JP2004226318A

JP2004226318A - 走査ヘッドおよびそれを利用可能な外観検査装置

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Publication number: JP2004226318A
Application number: JP2003016474A
Authority: JP
Inventors: Takushi Ueda; 拓志上田; Yoshihiro Akiyama; 吉宏秋山
Original assignee: Saki Corp
Current assignee: Saki Corp
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2023-01-24
Also published as: JP4162132B2

Abstract

【課題】基板のクリームハンダの塗布状態を正確に検査するのは難しかった。
【解決手段】照明ユニット３０は、基板１に対して、ライン毎に側方照明源１０２による側方光とスリット照明源１０３によるスリット光を交互に切り替えて照射する。側方照明源１０２のＬＥＤ（発光ダイオード）群１２０からの光はアクリルシート１０４により拡散されて、検査中のライン１１２へ投じられる。回転筒１０１にはスリットマスクパターンが形成されており、スリット照明源１０３のＬＥＤ群１２０からの光は縞パターンとしてライン１１２に投影される。ライン１１２からの反射光はハーフミラー１０８で反射し、レンズ３２を介してラインセンサ３４に入射する。側方光による基板１の外観画像からクリームハンダの塗布エリアが判定され、縞パターン画像から塗布エリアの高さが測定される。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被検査体の外観検査技術に関する。この発明は特に、被検査体を走査して画像を取得する走査ヘッドと、それを利用可能な外観検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ、ＬＳＩなどのチップはハンダ付けにより基板に接着される。このハンダ付けは、スクリーン印刷装置により基板の電極にクリームハンダを塗布し、このクリームハンダ上にチップのリードを着地させた後、リフロー装置によりクリームハンダを加熱処理して行われる。このとき、クリームハンダの塗布量が適正でないと、ハンダ付けが不良になりやすいことから、チップマウンタによりチップを基板に搭載する前に、クリームハンダの塗布状態の検査が行われる。特にＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）の場合、入出力用のパッドがパッケージの裏面に並んでおり、基板に接着した後はハンダ付けの良否を外観から判定できないため、チップ接着前にクリームハンダの塗布状態を検査する必要がある。
【０００３】
このようなクリームハンダの塗布状態を検査する外観検査装置においては、高密度実装に対応して非常に高い解像度で基板を撮影し、高い精度で不良検出を行う必要がある。そのため検査にかかる時間が長くなる傾向にある。集積回路の需要が高まり、実装工程の高速化が進んでいるが、基板検査に時間がかかると、製品の出荷が遅れることとなり、昨今の厳しい製造競争に耐えられなくなる。また、一度出荷した製品に不良が発見されると、回収、修理、再出荷など余計な作業が発生し、そのための費用はとうてい製品の販売利益でカバーできるものではない。したがって、検査時間を短縮でき、かつ、より精度の高い外観検査装置によって、製品の不良や製品に対する苦情を限りなくゼロに近づけた、いわば一方通行のロジスティックスの実現が切望されている。
【０００４】
ここで、外観検査装置では、クリームハンダの塗布面積を測定することでクリームハンダの塗布状態の良否を検査することが行われていた。しかし、チップのハンダ付けが正常に行われるためには適正な量のクリームハンダが塗布されていることが必要であり、本来はクリームハンダの塗布面積ではなく、塗布量を測定しなければ、正確な検査ができない。そこでより精度の高い検査を行うため、塗布されたクリームハンダの体積測定が必須となりつつある。たとえば、特許文献１には、スリット光のプロジェクターにより、基板上に線パターンを照射して、カメラを用いて、基板の画像を撮影し、ハンダペーストの形状を解析する装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１８７８３８号公報（全文、第１−１１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示された装置では、基板をＸＹ方向に動かして、特定エリア内のハンダペーストに光切断線を照射し、スポット的に画像を取り込んで検査する。この場合、１００万画素のＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサを用いたとしても、２０〜３０マイクロメートルの画素ピッチで画像を取り込むとすると、一度に縦横２〜３センチメートルのエリアを撮影できるだけであり、基板全体の検査には大変な時間がかかる。