JP2000356510A - 高さ計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二次元配列された多数の半田バンプの頂点の
高さを簡単な機構で高速且つ高精度に非接触で計測し得
るようにする。 【解決手段】 ワーク１の基板１ａの面に設けられた複
数の半田バンプ１ｂを基板１ａに対し略交差する方向か
ら照射する光源と、基板１ａの平面に対し半田バンプ１
ｂの頂点を含むよう、基板１ａの平面に対し略水平に近
い傾斜角度θで基板１ａの平面方向へ広がったスリット
光６を照射し得るようにしたスリット光源５と、前記光
源により照射された各半田バンプ１ｂの被照明像を撮像
すると共にスリット光６により照射された各半田バンプ
１ｂの輝点群を撮像するための二次元撮像装置４と、二
次元撮像装置４からの被照明像から各半田バンプ１ｂの
基板１ａ平面方向の位置を検出すると共に輝点群から各
半田バンプ１ｂの頂点の高さを計測する制御処理装置７
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣの基板に設け
た多数の球状若しくは半球状の半田バンプのような被計
測物体のコプラナリティを、画像処理技術を応用して非
接触で計測し得るようにした高さ計測装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像処理技術を応用してＩＣの基
板に設けた多数の球状若しくは半球状の半田バンプ、特
にＢＧＡ（ｂａｌｌ ｇｒｉｄ ａｒｒａｙ）やＣＳＰ
（ｃｈｉｐ ｓｉｚｅ ｐａｃｋａｇｅ）等のＩＣパッ
ケージにおける各半田バンプのコプラナリティを非接触
で計測することが求められるようになってきている。

【０００３】半田バンプのコプラナリティを非接触で計
測するための従来の装置の一例としては特開平９−１９
６６２５号公報に示すものがある。

【０００４】図１１はこの従来の計測装置のブロック図
である。図中、１０１は基板１０１ａ上に多数の半田バ
ンプ１０１ｂが設けられた被計測物体であるワークであ
り、ワーク１０１はＸ―Ｙの二軸方向（平面方向）へ水
平移動し得るようにしたステージ１０２上に載置し得る
ようになっている。又１０３はワーク１０１の周囲に設
けられた照明、１０４はワーク１０１を撮影するための
カメラ、１０５はレーザ変位計である。

【０００５】カメラ１０４はワーク１０１を撮像し、撮
像により得られたデータ１０６はＡ／Ｄ変換手段１０７
で変換され濃淡画像データ１０８として二値化手段１０
９へ与えられる。

【０００６】二値化手段１０９は濃淡画像データ１０８
を「１」又は「０」にする二値化レベルにおいて半田バ
ンプ１０１ｂの斜面部のみを二値化し、二値化された二
値化画像データ１１０は検査位置算出手段１１１ヘ与え
られる。

【０００７】検査位置算出手段１１１は二値化画像デー
タ１１０をラべリング処理されたのち、各ラベルの重心
位置が算出され、各半田バンプ１０１ｂのコプラナリテ
ィの検査位置は計測データ１１２として出力される。

【０００８】ステージ駆動手段１１３は、検査位置算出
手段１１１からの計測データ１１２とレーザ変位計１０
５の計測位置が一致するよう、ステージ１０２をＸ―Ｙ
の二軸方向へ駆動する。

【０００９】又、高さ計測手段１１５はステージ駆動手
段１１３からの位置合わせ終了信号１１６を入力し、レ
ーザ変位計１０５により半田バンプ１０１ｂの高さ計測
を行い、計測終了信号１１７と半田バンプ１０１ｂの高
さ信号１１８を出力する。

【００１０】計測すべき半田バンプ１０１ｂが残ってい
る場合には、各半田バンプ１０１ｂについて、ステージ
１０２の移動並びにレーザ変位計１０５による半田バン
プ１０１ｂの高さの測定を繰り返す。

【００１１】コプラナリティ算出手段１１９は、高さ計
測手段１１５からの半田バンプ１０１ｂの高さ信号１１
８を基とした各半田バンプ１０１ｂの高さからコプラナ
リティ１２０を算出し、良不良判定手段１２１へ出力す
る。なお、１２２は全ての半田バンプ１０１ｂの計測終
了信号である。

【００１２】バンプのコプラナリティを非接触で計測す
るための従来の装置の他の例としては特開平７−３１１
０２５号公報に示すものがある。

【００１３】図１２はこの従来の計測装置の斜視図であ
り、図１３は共焦点光学系の一般的な構成を示す概略正
面図である。

【００１４】図１２において、１３１は被計測物体であ
るワークである。ワーク１３１は、例えばウエハ上に配
列されたＩＣチップ、基板上にマトリックス状に配列さ
れた半田バンプにより形成されており、Ｘ―Ｙの二軸方
向へ水平移動し得るようにしたステージ１３２には、ワ
ーク１３１を載置し得るようになっている。

【００１５】１３３は、ワーク１３１上の計測すべき領
域を特定するための二次元撮像装置、１３４は半田バン
プ等の形状を計測するためのＺ方向へ昇降可能な三次元
形状計測装置であって、三次元形状計測装置１３４は例
えば後述の共焦点光学系から構成されている。又、１３
５は制御処理装置である。

