JP2004317126A - はんだ印刷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容易かつ低コストで実現可能な３次元測定機能を備え、更に２次元測定機能との兼用も可能にするはんだ印刷装置を提供する。
【解決手段】ドーム照明装置７０内に、２次元測定用の光照射部７１，７２と３次元測定用のスリット光照射部４３を設ける。２次元測定の際は、光照射部７１又は７２から、基板３９やクリームはんだ４０，４１，４２を含む被測定物４４に対して光を照射し、その反射光をエリアセンサ６０で撮像する。３次元測定の際は、スリット光照射部４３から、被測定物４４に対してスリット光３２を照射し、その反射光が被測定物４４の高さに応じて、エリアセンサ６０内のラインセンサ１〜１５で撮像される。
【選択図】 図１０

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、はんだ印刷装置に関し、特に印刷されたクリームはんだに対し、２次元測定ならびに３次元測定を実施する機能に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者が検討したところによれば、はんだ印刷装置が有するはんだ検査機能の技術に関しては、以下のような技術が考えられる。
【０００３】
例えば、ＢＧＡなどのバンプ高さを測定する外観検査装置が開示されている。その内容は、まず、バンプなどの半円球の形状を保っているものに対して、光を照射し、あおりの状態でカメラセンサにて撮像する。すると、バンプの頂点のみが、照射された光をカメラセンサに対して反射するため、画像処理によって頂点の高さが容易に測定できるというものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、格子縞状照明を用いて高さ検出を行うはんだ印刷検査装置が市販されている。当該装置は、三角測量を応用した格子縞位相シフト法の原理を用いている。その測定方法は、まず、輝度分布が正弦波状である格子縞パターンを、測定対象面に対して斜め方向から投影する。これを上面から撮像すると、対象面の高さに応じて格子縞パターンのずれが生じるため、このパターンのずれ量を高さに換算するというものである（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
また、レーザスキャンにより高さ検出を行うはんだ印刷検査装置も市販されている。当該装置は、三角測量方式の原理を用いている。その測定方法は、まず、スキャナにより測定用レーザスポットを走査し、被測定面からの反射・散乱光を受光レンズを介してＰＳＤ（ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）で受信する。そして、ＰＳＤで変換された電気信号にデータ処理を行い、高さを得るというものである（例えば、非特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２３９０２５号公報
【０００７】
【非特許文献１】
奥田学、「電子材料」、工業調査会出版、２００２年９月１日、第４１巻、第９号、ｐ．１００−１０４
【０００８】
【非特許文献２】
鈴木隆、他４名、“３次元インライン検査が可能な印刷はんだ検査機”、［ｏｎｌｉｎｅ］、［２００３年２月４日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ１．ａｎｒｉｔｓｕ．ｃｏ．ｊｐ／ＭＰＢ／Ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｐｄｆ／ＭＫ５４０１Ａ＿ＪＴ１１００．ｐｄｆ＞
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、はんだ印刷技術の現状および前記のようなはんだ印刷装置が有する検査機能の技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
【００１０】
基板の組み立て工程には、基板にクリームはんだを印刷する工程と、印刷されたクリームはんだを検査する工程と、クリームはんだと電子部品を接続するリフロー工程などが含まれる。
【００１１】
クリームはんだの印刷工程は、メタルマスクの開口部を使って基板パッド上にクリームはんだを転写する工程である。基板パッド上に転写されたクリームはんだは、メタルマスク開口部の形状の平面形を持ち、かつメタルマスクの厚みと同じ高さを持った形で転写される。
【００１２】
ここで、クリームはんだとは、粒径が２０〜４０μｍ程の微小なはんだ粒が、粘性をもった溶剤と混合され、ペースト状になったはんだのことを指す。また、このクリームはんだは、ミクロに見るとはんだ粒１点ごとの鏡面反射であるが、それが多数集まっているため、マクロに見ると乱反射体と考えることができる。
【００１３】
クリームはんだの検査工程は、この転写されたクリームはんだに対し、転写位置と体積などを測定する工程である。これは、このクリームはんだが、所定の位置に所定の体積分が転写されなかった場合、電子部品搭載後のリフロー工程で、例えば、電子部品のリードと基板パッドが電気的および機械的に接続されないなどという不良が発生するためである。
【００１４】
このようなことから、クリームはんだの転写位置や体積の測定は必須事項である。そして、高度な技術が特に必要とされる体積の測定技術として、従来技術で述べたような高さ測定（３次元測定）技術が開示されている。
【００１５】
しかしながら、例えば、前記非特許文献１の格子縞状照明を用いる技術では、全面を一括して測定する場合に、測定対象の高さに応じて発生するパターンずれが、ずれ無しの縞と重ならないように、格子縞パターンの間隔を大きくする必要がある。すると、分解能が低下してしまう。また、これを回避するため、格子縞をずらしながら複数回測定する方法もあるが、そうすると測定時間が長くなる。
