JP2008520984A - 検査装置 - Google Patents

Abstract

この発明は、検査する基板を支持するガイド支台に対して少なくとも２つの方向に相対移動可能である検査ヘッドを備えている検査装置に関する。ガイド支台は、少なくとも部分的に互いに重なり合うように前後して被着、特に印刷された少なくとも２つの層を備えた基板を支持する。検査ヘッドは照明装置と検出装置から成り、それによって基板から反射された電磁線を捕捉して判定装置に伝送し、それによって所与の基板（３０）の不良を検知することができる。検査ヘッド（１２）は必要に応じて錐形状に拡幅したトンネル（２４）を備えていてその内周上に多数の発光素子が取り付けられており、検出装置（１４）は基板（３０）上で３０μｍ未満の解像度で捕捉を行う光学系を有するデジタルカメラ（１８）を備え、駆動装置によって撮影サイクル中におけるガイド支台（３２）と検査ヘッド（１２）との間の相対動作を制御し、それによって互いに連続しているあるいは重複している個別画像を１つの基板（３０）の全体画像に合成することができる。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

この発明は、請求項１前段に記載の検査装置に関する。

この種の検査装置は特に厚膜技術によって実装される電気回路の品質を検査するために使用される。そのような回路は通常多数、例えば２０の層がスクリーン印刷技術を使用して被着される。その際、例えばマスキングミスによって不良な層が被着されないようにすることが重要である。

このことを検査するために、電気検査装置によって回路の機能を個別に試験することが知られている。その問題点は、大抵の場合に全ての層を被着しその後試験する必要があることである。この試験結果が不良を示した場合、該当するチップを廃棄する選択肢しかなく、それによってコスト増が発生する。

さらに、層の被着中に光学的検査を実施することが提案されている。これは例えば視覚的、すなわち熟練した作業者によって実施される。また、適宜な光学装置によって印刷された層あるいは層群を感知して基準画像と比較することも知られている。過度に大きな相違が生じた場合、該当するチップが排除される。

この種の検査装置を実現ならびに改良するための多数の解決方式が知られている。その一例は米国特許第４３８９６６９号明細書である。この解決方式によれば、光学感知装置すなわち顕微鏡とカメラを使用して光学的検査が実施され、それが基本的にチップの検査に適したものである。勿論、その解決方式において顧客が要望する迅速かつ正確な電子回路あるいはチップの検査を達成するために極めて高コストな装置技術が必要となる。

カメラを使用した電子回路を検査するための別の例が米国特許第５２４５４２１号明細書によって知られており、また米国特許第５０６００６５号明細書によって検出性能を改善するために特殊な照明装置を使用することができる。

米国特許第４６７３９８８号明細書によって、画像区域に分割した画像を使用する検査装置が知られている。これはその装置に設けられた画像プロセッサによって実施され、ここで検査する対象物は２次元に移動可能である。

前述した各解決方式は、比較的高い装置技術コストが必要であるという共通の問題点を伴っており、それにもかかわらず特にあるチップの多数の層を検査する必要がある場合により高速な判定速度が要望されるものである。さらに既知の解決方式においては、より小さな解像度をもって迅速に動作し、特定の一連のチップに対して精密な検査を行うための検査装置において、より高い検査精度が要望されている。

従って、本発明の目的は、動作速度ならびに検出精度および信頼性に関してより改善され、また多様な要求に対して柔軟な適応を可能にする、請求項１前段に記載の検査装置を提供することである。

前記の課題は、本発明に従って請求項１によって解決される。従属請求項には好適な追加構成が示されている。

本発明に係る解決方式は、極めて柔軟で多様な要求に対して適応可能であり、それにもかかわらず信頼性の高いチップ等の検査が可能であることを特徴としている。例えば複数の色にグループ化してトンネルの周りに配置された多数の発光要素を有する特別な照明装置によって、検査装置によって感知される位置に被着される層に応じて適宜な、集中的な照明が実施されることが保持される。それによって、例えば層が反射質であったとしても、従来提案されていた問題のある斜め照明を設ける必要が無くなる。

