JP4911113B2 - 高さ測定装置および高さ測定方法 - Google Patents

高さ測定装置および高さ測定方法

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本発明は、電子部品等の表面の高さを計測する装置および方法に関するものである。
電子部品の実装分野においては、電子部品を基板に搭載する前に、３Ｄセンサを用いて電子部品の表面形状を計測している。３Ｄセンサは、電子部品等の測定対象にレーザ光を投射し、反射したレーザ光を所定の位置に配置したＰＳＤと呼ばれる位置検出素子上で受け、反射光が入射した素子から発せられる電気信号に基づいて測定対象の高さを測定する装置である（特許文献１参照）。
特開２００４−２３５６７１号公報
３Ｄセンサによる測定対象が金属製の電極を備えた電子部品である場合、電極の材質や向きによってはＰＳＤに入射する反射光の光量が過大になり、受光した素子に生成される電荷が飽和してしまうことがある。このとき隣接する素子に影響が伝播することがあり、実際には受光していない素子から発せされた電気信号がノイズとなって電極部分の形状を正確に測定することが困難であった。
本発明は、光量過多によるノイズの影響を極力排する高さ測定装置および高さ測定方法を提供することを目的とする。
請求項１に記載の高さ測定装置は、測定対象となる電子部品に向けて鉛直方向にレーザ光を投射するレーザ発振器と、測定対象の表面で反射したレーザ光を鉛直方向に対して異なる角度をなす位置でそれぞれ受光する複数のＰＳＤと、電子部品情報データベースに記憶された測定対象となる電子部品の固有情報を関連付けられた反射特性に基づいて、前記複数のＰＳＤから特定のＰＳＤを選択するＰＳＤ選択部と、前記特定のＰＳＤから発せられた電気信号に基づいて測定対象の高さを計測する手段を備えた。
請求項２に記載の高さ測定装置は請求項１に記載の高さ測定装置であって、前記反射特性が、電極の形状に起因するレーザ光の反射方向である。
請求項３に記載の高さ測定装置は請求項１に記載の高さ測定装置であって、前記反射特性が、電極の表面状態に起因するレーザ光の反射光量である。
請求項４に記載の高さ測定装置は、測定対象となる電子部品に向けて鉛直方向にレーザ光を投射するレーザ発振器と、測定対象の表面で反射したレーザ光を鉛直方向に対して異なる角度をなす位置でそれぞれ受光する複数のＰＳＤと、前記複数のＰＳＤから測定対象の個体毎に予め選択された特定のＰＳＤから発せられた電気信号に基づいて測定対象の高さを計測する手段を備えた。
請求項５に記載の高さ測定方法は、測定対象となる電子部品の表面で反射したレーザ光を鉛直方向に対して異なる角度をなす位置でそれぞれ受光する複数のＰＳＤを用いて測定対象の高さを測定する方法であって、電子部品情報データベースに記憶された測定対象となる電子部品の固有情報を関連付けられた反射特性に基づいて、前記複数のＰＳＤから特定のＰＳＤを選択する工程と、前記選択した特定のＰＳＤから発せられた電気信号に基づいて測定対象の高さを測定する工程を含む。
測定対象となる電子部品の反射特性に基づいて、受光素子の電荷が飽和しない位置に配されたＰＳＤを選択することで、ノイズの影響を排した画像を生成することができる。
添付した図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。最初に図１と図２を参照しながら表面形状測定装置について説明する。図１は表面形状測定装置のブロック図、図２は３Ｄセンサの模式図である。表面形状測定装置１は、３Ｄセンサ２と電子部品情報データベース３とＰＳＤ選択部４と画像処理部５で構成されている。３Ｄセンサ２は、レーザ発振器１０と、１５度ＰＳＤ１１、１２と３５度ＰＳＤ１３、１４で構成されている。
１５度ＰＳＤ１１、１２はレーザ発振器１０から鉛直上方に投射されるレーザ光の光線軸１６とそれぞれ１５度の角度をなして対称に配置されている。３５度ＰＳＤ１３、１４も同様にレーザ光の光線軸１６とそれぞれ３５度の角度をなして対称に配置されている。１５度ＰＳＤ１１、１２および３５度ＰＳＤ１３、１４は、測定対象である電子部品１７によって拡散反射したレーザ光１８を集束レンズ１９によって集光したものを受光する。電子部品１７の下面（電極が形成されている面）の凹凸により反射地点の高さが異なり、これが各ＰＳＤ１１〜１４上での受光位置の差になって表れる。