【００１６】
また、前記非特許文献２のレーザスキャンを用いる技術では、そのスキャン速度やＰＳＤ素子の応答時間などが一般的に遅く、測定時間の面で問題がある技術と言える。
【００１７】
これらのような技術は、光学・照明系の工夫と高度な画像処理により３次元測定を実現した技術と言え、その装置構成は、２次元測定装置とは全く異なるものである。そのため、装置コストが高くなる傾向にある。また、精度を維持して測定するためには、２次元測定と比較してかなり測定時間を要することにもなる。
【００１８】
なお、前記の特許文献１で説明した、あおり光学方式を用いる技術は、コストや測定時間はさほど要しないが、平面的な物体の高さを測定する場合には問題が生じる。
【００１９】
つまり、クリームはんだは、微小なはんだ粒（バンプ頂点）の集まりであるため、平面形を構成する全ての頂点でクリームはんだ高さを求めなければならない。すると、頂点の観測ポイントが膨大なものとなる。
【００２０】
また、クリームはんだは乱反射体と考えられるため、照明状態にもよるが、クリームはんだ上面全てが光って撮像される可能性も考えられる。すなわち、クリームはんだ平面形を構成する、高さを測定したいある任意の点だけを画像上から抽出すること自体困難になることが考えられる。
【００２１】
このような問題を鑑みて、本発明者は、３次元測定機能が従来より用いられている２次元測定機能と併用でき、構成や画像処理などが簡潔な装置を考案した。そうすることで、まず、装置コストが削減可能となる。そして、測定時間の面でも、全エリアに３次元測定が必要でないような場合に、２次元測定機能と併用することで全体の測定時間が大幅に短縮できる。
【００２２】
そこで、本発明の目的は、容易かつ低コストで実現可能な３次元測定機能を備え、更に２次元測定機能との兼用も可能にするはんだ印刷装置を提供することにある。
【００２３】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２５】
本発明によるはんだ印刷装置は、照明を切り替えることで２次元測定と３次元測定を行うものである。
【００２６】
そこで、当該はんだ印刷装置は、被測定物に光を照射するドーム照明装置と、被測定物からの反射光を受光するレンズおよびエリアセンサとを含み、前記ドーム照明装置は、２次元測定用の光を照射する光照射部と、３次元測定用のスリット光を照射するスリット光照射部を有している。
【００２７】
また、３次元測定を行う際は、前記エリアセンサから測定に使用する任意の複数のラインを選択する。この選択にあたっては、各ライン毎に被測定物の特定の高さからの反射光を受光するように行われる。
【００２８】
また、本発明による他のはんだ印刷装置は、３次元測定を行うものである。
【００２９】
当該はんだ印刷装置は、被測定物にスリット光を照射するスリット光照射部と、
前記被測定物の反射光を受光する複数のラインセンサとを有している。そして、前記複数のラインセンサは、それぞれ、その撮像ラインと前記スリット光の照射ラインとが平行になる向きに、等間隔で配置される。
【００３０】
また、当該はんだ印刷装置は、前記複数のラインセンサの代わりに、エリアセンサから任意の複数のラインを選択し、それをラインセンサとして使用してもよい。
【００３１】
また、前記までのはんだ印刷装置は、基板などの反りに対し、それに応じた３次元測定を行うことができるものである。
【００３２】
つまり、被測定物の反り具合に応じて、前記エリアセンサから選択する複数のラインの選択箇所を逐次変更する機能を有している。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１のはんだ印刷装置の一例を示す構成図、図２は、図１のはんだ印刷装置において、はんだ印刷部での動作の一例を示す説明図、図３は、図１のはんだ印刷装置において、はんだ検査部の一例を示す構成図、図４は、図３の構成から得られる測定結果の一例を示す図、図５〜図８は、はんだ検査部における３次元測定機能の原理を説明する図である。
【００３５】
まず、図１により、本実施の形態１のはんだ印刷装置の構成および動作の一例を説明する。
【００３６】
本実施の形態１のはんだ印刷装置は、例えば、搬入コンベア８５と、搬出コンベア８８とはんだ印刷部８６と、はんだ検査部８７などから構成される。
【００３７】
一般に、はんだ印刷装置には、クリームはんだを印刷する機能を備えたもの、またはそのはんだを検査する機能を備えたもの、あるいはその両機能を備えたようなものがある。図１は、その両機能を備えた装置の一例である。
【００３８】
はんだ印刷部８６は、メタルマスク８９やスキージ９１などを有し、搬入コンベア８５から搬入された基板９０の上に、例えば、図２のような方法でクリームはんだを印刷する。
【００３９】
図２は、一般的なクリームはんだの印刷方法の一例であり、まず、メタルマスク８９と呼ばれる穴の開いた薄い金属板を基板９０に密着させる。続いて、その上からスキージ９１と呼ばれるへらを走査させることで、クリームはんだ９２を基板パッド上に転写する。
【００４０】
このように印刷されたクリームはんだの転写位置および体積などが、はんだ検査部８７で検査され、その後、検査済み基板が搬出コンベア８８から搬出される。
【００４１】
このはんだ検査部８７は、例えば、図３のような構成となっている。
【００４２】
図３（ａ）は、図１のはんだ印刷装置において、はんだ検査部の一例を示す構成図、図３（ｂ）は、前記（ａ）の構成の一部を補足する説明図である。
【００４３】
図３（ａ）に示すはんだ検査部は、例えば、スリット光３２を照射するスリット光照射部４３、一軸ステージ３８、レンズ３１、ラインセンサ（以下、ラインセンサカメラも含む）１〜１５、カメラ制御部１６〜３０、画像処理部３３、ステージ制御部３４、全体制御部３５、画像モニタ３６およびＣＲＴ３７などから構成される。
