JP2002507330A - 構成素子の対象エッジの高さ位置の測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 １． 自動搭載装置内での構成素子の対象エッジの高さ位置測定方法及び装置２．１． 公知の装置は、自動搭載装置内の構成素子（１）の接続端子（２）のコプラナリティを検査するために、トリアンギュレーション法を使用する。その際、レーザ光を用いると、不所望な強い表面感度が生じてしまう。陰影の長さを用いる方法では、接続端子（２）は、センサ（７）上に、当該接続端子（２）が正確に位置付けられている場合に限ってしか鋭く結像されない。２．２． 対象エッジ（接続端子）（２）は、平行光によって照射され、レンズ（６）を用いてセンサ（７）上に結像される。テレセントリックな結像によって、センサ（７）上での対象エッジ（２）の陰影の鋭い結像は、対象エッジがコリメータ（５）とレンズ（６）との間の領域内に位置している場合にも達成される。２．３． 自動搭載装置でのコプラナリティ検査。

Description

【発明の詳細な説明】 構成素子の対象エッジの高さ位置の測定方法及び装置 本発明は、構成素子の対象エッジの高さ位置の測定方法及び装置に関する。 ＳＭＤ構成素子（ＳＭＤ＝Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ） を有するプリント配線板又はセラミック基板の自動搭載の際、個別構成素子が、 搭載ヘッドを用いてマガジン又は供給装置から取り出されて、それから、プリン ト配線板又はセラミック基板上の所定位置に位置付けられる。構成素子は、マガ ジン又は供給装置の取り出し位置内で約１ミリメータの位置許容偏差しか有して いないが、プリント配線板又はセラミック基板上に高い精度で位置付けないとい けないので、自動的に位置を検出して補正する必要がある。更に、殊にハイポー ル乃至多端子（ｈｏｃｈｐｏｌｉｇｅｎ）ＳＭＤ構成素子では、ピッチ（Ｔｅｉ ｌｕｎｇ）及びコプラナリティ、即ち、接続端子の均等な高さ位置を検査する必 要がある。その種の検査をする必要がある。その種の検査は、例えば、ＳＭＤ構 成素子を製造する際にも品質コントロールとして実行することができる。 構成素子の接続端子の位置検出及びピッチ検出用の公知の装置は、対物レンズ を介して構成素子又は構成 素子の部分を平面状のＣＣＤカメラ上に結像し、デジタル画像処理部を介して構 成素子の接続端子の位置並びに接続端子のピッチを検出する。 米国特許第５４４０３９１号明細書から、コプラナリティ測定用に、トリアン ギュレーション（三角測量）法が公知であり、このトリアンギュレーション法で は、ＳＭＤ構成素子の接続端子の高さ位置の測定が、接続端子が２方向からのレ ーザ光で照射され、接続端子の２つの陰影の長さがＣＣＤカメラで検出されるよ うに行われる。この測定値から、このカメラの後ろに接続された像評価ユニット で、接続端子の高さ位置が測定される。コプラナリティの許容し得ない偏差の場 合（プリント配線板上に搭載の際に接続端子の全てが接触接続されるとは限らな いようになる）、エラーのある構成素子を、このやり方で識別して、搭載過程か ら除去することができる。この方法の欠点は、レーザ光の反射が、接続端子の表 面特性に及ぼす感度が高くて、測定誤りが生じるという点にある。 世界知的所有権機関特許第９３／１９５７７号から、構成素子のコプラナリテ ィ測定用の陰影の長さを用いる方法（Ｓｃｈａｔｔｅｎｗｕｒｆｖｅｒｆａｈｒ ｅｎ）が公知である。その際、接続端子は透過光で照射され、ＳＭＤ構成素子の 接続端子端部の陰影像がセンサに投影される。結像の光軸は、水平に配置された 対象に対して９０°に等しくない所定角度を有してい る。この角度、接続端子とセンサとの間隔及びセンサ上での陰影像の位置から、 接続端子の高さ位置を算出することができる。種々異なる構成素子の大きさ、及 び、それから得られる種々異なる構成素子の、装置内での位置に基づいて、この 方法では、センサ上での接続端子の陰影の結像がシャープでなくなってしまう。 更に、その際、構成素子がセンサから遠く離れている場合には、センサ上での陰 影の位置がずれることがあり、その結果、高さ位置を評価するのが難しくなって しまう。 米国特許第４８７５７７９号明細書から、構成素子の接続端子のコプラナリテ ィ測定用の結像方法が公知である。