【００１６】二次元撮像装置１３３により撮像されたワ
ーク１３１のデータは、制御処理装置１３５によって画
像処理されると共に、その結果をもとにワーク１３１の
姿勢位置決め及びワーク１３１上の計測されるべき領域
の特定処理が行なわれ、その特定結果に基いて、ステー
ジ１３２のＸ―Ｙ方向の位置が制御される。而して、ス
テージ１３２のＸ―Ｙ方向への移動位置を制御すること
により、ワーク１３１は三次元形状計測装置１３４の計
測視野内に移動し、三次元形状計測装置１３４によりワ
ーク１３１の半田バンプ等の形状データが採取される。

【００１７】図１３に示す共焦点光学系の一般的な装置
において、図中、１４１は基板１４１ａ上に多数の半田
バンプ１４１ｂが設けられた被計測物体であるワークで
あり、Ｚ方向へ垂直移動し得るようにしたステージ１４
２には、ワーク１４１を載置し得るようになっている。

【００１８】光源１４３から発せられた光は、レンズ１
４４，１４５によって拡大されてピンホールアイ１４６
に入射されることにより、アレイ状に配列された複数の
光点から発せられる光となる。これらの光はハーフミラ
ー１４７を介して対物レンズ１４８へ入射され、対物レ
ンズ１４８によってワーク１４１上面に入射される。

【００１９】又、ワーク１４１の表面で反射されたアレ
イ状の光はハーフミラー１４７によって反射され、ピン
ホールアレイ１４９を介して光検出器アレイ１５０に入
射される。

【００２０】又、制御処理部１５１により共焦点光学系
又はワーク１４１が載置されたステージ１４２を光軸方
向（Ｚ方向）に移動させながら光検出器アレイ１５０上
に焦点を結ばせて、その受光量が最大となる移動位置を
もって、ワーク１４１の反射点の高さとする。斯かる処
理を光検出器アレイ１５０に入射された各光について行
えば、ワーク１４１表面の各位置の半田バンプ１４１ｂ
の高さを検出することができる。

【００２１】すなわち、図１３の従来装置によれば、ピ
ンホールアレイ１４９によって、共焦点光学系ユニット
を平面上でマトリックス状に並設することにより、ワー
ク１４１の半田バンプ１４１ｂの各位置における高さを
測定するようにしている。

【００２２】共焦点光学系におけるピンホールアレイ１
４９のピンホール間隔に対応するピッチで計測されたワ
ーク１４１の半田バンプ１４１ｂの各高さのデータは、
図１２における制御処理装置１３５へ転送され記憶され
る。又、図１２の二次元撮像装置１３３によって得られ
たワーク１３１の二次元座標データに基づき、制御処理
装置１３５に記憶された全ての高さデータからワーク１
３１（ワーク１４１と同じもの）における各半田バンプ
等の頂点位置近傍のデータが選択され、半田バンプ等の
頂点高さの推定が行われる。

【００２３】図１２、１３の装置において、ワーク１３
１や１４１の半田バンプ１４１ｂ等の頂点高さを推定す
るための手段としては、以下に述べるようなものがあ
る。なお、以下の説明は、都合上、図１３のワーク１４
１について行う。

【００２４】（ａ）例えば、半田バンプ１４１ｂの形状
を半球又は二次曲線若しくは正規分布関数に近似してい
るものとし、半田バンプ１４１ｂの頂点位置近傍のデー
タから代数的に半田バンプ１４１ｂの頂点の高さを求め
る方法。

【００２５】（ｂ）ワーク１４１の半田バンプ１４１ｂ
の形状を予め求めると共に、このデータをメモリーテー
ブルに記憶させておき、半田バンプ１４１ｂの頂点近傍
の高さ計測値からその頂点高さを求める方法。

【００２６】（ｃ）ワーク１４１の半田バンプ１４１ｂ
の形状に応じて、該当する次数の関数を想定し、半田バ
ンプ１４１ｂの高さの頂点があると予測される近傍の計
測点の座標とその高さ計測値をデータとして使用し、最
小二乗法により関数を決定して半田バンプ１４１ｂの基
板１４１ａ平面方向の位置（座標）及び頂点の高さを決
定する方法。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】図１１に示す従来装置
の一例のものにおいては、以下に述べるような問題点が
ある。

【００２８】（ｉ）計測位置データに基づきステージ１
０２をＸ―Ｙ方向に移動させ、半田バンプ１０１ｂのＸ
―Ｙ方向の全計測点に対し一点ずつ位置決めを行う必要
があるため、計測時間が長くなり、効率の良い計測を行
うことができない。

【００２９】（ｉｉ）半田バンプ１０１ｂの計測位置は
ラベルの重心位置としているため、例えば半田バンプ１
０１ｂが真球ではない場合には、その頂点の高さ位置を
計測することができない。

【００３０】（ｉｉｉ）ステージ１０２の位置決め誤差
が、コプラナリティの計測精度に大きく影響する。

【００３１】（ｉｖ）カメラ１０４の他に高価なレーザ
変位計が必要である。

【００３２】（ｖ）ステージ１０２の移動のためＸ―Ｙ
二軸方向への駆動系が必要となるため、一軸方向の駆動
系に比較して高価になる。

【００３３】図１２、１３に示す従来装置の他の例のも
のにおいては、以下に述べるような問題点がある。

【００３４】（ｉ）例えば、複数の半田バンプ１４１ｂ
に対して夫々複数の高さ計測値が必要となるため、大量
のデータを取得し処理することとなり、従って、計測時
間が長くなり、効率の良い計測を行うことができない。