変更された実施形態によれば、トンネルが省略され、照明は適宜な場所にグループ化して設けられた照明装置によって達成される。画像がストロボ照明され、すなわちデジタルカメラの照明が照明装置の制御によって実施され、稼働中のデジタルカメラの露出中に動作状態に維持されることが極めて好適である。

全方位にわたって幾らか斜めに配置され検査装置に対して対称に光を放射する発光ダイオードによって、検出率が驚くほど高くなる程に反射の作用が効果的に弱められる。意外なことに、デジタルカメラのＣＣＤセンサによって極めて良好な結果が達成されることが判明しており：デジタルカメラ内に使用されているＣＣＤ素子は解像度が低い割に高感度で従って選択性が高く、それは走査線による不良検出において重要である。本発明の特に好適な実施形態において、互いに隣接する３つの画素が基準画像と相異している場合に不良が判定される。

さらに、いくらか斜めであって過度に傾斜していない姿勢を有する集中的な照明によって高い解像度に際しても短時間の照明によって処理することができ、それによって検査のサイクル時間が改善される。

本発明の極めて好適な構成形態によれば捕捉された画像がフレームグラバーに伝送され、さらにそこからＰＣに転送され、そこで小さな時間遅延をもって不良検出が行われる。

この種の配線および処理の分担によって、比較的低コストに良好な動作が達成され、従って例えばＰＣをリアルタイム稼働させる必要が無くなる。

通常コスト上の理由から多数の同じ電子回路が共通の基板上、例えばウェファあるいはセラミック基板上に形成される。例えばセラミック基板は２０×２０ｃｍの寸法を有するものとなる。従ってこの種の基板上には例えば５０あるいは２００個の電子回路が形成される。通常、１つの回路の寸法（長さ×幅）は本発明に係るデジタルカメラによる個別画像の撮影とは無関係となる。本発明によって多数の個別画像を電子処理によって正確に総合画像に合成する可能性が提供され、従って検査ごとにデジタルカメラを一つの電子回路に対して正確に焦点化する場合に比べて、極めて迅速な不良検出が実施可能となる。従って速度は基本的に回路の大きさと無関係になり、所要の解像度および基板方式にのみ相関するものとなり、これは従来の解決方式に対して大幅な改善を意味する。

好適な構成形態において、デジタルカメラと基板あるいはそのガイド支台との間の相対動作中に個別画像が高速に撮影される。このことは、相対移動に比して照明時間が短い場合にのみ可能であり、それによってピンボケが生じることが防止される。この解決方式は、直線駆動の停止に際して“後振動”によって画像振れが生じることが防止され、駆動機構にあまり負担がかからず従って寿命が延長されるという利点を有している。

この解決方式においては、短い照明時間を達成するために集中的な照明を行うことが前提となる。

変更された一構成形態によれば、各個別画像に対して駆動装置を停止させ該当する個別画像を撮影することが容易に可能となる。それによってより照明装置およびデジタルカメラに対しての要求性能が低くなる。

別の好適な構成形態によれば、検出を行う解像度に依存せずにデジタルカメラの基礎解像度を保持する。適応は電子ズームあるいはより好適には光学ズームによって光学系で実施され、従ってより大きな誤差許容性をもって、すなわち不良に対してより小さな画素解像度をもって極めて高速なサイクル時間を達成することができる。

個々の発光素子の色または発光スペクトルを使用形態に容易に適応させ得ることが極めて好適である。発光素子には金層に対して極めて良好な対比効果をもたらすＵＶ発光ダイオードあるいはレーザダイオードが含まれることも好適である。本発明によれば、パルス幅を使用される層材料に従って適応させ、不良検出を最適化することが極めて好適である。