たとえば、ノートパソコンのマザーボードでは、二千〜四千ポイントのハンダ印刷箇所があるが、このようなＸＹ方向に撮像箇所を移動させる方式の外観検査装置では、高々百〜二百ポイントを選択的に検査するに過ぎない。製造ラインに乗せるためには、マザーボードの検査を３０秒以下で行う必要があり、全ポイントを検査していては製造に間に合わないからであるが、これではハンダ付け不良の発生率を低減させることができず、甚だ不十分な生産管理しかできないことになる。一方、光切断線を照射した画像だけでは、必ずしもハンダの塗布位置や塗布面積が正確かどうかまでは検出できない。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板の製造ラインに導入するのに適した、高速度かつ高精度で基板のハンダ塗布状態を検査することのできる外観検査技術の提供にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様は、被検査体を走査する走査ヘッドである。この走査ヘッドは、被検査体の検査面に斜め方向からスリット光を投光するスリット照明源と、検査面から垂直上方へ向かう反射光を検知する一次元センサと、を備える。一次元センサは、それぞれに複数の撮像素子が配置された複数の素子列で構成される。
【０００９】
本発明の別の態様は、被検査体を走査する走査ヘッドである。この走査ヘッドは、被検査体の検査面に斜め方向から面投光する側方照明源と、検査面に斜め方向からスリット光を投光するスリット照明源と、検査面から垂直上方へ向かう反射光を検知する一次元センサと、を備える。側方照明源とスリット照明源は選択的に点灯制御可能に構成される。一次元センサは、それぞれに複数の撮像素子が配置された複数の素子列で構成される。
【００１０】
ここで「走査する」は、走査ヘッドが一次元センサの撮像素子の並び方向に対して垂直の方向に駆動する動作を示し、走査ヘッドと被検査体の相対運動の方向を本明細書では「駆動方向」または「走査方向」と表現する。一方、走査ヘッドによる１ライン分の反射光の検知を「撮像」と表現して走査と区別する。複数の素子列は所定のピッチで配列され、各素子列はカラーフィルタにより色分解された後の異なる色、例えばＲＧＢ３色のうちいずれかの色の撮像を担当してもよい。「検査面から垂直上方へ向かう反射光」は、ほぼ出射角ゼロで反射する光を指してもよい。本態様によれば、１ライン分の撮像において複数の素子列でそれぞれ画像データを取得し、それら複数の画像データを合成することによって一つの検査用画像を得るので、撮像精度を高めることができる。したがって、ハンダの位置や面積を判定する上での水平分解能を高めることができ、ハンダ塗布状態の良否判定の精度を高めることができる。
【００１１】
スリット照明源は、走査ヘッドによる走査に伴った回転運動により検査面へのスリット光の投光位置を変位させてもよい。「投光位置」は各撮像タイミングにおける検査領域内でのスリット光の投影箇所を示すものであって、被検査体全体における絶対位置としての投影箇所を示すものではない。その意味では「投光位置の変位」を「スリット光の変位」と表現してもよい。
【００１２】
例えば走査ヘッドが検査面を走査する方向と逆の方向へ投光位置を変位させてもよく、その場合の投光位置の変位は、走査ヘッドの走査によって本来生ずる投影箇所の移動を相殺する方向に働く。特に走査する速度と変位する速度が同じになるような回転速度で回転運動させた場合、被検査体上における投影箇所の絶対位置が変化しない。したがって、走査によって得られる検査面の二次元画像には等間隔で連続的な縞パターンが投影され、その縞パターンを用いて高さ測定の精度を高めることができる。複数の素子列で撮像することにより水平分解能が高まり、縞パターンを投影して撮像することにより高さ分解能が高まり、したがってより正確なクリームハンダの量を検出できる。
【００１３】
本発明のさらに別の態様は、被検査体の外観を検査する外観検査装置である。この装置は、被検査体を走査する走査ヘッドと、走査ヘッドを含む本装置全体を統括的に制御するメインユニットと、を備える。走査ヘッドは、被検査体の検査面に斜め方向からスリット光を投光するスリット照明源と、検査面から垂直上方へ向かう反射光を、それぞれに複数の撮像素子が配置された複数の素子列で検知して画像データを生成する一次元センサと、を有する。メインユニットは、走査ヘッドにおける点灯と走査ヘッドおよび被検査体の相対運動とを制御するヘッド制御ユニットと、スリット光が投光されたときの画像データである高さ測定用画像をメモリへ取り込むメモリ制御ユニットと、外観検査用画像および高さ測定用画像に基づいてハンダの塗布状態の良否を判定する解析ユニットと、を有する。
【００１４】
