JP2002230523A

JP2002230523A - 検査装置

Info

Publication number: JP2002230523A
Application number: JP2000375053A
Authority: JP
Inventors: Kimiya Kitayama; 公也北山
Original assignee: STK Technology Co Ltd
Current assignee: STK Technology Co Ltd
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2002-08-16

Abstract

(57)【要約】【課題】テレセントリックレンズを用いない撮像系で
集積回路装置のリード検査を行う。【解決手段】集積回路装置Ｗを所定位置に支持する支
持手段１０と、遠近効果を有するレンズを備え、支持手
段１０に支持された集積回路装置Ｗのリードの像を集積
回路装置Ｗの実装面側の相互に異なる方向から取得する
第１の撮像系１１および第２の撮像系１２と、集積回路
装置Ｗをその実装面側から照射する環状の照明器１６
と、第１の撮像系１１および第２の撮像系１２でそれぞ
れ得られたリードの二次元画像より求められるリードと
このリードが固定される基板との接触位置の座標および
これらの撮像系１１，１２のリードに対する光軸の傾き
角からリードの三次元位置を算出する画像処理コンピュ
ータ１７とを有する検査装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路装置に設
けられたリードを検査する検査装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】集積回路装置の薄型化や高集積化が進行
する中で、周辺装置との電気的接続を行うリードについ
てもファインピッチ化や微細化が一層促進されている。
そのため、リードの形状や寸法の不良が発生しやすい状
況になっている。

【０００３】そして、これらリードの不良は実装後にお
ける導通不良の原因となるために、これを発見して所定
の対策を講じることが必要である。

【０００４】そこで、組立完了後の集積回路装置に対し
て、検査装置を用いてリードの不良を検査することが行
われている。

【０００５】なお、本明細書におけるリードには、集積
回路装置から延びる板状あるいは棒状の導電部材のみな
らず、実装面に突出形成されたバンプも含まれる。そし
て、リードはワイヤや配線基板などを介してチップと間
接的に接続されていてもよく、これらを介することなく
直接接続されていてもよい。なお、集積回路装置は、封
止体（樹脂封止体あるいは気密封止体）により封止され
ていてもよく、封止されていないいわゆるベアチップで
もよい。

【０００６】ここで、検査装置としては、２方向からの
撮像によって集積回路装置に形成されたリードの三次元
座標を求めるステレオ画像方式のものがある。従来の検
査装置では、実装面にバンプが形成されたＢＧＡ（Ｂａ
ｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）型集積回路装置のリード
検査用として２つの撮像系（リード像取得手段）が設け
られており、１つは直下から、もう１つは斜め方向から
集積回路装置をそれぞれ撮像するように設置されてい
る。また、集積回路装置と撮像系との間には照明器（第
１の照明器）が配置されており、実装面が照射されるよ
うになっている。そして、撮像系には、撮像素子と物体
との間の距離が変化しても物体像の寸法が変わらない、
すなわち遠近効果のないレンズ（テレセントリックレン
ズ）が用いられている。なお、集積回路装置の直下に位
置する撮像系は二次元検査と三次元検査とを兼用するよ
うになっている。

【０００７】ここで、図２１はテレセントリックレンズ
の構造を光学的に示す説明図である。

【０００８】図示するように、テレセントリックレンズ
Ｌ_２では、物体（ここでは、集積回路装置のリード）
Ｗが光軸方向に前後しても投影面Ｓにおける大きさが変
化しない。

【０００９】ところで、集積回路装置の製造現場では、
ＢＧＡのようなバンプ型の集積回路装置とたとえばＱＦ
Ｐ（ＱｕａｄＦｌａｔＰａｃｋａｇｅ）のように実
装面の側面から外方向に延びる板状リードが形成された
面実装型の集積回路装置とが混在していることが多い。
したがって、検査装置は双方のタイプの集積回路装置に
対応していることが要請されている。さらに、検査対象
となる集積回路装置のタイプが変更されるときには、段
取り替え作業が迅速に行われることが要請されている。

【００１０】そこで、このような要請に対応して、検査
装置には、前述した集積回路装置Ｗと撮像系１０１との
間の照明手段（第１の照明手段）１０２に加えて、集積
回路装置Ｗをはさんで撮像系１０１と反対側にも照明手
段（第２の照明手段）１０３が配置されており、リード
を透過光照明で撮像する構造が採られている（図２
２）。この検査装置では、バンプ型の集積回路装置Ｗの
検査には第１の照明手段１０２を、面実装型の集積回路
装置Ｗの検査には第２の照明手段１０３を、切り換えて
使用している。

【００１１】そして、バンプ型の集積回路装置Ｗの場合
には、図２２に示すように、支持手段１０４により上方
から集積回路装置Ｗを吸着保持して、面実装型の集積回
路装置Ｗの場合には、ガラス製のステージ（図示せず）
上に集積回路装置Ｗを載置して、検査を行っている。

【００１２】なお、この従来技術は本発明者が認識して
いる本発明の基礎となった技術という意味であって、特
許法上の公知技術という意味ではない。また、ここで従
来技術として述べたことについての権利追求を放棄する
ものでもない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】遠近効果を有しないテ
レセントリックレンズでは、設定された視野の大きさを
変更することができないことから、そのサイズが長大と
なり、撮像系、延いては検査装置が大型化してしまう。
のみならず、テレセントリックレンズは高価であるた
め、検査装置の価格が高くなってしまう。

【００１４】また、２台の照明手段を集積回路装置のタ
イプにより切り換えて使用する検査装置では、照明手段
の台数分だけスペース効率が悪化して、やはり検査装置
が大型化してしまう。