【００３５】（ｉｉ）半田バンプ１４１ｂの頂点の高さ
を直接計測するものではないため、計測誤差の他、頂点
の高さ推定演算誤差が加わり、精度が悪化する虞があ
る。

【００３６】（ｉｉｉ）共焦点光学系を構成する三次元
形状計測装置１３４は機構が複雑であるため、高価でし
かもメンテナンスが大変である。

【００３７】本発明は、斯かる実情に鑑み、二次元配列
された多数の半田バンプのごとき被計測物体の頂点の高
さの差或いは高さを簡単な機構で高速且つ高精度に非接
触で計測し得るようにした被計測物体の高さ計測装置を
提供しようとするものである。

【００３８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ワー
クの基板に二次元的に配置された複数の被計測物体を前
記基板に対し略交差する方向から照射する第一の光源
と、前記基板の平面に対し前記被計測物体の頂点を含む
よう、前記基板の平面に対し略水平に近い傾斜角度で基
板の平面方向へ照射し得るようにした第二の光源と、前
記第一の光源により照射された被計測物体の被照明像を
撮像すると共に第二の光源により照射された被計測物体
の輝点群を撮像するための撮像装置と、該撮像装置から
の被照明像の信号から被計測物体の基板の平面方向の位
置を検出すると共に、輝点群の信号から被計測物体の頂
点の高さを計測する制御処理装置を設けたものである。

【００３９】請求項２の発明では、第二の光源は基板の
平面方向へ広がったスリット光である。

【００４０】請求項３の発明は、ワークと第二の光源は
基板の平面方向へ相対移動可能に構成されている。

【００４１】請求項４の発明では、ワークと第二の光源
は基板の直角方向へ相対移動可能に構成されている。

【００４２】請求項５の発明は、スリット光が被計測物
体に対し乱反射したタイミングにより被計測物体の基準
となる高さに対する当該被計測物体の高さの差を求める
よう構成されている。

【００４３】本発明では、基本的には第一の光源から照
射される光により、被計測物体の基板平面方向の位置が
検出され、第二の光源から照射される光により、被計測
物体の高さが検出されることになる。

【００４４】本発明では、二次元配列された多数の被計
測物体の頂点の高さの差や高さを簡単な機構で高速且つ
高精度に非接触で計測することができる。

【００４５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の非接触式の被計測
物体の高さ計測装置の実施の形態を図示例と共に説明す
る。

【００４６】図１〜図９は本発明を実施する形態の一例
である。図１中、１はＩＣパッケージ等の被計測物体で
あるワークであり、ワーク１は、例えば基板１ａ上面に
半田バンプ１ｂを設けた構造を有している。半田バンプ
１ｂは説明のため４列×４行の場合を図示している。
又、ワーク１は、駆動装置２によりＸ方向の一軸方向へ
水平移動し得るようにしたステージ３に載置され得るよ
うになっている。

【００４７】４は検査時にワーク１の上面を撮像するた
めのカメラを用いた二次元撮像装置、５はワーク１の斜
め上方から半田バンプ１ｂの頂点を含むよう、基板１ａ
の平面に対し略水平に近い傾斜角度θ（例えば２〜３
°）で基板１ａの平面方向へ広がったスリット光６を照
射し得るよう設置されたスリット光源、７は二次元撮像
装置４で撮像した画像データを取り込んで画像処理を行
い半田バンプ１ｂの頂点のステージ３平面と平行な方向
の位置及び高さ位置を算出すると共に、駆動装置２に駆
動指令を、又スリット光源５及びワーク１の上面を照射
するための後述の光源１０に照射指令を出力し得るよう
にした制御処理装置である。

【００４８】半田バンプ１ｂの頂点の高さを計測する際
には、図１に示す半田バンプ１ｂの頂点の高さを計測す
る画像データの他に、半田バンプ１ｂの頂点のステージ
３平面と平行な方向の位置を算出するための画像データ
を得る必要がある。このため、半田バンプ１ｂの頂点の
高さを計測するために用いるスリット光源５の他に、適
当な光源を選択する必要があり、図２は光源として同軸
落射照明装置を用いる例、図４、５は光源として蛍光管
リング照明装置を用いる例を示している。なお、図１に
示す光源１０は、例として蛍光管リング照明装置を図示
している。

【００４９】図２に示す落射照明は半田バンプ１ｂが真
球でない場合に適用されるもので、平行光束８を半田バ
ンプ１ｂの真上から当てるようになっている。半田バン
プ１ｂの頂点は真球でない場合であっても平行光束８に
対し直角になるので、平行光束８は光の入射角と反射角
からの関係から半田バンプ１ｂの頂点においては、真上
に反射するようになっている。従って、図２に示すごと
く、平行光束８は半田バンプ１ｂの頂点以外において
は、真上以外の方向へ反射し、ワーク１の真上に設けた
二次元撮像装置４からの撮像信号を制御処理装置７で二
値化処理すると、図３に示すように、半田バンプの画像
９の頂点９ａはその付近が明るく光り、ハッチングを施
した周辺部９ｂは暗くなるよう構成されている。

【００５０】頂点９ａの明るい部分が円でない場合に
は、その重心を求めるか、円とみなされる場合には、円
の中心を求めることにより、頂点９ａのワーク１平面方
向の位置を例えばワーク１の基準位置に対する座標とし
て求め得るように構成されている。