本発明のさらに別の態様もまた被検査体の外観を検査する外観検査装置である。この装置は、被検査体を走査する走査ヘッドと、走査ヘッドを含む本装置全体を統括的に制御するメインユニットと、を備える。走査ヘッドは、被検査体の検査面に斜め方向から面投光する側方照明源と、検査面に斜め方向からスリット光を投光するスリット照明源と、検査面から垂直上方へ向かう反射光を、それぞれに複数の撮像素子が配置された複数の素子列で検知して画像データを生成する一次元センサと、を有する。メインユニットは、走査ヘッドにおける点灯と走査ヘッドおよび被検査体の相対運動とを制御するヘッド制御ユニットと、面投光されたときの画像データである外観検査用画像とスリット光が投光されたときの画像データである高さ測定用画像とを選択的にメモリへ取り込むメモリ制御ユニットと、外観検査用画像および高さ測定用画像に基づいてハンダの塗布状態の良否を判定する解析ユニットと、を有する。ヘッド制御ユニットは、側方照明源と前記スリット照明源を選択的に点灯制御する。
【００１５】
複数配置された撮像素子の列は、色分解された後の異なる色の撮像をそれぞれ担当してもよい。この態様によっても、１ラインを複数の素子列で撮像するので、撮像精度を高めることができる。したがって、ハンダの位置や面積を判定する上での水平分解能を高めることができ、ハンダ塗布状態の良否判定の精度を高めることができる。ヘッド制御ユニットは、スリット照明源を走査ヘッドと被検査体の相対運動に伴った回転運動により検査面へのスリット光の投光位置が変位するよう制御してもよい。これにより、水平分解能のみならず、高さ分解能も高めることができ、より正確なクリームハンダの量を検出できる。
【００１６】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラム、コンピュータプログラムを格納した記録媒体などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る外観検査装置１０の構成を示す。この装置は、被検査体の検査面をラインセンサで走査してカラー画像を形成し、画像認識によってクリームハンダの塗布状態の合否を判定するものである。ラインセンサにおける撮像素子の並び方向に対して垂直に走査ヘッドを駆動することで順次ラインごとの画像が得られ、走査ヘッドの一次元運動で検査が完了する。
【００１８】
図１のごとく、外観検査装置１０は、メインユニット１２と試験ユニット１４を備える。試験ユニット１４の下部には支持台２２が設けられ、被検査体である基板１が把持されている。試験ユニット１４の上部には、走査ヘッド１６と、それを駆動するステッピングモータ２０と、走査ヘッド１６を支持するリニアガイド等のガイド１８が設けられている。
【００１９】
走査ヘッド１６は照明ユニット３０、レンズ３２およびラインセンサ３４を有する。これらの部材はフレーム３６上に固定されている。照明ユニット３０は、後述の側方照明源、スリット照明源、ハーフミラーなどを内蔵する。基板１から垂直上方への反射光はハーフミラーでレンズ３２へ導かれ、レンズ３２を通過した後、一次元ＣＣＤセンサであるラインセンサ３４へ入力される。ラインセンサ３４はライン単位に基板１を撮像してその画像データ５４を出力する。ラインセンサ３４は、カラーフィルタによって色分解されたＲＧＢ３色にそれぞれ対応する複数の撮像素子の列を含む。
【００２０】
メインユニット１２は、本装置全体を統括的に制御するもので、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされた外観検査機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００２１】
メインユニット１２のヘッド制御ユニット４０はまず、照明制御クロック５０（以下、同期信号ともいう）を照明ユニット３０へ供給し、１ライン毎に側方照明とスリット照明を交互に切り替えて点灯させる。ヘッド制御ユニット４０はさらに、モータ制御信号５２をモータ２０へ、試験開始信号５６をメモリ制御ユニット４２へそれぞれ出力する。モータ制御信号５２によってモータ２０のステップ制御がなされ、検査の開始に際し、走査ヘッド１６が基板１の端部へ移動する。以下、この位置を「スタート位置」という。以降、１ラインが撮像されるたびにモータ制御信号５２によって走査ヘッド１６が１ライン分進行する。１ラインの撮像でＲＧＢ３色の画像データが得られる。一方、試験開始信号５６を参照し、メモリ制御ユニット４２はメモリ４４への画像データ５４の書込を制御し、以降、画像データ５４がライン単位で記録されていく。画像データ５４は、側方照明により面投光されたときに撮像されたものとスリット照明によりスリット光が投光されたときに撮像されたものとが１ライン毎に選択的に入力され、全ラインの走査が終わると、メモリ４４内には、側方照明による外観検査用画像と、スリット照明による高さ測定用画像が形成される。特に、外観検査用画像はＲＧＢ３色の画像データが合成されたものである。なお、メモリ４４の内部構成、メモリ４４内の画像データ５４の配置については設計上の自由度があり、いろいろな構成が可能である。たとえば、メモリ４４内に、外観検査用画像と高さ測定用画像を個別に格納するための独立した２つの記憶領域が設けられ、メモリ制御ユニット４２は、１ライン毎に各記憶領域に分けて画像データ５４が個別に格納されるように制御してもよい。あるいは、メモリ４４内には、外観検査用画像と高さ測定用画像を格納するための単一の記憶領域が設けられ、メモリ制御ユニット４２は、その単一の記憶領域に画像データ５４が１ラインずつ交互に格納されるように制御してもよい。
【００２２】