【００１５】そこで、本発明は、テレセントリックレン
ズを用いないリード像取得手段で集積回路装置のリード
検査を行うことのできる検査装置を提供することを目的
とする。

【００１６】また、本発明は、１台の照明手段のみによ
り複数種の集積回路装置のリード検査を行うことのでき
る検査装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る検査装置は、集積回路装置に設けられ
たリードを検査する検査装置であって、集積回路装置を
所定位置に支持する支持手段と、遠近効果を有するレン
ズを備え、支持手段に支持された集積回路装置のリード
の像を集積回路装置の実装面側の相互に異なる方向から
取得する第１のリード像取得手段および第２のリード像
取得手段と、集積回路装置をその実装面側から照射する
環状の照明手段と、第１のリード像取得手段および第２
のリード像取得手段でそれぞれ得られたリードの二次元
画像より求められる前記リードとこのリードが固定され
る基板との接触位置の座標およびこれらのリード像取得
手段のリードに対する光軸の傾き角からリードの三次元
位置を算出する位置算出手段とを有することを特徴とす
る。

【００１８】このような発明によれば、それぞれのリー
ド像取得手段における遠近効果やリードからの照明光の
反射が考慮されているので、テレセントリックレンズを
用いないリード像取得手段で集積回路装置のリード検査
を行うことが可能になる。

【００１９】また、本発明に係る検査装置は、前述した
発明において、照明手段からの光を反射して実装面の反
対面側から集積回路装置に導く光反射手段と、照明手段
から集積回路装置に直接照射される光を遮蔽してこれを
光反射手段に導く遮光手段と、直接光を遮蔽する位置お
よび直接光を遮蔽しない位置の２つの位置に遮光手段を
移動させる移動手段とを有することを特徴とする。

【００２０】このような発明によれば、光反射手段と遮
光手段により直接光を遮蔽して反射光を集積回路装置の
実装面の反対面側から照射するようにしているので、透
過光用の照明を別途用意して切り替えを行うことなく、
１台の照明手段のみにより複数種の集積回路装置のリー
ド検査を行うことが可能になる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付
図面において同一の部材には同一の符号を付しており、
また、重複した説明は省略されている。なお、発明の実
施の形態は、本発明が実施される特に有用な形態として
のものであり、本発明がその実施の形態に限定されるも
のではない。

【００２２】図１は本発明の一実施の形態である検査装
置の構成を示す概略図、図２は図１の検査装置の構成を
示すブロック図、図３は図１の検査装置によるＢＧＡ型
集積回路装置のリード検査動作を示す説明図、図４は図
１の検査装置によるＱＦＰ型集積回路装置のリード検査
動作を示す説明図、図５は図１の検査装置の撮像系に用
いられたレンズの構造を光学的に示す説明図、図６は撮
像系における斜め撮像を示す説明図、図７は撮像系にお
けるティルト煽り撮像を示す説明図、図８は撮像系にお
けるシフト煽り撮像を示す説明図、図９は撮像系を複数
設けた場合におけるシフト煽り撮像を示す説明図、図１
０は第３の撮像系で取得されたリード像を示す説明図、
図１１は２つの撮像系により斜め方向から撮像されたリ
ード像を示す説明図、図１２は撮像系により取得された
ＢＧＡ型集積回路装置のリード像を示す説明図、図１３
はバンプが真球である場合の光の反射を図１２のＡ−Ａ
線に沿った断面で示す説明図、図１４はＢＧＡ型集積回
路装置におけるバンプの変形態様と取得画像でのリング
状の発光部分との関係を示す説明図、図１５は三角測量
の原理によるバンプ高さの取得を示す説明図、図１６は
２つの撮像系によるＱＦＰ型集積回路装置の取得画像を
示す説明図、図１７は三角測量の原理によるリード先端
の三次元座標の取得を示す説明図、図１８は検査装置の
校正を行う校正板を示す説明図、図１９は図１８の校正
板の移動機構を示す説明図、図２０は校正手続きを示す
説明図である。

【００２３】本実施の形態の検査装置は集積回路装置Ｗ
に設けられたリードの検査を行うものであり、図１〜図
３に示すように、集積回路装置Ｗを吸着して検査位置ま
で搬送し、これを支持する支持手段１０と、電源２３に
駆動されてこの支持手段１０に支持された集積回路装置
Ｗのリードの像を取得する第１〜第５の撮像系（リード
像取得手段）１１〜１５と、電源２４に駆動されて集積
回路装置Ｗをその実装面側から照射する環状の照明器
（照明手段）１６と、撮像系１１〜１５で得られたリー
ドの画像および撮像系１１〜１５のリードに対する光軸
の傾き角からリードの位置を算出する画像処理コンピュ
ータ（位置算出手段）１７と、撮像系で得られたリード
像やその寸法などのリード情報を表示するディスプレイ
１８とを備えている。そして、撮像系１１〜１５は筐体
２２内に収納されており、照明器１６は、その高さを調
節できるように、筐体２２に固定されることなく設けら
れている。なお、本実施の形態において、照明器１６に
は拡散光が用いられているが、平行光であってもよい。

【００２４】さらに、図４に示すように、照明器１６か
らの光を反射して集積回路装置Ｗの実装面の反対面側か
ら集積回路装置Ｗに導く反射板（光反射手段）１９と、
照明器１６から集積回路装置Ｗに直接照射される光を遮
蔽してこれを反射板１９に導く遮光フード（遮光手段）
２０と、この遮光フード２０を直接光を遮蔽する位置お
よび直接光を遮蔽しない位置の２つの位置に移動させる
フード移動部（移動手段）２１とを有している。遮光フ
ード２０は筒状になっており、撮像系１１〜１５のリー
ドに対する視野が妨げられないようになっている。