検査装置が基板上において１０μｍの解像度において３０×３０ｍｍの個別画像を１０秒未満、特に約４秒で検査することが極めて好適である。

本発明に係るトンネルは必ずしも錐形状に開口する必要はないことが理解される。その内周上に発光素子が取り付けられるシリンダ形状のトンネルによって、むしろさらに小さな陰影によって処理することが可能になる。

さらに、基板から離間して配置された発光素子の傾斜角度がより大きくなり、それは多様な適用形態において好適なものとなる。

本発明によれば、検査装置は検査する基板を支持するガイド支台に対して少なくとも２つの方向に相対移動可能である検査ヘッドを備えていて、ここで前記基板は少なくとも１つの被着、特に印刷された層を有している。検査ヘッドは照明装置と検出装置から成り、それによって基板から反射あるいは基板を透過した電磁線を捕捉して判定装置に伝送し、それによって所与の基板に対するこの基板の相違点、例えば基板の不良、あるいは所与の基板との一致が検知される。前記検出装置は、基板上で２００μｍ未満、特に３０μｍ未満の解像度で捕捉可能である光学系を備えたデジタルカメラを備え、駆動装置は撮影サイクル中におけるガイド支台と検査ヘッドとの間の相対動作を制御し、それによって互いに連続しているあるいは重複している個別画像を１つの基板の全体画像に合成することができる。

所与の基板は不良のないサンプルとすることができる。しかしながら、例えばガーバーデータ形式で存在する印刷された回路のデータを使用することもできる。

別の好適な構成形態によれば、検査ヘッドが特に基板を照明するための照明装置の発光素子を支持するトンネルを備えている。

別の好適な構成形態によれば、画像を高速に撮影可能であり、駆動装置はこの駆動装置が一定状態で動作することによって互いに連続しているあるいはいくらか重複している個別画像を捕捉し得るように制御される。

別の好適な構成形態において、検出された不良の大きさは光学系の調節および／またはデジタルカメラの撮影解像度の調節によって検査装置の使用者が設定可能であり、不良の大きさが大きい場合に各個別画像の画像サイズを拡大するかあるいは拡大可能にすることができる。

別の好適な構成形態によれば、ガイド支台の下側に取り付けられ必要に応じてそれと連動して移動可能である透過光ユニットを照明装置が備え、それによって透明な基板を検査可能であり、また特にガイド支台の下側にＬＥＤ基台を備えている。

別の好適な構成形態によれば、基板はセラミック基板、セラミック繊維基板、金属、低温同時焼成セラミック基板、および／またはグラスファイバエポキシ樹脂基板から形成され、多層技術においてスクリーン印刷によって印刷可能である。

別の好適な構成形態によれば、検査装置がプリント基板の製造装置の一部を形成し、それにおいて部分的に印刷された基板を少なくとも１つの層を印刷した後に検査装置内に送入可能であり、その後再び印刷を行ってさらに再び検査装置内にサイクル式に送入可能であり、全ての層が検査されるまで繰り返される。

別の好適な構成形態によれば、検査装置による検査後に各層をサイクル式に乾燥窯あるいは燃焼窯内で焼き付け可能である。

別の好適な構成形態によれば、異なった層の材料に適応するように照明装置の色を調節可能であり、ここで照明装置は特に多数のＬＥＤあるいはレーザダイオードを備えるものとなる。

別の好適な構成形態によれば、照明装置が光導管、特にグラスファイバケーブルを備え、照明装置と基板との間に輝度を増加させるための少なくとも１枚のレンズが配置される。

別の好適な構成形態によれば、照明装置はクロック制御機構を備えており、それによって照明装置の個別の発光素子をパルス動作するよう制御することができる。

別の好適な構成形態によれば、照明装置が該当するデジタルカメラの撮影の照明を行うための光パルスを発生させ、それがデジタルカメラの撮影制御と同期したものとなる。

別の好適な構成形態によれば、基板の画像を捕捉するためのシャッターが開放されたデジタルカメラを備えており、デジタル照明が照明装置の制御によって実施される。

別の好適な構成形態によれば、照明装置の発光素子が０ないし５０°、特に約２０°の角度で錐形状に開口しているトンネル内に配置され、特に部分的に基板に向かって指向している。

