JP2002181732A - 外観検査装置および外観検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の外観検査において、画像のひずみが検
査に悪影響を与えていた。 【解決手段】 走査ヘッド１６を走査して識別マークを
もつ較正用の基板を撮影し、画像処理部４５が、識別マ
ークの基準位置からの２次元的なずれを検出し、較正デ
ータを生成して較正データ記憶部４９に格納する。走査
ヘッド１６は、検査基板を走査して得られた基板面の画
像をメモリ４４に記憶し、較正データを用いて、メモリ
４４に記憶された基板面の画像上の任意の点の２次元的
なずれを補正する。解析ユニット４６は補正後の画像を
もとに所定の検査をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、外観検査技術に
関する。この発明は特に、被検査物の基板面を走査して
画像を取得して検査を行う外観検査装置および外観検査
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の基板の製造工程には、電子部
品を基板上に装着する実装工程と、部品の実装状態を検
査する検査工程が含まれる。実装工程は高密度化が進ん
でおり、数十ミクロンのオーダーで電子部品の実装位置
が決められている。またＩＴ関連機器、特に携帯電話な
ど携帯機器の需要が増加しており、実装工程は年々高速
化している。一方、部品実装後の検査工程は、基板の高
密度化のため、不良を発見することはきわめて難しい課
題となっている。従来の検査では、プローバを用いたＩ
ＣＴ（インサーキットテスタ）など接触型の試験方法が
用いられていたが、最近の実装密度の高さでは接触型の
検査装置による対応が困難になり、非接触型、特に画像
認識技術を用いた外観検査装置の需要が伸びている。

【０００３】このような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部品の実装状態を
撮影し、高い精度で不良の検出をする必要がある。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も、検査工
程に時間がかかると、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ることができなくなる。そ
こで、精度が高く、検査時間を短縮できる外観検査装置
の開発が進められている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】外観検査装置には、ラ
インセンサを用いて基板面を走査して基板の画像を読み
込み、画像データを用いて検査を行うものがある。部品
の数十ミクロンのオーダーの実装位置を精密に読みとる
ために、高密度のラインセンサが用いられ、基板の画像
の解像度は非常に高いものとなる。一方で、レンズの収
差や走査ヘッドの駆動による振動などが原因で、画像に
わずかながらもひずみが生じることは技術的に避けられ
ない。ハンダづけの合否判定や部品の位置のずれなど、
実装状態の検査には高精度の解析を要するため、そのわ
ずかなひずみが検査の判定に重大な影響を与える。

【０００５】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、被検査物の画像に現れるひずみ
を補正して検査を行う外観検査技術の提供にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のある態様は、外
観検査方法である。外観検査方法は、位置関係が既知の
複数の識別マークをもつ較正用の対象物を撮影し、画像
に現れるひずみ成分を予め検出する工程と、前記ひずみ
成分をもとに較正データを生成して保持する工程と、被
検査物を実際に撮影したとき、前記較正データを用いて
画像に現れるひずみを補正する工程と、補正後の画像を
もとに所定の検査をする工程とを含む。前記検出工程
は、主走査方向に現れる１次元的なひずみ成分を検出す
る第１の工程と、副走査方向に走査することにより生じ
る２次元的なひずみ成分を検出する第２の工程とを含
む。

【０００７】位置関係が既知の複数の識別マークは、撮
影される対象物の画像に現れるひずみを検出するための
ものであり形態を問わない。一例として、２次元で等間
隔に配列されたドットパターンや、等間隔に配置された
スリットパターンであってもよい。

【０００８】前記第２の工程は、前記較正用の対象物の
画像において前記識別マークの基準位置からの２次元的
なずれを検出し、前記較正データは、前記第１の工程で
検出された１次元的なずれに基づく１次元補正量と、前
記第２の工程で検出された前記識別マークの２次元的な
ずれに基づく２次元補正量をもってもよい。前記第１の
工程は、前記較正用の対象物の画像において前記識別マ
ークの基準位置からの１次元的なずれを検出してもよ
い。

【０００９】前記補正する工程は、前記被検査物を走査
することによって得られる前記被検査物の一画面の画像
をメモリに記憶し、前記較正データを補間することによ
り、前記メモリに記憶された前記画像上の任意の点の２
次元的なずれを補正し、前記検査をする工程は、前記メ
モリに記憶された補正後の画像をもとに所定の検査をし
てもよい。