解析ユニット４６は、走査と並行して、または走査完了後にメモリ４４から外観検査用画像および高さ測定用画像を読み出し、判定基準記憶部４８に予め記録された判定基準に照らして、クリームハンダの塗布状態の合否を判断する。外観検査用画像に基づいて、クリームハンダが正しい位置に塗布されているかどうかが検査され、さらにクリームハンダの塗布エリアの面積が測定される。高さ測定用画像に基づいて、クリームハンダの塗布エリアの高さが測定され、先に測定された面積と合わせて、クリームハンダの体積が求められ、塗布量が適正であるかどうかが検査される。
【００２３】
図２は試験ユニット１４の斜視図、図３は試験ユニット１４をスタート位置の方向から見た模式図である。図２または図３に示した状態で１ライン分の画像データが取り込まれると、走査ヘッド１６はガイド１８によって駆動方向１１４へ１ライン分送り出される。以降同様の処理を繰り返すことにより、基板１全面にわたる画像データが取得される。
【００２４】
照明ユニット３０は、下部にアクリルシート１０４が設けられた側方照明源１０２と、回転筒１０１および光源からなるスリット照明源１０３と、ハーフミラー１０８とを含む。回転筒１０１は、円筒状部材である回転筒１０１の内部に光源を有する。回転筒１０１の外周面には複数の平行なスリットが設けられ、光源から発せられる光がそのスリットを通過することによりスリット光を形成して検査面に縞パターンを投影する。
【００２５】
図３のごとく、ふたつの側方照明源１０２はそれぞれＬＥＤ（発光ダイオード）群１２０をもち、検査中のライン１１２へ効率的に側方光を投ずるよう傾斜がつけられている。アクリルシート１０４には、側方照明源１０２からの側方光を拡散する作用がある。側方照明源１０２は点光源であるＬＥＤの集合体であるため、拡散作用がないと、スポット的な光が画像データへ写り込んで検査精度に悪影響を及ぼす懸念がある。
【００２６】
スリット照明源１０３も光源としてＬＥＤ群１２０をもち、回転筒１０１の外周面に設けられたスリットマスクパターンによりスリット光が生成され、短焦点結像素子アレイ１０５により集光され、縞パターンとして基板１の検査面におけるライン１１２に投影される。ライン１１２からの反射光はハーフミラー１０８で反射し、レンズ３２を介してラインセンサ３４に入射する。
【００２７】
短焦点結像素子アレイ１０５の一例として、セルフォック（登録商標）レンズアレイ（ＳＬＡ）を利用し、省スペースで縞パターンの投影を実現する。回転筒１０１は、走査ヘッド１６の駆動と同時に回転するようヘッド制御ユニット４０により制御される。かかる回転がないと仮定した場合、スリット照明源１０３は走査ヘッド１６の一部としてその駆動と同時に移動してしまうので、ラインセンサ３４から見える縞パターンには変化がない。したがって、ラインセンサ３４によって得られる基板１の二次元画像には非連続な縞パターンが投影される可能性がある。そこで、走査ヘッド１６の駆動とともにスリット光の投影位置を逆方向に変位させ、特に走査ヘッド１６の駆動速度とスリット光の投光位置の変位速度を同速度にすることにより、等間隔な縞パターンの連続性を確保する。また、投光位置の変位速度を走査ヘッド１６の駆動速度より速くすれば縞パターンの発生間隔をより狭くでき、高さ測定の分解能を高めることができる。
【００２８】
図４は、ラインセンサ３４の構成を示す。ラインセンサ３４は、それぞれがＲＧＢ３色のいずれかに対応した赤色撮像素子列１５０、緑色撮像素子列１５２、青色撮像素子列１５４とからなる。これら素子列は５０００個〜１００００個の撮像素子１６２が配置されて構成される。赤色撮像素子列１５０は、赤色成分を抽出する赤色カラーフィルタ１５６がその入射面に設けられる。同様に、緑色撮像素子列１５２と青色撮像素子列１５４の入射面に、それぞれ緑色成分を抽出する緑色カラーフィルタ１５８と青色成分を抽出する青色カラーフィルタ１６０とが設けられる。赤色撮像素子列１５０および緑色撮像素子列１５２、および、緑色撮像素子列１５２および青色撮像素子列１５４は、それぞれΔＣのピッチを保つ。
【００２９】
図５は、クリームハンダが塗布された基板１の断面図である。基板１の電極２にはクリームハンダ３が塗布され、基板１の電極２以外の部分は半透明のハンダレジスト膜４がコーティングされている。基板１を反射した光は垂直上方に向かうが、図４で説明した通り、赤色撮像素子列１５０、緑色撮像素子列１５２、および青色撮像素子列１５４がΔＣのピッチを保っているので、厳密には各素子列に入射される光に微小な位置ズレが生ずる。位置ズレの量はΔＣ’である。
【００３０】
図６は、赤色撮像素子列１５０、緑色撮像素子列１５２、および青色撮像素子列１５４のそれぞれにより撮像される、クリームハンダの塗布された基板１の画像を示す。図６（ａ）が赤色撮像素子列１５０により撮像された画像であり、実際には赤色成分だけの画像となる。同様に、図６（ｂ）が緑色撮像素子列１５２に撮像された緑色成分の画像であり、図６（ｃ）が青色撮像素子列１５４に撮像された青色成分の画像である。これらＲＧＢ３色の画像には、位置ズレ量ΔＣ’に起因するΔＣ’’のピクセル分だけ位置ズレが生じている。この位置ズレΔＣ’’を解消するための位置補正をしながら合成することによって、ズレのない外観検査用画像を生成する。このように基板１の走査において、１ラインにつき一度に３列の撮像素子列で撮像する。これにより、１ラインを１列の撮像素子列で撮像するよりも画像データとしての情報量が３倍となり、ハンダの位置や面積を測定する上での水平分解能も３倍に高めることができる。なお、ＲＧＢ３色の画像の位置補正および合成は、ラインセンサ３４からメモリ４４へ取り込む際にメモリ制御ユニットによって実行してもよいし、ＲＧＢ３色の画像を別個にメモリ４４へ取り込んでおき、後に解析ユニット４６によって位置補正および合成を実行してもよい。
