和47a中的一側(cè)可以用作校準(zhǔn)標(biāo)記。
為了對(duì)應(yīng)于在大尺寸底板B上安裝多個(gè)部件P的情形，通過XY軸驅(qū)動(dòng)裝置62，光學(xué)系統(tǒng)20和21都能夠整體地向XY方向移動(dòng)。
此外，通過用Z1軸驅(qū)動(dòng)裝置64在垂直方向上調(diào)節(jié)第一光學(xué)系統(tǒng)60，用Z2軸驅(qū)動(dòng)裝置65在垂直方向上調(diào)節(jié)第二光學(xué)系統(tǒng)61，并且用Y軸驅(qū)動(dòng)裝置67在水平方向上調(diào)節(jié)第三光學(xué)系統(tǒng)66，便可以各自獨(dú)立地進(jìn)行與各光學(xué)系統(tǒng)60、61和66相關(guān)的自聚焦調(diào)節(jié)。
上述示例的安裝設(shè)備的操作過程與圖4所示的第一實(shí)施例相同，所以有關(guān)描述將省略。注意到，假如使用吸入機(jī)頭31的部件吸入孔37a或工作臺(tái)41的部件吸入孔47a作為校準(zhǔn)，則吸入機(jī)頭31或工作臺(tái)41應(yīng)該被插入垂直的光學(xué)系統(tǒng)60和61之間，并且應(yīng)該在吸入激光器芯片P或底板B之前，先測(cè)量光軸偏移量。
使用第二實(shí)施例時(shí)，部件吸入孔37a和47a被用作機(jī)頭參考標(biāo)記和工作臺(tái)參考標(biāo)記。既然部件吸入孔37a和47a位于離部件P和底板B最近的位置，那么即便在吸入機(jī)頭31或工作臺(tái)41中存在一些變形，部件P與吸入機(jī)頭31之間的相對(duì)位置偏移量以及底板B與工作臺(tái)41之間的相對(duì)位置偏移量都會(huì)變?yōu)樽钚?。既然透過透明體從機(jī)頭(或工作臺(tái))后面可以通過熒光鏡來觀察用作為參考標(biāo)記的部件吸入孔，那么即便在安裝的中間也能夠精確地識(shí)別出機(jī)頭(或工作臺(tái))的位置。
此外，吸入機(jī)頭31和工作臺(tái)41都包括加熱器38或加熱器48，所以在對(duì)其施加熱量和壓力的同時(shí)可以將激光器芯片P安裝到底板B上。在這種情況下，加熱器38和48位于與部件吸入孔37a和47a極為接近的位置處，所以熱量可以最為有效地傳遞到部件P和底板B，由此可以實(shí)現(xiàn)壓焊性能的改進(jìn)。此外，當(dāng)對(duì)機(jī)頭(或工作臺(tái))進(jìn)行加熱時(shí)，在照相機(jī)所捕獲的圖像中，會(huì)出現(xiàn)因周圍空氣波動(dòng)而導(dǎo)致的失真，這會(huì)成為誤差的原因，但是既然空氣吸入通道34b中的空氣吸入可使中空部分39處于一種減壓的狀態(tài)，那么空氣的密度很低并且?guī)缀鯖]有波動(dòng)。結(jié)果，當(dāng)通過透明體35和中空部分39來捕獲部件吸入孔37a時(shí)，可以獲得精確的捕獲數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有很小的因波動(dòng)而導(dǎo)致的誤差。
使用第二實(shí)施例時(shí)，排列方式是這樣的，其中位于第一光學(xué)系統(tǒng)60和第二光學(xué)系統(tǒng)61中的鏡子部分60c和61c被插入凹陷部分33b和43b，但假如光學(xué)系統(tǒng)可以配置成小尺寸，則排列方式可以是這樣的，其中透鏡部分60b和61b，以及鏡子部分60c和61c被忽略，并且照相機(jī)60a和61a被直接插入凹陷部分33b和43b。
此外，已經(jīng)做出一種排列方式，其中將工作臺(tái)41和吸入機(jī)頭31制成垂直對(duì)稱結(jié)構(gòu)，并且將支架43和支架33制成垂直對(duì)稱結(jié)構(gòu)，但根據(jù)要處理的第一部件(發(fā)光元件)P和第二部件(底板)的形狀和尺寸也可以使用任意的結(jié)構(gòu)。