各ＰＳＤ１１〜１４は受光した光電素子が電荷を生成し、光電素子の位置と受光量に応じて電気信号を画像処理部５に出力する。画像処理部５は、各ＰＳＤ１１〜１４から発せられた電気信号を解析し、反射地点の３次元座標値を取得する（反射地点のＸＹ座標値（水平方向の座標値）はレーザ光の投射地点であり、予め分かっているので、実際に取得するのは反射地点のＺ座標値（高さ方向の座標値）になる。）。電子部品１７の下面にレーザ光を走査させることで電子部品１７の下面の全体の３次元座標値を取得することができる。
画像処理部５は、電子部品１７の下面の全体について取得した３次元座標値を解析し、その表面形状を表す２次元画像を生成する。ここでは、Ｚ座標値が大きくなるほど濃色に小さくなるほど淡色にすることで、下面の表面形状をグレースケールの濃淡の分布で表す。
ＰＳＤ１１〜１４は光線軸１６から離れたところに配置されているため、反射地点の形状が水平であれば直接反射光を受光することはなく、拡散反射光を受光するようになっている。一般には拡散角度が小さい１５度ＰＳＤ１１、１２の方が３５度ＰＳＤ１３、１４より大きな電荷を生成することになる。１つの反射地点に対して１５度ＰＳＤ１１、１２と３５度ＰＳＤ１３、１４がそれぞれ拡散反射光を受光するので、画像処理部５は１つの電子部品１７に対し２つの画像（１５度ＰＳＤ１１、１２によって取得された３次元座標値による画像と３５度ＰＳＤ１３、１４によって取得された３次元座標値による画像）を生成することができる。
電子部品情報データベース３は、測定対象となる電子部品の反射特性を記憶している。ここに記憶されている反射特性は、レーザ光の反射方向に影響する電極の形状、レーザ光の反射光量に影響する電極の表面状態である。レーザ光の反射の方向や光量によっては、直接反射光もしくはそれに近い強力な反射光が１５度ＰＳＤ１１、１２もしくは３５度ＰＳＤ１３、１４に受光されることがある。反射特性は電子部品の品種によって異なるので、電子部品情報データベース３は、これらの反射特性に関する情報を電子部品の固有情報と関連付けて記憶しており、測定しようとする電子部品の固有情報から関連する反射特性に関する情報を読み出すことができるようになっている。
ＰＳＤ選択部４は、電子部品情報データベース３から読み出した反射特性に基づいて、１５度ＰＳＤ１１、１２もしくは３５度ＰＳＤ１３、１４の何れかを選択する。画像処理部５はＰＳＤ選択部４による選択結果に基づいて画像処理を行い、ＰＳＤ選択部４が１５度ＰＳＤ１１、１２を選択すると、１５度ＰＳＤ１１、１２よって取得された３次元座標値に基づいて表面形状の画像を生成し、３５度ＰＳＤ１３、１４を選択すると、３５度ＰＳＤ１３、１４によって取得された３次元座標値に基づいて表面形状の画像を生成する。
次に図３乃至図５を参照しながらＰＳＤ選択部が実行する処理フローについて説明する。図３はＰＳＤ選択部が実行する処理フロー図、図４はＰＳＤ選択部が実行する処理フロー図、図５は電子部品の電極の形状を示す模式図である。
ＰＳＤ選択部４が実行する処理フローは２通りあり、１つは図３に示す反射特性として電極の形状を用いる場合の処理フローであり、もう１つは図４に示す電極の表面状態を用いる場合の処理フローである。図５に示すように電子部品の電極であるリード２０が水平方向に対して角度αで取り付けられている場合、レーザ光は光線軸１６に対して角度２αをなす方向に反射する。ＰＳＤは光線軸１６に対して１５度と３５度をなす位置に配置されているため、角度２αが１５度もしくは３５度の何れかと同じか非常に近い場合、ＰＳＤは直接反射光を受光することになる。直接反射光はエネルギが非常に大きく、これを受光した素子は電荷が飽和した状態となり、隣接する素子にも影響が伝播することがある。