【００４４】
ラインセンサ１〜１５のそれぞれは、１×２０４８画素で１画素のサイズが７μｍのラインセンサと仮定する。これらラインセンサの仕様や本数は、あくまでも一例であり、必須条件というわけではない。
【００４５】
これら１５本のラインセンサは並列にかつ等間隔に並べられる。並べる間隔は、ラインセンサ撮像素子のサイズである７μｍが望ましい。１×２０４８画素のラインセンサモジュールを７μｍ間隔で並行に並べることは実装上困難なので、実装にあたっては、１５×２０４８画素のエリアセンサモジュールを用意し、それを１×２０４８画素を単位として制御・駆動する必要がある。
【００４６】
カメラ制御部１６〜３０は、ラインセンサ１〜１５をそれぞれ制御駆動する。そして、カメラ制御部１６〜３０までの１５個の制御部は、画像処理部３３に接続されている。
【００４７】
画像処理部３３の中には、カメラ制御部１６〜３０より出力されるラインセンサ１〜１５の画像を記録保存する画像メモリが１５面（３３ａ〜３３ｏ）設けてある。ラインセンサ１（カメラ制御部１６）の画像は、画像メモリ３３ａに、ラインセンサ２（カメラ制御部１７）の画像は、画像メモリ３３ｂに、以下同様で、ラインセンサ１５（カメラ制御部３０）の画像は、画像メモリ３３ｏに記録する。
【００４８】
さらに、画像処理部３３の中には、前記１５面の画像メモリとは別に、この１５面の画像から生成した合成画像を記憶する画像メモリ３３ｐを持つ。
【００４９】
画像モニタ３６は、画像処理部の中に記憶されている任意の画像を表示する機能を持つ。どの画像を表示するかはオペレータの指示による。
【００５０】
ステージ制御部３４は、全体制御部３５からの指令に基づき一軸ステージ３８を駆動する機能を持つ。一軸ステージ３８を駆動中は、画像処理部３３に対して、画像入力タイミングを取るためのエンコーダ信号を出力する。
【００５１】
全体制御部３５は、画像処理部３３およびステージ制御部３４に対して、動作開始指令を出すなど全体を制御する役割を担う。なお、図３（ａ）には記載していないが、オペレータからの指示を装置に入力するため、全体制御部３５にはキーボード、マウス、あるいは専用操作盤などが接続されている。
【００５２】
ＣＲＴ３７は、オペレータが操作するために必要なガイダンスを表示したり、測定結果を表示したりする機能を持つ。
【００５３】
ラインセンサ１〜１５は、レンズ３１を通して一軸ステージ３８上の基板３９の表面を撮像するように設定してある。基板３９（高さｈ１）には、クリームはんだ４０（高さｈ１５）、４１（高さｈ５）、４２（高さｈ１０）が印刷され、搭載されている。なお、これらの基板およびクリームはんだが被測定物４４となる。
【００５４】
そして、各ラインセンサは、被測定物の特定の高さに対応した反射光を撮像するように設置してある。これは、図５〜図８に示す測定原理によるものである。
【００５５】
図５（ａ）は、３次元測定機能の測定原理を示す構成図であり、（ｂ）は、（ａ）の構成から得られる測定結果の一例を示している。
【００５６】
図５（ａ）は、スリット光３２を照射するスリット光照射部４３と、レンズ３１と、４つのラインセンサ８１（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）とによって、測定対象物（被測定物）８０の高さを測定する原理を示している。ラインセンサとしては、ＣＣＤ方式やＣＭＯＳ方式などが挙げられる。
【００５７】
図５（ａ）では、スリット光３２を斜めから測定対象物８０に照射し、スリット光３２による反射光を撮像するように、レンズ３１を通してラインセンサ８１が設置してある。なお、ここではラインセンサを４本と仮定し、これらは、等間隔に複数並行に設置されているとする。
【００５８】
これらの位置関係を立体的に見ると、図８に示すようになる。図８は、ラインセンサ８１の撮像ライン８２とスリット光３２の照射ライン８３の関係を示すための概略図であり、これらのラインは並行な関係になることが判る。
【００５９】
そして、このような光学・照明系に対して、測定対象物８０を相対的に移動させると、図５（ａ）に示すラインセンサ８１のＡ〜Ｄにより得られる画像は、スリット光照射部とラインセンサの位置関係に伴いある特定の高さの部分しか撮像されない。
【００６０】
例えば、ラインセンサ８１のＡには、高さａの部分しか写らない。同様に、ラインセンサ８１のＢには高さｂの部分、ラインセンサ８１のＣには高さｃの部分、ラインセンサ８１のＤには高さｄの部分だけが撮像される。
【００６１】
このようなことから、高さ測定の分解能は、各ラインセンサの設置間隔のサイズに依存し、精度は、その設置間隔のばらつきに依存することになる。但し、通常、設置間隔は一定に保たれるので、精度は保証される。
【００６２】
そして、ラインセンサ８１から得られた画像の明度値を、その高さ情報に応じた明度値に変換する。通常、白黒の画像処理では明るさを０〜２５５までの２５６段階で扱う。０が最も暗く、２５５が最も明るいという意味を持つ。
【００６３】
例えば、ラインセンサ８１のＡの画像は高い部分を表しているので最も明るい２５５、ランセンサ８１のＢの画像は１９１、Ｃの画像は１２７、Ｄの画像は０という具合に変換する。
【００６４】
明度変換した画像を合成すると、図５（ｂ）に示すような測定対象物８０の全体画像（合成画像）を得ることができる。そして、この画像は、明るさと高さが比例しているという特性を持っている。この合成した画像を処理することで、測定対象物８０のどの部分がどの位の高さを持っているのか即座に解析することが可能となる。
【００６５】
