JP2002257516A - 半田高さ計測方法およびその装置 - Google Patents
半田高さ計測方法およびその装置Info
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来において、配線パターンから基板の高さ
を正確に計測するには、初めに配線パターンに被覆され
ているレジストが透明であることを前提にした上で、反
りやうねりの影響を少なくするために基板を小さな領域
に分割し、その領域ごとの配線パターン面を計測する
が、小さな領域ごとにその領域の面を確定するために必
要な少なくとも３点の配線パターンを基板上の全領域に
渡って設定できないといった問題があった。 【解決手段】 基板ａに対してレーザ光を照射するとと
もに、半田面からの反射光をＰＳＤ（半導体位置検出素
子）３によって、また、基板面からの反射光をリニアセ
ンサ４によってそれぞれ検出し、前記基板の小領域単位
毎の基板面高さ情報を求め、該小領域毎の基板面高さ情
報を基に該領域における半田高さを計測することを特徴
とする半田高さ計測方法である。
を正確に計測するには、初めに配線パターンに被覆され
ているレジストが透明であることを前提にした上で、反
りやうねりの影響を少なくするために基板を小さな領域
に分割し、その領域ごとの配線パターン面を計測する
が、小さな領域ごとにその領域の面を確定するために必
要な少なくとも３点の配線パターンを基板上の全領域に
渡って設定できないといった問題があった。 【解決手段】 基板ａに対してレーザ光を照射するとと
もに、半田面からの反射光をＰＳＤ（半導体位置検出素
子）３によって、また、基板面からの反射光をリニアセ
ンサ４によってそれぞれ検出し、前記基板の小領域単位
毎の基板面高さ情報を求め、該小領域毎の基板面高さ情
報を基に該領域における半田高さを計測することを特徴
とする半田高さ計測方法である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に塗布され
たクリーム半田の高さを、基板の反りやうねりによる影
響を除去して正確に求めることができるようにした半田
高さの計測方法およびその装置に関する。
たクリーム半田の高さを、基板の反りやうねりによる影
響を除去して正確に求めることができるようにした半田
高さの計測方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、基板に塗布されるクリーム半田の
高さは数年前までは２００〜３００ミクロンであった
が、近年では部品の小型化や高密度化にともなって１０
０〜２００ミクロンの高さとなり、小さな部品のクリー
ム半田の場合には１００ミクロン以下の高さに形成され
ている。
高さは数年前までは２００〜３００ミクロンであった
が、近年では部品の小型化や高密度化にともなって１０
０〜２００ミクロンの高さとなり、小さな部品のクリー
ム半田の場合には１００ミクロン以下の高さに形成され
ている。
【０００３】そして、クリーム半田の高さが高い場合に
は、基板の反りやうねりの影響は比較的少なかったが、
クリーム半田の高さが１００ミクロンになると、基板の
反りやうねりの影響を無視することができないこととな
る。そこで、従来、この基板の反りやうねりを計測する
方法として、特開平５−２９６７３１号の提案に代表さ
れるように、配線パターン（銅箔）上にレーザ光を照射
し、その反射光をＰＳＤ（半導体位置検出素子）で受光
することにより、基板の反りやうねりを計測する方法が
ある。
は、基板の反りやうねりの影響は比較的少なかったが、
クリーム半田の高さが１００ミクロンになると、基板の
反りやうねりの影響を無視することができないこととな
る。そこで、従来、この基板の反りやうねりを計測する
方法として、特開平５−２９６７３１号の提案に代表さ
れるように、配線パターン（銅箔）上にレーザ光を照射
し、その反射光をＰＳＤ（半導体位置検出素子）で受光
することにより、基板の反りやうねりを計測する方法が