そのためには、接続端子が基準面上に載着さ れて、載着領域が照射される。コプラナリティが十分に達成されていない場合に は、基準面と接続端子との間に間隙が生じ、この間隙がセンサ上に結像されて、 後ろに接続された像評価ユニットで評価されて、コプラナリティが測定される。 基準面上に載着することによって、搭載過程で不所望な時間損失を生じ、付加的 に、基準面を用いないと、コスト高で高価な、例えば、搭載ヘッドの構成を生じ てしまう。センサ上への既述の結像によって、更に、シャープさの深度が極めて 小さくなってしまい、その結果、測定の前に、種々異なる大きさの構成素子を最 適な結像位置に位置付ける必要があり、コスト高となってしまう。 本発明の課題は、トリアンギュレーション法の表面感度を示さずに、種々異な る大きさの構成素子に対して、接続端子の評価可能な陰影像を形成することがで きる構成素子での接続端子のコプラナリティ測定用の方法及び装置を開発するこ とにある。 この課題は、本発明によると、特許請求の範囲１及び１０の特徴要件を有する 方法及び装置によって解決される。 本発明の方法によると、接続端子の位置がレンズとコリメータとの間の所定の 領域内で変化する場合にも、所定領域内で有利な形式で、構成素子の接続端子の 陰影が、評価可能にセンサ上に結像される。公知の直接陰影投影距離方法では、 構成素子がセンサの直ぐ近傍に位置している場合、シャープな、評価可能な陰影 を達成することができる。接続端子がセンサから許容範囲内で離れている場合に は、結像は、評価するのに十分な程度にシャープである。本発明の方法によると 、この範囲の長さは倍のオーダーとなる。と言うのは、陰影の評価可能な結像が 得られる、最適結像点からの範囲が、センサから離れており、又、センサの方向 に位置してもいるからである。従って、種々異なる大きさの構成素子を測定する ことができる。 本発明の方法を用いた場合の別の利点は、テレセントリックな結像の場合には 、接続端子が最適な結像点から離れて位置している場合でも、センサに結像する 陰影の位置が変化しない。 本発明の別の有利な実施例は、従属請求項に記載されている。例えば、有利に は、接続端子が、選択されたテレセントリックな結像によって拡大されてセンサ に結像し、それによって、小さな構造も一層十分に解像することができるように なる。 更に有利には、本発明の請求の範囲１４に記載されたように、センサと構成素 子とを比較的大きく離隔することによって、センサを周囲環境の影響から遮断し て、例えば、塵埃の影響を大して受けないようにすることができる。光軸の方向 に透光性のカプセル上に汚濁があっても、結像特性は大して妨げられない。 図示の実施例を用いて、本発明について詳述する。 その際： 図１は、方法を実施するための装置の側面略図であり、その際、接続端子は、種 々異なった２つの角度から照射されており、 図２は、接続端子が１つの光源によってのみ照射される、方法を実施するための 装置の側面略図であり、 図３は、光源を１つしか用いない、方法を実施するための装置の平面略図であり 、 図４は、コプラナリティ測定用のセンサの横断面略図である。 図１には、構成素子１は、対象ホリゾンタル３の方向に位置している複数の接 続端子２が照射されて結像 される様子が示されている。その際、光源４から放射されたビーム束は、例えば 、コリメータ５によって平行光に変換され、この平行光が構成素子１の接続端子 ２を照射する。レンズ６は、接続端子２の陰影をラインセンサ７上に結像する。 このように、対象ホリゾンタル３に対して角度αで照射する他に、対象ホリゾン タル３に対して第２の角度βで更に照射するようにされる。その際、同様に、第 ２の光源１０から放射されたビーム束は、第２のコリメータ１１によって平行光 に変換され、接続端子２は、第２のレンズ１２によって第２のラインセンサ１３ 上に結像される。図示していない像評価ユニットを用いて、ラインセンサ７及び 第２のラインセンサ１３上への結像を更に改善して、接続端子２の高さ位置を算 出することができるようになる。更に、この方法によると、接続端子２とセンサ ７との距離、及び、接続端子２と第２のセンサ１３との距離を測定することがで きる。 図２には、対象ホリゾンタル３と光軸との角度が小さい（約１０°以下）場合 に、１つの照射装置で実施される方法が図示されている。