また、この測定原理によると、スリット光照射部とラインセンサを両方とも傾けて設置しても、スリット光を斜方から照射し垂直にラインセンサを設置しても、あるいはスリット光を垂直から照射して斜めにラインセンサを設置しても、測定対象物の高さを測定することができる。これらの一例を、図６および図７に示す。
【００６６】
図６および図７は、図５に対して、スリット光照射部とラインセンサの位置関係を変化させた一例である。
【００６７】
図６（ａ）は、斜めからスリット光３２を照射し、垂直にラインセンサ８１を設置した構成例であり、図６（ｂ）は、その測定結果の一例である。また、図７（ａ）は、スリット光３２を垂直から照射して、斜めにラインセンサ８１を設置した構成例であり、図７（ｂ）は、その測定結果の一例を示すものである。
【００６８】
測定対象物が鏡面体の場合には、図５（ａ）の構成を取る必要がある。また、乱反射体の場合などでは、図５〜図７のどの構成でも特に問題はないが、より好ましいのは、乱反射成分だけを捉える図６（ａ）または図７（ａ）の構成である。
【００６９】
したがって、クリームはんだを測定する場合には、乱反射体であるため、図６（ａ）または図７（ａ）の構成が望ましいと言える。
【００７０】
なお、このようなスリット光照射部とラインセンサの位置関係の違いで、測定対象物の形状によっては、それぞれ、撮像した画像に死角が生じることもある。例えば、図５（ｂ）や図６（ｂ）では、高さｃの部分などに死角が生じ、図７（ｂ）では、高さｂの部分などに死角が生じている。
【００７１】
これは、三角測量方式での高さ測定における根本的な問題であるが、高さが急激に変化する可能性が少ないのであれば、補間等の処理で高さを推定することも可能である。
【００７２】
以上の３次元測定機能の測定原理を図３（ａ）で用いると、どの高さ情報をどのラインセンサに入力するかを、スリット光照射部４３、レンズ３１、ラインセンサ１〜１５の設置位置関係で定めることができる。
【００７３】
なお、図３（ａ）では、スリット光照射部４３およびランセンサ１〜１５の両方が斜方に設置してあるが、前記図６および図７のように、どちらか一方だけを斜方に設置しても問題はない。
【００７４】
ここで、図３（ａ）においては、ラインセンサ１には高さｈ１５の情報が、ラインセンサ２には高さｈ１４の情報が、以下同様にラインセンサ１５には高さｈ１の面情報が入力されるように光学・照明系が設置されているものとする。つまり、これらの設置関係を纏めると、図４（ｂ）のようになる。
【００７５】
図４（ｂ）は、クリームはんだの高さと、ラインセンサ、カメラ制御部および画像メモリの対応関係を纏めたものである。例えば、クリームはんだ高さｈ８の面情報は、ラインセンサ８に入力され、カメラ制御部２３を経由して画像メモリ３３ｈに入力されるということを示している。
【００７６】
なお、図３（ａ）のレンズ３１のような１枚ものレンズの場合、本来、ラインセンサ１には高さｈ１の情報が、ラインセンサ１５には高さｈ１５の面情報が入力される筈であるが、これは本発明の本質には関係なく、かつ本発明の説明を容易にするため、上記のような説明を用いた。この注意事項は、全ての実施の形態の説明においても同様とする。
【００７７】
次に、本実施の形態１のはんだ印刷装置において、はんだ検査部の動作の一例を図３および図４を用いて説明する。
【００７８】
図３（ａ）において、全体制御部３５からの指示に基づき、画像処理部３３とステージ制御部３４が動作を開始する。
【００７９】
ステージ制御部３４は、一軸ステージ３８に信号を送り、一軸ステージ３８が移動を開始する。ステージ制御部３４は、一軸ステージ３８が予め決められたピッチ分だけ動作した時、画像処理部３３にエンコーダ信号を送る。
【００８０】
画像処理部３３は、そのエンコーダ信号を監視することで、一軸ステージ３８の動作に同期してラインセンサ１〜１５からの画像を取り込む。これにより、画像処理部３３内部の画像メモリ３３ａ〜３３ｐに格納される画像のライン間隔は一定に保たれる。
【００８１】
一軸ステージ３８上に搭載された基板３９が、スリット光３２の下で走査されていく。すると、基板３９の表面情報が反射光として、レンズ３１を通してラインセンサ１〜１５に入力されていく。ラインセンサ１〜１５に入力された画像情報は、カメラ制御部１６〜３０を通して画像処理部３３に送られる。
【００８２】
ステージ制御部３４からエンコーダパルス信号が送られてくると、ラインセンサ１〜１５から送られてくるライン状の画像情報を画像処理部３３は取り込み、それぞれ該当する画像メモリに書き込んでいく。画像処理部３３は、エンコーダパルス信号を受けるたびにこの処理を繰返し、最終的にはクリームはんだが搭載された基板３９上の表面情報が、画像メモリに面情報として形成される。
【００８３】
この例では、クリームはんだ４０は高さｈ１５、クリームはんだ４１は高さｈ５、クリームはんだ４２は高さｈ１０の高さを持っている。したがって、クリームはんだ４０は、画像メモリ３３ａに、図４の画像５１のように他の部分より輝度が高く撮像される。
【００８４】
同様に、クリームはんだ４１は、画像メモリ３３ｋに図４の画像５３のごとく、クリームはんだ４２は、画像メモリ３３ｆに図４の画像５２のごとく、基板３９の表面は、画像メモリ３３ｏに図４の画像５４のごとく記録される。
【００８５】
上記以外の１１面の画像メモリには、撮像対象である基板３９に対応した高さを持った対象がないので、輝度の高い情報は記録されない。
【００８６】
それぞれの画像メモリ（３３ａ〜３３ｏ）で、輝度の高い部分を高さに応じた輝度情報に置き換える。それ以外の部分は、最も低い高さに相当する輝度情報に置き換える。
【００８７】
通常、画像処理では輝度を白黒の２５６階調（０〜２５５）で表現する。そこで、高さと輝度が比例するように置き換える数値を事前に規定しておく。ここでは、高さｈ１を輝度１０、高さｈ２を輝度２０、高さｈ３を輝度３０、以下同様にｈ４〜ｈ１４までを割り当て、最後は高さｈ１５に輝度１５０を割り当てる。