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、配線パター
ンから基板の高さを正確に計測するには、初めに配線パ
ターンに被覆されているレジストが透明であることを前
提にした上で、反りやうねりの影響を少なくするために
基板を小さな領域に分割し、その領域ごとの配線パター
ン面を計測するが、小さな領域ごとにその領域の面を確
定するために必要な少なくとも３点からなる計測ポイン
トを基板上の全領域に渡って設定できないといった問題
があった。
ンから基板の高さを正確に計測するには、初めに配線パ
ターンに被覆されているレジストが透明であることを前
提にした上で、反りやうねりの影響を少なくするために
基板を小さな領域に分割し、その領域ごとの配線パター
ン面を計測するが、小さな領域ごとにその領域の面を確
定するために必要な少なくとも３点からなる計測ポイン
トを基板上の全領域に渡って設定できないといった問題
があった。
【０００５】そこで、小さな領域ごとに３点以上の計測
点を設定するには、計測点を基板面上に設定することが
考えられるが、通常、ガラスエポキシ材からなる基板面
にレーザ光を照射した場合には、ＰＳＤには基板内で拡
散した反射光しか受光されないため、３点以上の計測ポ
イントを配線パターン上に設定できない場合には、その
領域の基板面を特定することができないといった問題が
あった。
点を設定するには、計測点を基板面上に設定することが
考えられるが、通常、ガラスエポキシ材からなる基板面
にレーザ光を照射した場合には、ＰＳＤには基板内で拡
散した反射光しか受光されないため、３点以上の計測ポ
イントを配線パターン上に設定できない場合には、その
領域の基板面を特定することができないといった問題が
あった。
【０００６】本発明は前記した問題点を解決せんとする
もので、その目的とするところは、小領域中においても
複数の計測点の設定が可能な基板面上に設けるととも
に、該基板面からの反射光の内、最大値を持つ表面から
の反射光を選別できるリニアセンサを半田面の高さを計
測するＰＳＤとは別に用い、各領域ごとの基板面の高さ
を正確に計測して、より正確な半田高さの計測が行える
ようにした半田高さ計測方法およびその装置を提供せん
とするにある。
もので、その目的とするところは、小領域中においても
複数の計測点の設定が可能な基板面上に設けるととも
に、該基板面からの反射光の内、最大値を持つ表面から
の反射光を選別できるリニアセンサを半田面の高さを計
測するＰＳＤとは別に用い、各領域ごとの基板面の高さ
を正確に計測して、より正確な半田高さの計測が行える
ようにした半田高さ計測方法およびその装置を提供せん
とするにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半田高さ計
測方法は前記した目的を達成するもので、その手段は、
基板に対してレーザ光を照射するとともに、半田面から
の反射光をＰＳＤ（半導体位置検出素子）によって、ま
た、基板面からの反射光をリニアセンサによってそれぞ
れ検出し、前記基板の小領域単位毎の基板面高さ情報を
求め、該小領域毎の基板面高さ情報を基に該領域におけ
る半田高さを計測することを特徴とする。
測方法は前記した目的を達成するもので、その手段は、
基板に対してレーザ光を照射するとともに、半田面から
の反射光をＰＳＤ（半導体位置検出素子）によって、ま
た、基板面からの反射光をリニアセンサによってそれぞ
れ検出し、前記基板の小領域単位毎の基板面高さ情報を
求め、該小領域毎の基板面高さ情報を基に該領域におけ
る半田高さを計測することを特徴とする。
【０００８】また、前記小領域毎の基板面高さ情報を、
少なくとも３点からなる基板面の計測値により求めた基
板面の方程式とし、該方程式に高さを計測する半田面の
位置座標を代入し、該領域における半田高さを計測する
ようにしたことを特徴とする。
少なくとも３点からなる基板面の計測値により求めた基