【００２５】ここで、撮像系１１〜１５は何れも遠近効
果を有するレンズを備えており、第１の撮像系１１およ
び第２の撮像系１２は、集積回路装置Ｗの実装面の中央
から延びる垂線を対称軸として線対称に対向配置されて
おり、リード像を斜め方向から取得するようになってい
る。また、第３の撮像系１３は、実装面の中央から延び
る垂線上に光軸が位置するように配置され、リード像を
直下から取得するようになっている。そして、第４の撮
像系１４および第５の撮像系１５は、第１の撮像系１１
および第２の撮像系１２を結んだ直線と直交して実装面
の中央から延びる垂線を対称軸として線対称に対向配置
されており、リード像を斜め方向から取得するようにな
っている。

【００２６】そして、集積回路装置Ｗの直下に配置され
た第３の撮像系１３以外の撮像系１１，１２，１４，１
５は、撮像対象に対してレンズを水平に移動させるシフ
ト煽りによりリードを撮像するようになっている。但
し、シフト煽りを使用することなく、すなわちレンズを
移動させずに撮像しても検査を行うことは可能である。
なお、シフト煽りについては後述する。

【００２７】なお、撮像系１１〜１５の位置決め基準と
なる垂線は、本実施の形態のように集積回路装置Ｗの実
装面の中央から延びたものであることが望ましいが、必
ずしも実装面の中央からではなくてもよく、中央を含む
実装面の何れかの位置からでよい。

【００２８】ここで、位置算出手段１７は、第１の撮像
系１１および第２の撮像系１２でそれぞれ得られたリー
ドの２種類の二次元画像およびこれらの撮像系１１，１
２のリードに対する光軸の傾き角からリードの三次元位
置を算出する。また、第３の撮像系１３で得られたリー
ドの二次元画像からリードの二次元位置を算出する。そ
して、第４の撮像系１４および第５の撮像系１５でそれ
ぞれ得られたリードの二次元画像およびこれらの撮像系
１４，１５のリードに対する光軸の傾き角からリードの
三次元位置を算出する。

【００２９】但し、本発明においては、バンプ型の集積
回路装置Ｗのリード三次元位置測定や相互に反対の２方
向のみに板状リードが形成された面実装型の集積回路装
置Ｗのリード三次元位置測定のみを行う場合には第１お
よび第２の撮像系１１，１２が備えられていればよく、
他の撮像系１３〜１５はなくてもよい。また、第１およ
び第２の撮像系１１，１２は集積回路装置Ｗの実装面側
の相互に異なる方向からリード像を取得するようになっ
ていれば足り、前述のような対称配置になっていなくて
もよく、たとえば一方の撮像系１１（１２）が直下から
リード像を取得するようになっていてもよい。さらに、
第４および第５の撮像系１４，１５は集積回路装置Ｗの
実装面側の相互に異なる方向からリード像を取得するよ
うになっていれば足り、前述のような対称配置になって
いなくても、あるいは第１の撮像系１１および第２の撮
像系１２を結んだ直線と直交した位置に配置されていな
くてもよい。したがって、位置算出手段１７は、備えら
れた撮像系１１〜１５に応じたリードの位置を算出す
る。

【００３０】なお、照明器１６は、本実施の形態に示す
ような円形でなくてもよい。すなわち、本明細書におい
て環状とは、円形に限定された形状ではなく、たとえば
四角形や八角形などのような多角形であってもよい。し
たがって、環状の照明器１６とは、ＬＥＤなどの光源が
無端状に連続していればよく、連続形状は円形であって
もよく、多角形であってもよい。

【００３１】また、後述のように、本実施の形態におい
ては、リードが実装面から突出形成されたＢＧＡ、およ
びリードが実装面の４側面から外方向に延びて形成され
たＱＦＰが、集積回路装置Ｗの一例として示されている
が、本発明において検査対象とされる集積回路装置Ｗは
これらに限定されるものではない。したがって、たとえ
ば、リードが実装面の１側面あるいは複数側面から外方
向に延びた面実装タイプの集積回路装置Ｗなど、撮像系
１１〜１５によりリード像が取得可能なあらゆる形態の
集積回路装置Ｗを適用することができる。

【００３２】また、たとえばＢＧＡのようにリードが実
装面に形成されたバンプの場合、このバンプの形成方法
や形状はどのようなものであってもよい。すなわち、バ
ンプの形成方法は、たとえば、はんだでできた真球を実
装面に載せてから熱を加えて接合して形成されたバンプ
であってもよく、液状のペーストはんだを実装面に塗布
して形成されたバンプであってもよい。また、バンプの
形状は、実装面とわずかな面積で接触している球形のバ
ンプであってもよく、椀を伏せたような半球状のバンプ
であってもよい。

【００３３】次に、このような構成を有する検査装置に
おける動作の概略について説明する。

【００３４】ＢＧＡのようにリードが実装面から突出形
成された集積回路装置Ｗの検査については、図３に示す
ように、リードの形状や異物付着の測定および検査に
は、集積回路装置Ｗの直下に配置された第３の撮像系１
３が使用される。また、リード頂点の三次元座標を測定
するためには、斜め方向からリード像を取得する第１の
撮像系１１および第２の撮像系１２、あるいは第４の撮
像系１４および第５の撮像系１５が使用される。

【００３５】また、ＱＦＰのようにリードが実装面の４
側面から外方向に延びて形成された集積回路装置Ｗの検
査については、図４に示すように、リード先端の三次元
座標を測定するためには、斜め方向からリード像を取得
する第１の撮像系１１、第２の撮像系１２、第４の撮像
系１４および第５の撮像系１５が使用される。なお、実
装面の相互に反対に位置する２側面から延びて形成され
た集積回路装置Ｗの検査については、第１の撮像系１１
および第２の撮像系１２、あるいは第４の撮像系１４お
よび第５の撮像系１５が使用される。