【００５１】又、半田バンプ１ｂが近似的に真球と考え
られる場合には、例えば図４、５に示すように、平面視
で内径がワーク１よりも大きい蛍光管リング照明装置１
０を光源として用い、全ての半田バンプ１ｂの外周部に
一様に照明が当るようにして二次元撮像装置４からの撮
像信号を制御処理装置７で二値化処理し、同軸落射照明
装置による場合と同様にして半田バンプ１ｂの重心位
置、又は円の中心を求めれば、その位置が各半田バンプ
１ｂのワーク１平面方向の位置となるように構成されて
いる。

【００５２】半田バンプ１ｂの外周に一様に照明を当て
るための照明装置としては、図４の蛍光管リング照明装
置１０以外に、複数のＬＥＤ照明をドーム状に配置した
ドーム照明装置等が有効である。

【００５３】次に、本発明の実施の形態において、半田
バンプ１ｂの頂点の高さを求めるための原理について、
図１、６を参照しつつ説明する。

【００５４】スリット光源５からは、基板１ａの平面に
対し微小な傾斜角度θでスリット光６が、半田バンプ１
ｂの頂点を含むように照射される。而して、半田バンプ
１ｂの頂点はスリット光６が当ると光は散乱し、頂点は
輝点として、図１に示す二次元撮像装置４に撮像される
ことになる。

【００５５】今、図６に示す半田バンプ１ｂのうちハッ
チングを施してある半田バンプ１ｂ（以下、基準半田バ
ンプ１ｂ_Ｐｋと言う）の頂点高さが設計値どおりの値で
あると仮定し、この頂点の高さを基準高さとして検出さ
れるＸ方向位置を基準水平位置Ｐ_ｋとする。

【００５６】図６において、ワーク１すなわち半田バン
プ１ｂが、ステージ３と共に図のＸ方向と平行に右方向
から左方向へ速度Ｖで移動する場合に、基準半田バンプ
１ｂ _Ｐｋに相当する実際の半田バンプ１ｂ（以下、半田
バンプ１ｂ_Δｈと言い、図６の基準半田バンプ１ｂ_Ｐｋ
の右側に図示）が基準半田バンプ１ｂ_Ｐｋの基準高さよ
りもΔｈだけ高いとする。

【００５７】而して、半田バンプ１ｂ_Δｈの頂点の位置
は二次元撮像装置４によって撮像されるが、その撮像さ
れるタイミングは、基準半田バンプ１ｂ_Ｐｋの頂点が撮
像される後述の基準時間Ｔ_ｋよりも、Δｔ秒だけ早くな
る。

【００５８】同様に、図６において、ワーク１すなわち
半田バンプ１ｂが、ステージ３と共に図のＸ方向と平行
な方向に右方向から左方向へ速度Ｖで移動する場合に、
基準半田バンプ１ｂ_Ｐｋに相当する実際の半田バンプ１
ｂ（以下、半田バンプ１ｂ_{− Δｈ}と言い、図６の基準半
田バンプ１ｂ_Ｐｋの左側に図示）が基準半田バンプ１ｂ
_Ｐｋの基準高さよりもΔｈだけ低いとする。

【００５９】この場合も、半田バンプ１ｂ_−Δｈの頂点
の位置は二次元撮像装置４によって撮像されるが、その
撮像されるタイミングは、基準半田バンプ１ｂ_Ｐｋの頂
点が基準水平位置Ｐ_ｋで撮像される基準時間Ｔ_ｋより
も、Δｔ秒だけ遅くなる。

【００６０】図６から、ΔｈとΔｔとの間には次の関係
が成立する。すなわち、実際の半田バンプ１ｂの高さが
基準高さに対し、±Δｈ異なる場合の頂点として撮像さ
れる位置Ｐ_±Δｈと基準水平位置Ｐ_ｋとの距離は、

【数１】Δｔ・Ｖ＝±Δｈ・（ｔａｎθ）^−１ で表わされ、高さの差Δｈは

【数２】Δｈ＝±Δｔ・Ｖｔａｎθ で表わされる。

【００６１】又、本発明の実施の形態において、計測の
対象とする半田バンプ１ｂの頂点の基準高さに対する差
を求める場合には、半田バンプ１ｂを光源１０により照
射しつつ二次元撮像装置４により撮像し、その画像信号
を制御処理装置７に与えて画像処理し、半田バンプ１ｂ
の頂点のＸ方向位置を求め、これを当該半田バンプ１ｂ
の基準水平位置Ｐ_ｋとする。この手順で決定された基準
水平位置Ｐ_ｋは段落番号[００５５]の定義により、実際
の半田バンプ１ｂの位置と同一であるが、頂点の高さが
設計値どおりの値である基準高さとなっているものと仮
定している。

【００６２】半田バンプ１ｂの実際の頂点高さと基準高
さとの差の計測は、以下のようにして行う。すなわち、
図６のＸと平行な方向における任意の位置に計測原点Ｐ
_ｏを定め、計測原点Ｐ_ｏから基準半田バンプ１ｂ_Ｐｋま
でのＸ方向と平行な方向の距離をＳ_ｋとする。そうする
と、基準半田バンプ１ｂ_Ｐｋが計測原点Ｐ_ｏから距離Ｓ
_ｋだけ移動するに要する時間すなわち基準時間Ｔ_ｋは、
ワーク１のＸ方向への移動の速度がＶの場合