別の好適な構成形態によれば、デジタルカメラにフレームグラバーが接続されており、その出力が不良検出を行うＰＣに接続されている。

別の好適な構成形態によれば、２つの印刷された層を基板上に設け、特にそれらを部分的に重ねて前後して被着する。

別の好適な構成形態によれば、トンネルは基板に向かって少なくとも部分的に拡幅、特に錐形状に拡幅しており、トンネルの内周上に多数の発光素子が取り付けられる。

本発明の変更された構成形態によれば、基板が切欠き、隆起部あるいは低没部を有する層を少なくとも１つ備えている。検査ヘッドが照明装置および検出装置を備えており、それによって基板から反射されたあるいは基板を透過した電磁線を捕捉する。

本発明の別の変更された構成形態によれば、検出装置は、２００μｍ未満、特に３０μｍ未満の解像度をもって基板上で捕捉を行う光学系を備えたデジタルカメラを備え、駆動装置は撮影サイクル中におけるガイド支台と検査ヘッドとの間の相対動作を制御し、それによって互いに連続しているあるいは重複している個別画像、あるいは互いに離間している個別画像を１つの基板の全体画像に合成することができる。

本発明のその他の詳細、特徴ならびに利点は、添付図面を参照しながら以下に記述する実施例の説明によって明らかにされる。

図１に示された検査装置１０は検査ヘッド１２を備えており、それが照明装置１４および検出装置１６を備えている。

検出装置１６は、デジタルカメラ１８と、図示されていないが、必要に応じて付属の光学系を備えている。これは図示されていない判定装置に結合されており、それが画像データを電気データに変換した後評価する。そのためフレームグラバーおよびＰＣが接続されており、そのＰＣが調節可能な不良判定を行う。

照明装置１４は、好適には幾らか斜めに取り付けられた多数の発光ダイオード２０，２２からなり、それらはトンネル２４内に配置されている。図示された実施例においてトンネルはシリンダ形状に形成されており、発光ダイオード２０，２２はその内周上の多様な列あるいはリング上に配置されている。検査される多様な材料に対応して多様な色の発光ダイオードが使用される。

光軸２８がトンネル２４の中央を延在しており、下方で基板３０に到達している。この基板３０はガイド支台３２上に載置されている。図示された実施例において、ガイド支台３２は図の平面に対して垂直方向に移動可能である。ガイド支台３２は検査ヘッド１２に対して二次元に駆動装置３４によって移動可能であり、そのため図示された実施例において検査ヘッド１２はフレーム３８に対して左右に移動可能である。検査ヘッド１２に対する基板３０の移動可能性はその他の任意の方式でも実現可能であることが理解される。

検査ヘッドは駆動装置のリニアモータ等によって基板３０に対して一定に移動させることができ、そこで個別画像が撮影される。個別画像はデジタルカメラ１８を介してデータ処理を行うフレームグラバーに伝送される。接続されているＰＣ内において所要の全体画像が合成され捕捉される。

基板の全体画像の捕捉および判定に代えて、個別画像から不良の判定を行うことも勿論可能であるが、本発明においては個別画像を全体画像に合成する能力が提供される。

基板としては、例えばセラミック、セラミックファイバ、金属、あるいは低温同時焼成セラミック等の任意の電子回路用基板を使用することができる。また繊維強化エポキシ樹脂あるいはその他の任意の適宜な基板を使用することができる。