板面の方程式とし、該方程式に高さを計測する半田面の
位置座標を代入し、該領域における半田高さを計測する
ようにしたことを特徴とする。
【０００９】さらに、本発明に係る半田高さ計測装置の
手段は、基板上に配置され該基板に対してレーザ光を照
射するレーザ光源と、基板上に配置され基板から反射さ
れたレーザ光を分光するビームスプリッタと、該ビーム
スプリッタにより分光されたレーザ光をそれぞれ受光す
るＰＳＤおよびリニアセンサと、基板側あるいは該レー
ザ光源側の何れかあるいはその両者を駆動し基板の全面
に渡ってレーザ光を掃引させるための駆動手段と、前記
ＰＳＤのレーザ光受光位置を基に半田面の高さを計測す
る半田面高さ計測手段と、前記リニアセンサのレーザ光
受光位置を基に基板面の高さを計測する基板面高さ計測
手段と、前記半田面高さ計測手段および基板面高さ計測
手段の各計測値を記憶する記憶部と、該記憶部において
記憶した基板面高さ計測値により基板の小領域ごとの基
板面高さ情報を求め、その情報を基に該半田面高さ計測
手段の計測値を補正する制御部とから構成したものであ
る。
手段は、基板上に配置され該基板に対してレーザ光を照
射するレーザ光源と、基板上に配置され基板から反射さ
れたレーザ光を分光するビームスプリッタと、該ビーム
スプリッタにより分光されたレーザ光をそれぞれ受光す
るＰＳＤおよびリニアセンサと、基板側あるいは該レー
ザ光源側の何れかあるいはその両者を駆動し基板の全面
に渡ってレーザ光を掃引させるための駆動手段と、前記
ＰＳＤのレーザ光受光位置を基に半田面の高さを計測す
る半田面高さ計測手段と、前記リニアセンサのレーザ光
受光位置を基に基板面の高さを計測する基板面高さ計測
手段と、前記半田面高さ計測手段および基板面高さ計測
手段の各計測値を記憶する記憶部と、該記憶部において
記憶した基板面高さ計測値により基板の小領域ごとの基
板面高さ情報を求め、その情報を基に該半田面高さ計測
手段の計測値を補正する制御部とから構成したものであ
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の半田高さ計測方法
を実施するための装置の一実施の形態を図面と共に説明
する。図１は、本発明の半田高さ計測装置の構成の概略
を示すブロック図で、a は基板、b は基板ａ上に印刷さ
れたクリーム半田、ｃは基板ａを載置するとともに基板
ａをｘ−ｙ方向に駆動する駆動手段（図示せず）を有す
るＸＹテーブルである。
を実施するための装置の一実施の形態を図面と共に説明
する。図１は、本発明の半田高さ計測装置の構成の概略
を示すブロック図で、a は基板、b は基板ａ上に印刷さ
れたクリーム半田、ｃは基板ａを載置するとともに基板
ａをｘ−ｙ方向に駆動する駆動手段（図示せず）を有す
るＸＹテーブルである。
【００１１】１はレーザ光を基板ａおよびクリーム半田
ｂに斜め上方から照射する本装置の半導体レーザ光源、
２は同じく基板ａおよびクリーム半田ｂからの反射光を
分光するビームスプリッタ、３は該ビームスプリッタ２
で分光された一方の光を受光するＰＳＤ（半導体位置検
出素子）、４は分光された他方の光を受光するリニアセ
ンサで、上記符号の１〜４は装置上部に固定されてい
る。なお、レーザ光を集光するためのレンズ系、および
レジスト等については図示を省略してある。
ｂに斜め上方から照射する本装置の半導体レーザ光源、
２は同じく基板ａおよびクリーム半田ｂからの反射光を
分光するビームスプリッタ、３は該ビームスプリッタ２
で分光された一方の光を受光するＰＳＤ（半導体位置検
出素子）、４は分光された他方の光を受光するリニアセ
ンサで、上記符号の１〜４は装置上部に固定されてい
る。なお、レーザ光を集光するためのレンズ系、および
レジスト等については図示を省略してある。
【００１２】１１は図示しないレーザドライバーを備え
たレーザ光源１に対して駆動信号を出力するレーザ光源
信号出力部、１２は前記ＰＳＤ３の両端子（ａ，ｂ）か
らの光電流値の演算（Ｉａ−Ｉｂ／Ｉａ＋Ｉｂ）を行