【００１０】本発明の別の態様は、外観検査装置であ
る。外観検査装置は、被検査物の基板面を走査して画像
を取り込む走査ヘッドと、前記画像を記憶するメモリ
と、前記画像に現れるひずみを補正するための較正デー
タを記憶する較正データ記憶部と、前記メモリに記憶さ
れた画像をもとに所定の検査をするメインユニットとを
含む。前記走査ヘッドは、前記基板面からの反射光を検
知する一次元センサを含み、前記メモリは、前記走査ヘ
ッドが前記基板面をライン単位で走査して得られる一画
面を画像として記憶する。前記較正データ記憶部は、前
記一次元センサの主走査方向に現れる１次元的なひずみ
成分と、前記一次元センサを副走査方向に走査すること
により生じる２次元的なひずみ成分に基づいて定められ
た較正データを記憶する。前記メインユニットは、前記
較正データを用いて前記被検査物の画像に現れるひずみ
を補正する画像処理部と、補正後の画像を所定の合否判
断基準に照らし、検査項目ごとに合否を判定する解析部
とを含む。

【００１１】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。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、実施の形態に係る外観検
査装置１０の構成図である。この装置は、被検査物の検
査面をラインセンサで走査して画像を形成し、画像認識
によって部品実装状態の合否を判定するものである。ラ
インセンサによる主走査方向に対して垂直な副走査方向
に走査ヘッドを駆動することでラインごとの画像が順次
得られ、走査ヘッドの一次元運動で基板面の全体画像が
取得される。外観検査装置の別のタイプとして、検査面
を二次元的に移動させて停止し、これを繰り返してつぎ
つぎにスポット撮影をするものもあるが、その場合、一
般に機構系が複雑になり、検査時間も長い場合が多い。
その点で、この実施の形態の一次元センサを用いる形態
は有利である。本出願人は先に、特開平８−２５４５０
０号公報において、このような一次元センサを用いた外
観検査装置を提案しており、それを本実施形態で用いて
もよい。

【００１３】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。

【００１４】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３
０は、落射照明源、側方照明源、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は取り込んだ画像データ５４をメモリ
４４に出力する。

【００１５】メインユニット１２は、本装置全体を統括
的に制御する。メインユニット１２は、通常のコンピュ
ータで実装されてもよい。メインユニット１２のヘッド
制御ユニット４０はまず、照明制御信号５０を照明ユニ
ット３０へ出力し、試験の内容に応じて異なる点灯状態
を実現する。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。この位置をスタート位置として、以降１ライン走
査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。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。

【００１６】後述のように、キャリブレーションの過程
で、較正用の基板を走査することにより較正用の基板の
画像データがメモリ４４に書き込まれ、実際の検査にお
いては、検査対象の基板を走査することにより検査基板
の画像データがメモリ４４に書き込まれる。メモリ４４
は、基板面全体の画像を一枚の画像データとして記憶で
きるように大容量の記憶領域が確保される。

【００１７】画像処理部４５は、「較正データ生成処
理」と「画像補正処理」を行う。画像処理部４５は、較
正データ生成処理として、メモリ４４から較正用の基板
の画像データを読み込み、較正用の基板の識別マークの
基準位置からの２次元的なずれを検出し、そのずれをも
とに較正データを作成し、較正データ記憶部４９に格納
する。また、画像処理部４５は、画像補正処理として、
メモリ４４から検査対象の基板の画像データを読み込
み、較正データ記憶部４９に予め格納された較正データ
を用いて、画像に現れるひずみを補正する処理を行い、
補正された画像データをメモリ４４に格納する。

【００１８】解析ユニット４６は、メモリ４４から補正
された画像データを読み出し、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、検査項目ごとに合否
を判断する。照明ユニット３０の照明源を垂直下方に照
明する落射照明源と、横方向から照明する側方照明源と
の間で切り替えることにより、２種類の画像を記録し、
落射試験と側方試験を行う。検査項目として、落射試験
による部品の位置ずれ、欠品、ハンダのヌレの判定な
ど、および側方試験によるハンダブリッジの有無、実装
部品の間違い、極性の反転の判定などがある。