図２に示された検査装置１０は、別の照明装置１４を備える点によって図１の検査装置と異なっている。これは円盤４０を備えていて、それが中央開口部４２を有するとともにその下面に多数の光源、例えば発光素子４４が取り付けられている。発光素子４４は基板に対して所要の光線を照射する。反射光４６が開口部４２を介してデジタルカメラ１６に誘導される。

この解決方式において、デジタルカメラのシャッターが開放されている際に発光素子４４によってストロボ発光して照明が実施される。異なった色を有する多数の発光素子４４を備えることができ、それらはそこに配線されているケーブル４８を介して必要に応じて制御することができる。ケーブル４８は発光素子４４に既知の形式で光を伝送するグラスファイバケーブルとすることができ、その際実質的な光源は遠隔した適宜な所に配置することができる。他方、ケーブル４８は発光ダイオードの電気接続ケーブルとすることができ、その発光ダイオードは図２に示された位置に取り付けられている。本発明に係るストロボによって、すなわち発光素子４４を介した照明の制御によって一気にあるいは迅速に検査を実施し得ることが極めて好適である。このことは、高い解像度を達成するために極めて好適である。

トンネル２４に代えてその他の任意の発光ダイオード２０，２２の配置を形成することも可能である。例えば、ピラミッド台形状に配置するか、あるいは互いに発散して基板に向かって延在している４本の列上に配置することができる。

本発明に係る検査装置の一実施例を示した構成図である。 本発明に係る検査装置の変更された実施例の一部分を示した構成図である。

Claims (19)