【００３６】この場合、リードがシルエットとして撮像
されるように、透過光照明が使用される。すなわち、フ
ード移動部２１により遮光フード２０が直接光を遮蔽す
る位置に移動され、照明器１６からの光が反射板１９に
反射されて集積回路装置Ｗの実装面の反対面側から照射
される。このようにすれば、別途透過光照明用の光源を
設けることなく、照明器１６を利用して透過光照明を実
現することができる。

【００３７】なお、バンプ型と面実装型の集積回路装置
Ｗは、何れも集積回路装置Ｗの実装面と反対面を吸着保
持する共通の支持手段１０で同じ形に支持されている。
なお、集積回路装置Ｗの側面を把持するような支持手段
を用いてもよい。すなわち、支持手段は実装面以外で集
積回路装置Ｗを支持するようになっており、且つバンプ
型と面実装型の集積回路装置Ｗに共通のものであればよ
い。

【００３８】さて、画像計測装置においては、撮像系に
テレセントリックレンズが使用されていることが多い。
ここで、テレセントリックレンズとは遠近効果がない、
すなわち撮像素子と物体との間の距離が変化しても物体
像の寸法が変わらないレンズのことである（図２１参
照）。これに対し、一般のカメラやビデオに装着されて
いるレンズＬ_１では遠近効果があり、図５に示すよう
に、近くの物体（ここでは、集積回路装置のリード）Ｗ
は大きく、遠くの物体は小さく観察される。

【００３９】前述のように、テレセントリックレンズは
一般のレンズに比べて長大であり、設定された視野を変
更することができない。そして、テレセントリックレン
ズの代わりに一般レンズを使用すれば、装置寸法は小さ
くなり、視野の変更により撮像対象の範囲が広がるとい
う利点がある。

【００４０】そこで、本検査装置では、撮像系１１〜１
５にテレセントリックレンズではなく遠近効果を有する
レンズを使用している。但し、検査対象における照明光
の反射やレンズの遠近効果を考慮することにより、精度
の高い検査が実現されている。

【００４１】ここで、二次元検査用の第３の撮像系１３
はリードを直下から撮像するのに対し、三次元検査用の
撮像系１１，１２，１４，１５は斜め方向からリードを
撮像する。

【００４２】カメラ２５にレンズ２６を取り付けて、水
平に置かれた物体（集積回路装置）Ｗを斜め方向から観
察すると（図６）、視野内にはピントが合った部分とピ
ントが外れた部分とが存在する。そこで、カメラ２５と
レンズ２６との間に煽りを加えると、画像の全面でピン
トを合わせることができ、ピンボケのない鮮明な画像を
得ることができる。

【００４３】煽りには、レンズ２６を回転させるティル
ト煽り（図７）とレンズ２６を水平に移動させるシフト
煽り（図８）の２種類の煽りがあり、本検査装置ではシ
フト煽りが使用されている。そして、撮像系にシフト煽
りを用いると、画像の全面でピントが合うとともに、テ
ィルト煽りと異なってカメラ２５が垂直に設置されるた
めに検査装置を小型化することができる。なお、本装置
において、撮像系１１，１２，１４，１５では、レンズ
２６が中央（第３の撮像系１３側）に向かってシフトす
る。撮像系を複数設けた場合におけるシフト煽りを図９
に示す。

【００４４】次に、検査装置によるリード検査について
説明する。なお、リードの位置は、撮像系１１〜１５で
取得された集積回路装置Ｗのデータが送られる画像処理
コンピュータ１７により算出される。

【００４５】前述のように、リードの形状や異物の付着
を検査するには、集積回路装置Ｗの直下に配置された第
３の撮像系１３が使用される。これにより、得られた画
像のリード周辺領域において、所定のしきい値によって
端子の境界線を検出され、ＢＧＡ型集積回路装置のバン
プ形リードであれば、閉曲線で表される境界線から面積
や真円度、長径、短径、異物の有無などが検査され（図
１０（ａ））、ＱＦＰ型集積回路装置のリードであれ
ば、リード間の異物が検査される（図１０（ｂ））。

【００４６】また、実装面にリードであるバンプが突出
形成されたたとえばＢＧＡ型の集積回路装置Ｗのバンプ
の三次元座標を測定するためには、バンプを斜め方向か
ら観察する２つの撮像系（第１の撮像系１１および第２
の撮像系１２、あるいは第４の撮像系１４および第５の
撮像系１５）が使用される。

【００４７】図１１に示すように、取得された２つの画
像（図１１（ａ），（ｂ））は同じ集積回路装置Ｗのリ
ードを撮像したものであるが、観察する方向が異なって
いるために異なった画像となっている。

【００４８】ここで、ＢＧＡ型の集積回路装置Ｗのバン
プは金属（はんだ）で形成されているので、その表面は
反射率が高く光沢を有している。そのため、図１２に示
すように、検査画像では、バンプの上に照明器１６の発
光部分Ｐ２が映り込んで観察される。そして、環状の照
明器１６を使用した場合、検査画像では発光部分Ｐ２が
リング状の領域として観察される。それ以外の領域は全
て暗く映るので、バンプ外縁Ｐ１は画像上では観察でき
ない。また、発光部分Ｐ２の中心Ｃ１とバンプ像外周を
基準とした中心Ｃ２とは必ずしも一致するものではな
く、さらに、バンプ頂点の座標はバンプ像外周を基準と
した中心Ｃ２からずれている。