【００８８】
そして、画像メモリ３３ａ〜３３ｏに、それぞれの高さに応じた輝度情報が加えられた１５枚の画像を合成し、その結果を画像メモリ３３ｐに生成する。
【００８９】
合成の方法としては、まず、画像メモリ３３ｏに輝度情報が加えられた画像を画像メモリ３３ｐにコピーする。
【００９０】
続いて、画像メモリ３３ｐの画像と画像メモリ３３ｎに輝度情報が加えられた画像の同一箇所を１画素毎に比較していき、３３ｐの画像をより輝度の高い画素情報に置き換えていく。これを全画素に行うことで、画像メモリ３３ｏに輝度情報が加えられた画像と画像メモリ３３ｎに輝度情報が加えられた画像の合成結果が、画像メモリ３３ｐに生成される。
【００９１】
さらに、画像メモリ３３ｐと画像メモリ３３ｍに対して同様の処理を施すことで、画像メモリ３３ｏから画像メモリ３３ｍまでの３画像の合成画像が画像メモリ３３ｐに生成される。以下、同様に処理を行い、画像メモリ３３ｐと画像メモリ３３ａまで繰り返せば、画像メモリ３３ｏから画像メモリ３３ａまでの１５枚に輝度情報が加えられ、さらに合成された画像が画像メモリ３３ｐに生成される。
【００９２】
画像メモリ３３ｐには、高さ情報が輝度となって記憶されているので、この画像からクリームはんだの平面形状および高さの良否判定まで行うことができる。
【００９３】
以上、本実施の形態１のはんだ印刷装置によれば、はんだ検査部に、スリット光照射部と、撮像ラインがスリット光の照射ラインと並行になるように設置された複数のラインセンサと、レンズという簡単な光学・照明系を備えることで、高さ測定（３次元測定）を行うことができる。
【００９４】
また、はんだ検査部に、画像処理部などを備えることで、クリームはんだの高さ情報を含んだ基板の表面画像を取得することができる。
【００９５】
そして、各ラインセンサにそれぞれ画像メモリを対応されることで、各画像メモリには被測定物の特定の高さ情報しか含まれず、輝度変換や合成などの画像処理も、容易かつ高速に行うことができる。さらに、白黒画像処理で実現できることから、ハードウェア資源もさほど要求せず、低コストである。
【００９６】
（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２のはんだ印刷装置において、はんだ検査部の一例を示す構成図であり、当該はんだ検査部は、前記図１のようなはんだ印刷装置に含まれるものである。
【００９７】
本実施の形態２におけるはんだ検査部の構成および動作は、実施の形態１におけるはんだ検査部の構成例である図３とほぼ同様であるが、下記の点で異なる。
【００９８】
構成における相違点は、図３で示したラインセンサ１〜１５を、エリアセンサ（以下、エリアセンサカメラも含む）６０の一部分に置き換えたこと、ならびに、このエリアセンサ６０の画像を記憶する画像メモリ３３ｓ、３３ｔ、３３ｕなどを搭載したこと、そして、レンズ３１およびエリアセンサ６０を垂直方向に設置したことである。
【００９９】
エリアセンサ６０としては、例えば２０４８×２０４８画素のＣＭＯＳセンサなどが挙げられ、その中央部の複数のラインを選択し、１×２０４８画素×１５本のラインセンサ１〜１５として取り扱う。
【０１００】
例えば、ＣＭＯＳセンサなどであれば、エリアセンサの一部を選択的に用いるようなことが可能である。しかし、ＣＣＤセンサなどであれば、エリアセンサの全部の画像を取り込んでデータ処理を行う必要があり、処理時間が膨大になる。
【０１０１】
前記図３の構成では、ラインセンサを小間隔で１５本並べる構成であったが、実装上困難となる可能性が考えられる。そこで、図９の構成を用いることで、このような問題を解決することができる。
【０１０２】
なお、エリアセンサ６０を垂直方向に設けたのは、本発明の実施の形態２でも述べたように、クリームはんだを測定対象とした場合、一般的にこの方向が望ましいと考えられるためである。
【０１０３】
動作における相違点は、図３のラインセンサ１〜１５が、前記図９におけるエリアセンサ６０で取り扱われるラインセンサ１〜１５に置き換わる以外は、図３と全く同一である。
【０１０４】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３のはんだ印刷装置において、はんだ検査部の一例を示す構成図であり、当該はんだ検査部は、前記図１のようなはんだ印刷装置に含まれるものである。
【０１０５】
まず、図１０により、本実施の形態３におけるはんだ検査部の構成の一例を説明する。
【０１０６】
図１０に示すはんだ検査部の構成は、実施の形態２におけるはんだ検査部の構成例である図９に対し、一軸ステージ３８を２軸テーブル３８ａ，３８ｂに置き換え、さらに、ドーム照明装置７０を追加したものとなっている。
【０１０７】
ドーム照明装置７０には、基板のパッド（金ないし銅が多い）を抽出するのに適したリング状の高位置照明（２次元測定用の光照射部）７１と、クリームはんだを抽出するのに適したリング状の低位置照明（２次元測定用の光照射部）７２が配置されている。さらに、このドーム照明装置７０には、高さ測定を行うのに必要なスリット光照射部４３も埋め込まれている。
【０１０８】
ここで、前記高位置照明７１は、例えば、６０°〜９０°程度の照射角で赤色または緑色の光を照射するＬＥＤ、前記低位置照明７２は、例えば、２０°〜３０°程度の照射角で青色あるいは赤色の光を照射するＬＥＤなどである。
【０１０９】
このように、ドーム照明装置７０は、パッドの面積画像を採取するための高位置照明７１、クリームはんだの面積画像を採取するための低位置照明７２、および高さを測定するためのスリット光照射部４３の３種類の光源を持つ。そして、これらの３種類の光源は、全体制御部３５からの指令で点灯・消灯が制御される。