い、予め設定した受光位置と高さデータとの対応から、
レーザ光を受光した位置に対する高さをデジタル信号と
して出力する半田面高さ計測手段である。
たレーザ光源１に対して駆動信号を出力するレーザ光源
信号出力部、１２は前記ＰＳＤ３の両端子（ａ，ｂ）か
らの光電流値の演算（Ｉａ−Ｉｂ／Ｉａ＋Ｉｂ）を行
い、予め設定した受光位置と高さデータとの対応から、
レーザ光を受光した位置に対する高さをデジタル信号と
して出力する半田面高さ計測手段である。
【００１３】１３は多数の受光素子から構成される前記
リニアセンサ４の各受光素子毎の光電流値をデジタル信
号に変換するとともに、予め設定した受光素子と高さデ
ータとの対応から、最大輝度のレーザ光を受光した受光
素子（＝受光位置）に対する高さをデジタル信号として
出力する基板面高さ計測手段、１４は図示しない駆動手
段を介して制御されるＸＹテーブルｃを介して駆動信号
を出力するＸＹテーブル信号出力部である。なお、前記
基板面高さ計測手段は、受光素子のセンターを各受光素
子の高さ基準とする。
リニアセンサ４の各受光素子毎の光電流値をデジタル信
号に変換するとともに、予め設定した受光素子と高さデ
ータとの対応から、最大輝度のレーザ光を受光した受光
素子（＝受光位置）に対する高さをデジタル信号として
出力する基板面高さ計測手段、１４は図示しない駆動手
段を介して制御されるＸＹテーブルｃを介して駆動信号
を出力するＸＹテーブル信号出力部である。なお、前記
基板面高さ計測手段は、受光素子のセンターを各受光素
子の高さ基準とする。
【００１４】２０は装置のハードディスクに記憶する
か、ＣＤ等の記憶媒体を介した形で実装された半田高さ
を計測する制御プログラムに従い、前記したレーザ光源
信号出力部１１、半田高さ計測手段１２、基板面高さ計
測手段１３およびＸＹテーブル１４を制御するととも
に、前記半田面高さ計測値と基板面高さ計測値から真の
半田高さを計測するＣＰＵから構成される制御部であ
る。
か、ＣＤ等の記憶媒体を介した形で実装された半田高さ
を計測する制御プログラムに従い、前記したレーザ光源
信号出力部１１、半田高さ計測手段１２、基板面高さ計
測手段１３およびＸＹテーブル１４を制御するととも
に、前記半田面高さ計測値と基板面高さ計測値から真の
半田高さを計測するＣＰＵから構成される制御部であ
る。
【００１５】２１は装置内あるいは装置外に配置され、
半田面高さ計測値、基板面高さ計測値と制御部による演
算結果を記憶する記憶部、２２は図示しないディスプレ
イやプリンタ等の表示装置や印字装置に対して前記制御
部２０の処理結果である高さデータを数値や３次元表示
の形態によって出力する出力部である。
半田面高さ計測値、基板面高さ計測値と制御部による演
算結果を記憶する記憶部、２２は図示しないディスプレ
イやプリンタ等の表示装置や印字装置に対して前記制御
部２０の処理結果である高さデータを数値や３次元表示
の形態によって出力する出力部である。
【００１６】なお、上記した説明においては、基板ａ上
にレーザ光を掃引するために基板ａ側に駆動手段（ＸＹ
テーブル）を設けた場合について説明したが、駆動手段
を上記１〜４のレーザ光源側に設けてもよい。また、ｘ
方向とｙ方向の駆動機構を各側に個別に設けてもよい。
にレーザ光を掃引するために基板ａ側に駆動手段（ＸＹ
テーブル）を設けた場合について説明したが、駆動手段
を上記１〜４のレーザ光源側に設けてもよい。また、ｘ
方向とｙ方向の駆動機構を各側に個別に設けてもよい。
【００１７】次に、上記の構成による半田高さ計測装置
の動作について、図２，３に従い説明する。先ず、制御
部２０は半田高さ計測用の制御プログラムに従い、レー
ザ光源信号出力部１１を介してレーザ光源１から基板に
レーザ光を照射するとともにＸＹテーブル信号出力部１
４を介してＸＹテーブルを水平方向に駆動し、図３の基
板ａの平面図に示す数十ミクロンピッチのレーザ掃引を
行う。
の動作について、図２，３に従い説明する。先ず、制御