【００１９】図２は、基板の画像に現れるひずみを模式
的に説明する図である。レンズ３２は一般に収差をも
ち、たとえばグラフ７８に示されるように、レンズ３２
の中心部では収差によるひずみφが一定で、周辺部では
収差によるひずみφが大きい。そのため、ラインセンサ
３４で基板１の画像を撮影した場合、主走査方向７４の
１ライン分の画像７０は外側ほど収差による像のずれを
もつようになる。例えば、中心部は１ミリメートル当た
り４０画素が撮像されるが、周辺部に行くに従って１ミ
リメートルが３９画素〜３５画素に圧縮したようにな
る。さらに周辺では３２画素まで歪んだ後、一気に４５
画素まで拡大する。このようにレンズ３２のひずみの変
化率は非常に大きいため、１画素単位での補正が必要と
なる。

【００２０】また、走査ヘッド１６の副走査方向７６へ
の駆動により筐体の歪みや駆動部の振動などにより誤差
が生じる。この駆動方向は距離が長く、駆動系を支える
レールガイドの真直度などが原因で誤差が発生する。た
とえば、副走査方向にゼロ点位置で誤差ゼロ、３３０ミ
リメートルで誤差ゼロのとき、中間の１６５ミリメート
ルで誤差４０ミクロンのような大きなうねりで誤差が現
れる。歪みの向きは主走査方向、副走査方向の両方に２
次元的に発生する。

【００２１】したがって、基板の画像には、同図の矢印
で模式的に示したような２次元方向のずれが現れるよう
になる。通常の用途ではこのような画像に現れるひずみ
は問題にならないが、基板上の部品の実装や導線パター
ンのエッチングは、数十ミクロンのオーダーの精度で行
われているため、このひずみが検査上、重大な意味をも
つ。

【００２２】図３（ａ）は、識別マークが付けられた較
正用の基板の模式図である。較正用の基板には、たとえ
ば１０ミリメートル間隔で格子状に識別マークが付けら
れている。画像処理部４５は、この較正用の基板の画像
から識別マークのずれを検出する。図３（ｂ）は、較正
用の基板の撮影画像における識別マークの２次元的なず
れを模式的に説明したものである。白丸は基板上の識別
マークの本来の位置を示し、黒丸は識別マークの画像上
の位置を示す。矢印は識別マークのずれの方向と量を示
す。

【００２３】画像処理部４５は、走査ヘッド１６が最初
の１ラインを読みとり、メモリ４４に１ラインの画像が
取り込まれたときに、主走査方向の補正量を求める。レ
ンズの収差による変化率は非常に大きいため、１画素単
位で、補正量を格納した１次元配列のルックアップテー
ブルを生成する。主走査方向に１万画素ある場合、０画
素目から１００００画素目までのすべてのＣＣＤ出力に
対して、外観検査装置１０の組み立て調整時に補正量を
設定する。

【００２４】次に、画像処理部４５は、走査ヘッド１６
が較正用の基板を走査することにより得られた１画面に
基づいて、識別マークのずれの方向と量を検出し、２次
元配列のルックアップテーブルを生成する。副走査方向
の駆動による誤差は大きなうねりで現れるため、たとえ
ば、主走査方向をＹ軸、副走査方向をＸ軸として、Ｘ軸
方向には、１６５ミリメートル間隔、Ｙ軸方向では１２
５ミリメートル間隔の格子状の識別マークを検出し、そ
のずれを線形補間した補間量を、２５ミリメートル、す
なわち１０００画素単位の格子状のルックアップテーブ
ルとしてもつ。

【００２５】較正データ記憶部４９は、このようにして
画像処理部４５が生成した１次元配列と２次元配列のル
ックアップテーブルを格納する。

【００２６】検査対象の基板が与えられると、画像処理
部４５は、検査基板の画像の任意の点について、ルック
アップテーブルを参照し、識別マークのずれの方向と量
を用いて、ずれを補正する。主走査方向の補正では、１
次元配列と２次元配列の２つのルックアップテーブルに
格納された２つの補正量が用いられ、副走査方向の補正
では、２次元配列のルックアップテーブルに格納された
補正量が用いられる。

【００２７】さらに、計算の高速化のため、格子状の識
別マークのうち、ずれの量が小さい領域については、格
子の目を荒くし、ずれの量が大きい領域については、格
子の目を細かくして、較正データを作成してもよい。