【００４９】そこで、次のような３つの仮定を立てる
と、バンプ上のどの部分で反射された照明光が撮像素子
に到達するかが計算で求められる。

【００５０】その仮定とは、（１）バンプは真球であ
る、（２）照明光はバンプ周辺の水平方向からバンプに
向かって照射される、（３）バンプの１つ１つは視野全
体に比べて充分に小さく、視線方向はバンプ上では一定
である、というものである。

【００５１】バンプが真球である場合の光の反射を図１
３に示す。

【００５２】このようにして求められた中心点は照明器
１６の発光部分Ｐ２の中心Ｃ１と考えられる。真のバン
プの頂点座標は観察されるリング状の発光部分Ｐ２の中
心Ｃ１の座標および半径、視線方向の関数として求めら
れる。そして、視線方向は撮像系毎に定まっているの
で、実際にはバンプの頂点座標はリング像の中心座標と
その半径から求められる。

【００５３】しかしながら、全てのバンプを真球と仮定
することができない場合が多い。そして、バンプが真球
でなければ、前述のようにして算出されたバンプ頂点の
座標には誤差が含まれることになる。

【００５４】一般に、バンプの表面は滑らかであったと
しても、真球に比べて扁平であったり、尖鋭であった
り、偏芯していることが考えられる。このような場合、
バンプ上に観察される照明器１６によるリング状の発光
部分には変形が見られる。バンプの変形態様と取得画像
Ｐにおけるリング状の発光部分（以下、「リング像」と
いう。）Ｐ２との関係を図１４に示す。図１４（ａ）は
バンプが真球の場合を、図１４（ｂ）はバンプが扁平で
ある場合を、図１４（ｃ）はバンプが尖鋭である場合
を、図１４（ｄ）はバンプが偏芯している場合を、図１
４（ｅ）はバンプが図１４（ｄ）とは異なる方向に偏芯
している場合を、それぞれ示している。このような変形
はリング像の内外周の中心のズレとして計測することが
可能である。

【００５５】なお、図１４において、バンプはその横断
面を示しており、バンプと交差する斜線はカメラの視野
方向を示している。また、取得画像Ｐは斜めから観察さ
れるバンプ像の概略を示している。

【００５６】このような画像によりリング像における内
外周の中心ズレの全体的な分布傾向とその傾向からの偏
差が得られる。そこで、以下の手順によってバンプ高さ
を補正する。

【００５７】すなわち、（１）バンプの画像を取得し、
（２）所定のしきい値によってバンプ上のリング像の内
周と外周の境界線を検出し、（３）リング像の外周の境
界線から、中心座標と半径を算出し、（４）バンプを真
球と仮定してバンプ頂点の座標を算出し、（５）リング
像の内外周中心のズレ量を算出し、（６）最小自乗法に
よりズレ量分布の近似多項式を求め、（７）実際の中心
ズレと近似ズレ量との偏差を求め、（８）前述の（４）
で求められた頂点座標に（７）で求められた偏差に所定
の係数を乗じた値を加える。

【００５８】このようにして２つの撮像系１１，１２
（１４，１５）で得られた２つの画像におけるそれぞれ
のバンプの頂点座標が求められれば、２点間の見かけの
距離が求められる。また、それぞれの頂点がどのような
角度で観察されたのかがわかれば、三角測量の原理に基
づきその高さを算出することができる。

【００５９】すなわち、（１）第１の撮像系１１の画像
でバンプ頂点の座標を測定し、（２）第１の撮像系１１
のバンプ頂点座標を実座標系に変換し、（３）第１の撮
像系１１のバンプ頂点を通過する光軸の傾きを算出し、
（４）第２の撮像系１２の画像でバンプ頂点の座標を測
定し、（５）第２の撮像系１２のバンプ頂点座標を実座
標系に変換し、（６）第２の撮像系１２のバンプ頂点を
通過する光軸の傾きを算出し、（７）第１の撮像系１１
と第２の撮像系１２で観察されるバンプを対応付け、
（８）各バンプ頂点のみかけの位置ずれを算出し、
（９）三角測量の基礎式に基づいてバンプ高さを算出す
る。

【００６０】図１５において、バンプ高さＺは、次式に
より求められる。

【００６１】

【数１】

【００６２】なお、ここで求められるバンプ頂点の高さ
は仮想的な基準面からのものであり、必ずしも集積回路
装置Ｗの印字面や基板面からのものではない。しかし、
リードの検査ではコプラナリティと称する端子不揃いが
問題になるので、このようにしてバンプ高さを求めるこ
とができる。

【００６３】次に、実装面の側面からリードが外方向に
延びて形成されたたとえばＱＦＰ型の集積回路装置Ｗの
リード先端の三次元座標を測定するためには、リードを
斜め方向から観察する２つの撮像系（第１の撮像系１１
および第２の撮像系１２、あるいは第４の撮像系１４お
よび第５の撮像系１５）が使用される。このとき、遮光
フード２０が直接光を遮蔽する位置に移動され、照明器
１６からの光が集積回路装置Ｗの実装面の反対面側から
照射されるようにし、透過光照明によりシルエットとし
て観察する。

【００６４】１つの検査画像でリードの先端座標を測定
するのは高さによって取得画像に変形が現れる視野の横
方向に伸びるリードのみである。そして、互いに向かい
合う２つの撮像系１１，１２（１４，１５）で得られた
画像（図１６（ａ），（ｂ））からそれぞれリード像の
中心座標を測定すれば、図１５において説明したＢＧＡ
型集積回路装置のバンプの場合と同様に、三角測量の原
理からリード中心の高さを算出することができる（図１
７参照）。

