JP2004226318A - 走査ヘッドおよびそれを利用可能な外観検査装置 - Google Patents
走査ヘッドおよびそれを利用可能な外観検査装置 Download PDFInfo
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Abstract
【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
【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(Ball Grid Array)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−coupled device)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、 120 LED群。
Claims (8)
- 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。
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