【００２８】図４は、検査基板の画像のずれを補間によ
り算出する方法を説明する。画像上の任意の１点Ｘのず
れベクトルｘを、その周囲にある３点Ａ、Ｂ、Ｃのそれ
ぞれのずれベクトルａ、ｂ、ｃを用いて次式のように内
分比により補間して求める。 ｘ＝（１−ｓ）｛（１−ｔ）ａ＋ｔｃ｝＋ｓｂ

【００２９】図５は、検査基板の画像のずれを補間によ
り算出する他の方法を説明する。画像上の任意の１点Ｘ
のずれベクトルｘを、その周囲にある４点Ａ、Ｂ、Ｃ、
Ｄのそれぞれのずれベクトルａ、ｂ、ｃ、ｄを用いて次
式のように内分比により補間して求める。 ｘ＝（１−ｔ）｛（１−ｓ）ａ＋ｓｂ｝＋ｔ｛（１−
ｓ）ｄ＋ｓｃ｝

【００３０】図６は、以上の構成による外観検査装置１
０による外観検査手順を示すフローチャートである。外
観検査手順は、キャリブレーション過程Ｓ１０、Ｓ１
２、Ｓ１４と、検査過程Ｓ２０、Ｓ２２、Ｓ２４とが含
まれる。キャリブレーション過程は、通常、外観検査装
置１０の初回の使用時に行い、それ以降は検査過程だけ
を行うことになる。

【００３１】キャリブレーション過程において、走査ヘ
ッド１６は較正用のテスト基板を走査して画像データを
取得し、メモリ４４に記憶する（Ｓ１０）。画像処理部
４５は、メモリ４４に記憶されたテスト基板の画像から
識別マークの位置を検出し、本来識別マークがあるべき
基準位置からの２次元的なずれを検出する（Ｓ１２）。
画像処理部４５は、さらに識別マークの２次元的なずれ
から較正データを生成し、ルックアップテーブルとして
較正データ記憶部４９に保存する（Ｓ１４）。

【００３２】検査過程において、走査ヘッド１６は検査
基板を走査して画像データを取得し、メモリ４４に記憶
する（Ｓ２０）。画像処理部４５は、較正データ記憶部
４９に格納されたルックアップテーブルを参照し、検査
基板の画像の任意の点について、較正データを補間して
ずれを算出し、画像のひずみを補正し、メモリ４４に記
憶する（Ｓ２２）。

【００３３】解析ユニット４６は、メモリ４４に記憶さ
れた補正画像に基づいて、検査すべき部位について検査
項目ごとに、判定基準記憶部４８に記憶された判定基準
に基づいた合否判定を行う（Ｓ２４）。たとえば、欠品
検査では、部品があるべき位置の画像領域に含まれる画
素の輝度に基づいて、部品の有無を判定する。ハンダ検
査では、ハンダ付け箇所を含む画像領域において明るい
画素の面積が所定の値より小さいか否かで、ハンダ付け
の不良を判定する。ズレ検査では、部品の外周で電極パ
ターンを含む画像領域の輝度に基づいて、部品がずれて
装着されていないかどうかを判定する。

【００３４】以上述べたように、本実施形態の外観検査
装置によれば、識別マークを所定位置に付けたテスト用
の基板を撮影して、画像に現れるひずみをあらかじめ獲
得し、検査基板を撮影したときの画像に現れるひずみを
補正することができる。したがって、外観検査装置の光
学系や駆動系が原因で生じる誤差が検査に与える影響を
軽減することができ、精度の高い検査が可能となる。

【００３５】以上、本発明を実施の形態をもとに説明し
た。実施の形態は例示であり、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。

【００３６】そのような変形例を説明する。上記の説明
では、走査ヘッドが副走査方向に駆動する前の最初の１
ラインの画像から、まず光学系が原因で生じる主走査方
向の１次元的なひずみを検出した。他のひずみ検出方法
として、走査ヘッドを副走査方向に駆動させ、テスト基
板面の全体の画像を得て、識別マークの２次元的なずれ
を検出し、光学系と駆動系を要因とする誤差を同時に検
出するようにしてもよい。

【００３７】また、上記の説明では、レンズの収差を主
たる要因として主走査方向に生じる１次元的なひずみを
検出し、駆動系の機械的な誤差を主たる要因として主走
査方向および副走査方向に生じる２次元的なひずみを検
出し、それらのひずみを考慮して画像を補正した。実施
の形態はこれに限られず、光学系による１次元的なひず
みのみを検出して画像を補正することや、駆動系による
２次元的なひずみのみを検出して画像を補正することも
有効である。