その際、同様に、光源 ４から放射されたビーム束は、コリメータ５によって平行光に変換され、接続端 子２の陰影がレンズ６によってラインセンサ７上に結像される。小さな角度によ って、接続端子２の可変の高さ位置が、センサ７上の可変の高さ位置に変換され るようになる。接続端子２ 全てを測定するためには、図３に示されているように、構成素子を動かすか、又 は、照射装置を動かすことによって、構成素子１の位置が光軸に対してずらされ る。接続端子２の、結像すべき対象エッジが、レンズ６とコリメータ５との間の 最適な結像点に位置していない場合、センサ７上に、広幅の明暗移行部が陰影エ ッジとして得られる。明暗移行部の平均輝度が検出される水平位置は、本発明の 方法では、何れにせよ、接続端子２と最適結像点との距離に大して依存しないで 変化する。 図４には、方法を実施するための装置が例示されている。この装置は、例えば 、別個のステーションとして自動搭載装置又は品質コントロール用の装置内に取 り付けることができ、又は、自動搭載装置内の搭載へッドに固定してもよい。ケ ーシング１５内には、光源４（例えば、赤外線放射発光ダイオード又はレーザダ イオード）が設けられており、この光源のビーム束は、コリメータ５によって平 行光に変換される。この光は、鏡１７によって向きが変えられて、図示していな い搭載ヘッドの吸い上げピペット１８に取り付けられた構成素子１の接続端子２ を照射し、この光は、別の鏡１７によってレンズ６の方に向きが変えられ、この レンズ６は、接続端子２の陰影をラインセンサ７に結像する。このラインセンサ ７の後ろには、像評価ユニット１４が接続されており、この像評価ユニット１４ を用いて、接続端子２の高さ位置を特定することができる。ラインセンサ７の代 わりに、位置感応検出器（ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｄｅｔｅｃ ｔｏｒ：ＰＳＤ）を使用することができる。ラインセンサ７は、光軸の方向に透 光性に構成された、付加的なカプセルによって、周囲環境の影響（塵埃、汚濁） から保護することができる。結像の品質は、直接陰影の長さを用いる方法に較べ て、透光性のカプセル上の汚濁によって無視し得る程度にしか影響されない。 この装置構成は、ケーシング１５内に設けられており、このケーシングは、図 示していない駆動部によって移動され、その際、構成素子１の、一列に配置され た接続端子２の全てが、順次ラインセンサ７上に結像され、像評価ユニット１４ 内でコプラナリティ検査が行われる。 光軸に対して垂直な構成素子１の水平方向の移動によって、接続端子２相互の 間隔も測定することができ、そうすることによって、所謂ピッチ検査を行うこと ができる。この装置構成により、接続端子２が、レンズ６とコリメータ５との間 の２６ｍｍ長領域内の位置（焦点の幅は、それぞれ８０ｍｍ）に位置している場 合、約６μｍの高さ位置の測定精度が４０倍になる。従って、種々異なる大きさ の構成素子（通常６ｍｍ〜６０ｍｍ）の接続端子の高さ位置を、この装置でコス ト高な調整なしで測定することができる。接続端子２ を位置決めできる（従って、接続端子２の陰影を評価することができるように結 像される）領域の拡がりは、陰影の長さを用いる方法に較べて倍のオーダーとな る。構成素子１は、その最適な結像位置からセンサ７の方向にもセンサ７から離 れる方向にも動くことができるが、直接陰影の長さを用いる方法では、構成素子 １が、直接センサ７の位置に位置付けられているので、このような動作は不可能 である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年６月２３日（１９９９．６．２３） 【補正内容】 請求の範囲 １． 構成素子（１）の対象エッジ（２）の高さ位置の測定方法において、 対象エッジ（２）を少なくとも１つの光源（４）からの平行光ビームによって 照射し、 前記対象エッジ（２）の陰影を、レンズ（６）によってテレセントリックにセ ンサ（７）上に結像し、その際、前記センサ（７）その際、前記センサ（７）を 、前記対象エッジ（２）に対してほぼ垂直に配設されたラインセンサ（７）とし て構成し、前記センサ（７）の後ろに接続された像評価ユニット（１４）で、前 記対象エッジ（２）の高さ位置を求めることを特徴とする対象エッジ（２）の高 さ位置の測定方法。 ２． 