1. 検査する基板を支持するガイド支台に対して少なくとも２つの方向に相対移動可能である検査ヘッドを備えていて、前記基板は少なくとも１つの被着、特に印刷された層を有していて、検査ヘッドは照明装置と検出装置から成り、それによって基板から反射あるいは基板を透過した電磁線を捕捉して判定装置に伝送し、それによって所与の基板に対するこの基板の相違点（例えば基板（３０）の不良）、あるいは所与の基板との一致を検知する検査装置であり、検出装置（１４）は基板（３０）上で２００μｍ未満、特に３０μｍ未満の解像度で捕捉を行う光学系を有するデジタルカメラ（１８）を備え、駆動装置は撮影サイクル中におけるガイド支台（３２）と検査ヘッド（１２）との間の相対動作を制御し、それによって互いに連続しているあるいは重複している個別画像を基板（３０）の１枚の全体画像に合成し得ることを特徴とする検査装置。
2. 検査ヘッド（１２）が特に基板（３０）を照明するための照明装置（１４）の発光素子を支承するトンネル（２４）を備えていることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
3. 画像を高速に撮影可能であり、駆動装置はこの駆動装置が一定形式で動作することによって互いに連続しているあるいはいくらか重複している個別画像を捕捉し得るように制御されることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
4. 検出される不良の大きさは光学系の調節および／またはデジタルカメラ（１８）の撮影解像度の調節によって検査装置（１０）の使用者が設定可能であり、不良の大きさが大きい場合に各個別画像の画像サイズを拡大するかあるいは拡大可能にすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の検査装置。
5. ガイド支台（３２）の下側に取り付けられ必要に応じてそれと連動して移動可能である透過光ユニットを照明装置（１４）が備え、それによって透明な基板（３０）を検査可能であり、また特にガイド支台（３２）の下側にＬＥＤ基台を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の検査装置。
6. 基板（３０）はセラミック基板、セラミック繊維基板、金属、低温同時焼成セラミック基板、および／または繊維強化エポキシ樹脂基板から形成され、多層技術においてスクリーン印刷によって印刷可能であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の検査装置。
7. 検査装置（１０）がプリント基板（３０）の製造装置の一部を形成し、それにおいて部分的に印刷された基板（３０）を少なくとも１つの層を印刷した後に検査装置（１０）内に送入可能であり、その後再び印刷を行ってさらに再び検査装置（１０）内にサイクル式に送入可能であり、全ての層が検査されるまで繰り返されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の検査装置。
8. 検査装置（１０）による検査後に各層をサイクル式に乾燥窯あるいは燃焼窯内で焼き付け可能である請求項１記載の検査装置。
9. 異なった層の材料に適応するように照明装置（１４）の色を調節可能であり、ここで照明装置（１４）は特に多数のＬＥＤあるいはレーザダイオードを備えるものであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の検査装置。
10. 照明装置（１４）が光導管、特にグラスファイバケーブルを備え、照明装置と基板（３０）との間に輝度を増加させるための少なくとも１枚のレンズが配置されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の検査装置。
11. 照明装置（１４）はクロック制御機構を備えており、それによって照明装置（１４）の個別の発光素子をパルス動作するよう制御し得ることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の検査装置。
12. 照明装置（１４）が該当するデジタルカメラ（１８）の撮影の照明を行うための光パルスを発生させ、それがデジタルカメラ（１８）の撮影制御と同期することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の検査装置。
13. 基板の画像を捕捉するためのシャッターが開放されたデジタルカメラを備えており、照明装置の制御によってデジタル照明が実施されることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の検査装置。
14. 照明装置（１４）の発光素子が０ないし５０°、特に約２０°の角度で錐形状に開口しているトンネル内に配置され、特に少なくとも部分的に基板（３０）に向かって指向していることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の検査装置。
15. デジタルカメラ（１８）にフレームグラバーが接続されており、その出力が不良検出を行うＰＣに接続されていることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の検査装置。
16. 少なくとも２つの印刷された層を基板（３０）上に設け、特にそれらを部分的に重ねて前後して被着することを特徴とする請求項１ないし１５のいずれかに記載の検査装置。
17. トンネル（２４）は基板に向かって少なくとも部分的に拡幅、特に錐形状に拡幅しており、トンネル（２４）の内周上に多数の発光素子が取り付けられることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれかに記載の検査装置。
18. 検査する基板を支持するガイド支台に対して少なくとも２つの方向に相対移動可能である検査ヘッドを備えていて、前記基板が切欠き、隆起部あるいは低没部を有する層を少なくとも１つ備えていて、前記検査ヘッドは照明装置と検出装置から成り、それによって基板から反射あるいは基板を透過した電磁線を捕捉して判定装置に伝送し、それによって所与の基板に対するこの基板（３０）の相違あるいは一致を検知、特に基板（３０）の不良を検出し得る検査装置であり、検出装置（１４）は基板（３０）上で２００μｍ未満、特に３０μｍ未満の解像度で捕捉を行う光学系を有するデジタルカメラ（１８）を備え、駆動装置は撮影サイクル中におけるガイド支台（３２）と検査ヘッド（１２）との間の相対動作を制御し、それによって互いに連続しているあるいは重複している個別画像を基板（３０）の１枚の全体画像に合成し得ることを特徴とする検査装置。
19. 検査する基板を支持するガイド支台に対して少なくとも２つの方向に相対移動可能である検査ヘッドを備えていて、前記基板が少なくとも１つの被着された層、あるいは切欠き、隆起部あるいは低没部を有する少なくとも１つの層を備えていて、前記検査ヘッドは照明装置と検出装置から成り、それによって基板から反射あるいは基板を透過した電磁線を捕捉して判定装置に伝送し、それによって所与の基板に対するこの基板（３０）の相違あるいは一致を検知、特に基板（３０）の不良を検出し得る検査装置であり、検出装置（１４）は基板（３０）上で２００μｍ未満、特に３０μｍ未満の解像度で捕捉を行う光学系を有するデジタルカメラ（１８）を備え、駆動装置は撮影サイクル中におけるガイド支台（３２）と検査ヘッド（１２）との間の相対動作を制御し、それによって互いに連続しているあるいは重複している個別画像、または互いに離間している個別画像を基板（３０）の１枚の全体画像に合成し得ることを特徴とする検査装置。

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