像上述示例中所示的那樣用一對(duì)支撐壁33a來支撐的結(jié)構(gòu)構(gòu)件已經(jīng)被用作支架33和34，所以可用與驅(qū)動(dòng)裝置32和42有關(guān)的兩端支撐結(jié)構(gòu)來支撐吸入機(jī)頭31和工作臺(tái)41，并且可以防止在安裝時(shí)因壓力而導(dǎo)致吸入機(jī)頭31和工作臺(tái)41彎曲的現(xiàn)象。另外，支架33和43包括光學(xué)系統(tǒng)60和61的鏡子部分60c和61c可以自由插入其中的凹陷部分33b和43b，因此，在安裝過程的中間可以很容易識(shí)別出機(jī)頭參考標(biāo)記37a和47a。
第三實(shí)施例圖12和圖13是由一個(gè)照相機(jī)構(gòu)成兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)(第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng))的一個(gè)示例，這是根據(jù)本發(fā)明的安裝設(shè)備的第三實(shí)施例。與圖8所示實(shí)施例相同的組件用相同的參考數(shù)字來表示，并且其多余的描述將省略。
在本示例中，照相機(jī)71、透鏡72以及用來將照相機(jī)71的視場(chǎng)分成垂直的兩半的鏡子(或棱鏡73和74)都被安裝在位于支撐部分63中的桌面70上，以便向Z方向移動(dòng)。照相機(jī)的光軸被鏡子73向上打彎，并且被位于鏡子支撐構(gòu)件75中的兩塊鏡子(或棱鏡)向下打彎，該鏡子支撐構(gòu)件75不能在Z軸方向上移動(dòng)，并且可以捕獲機(jī)頭參考標(biāo)記37a。另一方面，被鏡子74向下打彎的光軸被位于鏡子支撐構(gòu)件78中的兩塊鏡子(棱鏡)79和80向上打彎，該鏡子支撐構(gòu)件78無法在Z軸方向上移動(dòng)，并且可以捕獲工作臺(tái)參考標(biāo)記47a。因此，兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)可以由一個(gè)照相機(jī)71構(gòu)成。
圖13示出了使用照相機(jī)71時(shí)的視場(chǎng)。反射到上半部分的圖像是機(jī)頭參考標(biāo)記37a，反射到下半部分的圖像是工作臺(tái)參考標(biāo)記47a。通過在Z軸方向上移動(dòng)桌面70，使垂直光學(xué)系統(tǒng)的圖像聚焦可以同時(shí)調(diào)節(jié)，使垂直光學(xué)系統(tǒng)的光通路的長(zhǎng)度相等，并使Y1軸進(jìn)入焦點(diǎn)。
第四實(shí)施例圖14和圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的安裝設(shè)備的第四實(shí)施例。該示例是一種用五個(gè)照相機(jī)進(jìn)行高速對(duì)準(zhǔn)的方法。圖14將與圖1進(jìn)行對(duì)比描述，圖15將與圖4進(jìn)行對(duì)比描述。注意到，相同的組件使用相同的參考數(shù)字，并且多余的描述將省略。
在圖14中，第一照相機(jī)81和第二照相機(jī)82是由定位裝置83來固定的，使得它們的光軸面對(duì)面，并且第三照相機(jī)84和第四照相機(jī)85是由定位裝置86來固定的，使得它們的光軸面對(duì)面。此外，第五照相機(jī)87是由定位裝置86來固定的，使得其光軸與第三照相機(jī)84和第四照相機(jī)85的光軸正交。注意到，第五照相機(jī)87的連接位置可以在機(jī)頭的移動(dòng)方向和直角方向上。第一照相機(jī)81和第二照相機(jī)82之間的相對(duì)位置以及第三照相機(jī)84和第四照相機(jī)85之間的相對(duì)位置固定在XY方向上，但可以在聚集方向上自由移動(dòng)。此外，對(duì)于第五照相機(jī)87而言，光軸方向上的焦點(diǎn)移動(dòng)是自由的。