対象エッジは、構成素子（１）の接続端子（２）のエッジであり、当該方 法を用いて前記接続端子（２）のコプラナリティを検査する請求の範囲１記載の 対象エッジの高さ位置の測定方法。 ３． 平行光ビームを、当該のビーム路内に光源（４）と対象エッジ（２）との 間に設けられたコリメータ（５）によって形成する請求の範囲１又は２記載の対 象エッジ（２）の高さ位置の測定方法。 ４． 光ビームと構成素子の対象ホリゾンタルとの角度を小さくする請求の範囲 １〜３迄の何れか１記載 の対象エッジ（２）の高さ位置の測定方法。 ５． 構成素子（１）の対象エッジ（２）の付加的な陰影像を、第２のコリメー タ（１１）を有する第２の光源（１０）からの平行光を用いて照射し、第２のレ ンズ（１２）によって結像することによって第２のセンサ（１３）上に形成し、 その際、構成素子の対象ホリゾンタル（３）とそれぞれの光ビームとの間の角度 （α、β）を識別し、センサ（７，１３）上の両結像から像評価装置（１４）で 、前記対象エッジ（２）の高さ位置を検査する請求の範囲１〜３迄の何れか１記 載の対象エッジ（２）の高さ位置の測定方法。 ６． 付加的に、対象エッジ（２）とセンサ（７）との距離を測定する請求の範 囲５記載の対象エッジ（２）の高さ位置の測定方法。 ７． 光軸に対する構成素子（１）の位置を変えて、種々異なる対象エッジ（２ ）を測定する請求の範囲１〜６迄の何れか１記載の対象エッジ（２）の高さ位置 の測定方法。 ８． 種々異なる対象エッジ（２）間の間隔を測定する請求の範囲１〜７迄の何 れか１記載の対象エッジ（２）の高さ位置の測定方法。 ９． 対象エッジ（２）の陰影をセンサ（７）上に拡大して結像する請求の範囲 １〜８迄の何れか１記載の対象エッジ（２）の高さ位置の測定方法。 １０． 少なくとも１つの対象エッジ（２）の照射用の光源（４）と、 後ろに像評価ユニット（１４）が接続された少なくとも１つのセンサ（７）と 、 少なくとも１つコリメータ（５）と少なくとも１つのレンズ（６）とが設けら れており、前記各要素は、構成素子（１）の対象エッジ（２）が平行光によって 照射されて、前記対象エッジ（２）の陰影がセンサ（７）上にテレセントリック に結像されるようにビーム路内に配設されている、構成素子（１）の対象エッジ （２）の高さ位置の測定装置において、センサ（７）は、光軸に対してほぼ垂直 で、対象エッジ（２）に対してほぼ垂直に配設されたラインセンサとして構成さ れている（７）ことを特徴とする対象エッジの高さ位置の測定装置。 １１． 第２の光源（１０）、第２のコリメータ（１１）、第２のレンズ（１２ ）及び同様に像評価ユニット（１４）と接続された第２のセンサ（１３）が、対 象エッジ（２）が第２の方向から照射されて結像されるように配設されている請 求の範囲１０記載の対象エッジの高さ位置の測定装置。 １２． 装置は、ケーシング（１５）内に収容されている請求の範囲１０又は１ １記載の対象エッジの高さ位置の測定装置。 １３． ケーシング（１５）には、構成素子（１）に対して相対的に装置の位置 を変えるための駆動部が設けられていて、前記構成素子（１）の種々の対象エッ ジ（２）が結像される請求の範囲１０，１１又は１２記載の対象エッジの高さ位 置の測定装置。 １４． センサ（７）の周囲にカプセルを設け、該カプセルは、光軸方向に透光 性である請求の範囲１０〜１３迄の何れか１記載の対象エッジの高さ位置の測定 装置。 １５． 光軸に対して垂直且つ対象エッジ（２）に対して垂直に設けられたライ ンセンサを位置感応センサ（ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｄｅｔｅ ｃｔｏｒ：ＰＳＤ）として用いる請求の範囲１０〜１４迄の何れか１記載の対象 エッジの高さ位置の測定装置。 １６． 赤外線放射発光ダイオードを光源（４）として用いる請求の範囲１０〜 １５迄の何れか１記載の対象エッジの高さ位置の測定装置。 １７． 赤外線放射レーザダイオードを光源（４）として用いる請求の範囲１０ 〜１５迄の何れか１記載の対象エッジの高さ位置の測定装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 構成素子（１）の対象エッジ（２）の高さ位置の測定方法において、 対象エッジ（２）を少なくとも１つの光源（４）からの平行光ビームによって 照射し、 前記対象エッジ（２）の陰影を、レンズ（６）によってテレセントリックにセ ンサ（７）上に結像し、前記センサ（７）の後ろに接続された像評価ユニット（ １４）で、前記対象エッジ（２）の高さ位置を求めることを特徴とする対象エッ ジ（２）の高さ位置の測定方法。 ２． 対象エッジは、構成素子（１）の接続端子（２）のエッジであり、当該方 法を用いて前記接続端子（２）のコプラナリティを検査する請求の範囲１記載の 対象エッジの高さ位置の測定方法。 ３． 平行光ビームを、当該のビーム路内に光源（４）と対象エッジ（２）との 間に設けられたコリメータ（５）によって形成する請求の範囲１又は２記載の対 象エッジ（２）の高さ位置の測定方法。 ４． 光ビームと構成素子の対象ホリゾンタルとの角度を小さくする請求の範囲 １〜３迄の何れか１記載の対象エッジ（２）の高さ位置の測定方法。 ５． 構成素子（１）の対象エッジ（２）の付加的な陰影像を、第２のコリメー タ（１１）を有する第２ の光源（１０）からの平行光を用いて照射し、第２のレンズ（１２）によって結 像することによって第２のセンサ（１３）上に形成し、その際、構成素子の対象 ホリゾンタル（３）とそれぞれの光ビームとの間の角度（α、β）を識別し、セ ンサ（７，１３）上の両結像から像評価装置（１４）で、前記対象エッジ（２） の高さ位置を検査する請求の範囲１〜３迄の何れか１記載の対象エッジ（２）の 高さ位置の測定方法。 ６． 付加的に、対象エッジ（２）とセンサ（７）との距離を測定する請求の範 囲５記載の対象エッジ（２）の高さ位置の測定方法。 ７． 光軸に対する構成素子（１）の位置を変えて、種々異なる対象エッジ（２ ）を測定する請求の範囲１〜６迄の何れか１記載の対象エッジ（２）の高さ位置 の測定方法。 ８． 種々異なる対象エッジ（２）間の間隔を測定する請求の範囲１〜７迄の何 れか１記載の対象エッジ（２）の高さ位置の測定方法。 ９． 対象エッジ（２）の陰影をセンサ（７）上に拡大して結像する請求の範囲 １〜８迄の何れか１記載の対象エッジ（２）の高さ位置の測定方法。 １０． 少なくとも１つの対象エッジ（２）の照射用の光源（４）と、後ろに像 評価ユニット（１４）が接続された少なくとも１つのセンサ（７）とを有す る、構成素子（１）の対象エッジ（２）の高さ位置の測定装置において、 少なくとも１つコリメータ（５）と少なくとも１つのレンズ（６）とが、構成 素子（１）の対象エッジ（２）が平行光によって照射されて、前記対象エッジ（ ２）の陰影がセンサ（７）上にテレセントリックに結像されるようにビーム路内 に配設されていることを特徴とする対象エッジの高さ位置の測定装置。 １１． 第２の光源（１０）、第２のコリメータ（１１）、第２のレンズ（１２ ）及び同様に像評価ユニット（１４）と接続された第２のセンサ（１３）が、対 象エッジ（２）が第２の方向から照射されて結像されるように配設されている請 求の範囲１０記載の対象エッジの高さ位置の測定装置。 １２． 装置は、ケーシング（１５）内に収容されている請求の範囲１０又は１ １記載の対象エッジの高さ位置の測定装置。 １３． ケーシング（１５）には、構成素子（１）に対して相対的に装置の位置 を変えるための駆動部が設けられていて、前記構成素子（１）の種々の対象エッ ジ（２）が結像される請求の範囲１０，１１又は１２記載の対象エッジの高さ位 置の測定装置。 １４． センサ（７）の周囲にカプセルを設け、該カプセルは、光軸方向に透光 性である請求の範囲１０ 〜１３迄の何れか１記載の対象エッジの高さ位置の測定装置。 １５． 光軸に対して垂直且つ対象エッジ（２）に対して垂直に設けられたライ ンセンサをセンサ（７）として用いる請求の範囲１０〜１４迄の何れか１記載の 対象エッジの高さ位置の測定装置。 １６． 光軸に対して垂直且つ対象エッジ（２）に対して垂直に設けられた位置 感応センサ（ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＰＳ Ｄ）をセンサ（７）として用いる請求の範囲１０〜１５迄の何れか１記載の対象 エッジの高さ位置の測定装置。 １７． 赤外線放射発光ダイオードを光源（４）として用いる請求の範囲１０〜 １６迄の何れか１記載の対象エッジの高さ位置の測定装置。 １８． 赤外線放射レーザダイオードを光源（４）として用いる請求の範囲１０ 〜１６迄の何れか１記載の対象エッジの高さ位置の測定装置。