【数３】Ｔ_ｋ＝Ｓ_ｋ／Ｖ で表わされる。

【００６３】又、基準時間Ｔ_ｋよりもΔｔ秒だけ早いタ
イミングで半田バンプ１ｂのタイミングが計測されれ
ば、半田バンプ１ｂの頂点の高さはΔｈだけ高く、同様
に基準時間Ｔ_ｋよりもΔｔ秒だけ遅いタイミングで半田
バンプ１ｂのタイミングが計測されれば、半田バンプ１
ｂの頂点の高さはΔｈだけ低いものとする。すなわち、
基準となる頂点に対する高さの差はΔｈとなる。

【００６４】次に、本発明の実施の形態において半田バ
ンプ１ｂの頂点の高さを計測する場合の手順について、
図７のフローチャートをも参照しつつ説明する。

【００６５】（Ｉ）ステップＳ１（半田バンプ１ｂの頂
点の水平方向位置の計測） ステージ３上に載置され固定されたワーク１は、ステー
ジ３が停止した状態で光源１０により照射されつつ二次
元撮像装置４により撮像され、その画像データは制御処
理装置７に与えられて全て（本実施の形態例においては
４列×４行の１６個）の半田バンプＳ_１ａ〜Ｓ_１ｄ、Ｓ
_２ａ〜Ｓ_２ｄ、Ｓ_３ａ〜Ｓ_３ｄ、Ｓ_４ａ〜Ｓ_４ｄの頂点
の水平方向の位置が決定される。

【００６６】これらの位置は半田バンプ１ｂの頂点が設
計値高さである場合の基準水平位置Ｐ_ｋとなる。

【００６７】今、基準水平位置Ｐ_ｋ及びワーク１のコー
ナ部の１箇所に形成した計測原点Ｐ _ｏからワーク１にお
ける基板１ａ上の基準水平位置Ｐ_ｋまでのステージ３の
移動方向の距離Ｓ_ｋの記号を各半田バンプ１ｂの頂点に
対応して図８のごとく定める。ここで、Ｐに対する添え
字は半田バンプ１ｂの頂点の水平方向の位置に対する列
及び行で決まる座標を示している。

【００６８】計測原点Ｐ_ｏは図８では、ワーク１の基板
１ａのコーナ部に定めているがステージ３上にワーク１
の固定治具等を設け、ワーク１の製作寸法精度が所定の
範囲内に収まっている等の理由により、ワーク１を所定
の精度でステージ３上にセット可能ならば、計測原点Ｐ
_ｏをステージ３上に設定しても良い。

【００６９】又、計測原点Ｐ_ｏは特徴的なパターンの存
在或いは、特別に作成したマークを画像処理により認識
可能であれば、ワーク１上にその位置を設定することも
可能である。

【００７０】（ＩＩ）ステップＳ２（各半田バンプ１ｂ
の頂点の図６に示すＸ方向[水平方向]の位置のデータの
入力） ステップＳ１で検出された各半田バンプ１ｂの頂点の水
平方向位置のデータから、各半田バンプ１ｂに相当する
計測原点Ｐ_ｏと基準水平位置Ｐ_ｋとのＸ方向の距離
Ｓ_ｋ、具体的には図８に示すＰ_１ａ〜Ｐ_１ｄ、Ｐ_２ａ〜
Ｐ_２ｄ、Ｐ_３ａ〜Ｐ _３ｄ、Ｐ_４ａ〜Ｐ_４ｄの合計１６個
のデータを制御処理装置７に入力する。

【００７１】（ＩＩＩ）ステップＳ３（各半田バンプ１
ｂの頂点の図６に示すＸ方向[水平方向]の位置において
検出される基準時間Ｔ_ｋの表の作成） 前述の１６個のＰ_１ａ〜Ｐ_１ｄ、Ｐ_２ａ〜Ｐ_２ｄ、Ｐ
_３ａ〜Ｐ_３ｄ、Ｐ_４ａ〜Ｐ_４ｄの計測原点Ｐ_ｏからの距
離Ｓ_１ａ〜Ｓ_１ｄ、Ｓ_２ａ〜Ｓ_２ｄ、Ｓ_３ａ〜Ｓ _３ｄ、
Ｓ_４ａ〜Ｓ_４ｄをステージ３の設定された移動の速度Ｖ
で除した数値を図９に示すようにテーブル化し、そのデ
ータを制御処理装置７に入力する。

【００７２】距離Ｓ_１ａ〜Ｓ_１ｄ、Ｓ_２ａ〜Ｓ_２ｄ、Ｓ
_３ａ〜Ｓ_３ｄ、Ｓ_４ａ〜Ｓ_４ｄの数値は、ステージ３を
図１上で右から左へ一定の速度Ｖで移動させたときの、
計測原点Ｐ_ｏから設計値どおりのバンプ高さに製作され
た半田バンプ１ｂを検出するまでの時間すなわち基準時
間Ｔ_ｋに変換される。