例如，第一照相機(jī)81用于識(shí)別機(jī)頭參考標(biāo)記5，第二照相機(jī)82用于識(shí)別已被吸入吸入機(jī)頭2中的部件P。此外，第三照相機(jī)84用于識(shí)別固定在工作臺(tái)11中的底板B以及例如機(jī)頭參考標(biāo)記5，并且第四照相機(jī)85用于識(shí)別工作臺(tái)參考標(biāo)記14。第五照相機(jī)87不僅用于識(shí)別部件P的光軸，還用于識(shí)別部件P的安裝高度。
參照?qǐng)D15，將描述由上述結(jié)構(gòu)制成的安裝設(shè)備的操作。
圖15(a)是校準(zhǔn)過程，其中吸入機(jī)頭2的頂部被插入第一照相機(jī)81和第二照相機(jī)82之間，使用照相機(jī)81和82來捕獲位于吸入機(jī)頭2之上的校準(zhǔn)標(biāo)記6a，獲取在照相機(jī)81和82之間的光軸偏移量，并且同時(shí)使用第五照相機(jī)87來捕獲校準(zhǔn)標(biāo)記6b。相似的是，在第三照相機(jī)84與第四照相機(jī)85之間插入工作臺(tái)11，校準(zhǔn)標(biāo)記19位于使用照相機(jī)84和85的工作臺(tái)11上，并且獲得在照相機(jī)84和85之間的光軸偏移量。
圖15(b)示出了一種狀態(tài)，其中，在照相機(jī)81和82之間插入被吸入機(jī)頭2吸入的部件P，并且在照相機(jī)84和85之間插入工作臺(tái)11上所固定的底板B。注意到，連接材料B2附在底板B上。在這種情況下，使用照相機(jī)81和82來識(shí)別機(jī)頭參考標(biāo)記5與部件P之間的相對(duì)位置，并且使用照相機(jī)84和85來識(shí)別工作臺(tái)參考標(biāo)記14。同時(shí)，使部件P發(fā)光，并且使用第五照相機(jī)87來識(shí)別其光軸位置。因此，在部件P的位置、機(jī)頭2的部件、以及光軸之間的空間關(guān)系被存儲(chǔ)，并且在底板B的位置與工作臺(tái)11的標(biāo)記14之間的空間關(guān)系也被存儲(chǔ)。
圖15(c)示出了一種狀態(tài)，其中，在第三和第四照相機(jī)84和85之間移動(dòng)吸入機(jī)頭2，使用第三照相機(jī)84來識(shí)別機(jī)頭參考標(biāo)記5，使用第四照相機(jī)85來識(shí)別工作臺(tái)參考標(biāo)記14，并且令機(jī)頭2下降使得當(dāng)使用第五照相機(jī)87時(shí)在部件P和底板B之間的間隙變?yōu)轭A(yù)定的值，并且經(jīng)受臨時(shí)的停頓。此處，已經(jīng)在第三和第四照相機(jī)84和85之間移動(dòng)了吸入機(jī)頭2和工作臺(tái)11，但可以這樣排列，其中在第一和第二照相機(jī)81和82之間移動(dòng)吸入機(jī)頭2和工作臺(tái)11，使用第一照相機(jī)81來識(shí)別機(jī)頭參考標(biāo)記5，并且使用第二照相機(jī)82來識(shí)別工作臺(tái)參考標(biāo)記14。
圖15(d)是壓焊過程，其中在對(duì)部件P和底板B進(jìn)行加熱的同時(shí)將它們壓焊。通過使用第三和第四照相機(jī)84和85連續(xù)地捕獲標(biāo)記5和14，便可以對(duì)吸入機(jī)頭2和工作臺(tái)11進(jìn)行實(shí)時(shí)位置校正，所以部件P和底板B之間的相對(duì)位置可以在加熱時(shí)不偏移。同時(shí)，使用第五照相機(jī)87來測(cè)量部件P與底板B之間的間隙，并且可以實(shí)時(shí)校正機(jī)頭高度，使得其間隙變?yōu)轭A(yù)定的值。因此，如圖18所示，發(fā)光元件的光軸可以精確地符合波導(dǎo)底版的波導(dǎo)。
如上所述，通過使用第一和第二照相機(jī)81和82以及第三和第四照相機(jī)84和85這兩組照相機(jī)對(duì)，當(dāng)一對(duì)照相機(jī)正在捕獲吸入機(jī)頭2側(cè)面時(shí)，另一對(duì)照相機(jī)對(duì)可以捕獲工作臺(tái)11側(cè)面，由此可以高速對(duì)準(zhǔn)并安裝。