【００６５】なお、向かい合う２つの撮像系１１，１２
（１４，１５）では相互に反対方向に形成された２辺の
リード高さしか算出できない。そして、ＱＦＰ型集積回
路装置Ｗの４辺のリード高さを測定するには、互いに直
交する４つの撮像系１１，１２，１４，１５を使用す
る。

【００６６】このように、本実施の形態の検査装置によ
れば、２つの撮像系１１，１２（１４，１５）で得られ
たリードの二次元画像に現れたリング状の照明器１６の
外周と内周の中心ずれ、および撮像系１１，１２（１
４，１５）のリードに対する光軸の傾き角からリードの
三次元位置を算出しているので、テレセントリックレン
ズを用いない撮像系で集積回路装置Ｗのリード検査を行
うことが可能になる。これにより、検査装置を小型化す
ることができる。

【００６７】なお、以上の説明では、リードがバンプ型
である場合について説明しており、リードの中心座標と
は、リードとこのリードが固定される基板との接触位置
の座標のことである。したがって、リードが板状あるい
は棒状である場合にも、同じようにして、リードとこの
リードが固定される基板との接触位置の座標を求めるよ
うにすればよい。

【００６８】また、反射板１９と遮光フード２０により
直接光を遮蔽して反射光を集積回路装置Ｗの実装面の反
対面側から照射するようにしているので、透過光用の照
明を別途用意して切り替えを行うことなく、１台の照明
器１６のみにより複数種（たとえば、ＢＧＡ型とＱＦＰ
型）の集積回路装置のリード検査を行うことが可能にな
る。

【００６９】なお、本実施の形態においては、ステレオ
画像法によってＢＧＡ型の集積回路装置Ｗのバンプ頂点
の三次元座標を測定しているが、この際に２つの画像を
取得するのは第１の撮像系１１と第２の撮像系１２でな
くともよい。すなわち、第４の撮像系１４と第５の撮像
系１５や、第３の撮像系１３と第１の撮像系１１、第３
の撮像系１３と第２の撮像系１２などでもよい。すなわ
ち、１つの集積回路装置Ｗに対して撮像系の組み合わせ
によりステレオ画像が取得されれば三次元計測が可能で
ある。そして、ステレオ画像の組み合わせの数だけ測定
結果が得られるので、平均や中央値、あるいは他の何ら
かの関数処理の結果を代表させて測定精度を高めること
ができる。

【００７０】ここで、リードの三次元測定を行うために
は、個々の撮像系１１〜１５で得られるそれぞれの画像
において、画素単位で表される座標を長さの単位（ｍｍ
やインチなど）を有する座標に変換する必要がある。ま
た、観察されるバンプ頂点やリード形先端の座標が撮像
レンズの主点を通過してどのような角度でカメラの撮像
素子に入射するかを知っておく必要がある。

【００７１】そこで、このような三次元測定を実現する
ために必要な情報を得るために、システムの校正を行う
必要がある。

【００７２】システムの校正には、図１８に示すような
校正板（パターン形成部材）２７を使用する。校正板２
７は平坦な平板表面に所定のドットパターンが印刷され
ており、そのドットパターンの全てのドットの位置は既
知である。

【００７３】本実施の形態において、校正板２７は、平
坦な鏡面の上に拡散反射をするドットパターンが形成さ
れたガラス製の部材からなる。このような校正板２７
は、たとえば、白色のガラス平板の上に、ドットパター
ンのドット部分以外に金属薄膜が蒸着されているもので
ある。したがって、校正板２７は、全体は鏡面で、白い
ドットが分布しているような外観を呈する。そして、こ
の校正板２７を撮像すると、鏡面部分では照明光を正反
射するためにカメラ方向への反射がなく暗く観察され、
ドット部分では拡散反射によって、カメラを通して明る
く観察される。なお、校正板２７は、照明器１６により
判別可能なドットパターンが形成されていればよく、ガ
ラス以外の部材により形成することもできる。

【００７４】校正板２７はマイクロメータ（変位手段）
２８で正確にその高さが調節されるようになっている。
そして、校正の際には、マイクロメータ２８によって校
正板２７が撮像系１１〜１５による像取得位置において
所定の距離だけ撮像系１１〜１５に対して接近離反する
方向に変位される。

【００７５】次に、校正の手順について説明する。校正
は、各撮像系１１〜１５において、以下の手順に従って
行われる。

【００７６】先ず、校正板２７のパターン面が高さ測定
の基準面、すなわち高さがゼロとなる面となるように固
定し、撮像系１１，１２，１３，１４，１５により画像
を取得する。

【００７７】画像では白いドットは明るく観察され、鏡
面部分は暗く観察される。そこで、周囲より明るいドッ
ト領域を抽出し、その中心座標を求める。

【００７８】前述のようにドットの位置は既知なので、
ドット間の画像上の距離と実際の距離から、局所的な空
間分解を算出する。これにより、画像上の画素単位の座
標と実際の長さの単位の座標とが対応づけられることに
なる。

【００７９】次に、最小自乗法を用いて、次式により局
所空間分解能の近似多項式を定める。

【００８０】

【数２】

【００８１】そして、視野内で所定のドット（例えば、
視野中央）を原点として、個々のドットに長さの単位で
表される座標を割り当てる。

【００８２】次に、最小自乗法を用いて、次式により空
間座標の近似多項式を定める。

【００８３】

【数３】

【００８４】なお、数３において、ＸＹはｍｍなどの長
さの単位で表される見かけの平面座標であり、ｘｙは画
素で表される座標である。

【００８５】続いて、校正板２７を取り付けたマイクロ
メータ２８を操作して、校正板２７を法線方向に所定の
距離だけ移動させる。

【００８６】そして、改めて画像を取得し、前述のよう
にして明るいドットの中心座標を求め、先に求めた多項
式（数３）によって、各ドットの見かけの平面座標を算
出する。