【００７３】（ＩＶ）ステップＳ４（ステージ３の移動
及び各半田バンプ１ｂの図６に示す頂点の検出並びに頂
点が検出された際の時間の計測） 通常、同一ロットの最初のワーク１の計測時にのみ行う
調整として、二次元撮像装置４の視野内で半田バンプ１
ｂの頂点が輝点として検出されるよう、スリット光源５
の位置及び姿勢を予め調整し、図６のスリット光６の傾
斜角度θを確定しておく。この調整はライン外で行うの
で、実際には、一連の計測の最初の段階で実施してお
く。

【００７４】次に、どの半田バンプか特定する必要はな
いが、例えば基準水平位置Ｐ_１ａをスリット光源５から
のスリット光６により照射して検出した半田バンプ１ｂ
の頂点における輝点のＸ方向位置を位置Ｐ_ｍとし、これ
を制御処理装置７へ記憶させる。

【００７５】斯かる準備が終了したら駆動装置２を駆動
して、ステージ３を一定の速度Ｖで移動開始させ、計測
原点Ｐ_ｏが位置Ｐ_ｍを通過した時点をもって時間ｔ＝０
とする。

【００７６】スリット光源５からのスリット光６を基板
１ａの平面に対し略水平に近い傾斜角度でワーク１の斜
め上方から照射させつつ、ワーク１を載置したステージ
３を一定の速度Ｖで図６の右方向から左方向へ移動させ
る。

【００７７】又、ステージ３を移動させつつ、各半田バ
ンプ１ｂの頂点における輝点を、計測原点Ｐ_ｏが位置Ｐ
_ｍを通過した時点からの経過時間として検出する。

【００７８】半田バンプ１ｂの高さ計測の安定性確保の
ため、一定レベル以上の輝度を頂点の輝度検出位置とす
る。又、半田バンプ１ｂの頂点であると予想される位置
以外では、二次元撮像装置４により画像が撮像されない
ように、適宜のタイミングで二次元撮像装置４のマスキ
ング操作を行うと良い。

【００７９】各半田バンプ１ｂの頂点の検出時には、各
水平基準位置Ｐ_ｋに対応させて当該頂点が検出されるタ
イミングｔ_ｋの検出を行い、その信号を制御処理装置７
へ格納する。

【００８０】（Ｖ）ステップＳ５（基準高さを有する半
田バンプ１ｂが基準水平位置Ｐ_ｋにある場合にその頂点
が検出されるタイミング[基準時間Ｔ_ｋ]と当該半田バン
プ１ｂの水平位置においてその頂点が実際に検出される
タイミングｔ_ｋとの時間差Δｔの算出） ステップＳ３及びステップＳ４で得られた基準時間Ｔ_ｋ
と実際に検出されるタイミングｔ_ｋとの時間差Δｔ、例
えば基準水平位置Ｐ_２ｂについては

【数４】Δｔ_２ｂ＝Ｔ_２ｂ−ｔ_２ｂ により算出される。［数４］でＴ_２ｂは基準水平位置Ｐ
_２ｂにおける基準時間、ｔ_２ｂは基準水平位置Ｐ_２ｂに
おいて当該半田バンプ１ｂの頂点が実際に検出されたタ
イミングである。全ての半田バンプ１ｂについてその頂
点が検出される実際のタイミングに基づく時間差Δｔの
算出が行なわれるが、その計算は［数４］に準じて行な
われる。

【００８１】（ＶＩ）ステップＳ６（基準時間Ｔ_ｋとタ
イミングｔ_ｋとの時間差Δｔに基づく各半田バンプ１ｂ
の頂点の基準となる高さと実際の高さとの差Δｈ） 差Δｈは各半田バンプ１ｂについて［数２］により求め
る。例えば基準水平位置Ｐ_２ｂの場合には［数２］は

【数５】Δｈ_2ｂ＝Δｔ_2ｂ・Ｖｔａｎθ のようになる。他の位置にある半田バンプ１ｂについて
も同様にして求める。［数５］でΔｈ_２ｂは当該半田バ
ンプ１ｂの基準の高さと実際の高さの差、Δｔ_{２ ｂ}は基
準水平位置Ｐ_２ｂにおける半田バンプ１ｂの頂点の基準
水平位置と、実際の半田バンプ１ｂの頂点高さが基準高
さに対して差異を有するため当該基準水平位置とずれる
実際の水平位置に基づいて生じる検出時間の時間差であ
る。

【００８２】ところでステップＳ４においては、計測原
点Ｐ_ｏが基準水平位置Ｐ_１ａに相当する半田バンプ１ｂ
頂点における輝点検出の位置Ｐ_ｍをステージ３が移動中
に通過した時点を時間ｔ＝０とした。位置Ｐ_ｍは半田バ
ンプ１ｂの頂点が設計値高さである場合の基準水平位置
Ｐ_１ａと同一であるとは保証されず、高さの差Δｈの計
測値に一定量のオフセットが生じる。この場合理論的に
は、水平位置Ｐ_１ａの半田バンプ１ｂの頂点は設計値ど
おりの高さであると計測される。

【００８３】しかし、各半田バンプ１ｂの頂点の高さは
同一のオフセット量で計測されるため、本発明の実施の
形態においては、各半田バンプ１ｂの頂点の高さのばら
つきを計測することが可能となる。この意味で計測原点
Ｐ_ｏを基準水平位置Ｐ_１ａにすることもできる。