注意，如果UV固化樹脂用作連接材料B-2，則從水平方向投射UV并且使其黏附在圖15(d)所示的工作臺(tái)中。
如上所述，第五照相機(jī)87不僅用于識(shí)別部件P的光軸，還用于識(shí)別部件P的安裝高度，但是假如將像圖18所示那樣的光學(xué)部件P安裝到底板B之上，則即便在安裝的時(shí)候使用第五照相機(jī)87從部件的光軸方向嘗試識(shí)別，也會(huì)因?yàn)椴考和底板B之間的空隙藏在底板B上而檢測(cè)不到它。在這種情況下，可以使用在水平方向上具有光軸的另一個(gè)照相機(jī)。在這種情況下，將總共使用六個(gè)照相機(jī)。注意，如圖6(b)和(c)所示，假如用機(jī)頭與工作臺(tái)之間的空隙來替代在上述部件之間的空隙，則它也可以在使用第五照相機(jī)87時(shí)被用于部件P的光軸識(shí)別和安裝高度的識(shí)別。
在第一實(shí)施例到第四實(shí)施例中，所有描述所涉及的省略都是在一個(gè)底板B上安裝一個(gè)激光器芯片P，假如將多個(gè)激光器芯片P安裝到底板B上，情況亦如此。然而，在這種情況下，就必須提供與底板B的多個(gè)安裝位置相關(guān)的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記B1，并且也必須在與這些相對(duì)應(yīng)的工作臺(tái)11上提供多個(gè)工作臺(tái)參考標(biāo)記14。
本發(fā)明可應(yīng)用的范圍很廣，比如，用來將發(fā)光元件安裝到板上的芯片安裝機(jī)，TAB壓焊機(jī)，以及觸發(fā)芯片壓焊機(jī)。
本發(fā)明的安裝設(shè)備并不限于上文諸多示例所示的結(jié)構(gòu)，并且只要可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各步驟，任何結(jié)構(gòu)都是可以使用的。
使用本發(fā)明時(shí)，已經(jīng)給出了一種排列方式，其中，第一光學(xué)系統(tǒng)位于吸入機(jī)頭上面，第二光學(xué)系統(tǒng)位于工作臺(tái)下面，但至少用來接收來自機(jī)頭參考標(biāo)記和來自工作臺(tái)參考標(biāo)記的那些部分應(yīng)該位于吸入機(jī)頭上面和工作臺(tái)下面，并且照相機(jī)并不需要分別位于吸入機(jī)頭之上和工作臺(tái)之下。因此，可以這樣排列，其中使用了多個(gè)鏡子和棱鏡，并且它們?cè)谖挥谖霗C(jī)頭側(cè)面或下面、或位于工作臺(tái)側(cè)面或下面的照相機(jī)中使光線反射。
在圖4中，已經(jīng)使用位于與第一光學(xué)系統(tǒng)20的光軸正交的方向上的第三光學(xué)系統(tǒng)22來捕獲激光器芯片P的光軸，但是如圖16所示，可以這樣排列，其中，反射鏡90位于吸入機(jī)頭2的底面之上，并且通過用鏡子9使激光器芯片P的光線打彎90度，便有可能使用第二光學(xué)系統(tǒng)21來捕獲激光器芯片P的光軸。在這種情況下，第二光學(xué)系統(tǒng)21可以用作雙重目的，取代第三光學(xué)系統(tǒng)22。
使用上述示例時(shí)，所有描述所涉及的都是使激光器芯片發(fā)光，并且使用第三光學(xué)系統(tǒng)來捕獲其光軸，因此，在光軸的X方向和Z方向上的位置被識(shí)別，但并不是必須識(shí)別Z方向上的位置。
例如，如圖17所示，假如用作高度參考的底座92形成于波導(dǎo)底版91之上，則僅通過壓焊正處于頂著底座92推進(jìn)這樣一種狀態(tài)之中的激光器芯片95，便可以在Z方向上正確地對(duì)準(zhǔn)激光器芯片95的光軸與波導(dǎo)底版91的波導(dǎo)93，因此，沒有必要使用第三光學(xué)系統(tǒng)來識(shí)別在光軸的Z方向上的位置。注意，96表示金屬連接部件。
權(quán)利要求