部２０は半田高さ計測用の制御プログラムに従い、レー
ザ光源信号出力部１１を介してレーザ光源１から基板に
レーザ光を照射するとともにＸＹテーブル信号出力部１
４を介してＸＹテーブルを水平方向に駆動し、図３の基
板ａの平面図に示す数十ミクロンピッチのレーザ掃引を
行う。
【００１８】そして、基板面からの反射光をＰＳＤ３お
よびリニアセンサー４で受光するとともに予め設定され
た計測ポイント毎の半田面高さ計測用データと基板面高
さ計測用データを三角測量の原理によってサンプリング
する。また、サンプリングした計測用データを元に、各
高さ計測手段１２，１３で変換された各高さ計測値をメ
モリ２１に記憶する（ステップＳ１）。
よびリニアセンサー４で受光するとともに予め設定され
た計測ポイント毎の半田面高さ計測用データと基板面高
さ計測用データを三角測量の原理によってサンプリング
する。また、サンプリングした計測用データを元に、各
高さ計測手段１２，１３で変換された各高さ計測値をメ
モリ２１に記憶する（ステップＳ１）。
【００１９】次いで、制御部２０で基板ａを分割した各
小領域Ｓ（例えば５×５ｍｍ）毎の基板面高さを、例え
ば、各小領域内の３点（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ ｎ＝１，
２，３）の計測点から基板平面の一次方程式Ａｘ＋Ｂｙ
＋Ｃｚ＋Ｄ＝０を求める。求めた各小領域ごとの基板面
高さ情報をメモリ２１に記憶する（ステップＳ２）。さ
らに、制御部２０でメモリ２１に記憶した半田面高さ計
測値と、該当する領域の基板面高さ情報の差分を行う。
（ステップＳ３）
小領域Ｓ（例えば５×５ｍｍ）毎の基板面高さを、例え
ば、各小領域内の３点（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ ｎ＝１，
２，３）の計測点から基板平面の一次方程式Ａｘ＋Ｂｙ
＋Ｃｚ＋Ｄ＝０を求める。求めた各小領域ごとの基板面
高さ情報をメモリ２１に記憶する（ステップＳ２）。さ
らに、制御部２０でメモリ２１に記憶した半田面高さ計
測値と、該当する領域の基板面高さ情報の差分を行う。
（ステップＳ３）
【００２０】前記したステップＳ３において、上記の１
次方程式によって、基板面高さ情報を求めた場合には、
最初に、その方程式に差分を実行する半田面の位置座標
（Ｘｎ，Ｙｎ）を入力した基板面高さ（Ｚｎ）を求めた
後に半田面高さ計測値との差分を実行する。最後に、そ
の差分結果をメモリに記憶するとともに数値データある
いは半田面の３次元形状データとして出力する（ステッ
プＳ４）。
次方程式によって、基板面高さ情報を求めた場合には、
最初に、その方程式に差分を実行する半田面の位置座標
（Ｘｎ，Ｙｎ）を入力した基板面高さ（Ｚｎ）を求めた
後に半田面高さ計測値との差分を実行する。最後に、そ
の差分結果をメモリに記憶するとともに数値データある
いは半田面の３次元形状データとして出力する（ステッ
プＳ４）。
【００２１】なお、前記実施の形態は、基板に対するレ
ーザ光の掃引と半田高さの計測を別々の工程によって実
施したが、任意の小領域を単位としてレーザ光掃引と半
田高さ計測を実行してもよい。
ーザ光の掃引と半田高さの計測を別々の工程によって実
施したが、任意の小領域を単位としてレーザ光掃引と半
田高さ計測を実行してもよい。
【００２２】また、上記の実施形態では計測点を3 点と
したが、計測点を３点以上とし、偏差が少ない場合には
その平均値をその小領域の基板面高さ情報とすること
も、また、ｎ点の計測点から求めた平面の方程式を基板
面高さ情報とすることも可能である。
したが、計測点を３点以上とし、偏差が少ない場合には
その平均値をその小領域の基板面高さ情報とすること
も、また、ｎ点の計測点から求めた平面の方程式を基板
面高さ情報とすることも可能である。
【００２３】
【発明の効果】本発明は前記したように、基板に対して
レーザ光を照射するとともに、半田面からの反射光をＰ
ＳＤによって、また、基板面からの反射光をリニアセン