【００８７】校正板２７の高さを変化させたときに、あ
るドットの見かけの位置がＰ０からＰ１に移動したとす
ると、ｔａｎθ＝Ｚ１／｜Ｐ１−Ｐ０｜という関係か
ら、各ドットの中心を通過する光軸の傾き角が算出され
る。

【００８８】そして、最小自乗法を用いて、次式により
光軸の傾き分布の近似多項式を定める。

【００８９】

【数４】

【００９０】なお、光軸の傾きをθではなく次式のよう
にｃｏｔθとして近似しておくと、三次元座標算出の演
算量は軽減される。

【００９１】

【数５】

【００９２】そして、以上の校正処理を全ての撮像系に
行う。

【００９３】このように、本実施の形態によれば、ドッ
トパターンが金属蒸着により形成された校正板２７をマ
イクロメータ２８で移動させているので、校正専用の照
明を用意することなく、実際の集積回路装置と同じ照明
器１６でシステムの校正を行うことが可能になる。

【００９４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば以下の効果を奏することができる。

【００９５】(1).２つのリード像取得手段で得られたリ
ードと基板との接触位置の座標、およびリード像取得手
段のリードに対する光軸の傾き角からリードの三次元位
置を算出しているので、テレセントリックレンズを用い
ないリード像取得手段で集積回路装置のリード検査を行
うことが可能になり、検査装置を小型化することができ
る。

【００９６】(2).光反射手段と遮光手段により直接光を
遮蔽して反射光を集積回路装置の実装面の反対面側から
照射するようにしているので、透過光用の照明を別途用
意して切り替えを行うことなく、１台の照明手段のみに
より複数種の集積回路装置のリード検査を行うことが可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である検査装置の構成を
示す概略図である。

【図２】図１の検査装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図３】図１の検査装置によるＢＧＡ型集積回路装置の
リード検査動作を示す説明図である。

【図４】図１の検査装置によるＱＦＰ型集積回路装置の
リード検査動作を示す説明図である。

【図５】図１の検査装置の撮像系に用いられたレンズの
構造を光学的に示す説明図である。

【図６】撮像系における斜め撮像を示す説明図である。

【図７】撮像系におけるティルト煽り撮像を示す説明図
である。

【図８】撮像系におけるシフト煽り撮像を示す説明図で
ある。

【図９】撮像系を複数設けた場合におけるシフト煽り撮
像を示す説明図である。

【図１０】第３の撮像系で取得されたリード像を示す説
明図である。

【図１１】２つの撮像系により斜め方向から撮像された
リード像を示す説明図である。

【図１２】撮像系により取得されたＢＧＡ型集積回路装
置のリード像を示す説明図である。

【図１３】バンプが真球である場合の光の反射を図１２
のＡ−Ａ線に沿った断面で示す説明図である。

【図１４】ＢＧＡ型集積回路装置におけるバンプの変形
態様と取得画像でのリング状の発光部分との関係を示す
説明図である。

【図１５】三角測量の原理によるバンプ高さの取得を示
す説明図である。

【図１６】２つの撮像系によるＱＦＰ型集積回路装置の
取得画像を示す説明図である。

【図１７】三角測量の原理によるリード先端の三次元座
標の取得を示す説明図である。

【図１８】検査装置の校正を行う校正板を示す説明図で
ある。

【図１９】図１８の校正板の移動機構を示す説明図であ
る。

【図２０】校正手続きを示す説明図である。

【図２１】テレセントリックレンズの構造を光学的に示
す説明図である。

【図２２】従来の検査装置を示す説明図である。

【符号の説明】

１０支持手段１１第１の撮像系（第１のリード像取得手段）１２第２の撮像系（第２のリード像取得手段）１３第３の撮像系（第３のリード像取得手段）１４第４の撮像系（第４のリード像取得手段）１５第５の撮像系（第５のリード像取得手段）１６照明器（照明手段）１７画像処理コンピュータ（位置算出手段）１８ディスプレイ１９反射板（光反射手段）２０遮光フード（遮光手段）２１フード移動部（移動手段）２２筐体２３電源２４電源２５カメラ２６レンズ２７校正板（パターン形成部材）２８マイクロメータ（変位手段）１０１撮像系（リード像取得手段）１０２第１の照明手段１０３第２の照明手段Ｗ集積回路装置