【００３１】
図７（ａ）および（ｂ）は、回転筒１０１の表面に設けられたスリットマスクパターンを説明する図である。ＩＣやＬＳＩなどのチップは、基板１の縦方向または横方向に沿って配置されるのが普通であり、斜めに配置されることはまれである。このことから、スリット光による縞パターンがクリームハンダの塗布エリアに対して４５度の角度で形成されるようにして、チップが縦方向、横方向のいずれに配置される場合でも、ハンダの塗布エリアに対する縞パターンの本数が十分に取れるようにすることがより好ましい。そのため、図７（ａ）では、回転筒１０１の表面に４５度の傾きのスリットマスクパターンが形成されている。もっとも、図７（ｂ）のように、ラインセンサ３４の撮像素子の並び方向に対して平行に縞パターンが発生するようにスリットマスクパターンを設けてもよい。
【００３２】
一方、縞パターンを用いた高さ測定の分解能を上げる観点からすると、回転筒１０１の外周面に設けるスリットはピッチが狭いほどよいことになる。しかしながら、スリットの太さに対してスリットのピッチが狭すぎると光が回折してしまうこととなり、もはやスリット光でなくなってしまう。したがって、図のようにスリットを細くするとともに、そのピッチはある程度の粗さで設計されてもよい。その粗さは、後述する回転筒１０１の回転によって補われる。
【００３３】
図８は、連続する複数の撮像ラインに投影された縞パターンの連続性を模式的に示す。本図においては、基板１の上に何もハンダや部品が載置されていない状態を仮定して説明する。図８（ａ）は、回転筒１０１を回転させない場合の縞パターンを示す。この場合、基板１上に投影される縞パターンは走査ヘッド１６の走査とともにその走査方向に追随するので、ラインセンサ３４から見える検査面上の縞パターンはその位相に全く変化がない。したがって、撮像ラインの幅やスリット光のピッチによっては、第１撮像ライン１３０、第２撮像ライン１３２、および第３撮像ライン１３４を繋げると、図のように撮像ラインの繋ぎ目を境に縞パターンの連続性が保たれず、全体として一様な縞パターンとならない可能性がある。こういった繋ぎ目にハンダや部品が位置してしまうと、その高さ測定の精度に影響が及ぶおそれがある。
【００３４】
一方、図８（ｂ）は、回転筒１０１を走査の速度に合わせて回転させた場合の縞パターンを示す。この場合、基板１上に投影される縞パターンは、走査ヘッド１６の走査とともにその走査方向に追随せず、逆に基板１側に追随して同じ位置に投影されたままになる。したがって、ラインセンサ３４から検査面上に見える縞パターンは、回転筒１０１の回転運動に応じて位相が変化している。第１撮像ライン１３０、第２撮像ライン１３２、および第３撮像ライン１３４を繋げると、図のように撮像ラインの繋ぎ目を越えて等間隔な縞パターンの連続性が保たれる。また、検査面を撮像する間にも縞パターンが変位しているので、ラインセンサ３４へ入射する光量の積分値が平滑化され、図のようにスリット光が投影された領域が広がったような画像が撮像される。その結果、スリット光が投影された領域のピッチは狭くなるので、より確実にクリームハンダへスリット光を投光できる。また、スリット光が投影された領域のエッジ間隔が広がるので、エッジ間隔がゼロに近い場合よりもサンプリング精度を上げることができる。さらに、エッジ間隔が一様に近くなると細いスリット光の本数を増やすのと同様の効果が得られるので、クリームハンダに差し掛かるエッジの数も多くなり、高さ測定の精度を上げることができる。
【００３５】
図８（ｃ）は、図８（ｂ）よりも速く位相が変化する縞パターンを示す。この場合の回転筒１０１の回転方向は図８（ｂ）と逆方向であってもよいし、図８（ｂ）と同方向である場合はそれよりも速く回転させる必要がある。ラインセンサ３４により、図のようにスリット光が投影された領域がさらに広がったような画像が撮像される。その投影された領域のピッチはさらに狭くなり、クリームハンダへスリット光を照射できる確率もさらに高くなる。また、図８（ｂ）と同様に、サンプリング精度の向上によって高さ測定の分解能をさらに高めることができる。
【００３６】
図９は、クリームハンダが塗布された基板１を説明する図である。同図はハンダの不良塗布状態を示している。基板１の電極２にはクリームハンダ３が塗布されている。基板１の電極２以外の部分は半透明のハンダレジスト膜４がコーティングされており、この上にクリームハンダ３が塗布されてもリフローにより溶けてなくなる。
【００３７】