ＰＳＤ選択部４は、図３においてリード２０の取り付け角度αとＰＳＤの配置角度との比較を行い（ＳＴ１）、α≒７．５度の場合には直接反射光を受光しない３５度ＰＳＤを選択する（ＳＴ２）。これに対し、α≒１７．５度の場合には直接反射光を受光しない１５度ＰＳＤを選択する（ＳＴ３）。また、どちらのＰＳＤも直接反射光を受光しない場合には、より大きな電荷を生成することができる（つまりＳ／Ｎ比が大きい）１５度ＰＳＤを選択する。
電極は、その表面状態である材質や表面仕上げの精度等によって反射率が異なる。反射率が高い電極の場合、１５度ＰＳＤは電荷が飽和してしまうことがあるため、よりＳ／Ｎ比が小さい３５度ＰＳＤの方が有利となる。ＰＳＤ選択部４は、図４において測定対象となる電子部品の電極の反射率と予め定めた規定値とを比較し（ＳＴ１）、規定値を超えている場合には３５度ＰＳＤを選択する（ＳＴ２）。規定値を超えていない場合には１５度ＰＳＤを選択する（ＳＴ３）。
画像処理部５は、ＰＳＤ選択部４が電極の反射特性に基づいて選択した１５度ＰＳＤ１１、１２もしくは３５度ＰＳＤ１３、１４の何れか１つのみから取得された３次元座標値に基づいて表面形状の画像を生成することになるので、処理すべきデータ数が減少し、画像生成に要する時間を短縮することができる。
なお、電子部品の個体情報と１５度ＰＳＤ１１、１２もしくは３５度ＰＳＤ１３、１４の何れかのＰＳＤの対応関係を予め電子部品情報データベース３に記憶させておき、測定しようとする電子部品の個体情報から一義的に何れかのＰＳＤが選択できるようにしてもよい。この両者の対応関係は予め定めておいてもよいし、ＰＳＤ選択部４における実際の処理結果を個体情報と関連付けてデータベース化してもよい。
また、本発明の高さ測定装置は、上述した電子部品の下面（電極形成面）の形状測定に好適であるが、それ以外に、特定の位置における高さをピンポイントで計測することも可能である。
本発明は電子部品の電極形成面の形状を測定する分野において特に有用である。
本発明の実施の形態の表面形状測定装置のブロック図 本発明の実施の形態の３Ｄセンサの模式図 本発明の実施の形態のＰＳＤ選択部が実行する処理フロー図 本発明の実施の形態のＰＳＤ選択部が実行する処理フロー図 本発明の実施の形態の電子部品の電極の形状を示す模式図
符号の説明
１ 表面形状測定装置
２ ３Ｄセンサ
４ ＰＳＤ選択部
５ 画像処理部
１０ レーザ発振器
１１、１２ １５度ＰＳＤ
１３、１４ ３５度ＰＳＤ

Claims (5)

  1. 測定対象となる電子部品に向けて鉛直方向にレーザ光を投射するレーザ発振器と、
    測定対象の表面で反射したレーザ光を鉛直方向に対して異なる角度をなす位置でそれぞれ受光する複数のＰＳＤと、
    電子部品情報データベースに記憶された測定対象となる電子部品の固有情報を関連付けられた反射特性に基づいて、前記複数のＰＳＤから特定のＰＳＤを選択するＰＳＤ選択部と、
    前記特定のＰＳＤから発せられた電気信号に基づいて測定対象の高さを計測する手段を備えた高さ測定装置。
  2. 前記反射特性が、電極の形状に起因するレーザ光の反射方向である請求項１に記載の高さ測定装置。
  3. 前記反射特性が、電極の表面状態に起因するレーザ光の反射光量である請求項１に記載の高さ測定装置。
  4. 測定対象となる電子部品に向けて鉛直方向にレーザ光を投射するレーザ発振器と、
    測定対象の表面で反射したレーザ光を鉛直方向に対して異なる角度をなす位置でそれぞれ受光する複数のＰＳＤと、
    前記複数のＰＳＤから測定対象の個体毎に予め選択された特定のＰＳＤから発せられた電気信号に基づいて測定対象の高さを計測する手段を備えた高さ測定装置。
  5. 測定対象となる電子部品の表面で反射したレーザ光を鉛直方向に対して異なる角度をなす位置でそれぞれ受光する複数のＰＳＤを用いて測定対象の高さを測定する方法であって、
    電子部品情報データベースに記憶された測定対象となる電子部品の固有情報を関連付けられた反射特性に基づいて、前記複数のＰＳＤから特定のＰＳＤを選択する工程と、前記選択した特定のＰＳＤから発せられた電気信号に基づいて測定対象の高さを測定する工程を含む高さ測定方法。
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