1.一種方法，用于通過吸入用作為發(fā)光元件的第一部件來安裝發(fā)光元件，并在安裝所述第一部件的同時(shí)使其與工作臺(tái)上所固定的第二部件對(duì)準(zhǔn)，其中所述第一部件的光軸在吸入機(jī)頭的低端部分處朝著水平方向，所述方法包括一個(gè)步驟，用于準(zhǔn)備位于所述吸入機(jī)頭上面的第一光學(xué)系統(tǒng)；位于所述工作臺(tái)下面并使其光軸與第一光學(xué)系統(tǒng)大致正對(duì)著的第二光學(xué)系統(tǒng)；以及其光軸與第一光學(xué)系統(tǒng)大致正交的第三光學(xué)系統(tǒng)；一個(gè)步驟，用于在所述第一光學(xué)系統(tǒng)和所述第二光學(xué)系統(tǒng)之間插入所述吸入機(jī)頭，通過使用所述第一光學(xué)系統(tǒng)來捕獲附在所述吸入機(jī)頭上并可以從上面識(shí)別出的機(jī)頭參考標(biāo)記，通過使用所述第二光學(xué)系統(tǒng)來捕獲在所述吸入機(jī)頭處所吸入的第一部件，使所述第一部件發(fā)光，并且通過使用第三光學(xué)系統(tǒng)來識(shí)別其光軸；一個(gè)步驟，用于在所述第一光學(xué)系統(tǒng)和所述第二光學(xué)系統(tǒng)之間插入工作臺(tái)，通過使用所述第一光學(xué)系統(tǒng)來捕獲在所述工作臺(tái)上所固定的第二部件，并且通過使用所述第二光學(xué)系統(tǒng)來捕獲附在所述工作臺(tái)上并可以從下面識(shí)別出的工作臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記；一個(gè)步驟，用于通過使用來自所述第一光學(xué)系統(tǒng)、第二光學(xué)系統(tǒng)和第三光學(xué)系統(tǒng)的圖像信息來計(jì)算所述第一部件與所述吸入機(jī)頭之間的相對(duì)位置以及所述第二部件與所述工作臺(tái)之間的相對(duì)位置；一個(gè)步驟，用于使用所述第一和第二光學(xué)系統(tǒng)來識(shí)別所述機(jī)頭參考標(biāo)記和工作臺(tái)參考標(biāo)記，這些系統(tǒng)處于所述吸入機(jī)頭和工作臺(tái)被移向安裝位置這樣一種狀態(tài)之中，通過使用那些位置信息和所述相對(duì)位置信息來使所述吸入機(jī)頭和工作臺(tái)中的至少一個(gè)經(jīng)受位置校正，從而使得所述第一部件和第二部件的位置達(dá)到預(yù)定的關(guān)系；以及一個(gè)步驟，在所述位置校正之后安裝所述第一部件和所述第二部件。
2.如權(quán)利要求1所述的安裝發(fā)光元件的方法，其特征在于，所述用于準(zhǔn)備第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)的步驟包括通過在所述第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)之間插入可以從上面和下面識(shí)別出的單個(gè)校準(zhǔn)標(biāo)記從而來測(cè)量在所述第一光學(xué)系統(tǒng)與第二光學(xué)系統(tǒng)之間的光軸偏移量，并且通過使用所述第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)來捕獲這個(gè)校準(zhǔn)標(biāo)記。
3.如權(quán)利要求1所述的安裝發(fā)光元件的方法，其特征在于，所述用于準(zhǔn)備第一光學(xué)系統(tǒng)和第三光學(xué)系統(tǒng)的步驟包括通過在所述第一光學(xué)系統(tǒng)和第三光學(xué)系統(tǒng)之間插入其相對(duì)空間關(guān)系從上面看和從水平方向看都是已知的這樣一種校準(zhǔn)標(biāo)記從而來測(cè)量在所述第一光學(xué)系統(tǒng)與所述第三光學(xué)系統(tǒng)之間的光軸偏移量，并且通過使用所述第一光學(xué)系統(tǒng)和第三光學(xué)系統(tǒng)來捕獲這種校準(zhǔn)標(biāo)記。
4.如權(quán)利要求2或3所述的安裝發(fā)光元件的方法，其特征在于，所述校準(zhǔn)標(biāo)記是在所述吸入機(jī)頭或工作臺(tái)上提供的標(biāo)記。