図１０（ａ）および（ｂ）は、このようなクリームハンダが塗布された基板１にスリット光を照射することにより形成される縞パターンを説明する図である。図１０（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図７（ａ）および（ｂ）のスリットマスクパターンによりスリット光が照射された場合の縞パターンである。
【００３８】
図１０（ａ）および（ｂ）の例では、クリームハンダの塗布エリア５の長辺がラインセンサ３４の撮像素子の並び方向に対して平行に形成されており、図７（ｂ）に示した撮像素子の並び方向に対して平行のスリットマスクパターンを利用すると、図１０（ｂ）のように縞パターンがハンダの塗布エリア５の長辺方向に形成されるため、塗布エリア５上に投影される縞の本数が制限される。塗布エリア５の長辺が撮像素子の並び方向に対して垂直に形成されている場合は、逆に塗布エリア５上に投影される縞の本数が多くなる。
【００３９】
一方、図７（ａ）に示した撮像素子の並び方向に対して４５度の傾きをもたせたスリットマスクパターンを利用すると、図１０（ａ）のように縞パターンが塗布エリア５に対して斜め方向に投影されるため、塗布エリア５の長辺方向が撮像素子の並び方向に対して垂直であるか、平行であるかに関係なく、十分な縞の本数を確保することができる。
【００４０】
図１０（ａ）および（ｂ）のいずれの場合でも、クリームハンダの塗布エリア５の境界では、塗布エリアの高さに応じた縞パターンのずれが生じる。したがって、この縞パターンのずれ量を測定し、逆算することで、塗布エリア５の高さを求めることができる。
【００４１】
図１１は、以上の構成による外観検査装置１０の検査手順を示すフローチャートである。側方光の点灯とスリット光の点灯を同期信号に合わせて選択して行い、基板１上を走査ヘッド１６が一回移動する間に外観検査用と高さ測定用の両方の画像を一度に形成する。ここでは、スタート位置である第１ラインを含む奇数ラインを外観検査用に設定し、偶数ラインを高さ測定用に設定する切り替え走査方式による検査の手順を示す。
【００４２】
まず、第１モードである外観検査モードが選択され、走査ヘッド１６がスタート位置へ送られる（Ｓ５０）、回転筒１０１の回転運動が開始される（Ｓ５１）。外観検査モードの選択に伴い、ヘッド制御ユニット４０によって側方照明源１０２が点灯状態、スリット照明源１０３が消灯状態におかれる。側方光のもと、ラインセンサ３４により第１ラインの撮像が実施され（Ｓ５２）、その画像データ５４がメモリ４４へ書き込まれる（Ｓ５４）。
【００４３】
つづいて、ヘッド制御ユニット４０により走査ヘッド１６が駆動方向へ１ライン分送られ（Ｓ５６）、予め入力されていた基板１に関する情報に従い、その位置が走査のエンド位置、すなわち基板１の終了端であるか否かが判定される（Ｓ５８）。エンド位置でなければ（Ｓ５８のＮ）、高さ測定モードへ切り替えが行われる（Ｓ６０）。高さ測定モードの選択に伴い、ヘッド制御ユニット４０によって側方照明源１０２が消灯状態、スリット照明源１０３が点灯状態におかれる。スリット光のもと、ラインセンサ３４による第２ラインの撮像、メモリ４４への画像データ５４の書込、走査ヘッド１６の進行（Ｓ５２、Ｓ５４、Ｓ５６）が行われる。走査ヘッド１６がエンド位置にくるまでＳ５２からＳ６０の処理は繰り返され、奇数ラインの画像は側方光によって形成される一方、偶数ラインの画像はスリット光によって形成される。
【００４４】
走査ヘッド１６がエンド位置にくれば、処理はＳ５８のＹからＳ６０へ進む。ステップＳ６０では、解析ユニット４６がメモリ４４から側方光による外観検査用画像を読み出して、検査箇所についてクリームハンダの塗布エリアの合否を判定し、つづいてスリット光による高さ測定用画像を読み出してその塗布エリアの高さを測定する。すなわち、各検査箇所について、クリームハンダの塗布位置が正しいかどうかが検査された上で、クリームハンダの塗布エリアの面積と高さからクリームハンダの体積を求め、適正な塗布量であるかどうかが検査される。ハンダの塗布状態検査の合否判定基準その他の情報は判定基準記憶部４８から読み出され、利用される。検査が終わると結果が表示され（Ｓ６２）、一連の処理を終える。なお、合否は表示だけでなくメモリ４４へ記録してもよい。
【００４５】
以上述べたように、本実施の形態の外観検査装置１０では、照明切り替えにより外観検査用画像と縞パターンの投影された高さ測定用画像が１回の走査で得られ、外観検査用画像でハンダの塗布エリアを正確に割り出した上で、高さ測定用画像を用いて縞パターンの対応づけを行い、塗布エリアの高さを測定することができる。また、走査ヘッド１６の走査に伴って投光位置を変位させるので、等間隔で連続性のある縞パターンを検査面に投影することができる。さらに、投光位置の変位速度を上げることによってクリームハンダの高さ測定における分解能を高めることができる。
【００４６】
（第２実施形態）
本実施の形態では、第１実施形態に係る外観検査装置１０の試験ユニット１４の照明ユニット３０に落射照明源１００がさらに含まれ、落射光による外観検査用画像が撮影される。ここでは、第１実施形態と異なる構成と動作について説明する。
【００４７】