【０１１０】
また、２軸テーブル３８ａ，３８ｂは、被測定対象である基板３９をＸＹ方向の任意の位置に移動させる機能を持つ。
【０１１１】
次に、本実施の形態３におけるはんだ検査部の動作の一例を図１０により説明する。
【０１１２】
全体制御部３４からの指令に基づき、ステージ制御部３４が２軸ステージ３８ａ，３８ｂを駆動させ、被測定対象である基板３９の撮像したい部分がエリアセンサ６０で撮像できる位置に停止させる。
【０１１３】
全体制御部３５の指示に基づき、ドーム照明装置７０の低位置照明７２のみを点灯し、基板３９上のクリームはんだ画像を取得し、画像メモリ３３ｓに格納する。
【０１１４】
続いて、全体制御部３５の指示に基づき、ドーム照明装置７０の高位置照明７１のみを点灯し、基板３９上のパッド画像を取得し、画像メモリ３３ｔに格納する。
【０１１５】
画像メモリ３３ｓ、および画像メモリ３３ｔに格納された２面の画像間で演算を行い、その結果を画像メモリ３３ｕに格納する。
【０１１６】
画像メモリ３３ｕには、パッドとクリームはんだの２次元画像が記録されており、この画像を処理することで基板３９上のクリームはんだの厚みを含まない印刷状態を測定することができる。
【０１１７】
さらに、全体制御部３５の指示に基づき、ドーム照明装置７０のスリット光照射部４３のみを点灯し、ステージ３８ａを駆動させ、スリット光３２の下で基板３９をスキャンさせる。これにより、エリアセンサ６０の中央部に設けたラインセンサと等価の機能を持つラインセンサ１〜１５には、それぞれ、ある特定の高さ部分だけが撮像され、基板３９上のクリームはんだの高さを測定することができる。
【０１１８】
以上のように、図１０の構成により、レンズ３１とエリアセンサ６０という１つの光学系で２次元画像の撮像と３次元画像の撮像の両方を行うことができる。
【０１１９】
これは、以下のようなシステム上のメリットをもたらす。
【０１２０】
３次元測定方式では、その測定原理から必ず測定できない領域が発生する。本実施の形態３では、スリット光を斜方から照射する、あるいはラインセンサカメラで斜めから撮像するという関係から、実施の形態１において測定原理の説明で述べたように、測定対象の形状によって撮像できない部分が発生してしまう。
【０１２１】
これは、本発明に限った事項ではなく、従来技術のような格子縞照明を斜めから照射する方式でも、レーザスポットを斜めから照射する方式でも発生する。つまり、高さを測定するために照明光あるいはレーザを斜めから照射する必要があるために、高さのある物体では影が発生し測定不能の領域が発生するためである。
【０１２２】
このことは、印刷されたクリームはんだの転写面積だけを測定したいという場合には、現在確認されている３次元測定方式よりも２次元測定方式の方が好ましいと言える。
【０１２３】
また、クリームはんだ印刷の厚みはメタルマスクの厚みで規制されるので、印刷方法が適性であれば、クリームはんだの２次元形状が正常で厚みだけが異常となる可能性は極めて低い。しかし、一方で、品質を厳密に保証しなければならない場合もあり、そういう場合において３次元測定は必要となる。
【０１２４】
よって、幾つかある考え方の一つではあるが、２次元測定方式で印刷されたクリームはんだの面積を正確に測定し、その後、はんだの量を保証すべき箇所については、３次元測定方式で高さを測定するというのも極めて有効な検査手法と考えられる。
【０１２５】
ところが、従来の技術では、２次元測定方式と３次元測定方式では測定方法、およびそれを実現する機器構成などが大きく異なるため、それぞれ別の装置にならざるを得なかった。
【０１２６】
しかしながら、図１０に示したようなはんだ検査部を用いれば、殆ど同じ機器構成で２次元測定と３次元測定が行える。よって、同一検査装置で、まずは基板全面を２次元で測定し、はんだの量を保証すべき箇所のみ３次元で測定を実施するといった使い方が容易に可能となる。機器構成も殆ど同一であるため、装置のコストパフォーマンスもよい。
【０１２７】
以上、本実施の形態３のはんだ印刷装置によれば、はんだ検査部に、２次元測定機能と３次元測定機能を兼ね備え、容易かつ低コストなはんだ印刷装置を実現できる。
【０１２８】
（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４のはんだ印刷装置において、はんだ検査部の一例を示す構成図であって、当該はんだ検査部は、前記図１のようなはんだ印刷装置に含まれるものであり、図１２は、図１１の構成から得られる測定結果の一例を示す図である。
【０１２９】
まず、図１１により、本実施の形態４におけるはんだ検査部の構成の一例を説明する。
【０１３０】
図１１に示すはんだ検査部の構成は、実施の形態３におけるはんだ検査部の一例である図１０とほぼ同様であるが、下記の２点が異なっている。
【０１３１】
１点目は、エリアセンサ６０の両端を１×２０４８画素のラインセンサとして取り扱うことである。図１１では、エリアセンサの左端をラインセンサ１０１として、右端をラインセンサ１０２として使用する。
【０１３２】
２点目は、ドーム照明装置７０には、高さ測定を行うのに必要なスリット光照射部は必要なく、パッドの面積画像を取得するリング状の高位置照明７１、クリームはんだの面積画像を取得するリング状の低位置照明７２のみを実装したことである。
【０１３３】
なお、画像メモリ３３ａ〜３３ｐも必要ないが、本図では記載したままとする。
【０１３４】
次に、本実施の形態４におけるはんだ検査部の動作の一例を、図１１および図１２を用いて説明する。
【０１３５】
図１１において、全体制御部３５からの指示に基づき画像処理部３３とステージ制御部３４が動作を開始する。
【０１３６】
ステージ制御部３４はステージ３８ａに信号を送り、ステージ３８ａが移動を開始する。ステージ制御部３４は、ステージ３８ａが予め決められたピッチ分だけ動作したとき、画像処理部３３にエンコーダ信号を送るようになっている。