【００８４】なお、計測原点Ｐ_ｏの位置に擬似的に半田
バンプ１ｂの頂点の設計値の高さと同じ高さの半田バン
プ１ｂをダミーとして設けることも可能である。すなわ
ち、段落番号[００８３]で述べたように、計測原点Ｐ_ｏ
を既存の基準水平位置Ｐ_ｋに代替可能である趣旨からし
て、計測原点Ｐ_ｏを既存の４列×４行、合計１６個の半
田バンプ１ｂの１７個目の基準水平位置Ｐ_ｋとしてみな
すことができる。

【００８５】通常、斯かる準備が終了したら、駆動装置
２を駆動して、ステージ３を一定の速度Ｖで移動を開始
させ、ダミーの半田バンプ１ｂの頂点をスリット光６照
射により検出した時点をもって時間ｔ＝０とするのが効
率的である。勿論、追加してもう一つの計測原点Ｐ_ｏを
設けることも可能である。而して、この場合には、各半
田バンプ１ｂの頂点の高さは、擬似の半田バンプ１ｂの
高さを基準として、絶対値により計測できる。

【００８６】（ＶＩＩ）ステップＳ７（コプラナリティ
の算出） ステップＳ６までで本発明の目的としている半田バンプ
１ｂの高さ計測のデータは揃ったことになる。従ってこ
れ以降は検査のためのステップで、検査現場の状況によ
り種々の方法が考えられている。

【００８７】例えば、全ての半田バンプ１ｂの頂点の高
さのデータを用いて、最小二乗法等を利用し、これによ
り仮想平面を求め、平面から最も高い頂点と最も低い頂
点との高さの差をもってコプラナリティとすることがで
きる。

【００８８】又、半田バンプ１ｂの最も高い頂点３点を
含む平面をシッティングプレーンとし、このシッティン
グプレーンから最も離れた頂点との距離をコプラナリテ
ィとすることもある。

【００８９】本発明の実施の形態例では、半田バンプ１
ｂの頂点の高さの差Δｈを、基準時間Ｔ_ｋと頂点検出タ
イミングｔ_ｋとの時間差Δｔを使用した時間ベースの計
測で求める場合について説明したが、図６における実際
の頂点高さが検出される位置すなわち計測原点Ｐ_ｏの位
置を零として、距離Ｓ_ｋ±Δｈ(ｔａｎθ）^−１を直接
計測してΔｈを求めるようにしても実施可能である。

【００９０】図１０は位置を直接計測する形態の一例で
ある。駆動装置２(図１参照）に設けたエンコーダで発
生させたパルス１１又は制御処理装置７から駆動装置２
への指令として与えられたパルス１１をポジションカウ
ンタ１２に入力し、位置カウンタ値１３として出力す
る。位置カウンタ値１３はデータを一時的に貯めるバッ
ファ１４に送られ、連続データとして保存される。半田
バンプ１ｂの頂点がスリット光６により照射され、頂点
が輝点として二次元撮像装置４に撮像されたタイミング
でトリガ信号１５をバッファ１４に送り、連続して変化
している位置カウンタ値１３の瞬間値１６を読み出す。
瞬間値１６は上述の距離Ｓ_ｋ±Δｈ(ｔａｎθ）^−１の
数値であり、これを制御処理装置７に入力することによ
りΔｈを求めることが可能である。

【００９１】なお、本発明においては、本発明の要旨を
逸脱しない範囲内で以下に述べるような種々の変更が可
能である。すなわち、ステップＳ４においては、ステー
ジ３は一定の速度で移動する場合について説明したが、
計測精度を高めるため半田バンプ１ｂの頂点を検出する
タイミングの近傍でステージ３の移動速度を低下させる
ようにすることができる。

【００９２】又、計測時のステージ３の移動方向は、Ｘ
方向と平行な方向のうちの片側一方向としたが、ステー
ジ３をＸ方向と平行に往復動させて折り返し移動や重複
移動を行いつつ計測を行うようにすることもできる。

【００９３】更に、ステージ３は最大の移動ストローク
を移動させず、ストロークの途中から移動させるように
もでき、二次元撮像装置４のカメラ視野の任意の位置か
ら移動を開始することもできる。

【００９４】更に又、ワーク１はステージ３により水平
方向であるＸ方向へ移動させるようにしているがＺ方向
である上下方向へ移動させるようにしても実施可能であ
る。

【００９５】すなわち、図６の基準水平位置Ｐ_ｋに注目
し、ハッチング部は基準高さの半田バンプ１ｂ_Ｐｋであ
る。また、上下の二点鎖線部はそれぞれ半田バンプ１ｂ
の頂点の高さが±Δｈ異なる半田バンプ１ｂ_Δｈ，１ｂ
_−Δｈである。

【００９６】スリット光６により半田バンプ１ｂの頂点
は輝点として二次元撮像装置４において撮像されるが、
図６上で半田バンプ１ｂを基準水平位置Ｐ_ｋの線に沿っ
て上下に動かすと半田バンプ１ｂの頂点の高さにより輝
点として撮像されるタイミングが異なることになる。こ
のタイミングを計測することにより、半田バンプ１ｂの
頂点高さの差を求めることが可能である。従って、ワー
ク１とスリット光源５は基板１ａ平面に対し直角方向へ
相対移動可能に構成することもできる。

【００９７】又、二次元撮像装置４はラインカメラ等の
一次元撮像装置を用いてもステージ３の移動をカメラの
撮像のタイミングと同調させることで、本発明の目的を
果たすことは充分可能である。