図１２は、第２実施形態に係る外観検査装置１０の試験ユニット１４の斜視図、図１３は、図１２の試験ユニット１４を走査のスタート位置の方向から見た模式図である。落射照明源１００とハーフミラー１０８の間にはレンチキュラーシート１０６が設けられ、落射照明源１００による落射光はレンチキュラーシート１０６、ハーフミラー１０８を通過して基板１の検査面へ入射角がほぼゼロで投じられる。レンチキュラーシート１０６は、光の屈折によって、撮像素子の並び方向について見た場合に落射光を基板１に垂直な成分に絞り込むよう作用する。
【００４８】
図１４のごとく、落射照明源１００は中央からふたつのサブ基板１００ａ、１００ｂに分かれ、それぞれラインセンサ３４の撮像素子の並び方向にＬＥＤ群１２０をもつ。これらのサブ基板１００ａ、１００ｂは微妙に内側を向け合う形で接続され、それぞれのＬＥＤ群１２０が効率的に検査中のライン１１２へ落射光を投ずる配置になっている。なお、落射光に関する拡散作用はレンチキュラーシート１０６によって実現される。
【００４９】
照明ユニット３０は、１ライン毎に落射照明、側方照明、およびスリット照明を順番に切り替えて点灯し、基板１上を走査ヘッド１６が一回移動する間に、落射光による外観検査用画像、側方光による外観検査用画像、およびスリット光による高さ測定用画像が一度に取得される。
【００５０】
図１５は、クリームハンダが塗布された基板１の断面図である。基板１の電極２にはクリームハンダ３が塗布され、基板１の電極２以外の部分は半透明のハンダレジスト膜４がコーティングされている。この基板１に落射照明源１００により真上から落射光が照射され、ラインセンサ３４により撮像される。
【００５１】
クリームハンダ３は、微細な球状のハンダ粒子の集合体であり、その表面は凹凸のある粗面であるため、これに照射された光Ｌ１は散乱され、散乱光の一部がレンズ３２を介してラインセンサ３４に入射する。したがって、クリームハンダ３はやや明るい灰色に撮像される。また電極２は銅箔などの金属により形成されており、その表面は鏡面であるため、これに照射された光Ｌ２は垂直に正反射され、ラインセンサ３４に十分に入射する。したがって、電極２は明るい白に撮像される。また半透明のハンダレジスト膜４に照射された光Ｌ３は、基板１まで透過するが、基板１の表面は暗緑色などの暗色であるので、この光Ｌ３は吸収され、基板１は黒く撮像される。
【００５２】
図１５は、落射光のもとで撮像される、クリームハンダの塗布された基板１の画像を説明する図である。基板１の電極２は白く撮像され、基板１の電極２以外のハンダレジスト膜４で覆われた部分は黒く撮像されるため、電極２の位置は明瞭に認識できる。また、電極２は白く撮像され、クリームハンダ３は灰色に撮像されるため、クリームハンダ３と電極２の境界は明瞭であり、クリームハンダ３の形状を明確に認識できる。
【００５３】
このように、落射光のもとで反射光を撮像することにより鏡面であるかどうかを識別することができるため、側方光のもとで撮像された画像に基づいて、電極２とクリームハンダ３を色情報から識別することが困難である場合でも、落射光による画像を併用すれば、正確に識別することができるようになる。したがって、落射光による外観検査用画像を併用することで、クリームハンダ３が電極２に対して、正しい位置に塗布されているかどうか、その塗布面積は適正であるかどうかをより正確に判定することができるようになり、検査精度のさらなる向上を図ることができる。
【００５４】
以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。そうした変形例をいくつか挙げる。
【００５５】
上記の実施の形態では、走査ヘッド１６が基板１上を一回だけ移動することにより外観検査用画像と高さ測定用画像を取得することができるため、製造ラインへの外観検査装置１０の組込みにも有利である。その場合、例えば走査ヘッド１６の側を固定式にして基板１の支持台２２をコンベアにすることにより、製造ラインを流れる基板１をそのまま検査することができる。
【００５６】
また、図１ではメインユニット１２と試験ユニット１４を一体的に描いたが、これらは別々の場所に存在してもよい。たとえば、試験ユニット１４は工場の製造ラインに組み込み、メインユニット１２は試験ユニット１４と任意のネットワークで結ばれた解析センターその他の組織におかれてもよい。試験ユニット１４をユーザ側におき、メインユニット１２を解析センターにおき、ユーザから解析業務を請け負うビジネスモデルも成立する。
【００５７】
また、第１実施形態において、側方照明源の代わりに、第２実施形態で説明した落射照明源を利用して、落射光による外観検査用画像とスリット光による高さ測定用画像を用いた検査を行ってもよい。
【００５８】
実施の形態において回転筒１０１の回転方向および回転速度について言及したが、現実には、走査ヘッド１６の走査速度、スリット光の幅およびピッチなどにより最適な方向と速度が定まるので、上述した方向および速度に限定されない。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、高精度の外観検査を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る外観検査装置の全体構成図である。
【図２】図１の試験ユニットの詳細斜視図である。