【０１３７】
画像処理部３３は、そのエンコーダ信号を監視することで、ステージ３８ａの動作に同期してラインセンサ１０１，１０２からの画像を取り込むようになっている。これにより、画像処理部３３内部の画像メモリ３３ｓ，３３ｔに格納される画像のライン間隔は一定に保たれる。
【０１３８】
ステージ３８ａ上に搭載された基板３９が、ドーム照明装置７０の下で走査されていく。基板３９の表面情報が、レンズ３１を通してラインセンサ１０１と１０２に入力されていく。ラインセンサ１０１，１０２に入力された画像情報は、画像処理部３３に送られる。
【０１３９】
ステージ制御部３４からエンコーダパルス信号が送られてくると、ラインセンサ１０１，１０２から送られてくるライン状の画像情報を画像処理部３３は取り込み、それぞれ該当する画像メモリに書き込んでいく。画像処理部３３はエンコーダパルス信号を受けるたびにこの処理を繰り返し、最終的には、基板３９上の表面情報が画像メモリに面情報として形成される。
【０１４０】
画像メモリ３３ｓにはラインセンサ１０１からの画像が記録される。画像メモリ３３ｔにはラインセンサ１０２からの画像が記録される。
【０１４１】
図１１から明らかなように、ラインセンサ１０１は基板を左斜方から撮像する形になるので、画像メモリ３３ｓに格納される画像は、図１２の画像５６のようになる。ラインセンサ１０２は基板を右斜方から撮像する形になるので、画像メモリ３３ｔに格納される画像は、図１２の画像５７のごとくなる。
【０１４２】
画像５６と画像５７とでは、クリームはんだの上面は同様に撮像されるが、その位置は高さ分だけ左右にずれて撮像される。このずれ量を測定することで、クリームはんだの高さを測定できる。
【０１４３】
この方式では１つのクリームはんだの平均的な高さしか測定できない。よって、クリームはんだ上面がくぼんでいるなどの検出はできないが、これまでの実施の形態１〜３と比較すると、処理する画像数が少ないので高速に処理できるというメリットがある。
【０１４４】
（実施の形態５）
図１３は、本発明の実施の形態５のはんだ印刷装置において、はんだ検査部の一例を示す構成図であり、当該はんだ検査部は、前記図１のようなはんだ印刷装置に含まれるものである。
【０１４５】
本実施の形態５におけるはんだ検査部の構成および動作は、実施の形態３におけるはんだ検査部の構成例である図１０とほぼ同様である。
【０１４６】
相違点は、測定対象の基板３９が上反りなどを有している場合に、それに応じてラインセンサの使い方を変化させる点である。その詳細を下記に説明する。
【０１４７】
これまでの実施の形態によれば、高さを測定できる範囲はラインセンサの設置本数によって制限される。本数を増やせば測定できる範囲は広がるが、処理する画像枚数が増えるので処理時間が増加する。そこで、基板表面から最も高いクリームはんだ表面までを測定できるようにラインセンサ本数を設定する。
【０１４８】
しかし、基板が反っているような場合、ラインセンサの測定範囲を測定対象物が越えてしまう可能性があるので、このままでは測定不能の領域が生じる。
【０１４９】
一方、基板上のはんだ高さ測定は、通常、一定の領域を単位として、基板の端の方から順々に行われる。この一定の領域内で、基板表面を撮像していることは容易に判断でき、なおかつ、基板の反射光を捉えるラインセンサの位置によって、その基板表面画像の高さも明確に測定できる。
【０１５０】
そして、基板が反っている場合、基板の端を基準として、基板中央に移動するに従って徐々に基板の高さは高く（低く）なっていく。そこで、基板の一定領域撮像のたびに、基板表面の高さ（ラインセンサの位置）変化をモニタしておけば、次に測定する領域の基板高さを推測できる。
【０１５１】
従って、それに合わせてエリアセンサ６０内から選択する複数のライン（ラインセンサ１〜１５）の選択箇所をずらせば、はんだの高さがラインセンサの測定範囲を越えることがなく、なおかつ、その高さを正確に測定できることになる。
【０１５２】
図１３のような基板上反りの場合、端から中央に移動していくに従ってラインセンサを左側にずらしていくことで対応できる。逆に下反りだった場合、ラインセンサを右側にずらしていくことで対応できる。
【０１５３】
以上、本実施の形態５のはんだ印刷装置によれば、はんだ検査部に、エリアセンサ内の複数のラインの選択箇所を基板状況に応じて変更可能な機能を設けることで、基板の反りがあった場合でも、クリームはんだの高さを正確に測定することができる。
【０１５４】
以上、本発明者によってなされた発明を、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１５５】
例えば、これまでの実施の形態においては、はんだ印刷装置が、はんだ印刷部と検査部の両方を有するものを例とし、その検査部の構成および動作を説明したが、はんだ印刷装置が、検査部のみを有する場合も当然適用可能である。
【０１５６】
また、これまでの実施の形態においては、クリームはんだの検査を行う装置を例に説明したが、ＢＧＡなどのはんだボールの高さおよび平坦度の検査を行う装置についても適用可能である。
【０１５７】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【０１５８】
（１）印刷されたクリームはんだのように、平面状の対象物に対して高さ測定を行うことができる。
【０１５９】
（２）画像処理においても、ハードウェア資源をさほど要求しない白黒画像処理でよく、コストパフォーマンスに優れる。また、各ラインセンサ毎に固有の高さ情報を持たせることにより、画像処理が容易かつ高速に行える。
【０１６０】