サによってそれぞれ検出し、前記基板の小領域単位毎の
基板面高さ情報を求め、該小領域毎の基板面高さ情報を
基に該領域における半田高さを計測するようにしたの
で、半田面と基板面の高さを同時、かつ、正確に計測で
き、従って、半田の高さを迅速、かつ、正確に計測する
ことができる等の効果を有するものである。
レーザ光を照射するとともに、半田面からの反射光をＰ
ＳＤによって、また、基板面からの反射光をリニアセン
サによってそれぞれ検出し、前記基板の小領域単位毎の
基板面高さ情報を求め、該小領域毎の基板面高さ情報を
基に該領域における半田高さを計測するようにしたの
で、半田面と基板面の高さを同時、かつ、正確に計測で
き、従って、半田の高さを迅速、かつ、正確に計測する
ことができる等の効果を有するものである。
【図１】本発明に係る半田高さ計測装置を示すブロック
図である。
図である。
【図２】同上のブロックにおける動作を示すフローチャ
ートである。
ートである。
【図３】基板面のレーザ光を掃引した状態の説明図であ
る。
る。
ａ 基板 ｂ クリーム半田 ｃ ＸＹテーブル １ レーザ光源 ２ ビームスプリッタ ３ ＰＳＤ ４ リニアセンサ １１ レーザ光源信号出力部 １２ 半田面高さ計測手段 １３ 基板面高さ計測手段 １４ ＸＹテーブル信号出力部 ２０ 制御部 ２１ メモリ ２２ 出力部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊里 年生 三重県桑名郡多度町大字香取字高割550 名古屋電機工業株式会社ＯＥ事業部内 Ｆターム(参考） 2F065 AA24 CC26 FF43 FF44 GG04 GG12 HH04 HH12 JJ02 JJ05 JJ16 JJ25 MM03 MM14 PP12 UU02 5E319 BB05 CD51
Claims (3)
- 【請求項１】 基板に対してレーザ光を照射するととも
に、半田面からの反射光をＰＳＤ（半導体位置検出素
子）によって、また、基板面からの反射光をリニアセン
サによってそれぞれ検出し、前記基板の小領域単位毎の
基板面高さ情報を求め、該小領域毎の基板面高さ情報を
基に該領域における半田高さを計測することを特徴とす
る半田高さ計測方法。 - 【請求項２】 前記小領域毎の基板面高さ情報を、少な
くとも３点からなる基板面の計測値により求めた基板面
の方程式とし、該方程式に高さを計測する半田面の位置
座標を代入し、該領域における半田高さを計測するよう
にしたことを特徴とする請求項１記載の半田高さ計測方
法。 - 【請求項３】 基板上に配置され該基板に対してレーザ
光を照射するレーザ光源と、 基板上に配置され基板から反射されたレーザ光を分光す
るビームスプリッタと、 該ビームスプリッタにより分光されたレーザ光をそれぞ
れ受光するＰＳＤおよびリニアセンサと、 基板側あるいは該レーザ光源側の何れかあるいはその両
者を駆動し基板の全面に渡ってレーザ光を掃引させるた
めの駆動手段と、 前記ＰＳＤのレーザ光受光位置を基に半田面の高さを計
測する半田面高さ計測手段と、 前記リニアセンサのレーザ光受光位置を基に基板面の高
さを計測する基板面高さ計測手段と、 前記半田面高さ計測手段および基板面高さ計測手段の各
計測値を記憶する記憶部と、 該記憶部において記憶した基板面高さ計測値により基板
の小領域ごとの基板面高さ情報を求め、その情報を基に
該半田面高さ計測手段の計測値を補正する制御部と、 から構成されることを特徴とする半田の高さ計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001058049A JP4796232B2 (ja) | 2001-03-02 | 2001-03-02 | 半田高さ計測方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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