【００９８】又、本発明の実施の形態例ではステージ３
と共にワーク１を移動させる場合について説明したが、
ワーク１は固定して、スリット光源５を移動させるよう
にしても実施可能である。

【００９９】更に、スリット光源５によるスリット光６
に代えてレーザスポットを光スキャンのために用いるこ
とも可能である。

【０１００】本発明の実施の形態によれば、二次元配列
された多数の半田バンプ１ｂの頂点の基準値に対する高
さの差を簡単な機構で高速且つ高精度に非接触で計測す
ることができる。

【０１０１】

【発明の効果】本発明の高さ計測装置によれば、下記の
ごとき種々の優れた効果を奏し得る。

【０１０２】Ｉ）被計測物体の頂点の高さは近似演算等
を用いず、光散乱を利用して非接触で直接計測すること
ができるため、被計測物体の頂点の高さや高さの差を高
精度で計測することができる。

【０１０３】ＩＩ）被計測物体の頂点の高さの計測を行
う場合、被計測物体に対して装置の位置決めを行う必要
がなくて、一軸方向へ連続的にワークと光源を相対的に
移動させるだけで良く、しかも一つの被計測物体の頂点
の高さを計測するために当該被計測物体の近傍の他の被
計測物体の高さの計測やその処理を必要としないため、
能率よく被計測物体の頂点の高さの計測を行うことがで
きる。

【０１０４】ＩＩＩ）高価なレーザ変位計や共焦点光学
系ユニット等、三次元形状計測装置が不要となる。

【０１０５】ＩＶ）基本的には、従来の二次元形状計測
技術を使用し、しかも可動部分は一軸方向である。

【０１０６】Ｖ）ＩＩＩ）、ＩＶ）から簡易且つ安価な
装置により確実に三次元形状計測を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高さ計測装置の実施の形態の一例を示
す斜視図である。

【図２】本発明の高さ計測装置において各半田バンプの
平面方向の位置を求める際に使用する落射照明の正面図
である。

【図３】図２の落射照明により得られる半田バンプの画
像の平面図である。

【図４】本発明の高さ計測装置において各半田バンプの
平面方向の位置を求める際に使用する蛍光管リング照明
装置の正面図である。

【図５】図４のＶ―Ｖ方向矢視図である。

【図６】本発明の高さ計測装置において半田バンプの高
さを求める原理を示す概念図である。

【図７】本発明の高さ計測装置において各半田バンプの
頂点の高さを計測する手順を示すフローチャートであ
る。

【図８】本発明の高さ計測装置において高さを求める半
田バンプの位置を示すための斜視図である。

【図９】本発明の高さ計測装置において各半田バンプの
平面方向の位置を求める際に使用するテーブルである。

【図１０】本発明の高さ計測装置において、高さを求め
る半田バンプの位置を位置カウンタ値から直接読むため
のブロック図である。

【図１１】従来の装置の一例におけるフローチャートで
ある。

【図１２】従来の装置の他の例における装置の斜視図で
ある。

【図１３】従来の装置の他の例である共焦点光学系ユニ
ットの正面図である。

【符号の説明】

１ ワーク １ａ 基板 １ｂ 半田バンプ（被計測物体） ４ 二次元撮像装置（撮像装置） ５ スリット光源（第二の光源） ６ スリット光 ７ 制御処理装置 ９ａ 頂点 １０ 蛍光管リング照明装置（第一の光源） Δｈ 高さの差 θ 傾斜角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA02 AA06 AA07 AA24 BB02 BB27 CC26 FF04 FF32 FF33 GG03 GG07 GG17 GG18 HH05 HH12 JJ03 JJ26 MM03 MM16 PP12 QQ18 QQ25 QQ29 QQ51 UU01 UU05 UU06 UU07 4M106 AA02 AA11 AA20 BA04 CA24 CA50 DH03 DH12 DH31 DJ04 DJ20

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークの基板に二次元的に配置された複
   数の被計測物体を前記基板に対し略交差する方向から照
   射する第一の光源と、前記基板の平面に対し前記被計測
   物体の頂点を含むよう、前記基板の平面に対し略水平に
   近い傾斜角度で基板の平面方向へ照射し得るようにした
   第二の光源と、前記第一の光源により照射された被計測
   物体の被照明像を撮像すると共に第二の光源により照射
   された被計測物体の輝点群を撮像するための撮像装置
   と、該撮像装置からの被照明像の信号から被計測物体の
   基板の平面方向の位置を検出すると共に、輝点群の信号
   から被計測物体の頂点の高さを計測する制御処理装置を
   設けたことを特徴とする高さ計測装置。
2. 【請求項２】 第二の光源は基板の平面方向へ広がった
   スリット光である請求項１記載の高さ計測装置。
3. 【請求項３】 ワークと第二の光源は基板の平面方向へ
   相対移動可能に構成された請求項１又は２記載の高さ計
   測装置。
4. 【請求項４】 ワークと第二の光源は基板の直角方向へ
   相対移動可能に構成された請求項１又は２記載の高さ計
   測装置。
5. 【請求項５】 スリット光が被計測物体に対し乱反射し
   たタイミングにより被計測物体の基準となる高さに対す
   る当該被計測物体の高さの差を求めるよう構成した請求
   項１、２、３又は４記載の高さ計測装置。