5.如權(quán)利要求1到4中的任意一條所述的安裝發(fā)光元件的方法，其特征在于，關(guān)于使所述第一部件發(fā)光并使用所述第三光學(xué)系統(tǒng)來識(shí)別其光軸這一步驟，測(cè)量所述第一部件的發(fā)光狀態(tài)，并且如果所述第一部件的發(fā)光狀態(tài)與參考值有偏離，則將所述第一部件作為有缺陷的物件丟棄而不必繼續(xù)接下來的處理步驟。
6.如權(quán)利要求1到5中的任意一條所述的安裝發(fā)光元件的方法，其特征在于，在捕獲所述機(jī)頭參考標(biāo)記和第一部件、捕獲所述第二部件和工作臺(tái)參考標(biāo)記、使所述吸入機(jī)頭和工作臺(tái)中的至少一個(gè)經(jīng)受位置校正、以及安裝所述第一部件和第二部件等所有這些過程中，始終使所述第一光學(xué)系統(tǒng)、第二光學(xué)系統(tǒng)和第三光學(xué)系統(tǒng)保持固定的空間關(guān)系。
7.如權(quán)利要求1到6中的任意一條所述的安裝發(fā)光元件的方法，其特征在于，在所述安裝位置處，在所述吸入機(jī)頭與工作臺(tái)之間的所述位置校正處理過程包括一個(gè)步驟，通過使用所述第一、第二光學(xué)系統(tǒng)來識(shí)別所述機(jī)頭參考標(biāo)記和工作臺(tái)參考標(biāo)記，并且通過使用所述相對(duì)位置信息來使所述吸入機(jī)頭和工作臺(tái)經(jīng)受臨時(shí)的固定，使得所述第一部件和第二部件的位置達(dá)到預(yù)定的關(guān)系；以及一個(gè)步驟，在對(duì)所述吸入機(jī)頭和工作臺(tái)之一進(jìn)行加熱或?qū)Χ咄瑫r(shí)進(jìn)行加熱以便壓焊的同時(shí)使用所述第一和第二光學(xué)系統(tǒng)對(duì)所述機(jī)頭參考標(biāo)記和工作臺(tái)參考標(biāo)記進(jìn)行連續(xù)捕獲，并使所述吸入機(jī)頭和工作臺(tái)經(jīng)受相對(duì)位置校正以便保持所述臨時(shí)的固定處理過程的相對(duì)空間關(guān)系。
8.如權(quán)利要求1到7中的任意一條所述的安裝發(fā)光元件的方法，其特征在于，所述用于安裝第一部件和第二部件的步驟會(huì)通過使用所述第三光學(xué)系統(tǒng)來測(cè)量在所述第一部件和第二部件之間垂直方向上的相對(duì)距離，并且會(huì)在安裝所述第一部件和第二部件的同時(shí)校正它們的壓焊空隙。
9.一種設(shè)備，用于通過安裝第一部件來安裝一個(gè)發(fā)光元件，在以第二部件對(duì)其校準(zhǔn)時(shí)，達(dá)到具有光軸朝著水平方向的一個(gè)發(fā)光元件，所述設(shè)備包括吸入機(jī)頭，用于在其低端部分處吸入所述第一部件，并具有可以從上面識(shí)別出的機(jī)頭參考標(biāo)記；工作臺(tái)，用于在其上端部分處固定所述第二部件，并具有可以從下面識(shí)別出的工作臺(tái)參考標(biāo)記；驅(qū)動(dòng)裝置，用于在X、Y和θ方向上相對(duì)地移動(dòng)所述吸入機(jī)頭和工作臺(tái)；第一光學(xué)系統(tǒng)，位于所述吸入機(jī)頭上面，用于捕獲在所述工作臺(tái)上所固定的第二部件以及所述機(jī)頭參考標(biāo)記；第二光學(xué)系統(tǒng)，位于所述工作臺(tái)下面以便大致與所述第一光學(xué)系統(tǒng)的光軸正對(duì)著，用于捕獲在所述吸入機(jī)頭處所吸入的第一部件以及所述工作臺(tái)參考標(biāo)記；第三光學(xué)系統(tǒng)，其光軸方向大致與所述第一光學(xué)系統(tǒng)正交，用于在使所述第一部件發(fā)光的時(shí)候捕獲所述光軸；計(jì)算設(shè)備，用于通過使用來自所述第一到第三光學(xué)系統(tǒng)的圖像信息來計(jì)算所述第一部件與吸入機(jī)頭之間的相對(duì)位置以及所述第二部件與工作臺(tái)之間的相對(duì)位置；控制設(shè)備，用于通過使用處于所述吸入機(jī)頭和工作臺(tái)被移向安裝位置這樣一種狀態(tài)之中的所述第一和第二光學(xué)系統(tǒng)來識(shí)別所述機(jī)頭參考標(biāo)記和工作臺(tái)參考標(biāo)記，還用于通過使用那些位置信息和所述相對(duì)位置信息來使所述吸入機(jī)頭和所述工作臺(tái)經(jīng)受位置校正，使得所述第一部件和第二部件的位置達(dá)到預(yù)定的關(guān)系。