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 7/18 Ｈ０４Ｎ 7/18 Ｋ５Ｆ０６７ 13/00 13/00 Ｈ０１Ｌ 21/92 ６０４ＴＦターム(参考） 2F065 AA04 BB07 BB28 CC26 CC27 DD02 FF04 GG17 HH15 JJ05 JJ08 JJ09 JJ26 LL50 QQ31 QQ42 RR08 UU01 UU02 UU05 UU09 5B047 AA12 BA02 BC01 BC05 BC12 BC14 CA17 5B057 AA03 BA02 BA15 BA17 BA19 DA03 DA07 DB03 DC03 DC05 5C054 AA01 AA05 CA04 CC05 CH08 EA01 FC03 FC11 FD01 HA03 HA05 5C061 AA20 AB04 AB08 5F067 AA12 AB03 DB09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集積回路装置に設けられたリードを検査
する検査装置であって、前記集積回路装置を所定位置に支持する支持手段と、遠近効果を有するレンズを備え、前記支持手段に支持さ
れた前記集積回路装置の前記リードの像を前記集積回路
装置の実装面側の相互に異なる方向から取得する第１の
リード像取得手段および第２のリード像取得手段と、前記集積回路装置をその実装面側から照射する環状の照
明手段と、前記第１のリード像取得手段および第２のリード像取得
手段でそれぞれ得られた前記リードの二次元画像より求
められる前記リードとこのリードが固定される基板との
接触位置の座標およびこれらのリード像取得手段の前記
リードに対する光軸の傾き角から前記リードの三次元位
置を算出する位置算出手段とを有することを特徴とする
検査装置。
【請求項２】前記第１のリード像取得手段および前記
第２のリード像取得手段は、前記実装面から延びる垂線
を対称軸として線対称に対向配置され、前記リードの像
を斜め方向から取得することを特徴とする請求項１記載
の検査装置。
【請求項３】遠近効果を有するレンズを備えて前記実
装面から延びる垂線上に光軸が位置するように配置さ
れ、前記支持手段に支持された前記集積回路装置の前記
リードの像を前記集積回路装置の実装面側から取得する
第３のリード像取得手段を有し、前記位置算出手段は、さらに、前記第３のリード像取得
手段で得られた前記リードの二次元画像から前記リード
の二次元位置を算出することを特徴とする請求項２記載
の検査装置。
【請求項４】遠近効果を有するレンズを備え、前記第
１のリード像取得手段および第２のリード像取得手段を
結んだ直線と直交して前記実装面から延びる垂線を対称
軸として線対称に対向配置され、前記支持手段に支持さ
れた前記集積回路装置の前記リードの像を前記集積回路
装置の実装面側の斜め方向から取得する第４のリード像
取得手段および第５のリード像取得手段を有し、前記位置算出手段は、さらに、前記第４のリード像取得
手段および前記第５のリード像取得手段でそれぞれ得ら
れた前記リードの二次元画像およびこれらのリード像取
得手段の前記リードに対する光軸の傾き角から前記リー
ドの三次元位置を算出することを特徴とする請求項１、
２または３記載の検査装置。
【請求項５】前記リード像取得手段はシフト煽りによ
り前記リードの像を取得することを特徴とする請求項１
〜４の何れか一項に記載の検査装置。
【請求項６】前記照明手段からの光を反射して前記実
装面の反対面側から前記集積回路装置に導く光反射手段
と、前記照明手段から前記集積回路装置に直接照射される光
を遮蔽してこれを前記光反射手段に導く遮光手段と、直接光を遮蔽する位置および直接光を遮蔽しない位置の
２つの位置に前記遮光手段を移動させる移動手段とを有
し、前記支持手段は前記集積回路装置をその実装面以外で支
持することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記
載の検査装置。
【請求項７】前記第１のリード像取得手段および前記
第２のリード像取得手段では、前記リードが前記実装面
から突出形成された集積回路装置のリード像、または前
記遮光手段により直接光を遮蔽して前記リードが前記実
装面の側面から相互に反対の外方向に延びる集積回路装
置のリード像が取得されることを特徴とする請求項１〜
６の何れか一項に記載の検査装置。
【請求項８】前記第４のリード像取得手段および前記
第５のリード像取得手段では、前記リードが前記実装面
から突出形成された集積回路装置のリード像、前記遮光
手段により直接光を遮蔽して前記リードが前記実装面の
相互に反対に位置する２側面から外方向に延びる集積回
路装置のリード像、または前記遮光手段により直接光を
遮蔽して前記第１のリード像取得手段および前記第２の
リード像取得手段と協働することにより前記リードが前
記実装面の４側面から外方向に延びる集積回路装置のリ
ード像が取得されることを特徴とする請求項４〜７の何
れか一項に記載の検査装置。
【請求項９】前記位置算出手段は、前記リードが前記
実装面から突出形成された集積回路装置において当該リ
ードの立体形状が真球であると仮定される場合には、前
記リードの像を斜め方向から取得した前記第１のリード
像取得手段および前記第２のリード像取得手段の画像、
または前記リードの像を斜め方向から取得した前記第４
のリード像取得手段および前記第５のリード像取得手段
の画像において前記リード上に観察される前記照明手段
の外周境界線の中心座標と半径とから前記リードの頂点
座標を算出することを特徴とする請求項１〜８の何れか
一項に記載の検査装置。
【請求項１０】前記位置算出手段は、前記リードが前
記実装面から突出形成された集積回路装置において当該
リードの立体形状が真球であると仮定されない場合に
は、前記リードの像を斜め方向から取得した前記第１の
リード像取得手段および前記第２のリード像取得手段の
画像、または前記リードの像を斜め方向から取得した前
記第４のリード像取得手段および前記第５のリード像取
得手段の画像において前記リード上に観察される前記照
明手段の内周と外周の境界線のそれぞれの中心座標を用
い、形状による誤差を補正して前記リードの頂点座標を
算出することを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に
記載の検査装置。
【請求項１１】前記位置算出手段は、相互に異なる組
み合わせとなる２台１組の前記リード像取得手段によっ
て得られた複数の算出結果の平均値または中央値で前記
リードの三次元位置を算出することを特徴とする請求項
１〜１０の何れか一項に記載の検査装置。
【請求項１２】前記照明手段により判別可能な所定の
ドットパターンが平坦面に形成されたパターン形成部材
と、前記パターン形成部材を前記リード像取得手段による像
取得位置において変位させる変位手段と有し、前記変位手段で前記パターン形成部材を前記撮像系に対
して接近離反する方向に変位させて校正を行うことを特
徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の検査装
置。
【請求項１３】前記パターン形成部材は、平坦な鏡面
の上に拡散反射をするドットパターンが形成されたガラ
ス製の部材であることを特徴とする請求項１２記載の検
査装置。