【００３８】また、上記の説明では、画像に現れるひず
みを補正して、補正された画像データをメモリに格納
し、その補正された画像データをもとに外観検査を行う
が、画像補正処理と外観検査の連携にはいろいろな形態
がありえる。たとえば、画像補正処理の過程では、補正
量を格納したルックアップテーブルを用いて、検査すべ
き部位の画素のずれの方向と量を求め、撮影された画像
上の対応する画素を見つけ、外観検査の過程で、その対
応する画素データに基づいて、所定の検査を行ってもよ
い。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、被検査物の画像に現れ
るひずみを補正して外観検査を精度よく行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態に係る外観検査装置の構成図であ
る。

【図２】 基板の画像に現れるひずみを模式的に説明す
る図である。

【図３】 識別マークのある較正用の基板と、較正用の
基板の画像における識別マークの２次元的なずれを模式
的に説明する図である。

【図４】 検査基板の画像のずれを補間により算出する
方法を説明する図である。

【図５】 検査基板の画像のずれを補間により算出する
別の方法を説明する図である。

【図６】 外観検査装置による外観検査手順を示すフロ
ーチャートである。

【符号の説明】 １ 基板、 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、 ４５ 画像処理部、 ４
６ 解析ユニット、 ４８ 判定基準記憶部、 ４９
較正データ記憶部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA54 BB02 BB27 CC01 DD03 DD04 EE06 EE08 FF04 HH13 JJ25 LL04 PP02 QQ23 QQ31 RR03 2G051 AA65 AB14 CA03 CD04 EA14 ED23 5B057 AA03 BA02 CA12 CA16 CB12 CB16 CD12 CH07 DA07 DB02 DC01 DC05

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 位置関係が既知の複数の識別マークをも
   つ較正用の対象物を一次元センサで走査して撮影し、画
   像に現れるひずみ成分を予め検出する工程と、 前記ひずみ成分をもとに較正データを生成して保持する
   工程と、 被検査物を実際に撮影したとき、前記較正データを用い
   て画像に現れるひずみを補正する工程と、 補正後の画像をもとに所定の検査をする工程とを含み、 前記検出工程は、主走査方向に現れる１次元的なひずみ
   成分を検出する第１の工程と、副走査方向に走査するこ
   とにより生じる２次元的なひずみ成分を検出する第２の
   工程とを含むことを特徴とする外観検査方法。
2. 【請求項２】 前記第２の工程は、前記較正用の対象物
   の画像において前記識別マークの基準位置からの２次元
   的なずれを検出し、 前記較正データは、前記第１の工程で検出された１次元
   的なずれに基づく１次元補正量と、前記第２の工程で検
   出された前記識別マークの２次元的なずれに基づく２次
   元補正量をもつことを特徴とする請求項１に記載の外観
   検査方法。
3. 【請求項３】 前記補正する工程は、前記被検査物を走
   査することによって得られる前記被検査物の一画面の画
   像をメモリに記憶し、前記較正データを補間することに
   より、前記メモリに記憶された前記画像上の任意の点の
   ２次元的なずれを補正し、 前記検査をする工程は、前記メモリに記憶された補正後
   の画像をもとに所定の検査をすることを特徴とする請求
   項１または２に記載の外観検査方法。
4. 【請求項４】 被検査物の基板面を走査して画像を取り
   込む走査ヘッドと、 前記画像を記憶するメモリと、 前記画像に現れるひずみを補正するための較正データを
   記憶する較正データ記憶部と、 前記メモリに記憶された画像をもとに所定の検査をする
   メインユニットとを含み、 前記走査ヘッドは、前記基板面からの反射光を検知する
   一次元センサを含み、前記メモリは、前記走査ヘッドが
   前記基板面をライン単位で走査して得られる一画面を画
   像として記憶し、 前記較正データ記憶部は、前記一次元センサの主走査方
   向に現れる１次元的なひずみ成分と、前記一次元センサ
   を副走査方向に走査することにより生じる２次元的なひ
   ずみ成分に基づいて定められた較正データを記憶し、 前記メインユニットは、 前記較正データを用いて前記被検査物の画像に現れるひ
   ずみを補正する画像処理部と、 補正後の画像を所定の合否判断基準に照らし、検査項目
   ごとに合否を判定する解析部とを含むことを特徴とする
   外観検査装置。