（３）スリット光照射部に対するラインセンサの設置位置のみで検出できる高さ情報が規定できる。よって、ラインセンサの設置間隔を一定にすることにより、画像の明度値と高さの関係は完全にリニアになるので、精度が保証される。
【０１６１】
（４）高さ測定において、照明はスリット光のみでよく、低コストである。
【０１６２】
（５）照明とラインセンサの位置関係を自由に構成することができる。
【０１６３】
（６）レンズとエリアセンサを共通にして、照明を切り替えるのみで２次元測定と３次元測定の両方を行うことができる。したがって、装置構成が容易かつ低コストである。
【０１６４】
（７）エリアセンサの制御によって、基板の反りに対しても、精度よくクリームはんだの高さを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のはんだ印刷装置の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１のはんだ印刷装置において、はんだ印刷部の動作の一例を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１のはんだ印刷装置において、（ａ）は、はんだ検査部の一例を示す構成図、（ｂ）は、（ａ）の構成図を補足する説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１のはんだ印刷装置において、図３の構成から得られる測定結果の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１〜５において、（ａ）は、３次元測定機能の測定原理を示す構成図、（ｂ）は、（ａ）の構成から得られる測定結果の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１〜５において、（ａ）は、３次元測定機能の測定原理を示す別の構成図、（ｂ）は、（ａ）の構成から得られる測定結果の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１〜５において、（ａ）は、３次元測定機能の測定原理を示す更に別の構成図、（ｂ）は、（ａ）の構成から得られる測定結果の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１〜５において、３次元測定機能の測定原理の立体的な構成を示す概略図である。
【図９】本発明の実施の形態２のはんだ印刷装置において、はんだ検査部の一例を示す構成図である。
【図１０】本発明の実施の形態３のはんだ印刷装置において、はんだ検査部の一例を示す構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態４のはんだ印刷装置において、はんだ検査部の一例を示す構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態４のはんだ印刷装置において、図１１に示すはんだ検査部から得られる測定結果の一例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態５のはんだ印刷装置において、はんだ検査部の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１〜１５，８１，１０１，１０２ ラインセンサ
１６〜３０ カメラ制御部
３１ レンズ
３２ スリット光
３３ 画像処理部
３３ａ〜３３ｐ，３３ｓ〜３３ｕ 画像メモリ
３４ ステージ制御部
３５ 全体制御部
３６ 画像モニタ
３７ ＣＲＴ
３８ 一軸ステージ
３８ａ Ｘ軸ステージ
３８ｂ Ｙ軸ステージ
３９，９０ 基板
４０〜４２，９２ クリームはんだ
４３ スリット光照射部
４４ 被測定物
５１〜５７ 測定結果例
６０ エリアセンサ
７０ ドーム照明装置
７１ 高位置照明
７２ 低位置照明
８０ 測定対象物
８２ ラインセンサの撮像ライン
８３ スリット光の照射ライン
８５ 搬入コンベア
８６ はんだ印刷部
８７ はんだ検査部
８８ 搬出コンベア
８９ メタルマスク
９１ スキージ
９３ はんだ印刷検査用光学系
９４ 検査部Ｘ軸ロボット
９５ 検査部Ｙ軸ロボット
９６ Ｚ軸テーブル
９７ シャトルコンベア

Claims (5)

1. 被測定物に光を照射するドーム照明装置と、
   被測定物からの反射光を受光するレンズおよびエリアセンサを有するはんだ印刷装置であって、
   前記ドーム照明装置は、２次元測定用の光を照射する光照射部と、３次元測定用のスリット光を照射するスリット光照射部を有することを特徴とするはんだ印刷装置。
2. 請求項１記載のはんだ印刷装置であって、
   ３次元測定を行う際、前記エリアセンサから測定に使用する任意の複数のラインを選択し、前記選択においては、各ライン毎に被測定物の特定の高さからの反射光を受光するように行われることを特徴とするはんだ印刷装置。
3. 被測定物にスリット光を照射するスリット光照射部と、
   前記被測定物の反射光を受光するレンズおよび複数のラインセンサとにより３次元測定を行うはんだ印刷装置であって、
   前記複数のラインセンサは、それぞれ、その撮像ラインと前記スリット光の照射ラインとが平行になる向きで、等間隔に配置されることを特徴とするはんだ印刷装置。
4. 請求項３記載のはんだ印刷装置であって、
   エリアセンサを有し、
   前記エリアセンサから任意に選択した複数のラインを、前記複数のラインセンサとして使用することを特徴とするはんだ印刷装置。
5. 請求項２または４記載のはんだ印刷装置であって、
   さらに、前記被測定物の反り具合に応じて、前記複数のラインの選択箇所を変更しながら測定する機能を有することを特徴とするはんだ印刷装置。

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