10.如權(quán)利要求9所述的安裝發(fā)光元件的設(shè)備，其特征在于，所述吸入機(jī)頭和工作臺(tái)中的至少一個(gè)包括部件吸入孔；中空部分，在所述吸入孔后面提供并與所述部件吸入孔相通；透明體，用來使其正對(duì)著所述中空部分的部件吸入孔的那個(gè)面閉合，并可以從后面看穿所述部件吸入孔；空氣吸入通道，連接到所述中空部分；以及用于加熱的加熱器，固定在所述部件吸入孔附近；其中，通過所述透明體可以將所述部件吸入孔識(shí)別成機(jī)頭參考標(biāo)記或工作臺(tái)參考標(biāo)記。
11.如權(quán)利要求10所述的安裝發(fā)光元件的設(shè)備，其特征在于，所述吸入機(jī)頭或工作臺(tái)通過支架連接到所述驅(qū)動(dòng)裝置；并且其中，所述第一或第二光學(xué)系統(tǒng)可以插入其中以便通過所述透明體來捕獲所述部件吸入孔的那個(gè)凹陷部分是在所述支架中構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求9到11中任意一條所述的安裝發(fā)光元件的設(shè)備，還包括電源單元，用于當(dāng)使用所述第三光學(xué)系統(tǒng)識(shí)別成所述第一部件的光軸時(shí)使所述第一部件發(fā)光。
13.如權(quán)利要求9到12中任意一條所述的安裝發(fā)光元件的設(shè)備，其特征在于，所述第三光學(xué)系統(tǒng)從側(cè)面捕獲所述第一部件和所述第二部件或所述吸入機(jī)頭和工作臺(tái)；其中，所述計(jì)算設(shè)備通過使用來自所述第三光學(xué)系統(tǒng)的圖像信息來計(jì)算在所述第一部件和所述第二部件之間垂直方向上的相對(duì)距離；并且其中，所述控制設(shè)備基于所述相對(duì)距離信息來校正在所述第一部件和第二部件之間的壓焊間隙。
全文摘要
目的提供發(fā)光元件的安裝方法，該方法作為標(biāo)準(zhǔn)能夠參照發(fā)光元件的光軸精確地對(duì)物體進(jìn)行定位，并安裝元件。解決的手段在第一照相機(jī)和第二照相機(jī)之間插入吸入機(jī)頭，它們的光軸彼此正相對(duì)且保持固定的空間關(guān)系，用第一照相機(jī)捕獲吸入機(jī)頭的機(jī)頭參考標(biāo)記，用第二照相機(jī)捕獲由吸入機(jī)頭所吸入的發(fā)光元件的末端表面，用第三照相機(jī)捕獲由發(fā)光元件所發(fā)出的光軸。然后，在第一照相機(jī)和第二照相機(jī)之間插入工作臺(tái)，使用第一照相機(jī)捕獲該工作臺(tái)上所固定的基板，用第二照相機(jī)捕獲工作臺(tái)的工作臺(tái)參考標(biāo)記。使用來自這些照相機(jī)的圖像信息來計(jì)算發(fā)光元件與吸入機(jī)頭之間的相對(duì)位置以及在板與工作臺(tái)之間的相對(duì)位置，把吸入機(jī)頭和工作臺(tái)移向安裝位置，用第一和第二照相機(jī)來識(shí)別機(jī)頭參考標(biāo)記和工作臺(tái)參考標(biāo)記，并且基于相對(duì)位置信息使吸入機(jī)頭和工作臺(tái)經(jīng)受位置校正和被安裝。
文檔編號(hào)H01S5/022GK1853320SQ200480027080
公開日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月22日
發(fā)明者福永茂樹 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所