【図３】図１の照明ユニットを含む走査ユニットの模式図である。
【図４】ラインセンサの構成を示す図である。
【図５】クリームハンダが塗布された基板の断面図である。
【図６】赤色撮像素子列、緑色撮像素子列、および青色撮像素子列のそれぞれにより撮像される、クリームハンダの塗布された基板の画像を示す図である。
【図７】図３のスリット照明源に利用される回転筒のスリットマスクパターンの説明図である。
【図８】連続する複数の撮像ラインに投影された縞パターンの連続性を模式的に示す図である。
【図９】クリームハンダが塗布された基板の説明図である。
【図１０】クリームハンダが塗布された基板にスリット光を照射することにより形成される縞パターンの説明図である。
【図１１】第１実施形態に係る外観検査手順を示すフローチャートである。
【図１２】第２実施形態に係る外観検査装置の試験ユニットの斜視図である。
【図１３】図１２の試験ユニットの模式図である。
【図１４】クリームハンダの塗布された基板の断面図である。
【図１５】クリームハンダの塗布された基板の落射光による撮影画像の説明図である。
【符号の説明】
１基板、３クリームハンダ、１０外観検査装置、１２メインユニット、１４試験ユニット、１６走査ヘッド、３０照明ユニット、３２レンズ、３４ラインセンサ、４０ヘッド制御ユニット、４２メモリ制御ユニット、４４メモリ、４６解析ユニット、４８判定基準記憶部、５４画像データ、１００落射照明源、１０２側方照明源、１０４アクリルシート、１０６レンチキュラーシート、１０８ハーフミラー、１１４駆動方向、１２０ＬＥＤ群。

Claims

被検査体を走査するヘッドであって、
前記被検査体の検査面に斜め方向からスリット光を投光するスリット照明源と、
前記検査面から垂直上方へ向かう反射光を検知する一次元センサと、を備え、
前記一次元センサは、それぞれに複数の撮像素子が配置された複数の素子列で構成されることを特徴とする走査ヘッド。
被検査体を走査するヘッドであって、
前記被検査体の検査面に斜め方向から面投光する側方照明源と、
前記検査面に斜め方向からスリット光を投光するスリット照明源と、
前記検査面から垂直上方へ向かう反射光を検知する一次元センサと、を備え、
前記側方照明源と前記スリット照明源は選択的に点灯制御可能に構成され、
前記一次元センサは、それぞれに複数の撮像素子が配置された複数の素子列で構成されることを特徴とする走査ヘッド。
前記複数の素子列は、色分解された後の異なる色の撮像をそれぞれ担当することを特徴とする請求項１または２に記載の走査ヘッド。
前記スリット照明源は、当該ヘッドによる走査に伴った回転運動により前記検査面へのスリット光の投光位置を変位させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の走査ヘッド。
被検査体の外観を検査する装置であって、
前記被検査体を走査する走査ヘッドと、
前記走査ヘッドを含む本装置全体を統括的に制御するメインユニットと、を備え、
前記走査ヘッドは、
前記被検査体の検査面に斜め方向からスリット光を投光するスリット照明源と、
前記検査面から垂直上方へ向かう反射光を、それぞれに複数の撮像素子が配置された複数の素子列で検知して画像データを生成する一次元センサと、を有し、
前記メインユニットは、
前記走査ヘッドにおける点灯と前記走査ヘッドおよび前記被検査体の相対運動とを制御するヘッド制御ユニットと、
前記スリット光が投光されたときの画像データである高さ測定用画像をメモリへ取り込むメモリ制御ユニットと、
前記高さ測定用画像に基づいてハンダの塗布状態の良否を判定する解析ユニットと、を有することを特徴とする外観検査装置。
被検査体の外観を検査する装置であって、
前記被検査体を走査する走査ヘッドと、
前記走査ヘッドを含む本装置全体を統括的に制御するメインユニットと、を備え、
前記走査ヘッドは、
前記被検査体の検査面に斜め方向から面投光する側方照明源と、
前記検査面に斜め方向からスリット光を投光するスリット照明源と、
前記検査面から垂直上方へ向かう反射光を、それぞれに複数の撮像素子が配置された複数の素子列で検知して画像データを生成する一次元センサと、を有し、
前記メインユニットは、
前記走査ヘッドにおける点灯と前記走査ヘッドおよび前記被検査体の相対運動とを制御するヘッド制御ユニットと、
前記面投光されたときの画像データである外観検査用画像と前記スリット光が投光されたときの画像データである高さ測定用画像とを選択的にメモリへ取り込むメモリ制御ユニットと、
前記外観検査用画像および高さ測定用画像に基づいてハンダの塗布状態の良否を判定する解析ユニットと、を有し、
前記ヘッド制御ユニットは、前記側方照明源と前記スリット照明源を選択的に点灯制御することを特徴とする外観検査装置。
前記複数の素子列は、色分解された後の異なる色の撮像をそれぞれ担当することを特徴とする請求項５または６に記載の外観検査装置。
前記ヘッド制御ユニットは、前記スリット照明源を前記走査ヘッドと前記被検査体の相対運動に伴った回転運動により前記検査面へのスリット光の投光位置が変位するよう制御することを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の外観検査装置。