JP2009156672A - Moire type heat distortion measuring device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To dispense with such a pretreatment as coating of paint and the like for a measurement object with black or mirror surface in a moire type heat distortion measuring device. <P>SOLUTION: Desired temperature change is given to a measurement object 6 in a thermostatic chamber 2 and the heat distortion of the measurement object caused by the temperature change is to be measured by a moire sensor 3 through a transparent plate 12 at a window part 11 of the thermostatic chamber in a moire type heat distortion measuring device 1. The moire sensor comprises: a grid 15 where predetermined grid pattern is formed; an illuminating system 16 causing generation of the distortion grid pattern on the measurement object by irradiating illumination light to the measurement object through the grid; and a photographing system 17 obtaining images containing the moire pattern by photographing the distortion grid pattern in the measurement object through the grid. Parallel light beam is used as illumination light of the illumination system. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、所望の温度変化を与えた状態下での測定対象物の熱変形をモアレ方式により測定するモアレ式熱変形測定装置に関し、特に測定対象物が電子部品や基板の類である場合に好適なモアレ式熱変形測定装置に関する。   The present invention relates to a moire-type thermal deformation measuring apparatus that measures thermal deformation of a measurement object under a state where a desired temperature change is applied by a moire method, particularly when the measurement object is an electronic component or a substrate. The present invention relates to a suitable moire type thermal deformation measuring apparatus.

半導体構造の電子部品、特にBGA、SOP、QFPなどの各種パッケージ方式による表面実装型の電子部品には、熱変形問題が伴う。   A semiconductor structure electronic component, in particular, a surface mount type electronic component using various package methods such as BGA, SOP, and QFP has a problem of thermal deformation.

表面実装型の電子部品は、そのパッケージの裏面や側面に設けられている端子群の各端子を、それに対応するようにして基板に設けられているランド群の各ランドに平面的な接触でのはんだ付けにより接合させることで基板への実装がなされる。このような表面実装では、電子部品の端子群における平坦度(コプラナリティー)が重要になり、端子群の平坦度が一定以上でないと、ランドに対する接合が不十分な端子を生じてしまう。   A surface-mount type electronic component has a planar contact with each land of a land group provided on a substrate so that each terminal of the terminal group provided on the back surface or side surface of the package corresponds to that. Mounting on the board is performed by joining by soldering. In such surface mounting, flatness (coplanarity) in the terminal group of the electronic component is important, and if the flatness of the terminal group is not more than a certain level, a terminal having insufficient bonding to the land is generated.

こうした平坦度問題には、電子部品の熱変形が大きく影響する。すなわち電子部品は、様々な温度環境に曝されるのを避けられず、それにより大きな温度変化を受けることでパッケージが凸または凹に反るような状態の熱変形を生じるのが通常で、それにより端子群の平坦度が損なわれるということであり、このことが電子部品に熱変形問題をもたらしている。   Such flatness problems are greatly affected by thermal deformation of electronic components. In other words, it is inevitable that electronic components are exposed to various temperature environments, and as a result, a large temperature change causes thermal deformation in a state where the package warps convex or concave. This impairs the flatness of the terminal group, which causes a thermal deformation problem for the electronic component.

以上のような熱変形問題は、基板についてもいえる。すなわち電子部品の端子と基板のランドの接合には、ランド群の平坦度も端子群の場合と同様に影響し、そしてそのランド群の平坦度にも基板の熱変形が大きく影響する。   The above-described thermal deformation problem can be applied to the substrate. In other words, the flatness of the land group affects the bonding of the terminals of the electronic component and the land of the board in the same manner as in the case of the terminal group, and the thermal deformation of the board greatly affects the flatness of the land group.

以上のような熱変形問題から、電子部品や基板については、熱変形性の評価のために、所望の温度変化を与えた条件下での熱変形測定が行われる。電子部品や基板の熱変形測定には、一般に、レーザ方式やモアレ方式が用いられる。   Due to the thermal deformation problem as described above, for electronic components and substrates, thermal deformation measurement is performed under a condition in which a desired temperature change is given in order to evaluate thermal deformation. In general, a laser method or a moire method is used for thermal deformation measurement of an electronic component or a substrate.

レーザ方式では、測定対象物にレーザ光を照射して反射させ、そのレーザ光の照射と反射に基づいて測定対象物の形状を測定する。こうしたレーザ方式を用いたレーザ式熱変形測定装置としては、特許文献1に開示の例が知られている。特許文献1のレーザ式熱変形測定装置は、恒温槽(恒温チャンバ)とレーザ式の変位計を備えている。恒温槽は、その中に置かれた測定対象物である電子部品や基板に所望の温度変化を与えることができるようにされ、また透明板を組み付けた窓部が1つの側面に設けられている。変位計は、恒温槽の窓部を通して恒温槽中の測定対象物にレーザ光を照射し、また測定対象物からの反射レーザ光を受光できるようにされ、そのレーザ光の照射と反射に基づいて測定対象物の温度変化による熱変形を測定するようにされている。   In the laser method, a measurement object is irradiated with laser light and reflected, and the shape of the measurement object is measured based on the irradiation and reflection of the laser light. An example disclosed in Patent Document 1 is known as a laser thermal deformation measuring apparatus using such a laser system. The laser-type thermal deformation measuring apparatus of Patent Document 1 includes a thermostatic chamber (a thermostatic chamber) and a laser-type displacement meter. The thermostatic chamber is configured to be able to give a desired temperature change to an electronic component or a substrate that is a measurement object placed in the thermostatic chamber, and a window portion in which a transparent plate is assembled is provided on one side surface. . The displacement meter is adapted to irradiate the measurement object in the thermostatic chamber through the window of the thermostatic chamber and to receive the reflected laser light from the measurement target, and based on the irradiation and reflection of the laser light The thermal deformation due to the temperature change of the measurement object is measured.

このようなレーザ式熱変形測定装置は、きわめて高い測定精度を可能とするものの、測定に長時間を要する。このため一定以上に高い精度での測定を要求される場合に特に有用なものとして用いられる。   Such a laser-type thermal deformation measuring apparatus enables extremely high measurement accuracy but requires a long time for measurement. For this reason, it is particularly useful when measurement with a certain degree of accuracy is required.

モアレ方式では、所定の格子パターンが形成された格子を通して照明系により照明光を測定対象物に照射し、それにより格子パターンの影として測定対象物の形状に応じた変形格子パターンを測定対象物の表面に生じさせるとともに、その測定対象物における変形格子パターンを撮像系により格子を通して撮像する。そしてこれにより格子パターンと変形格子パターンによるモアレ縞を含むモアレ縞画像を取得できるので、そのモアレ縞画像に基づいて測定対象物の形状を測定する(例えば特許文献2)。こうしたモアレ方式を用いたモアレ式熱変形測定装置は、レーザ式熱変形測定装置の場合と同様に、測定対象物である電子部品や基板に所望の温度変化を与えるのに恒温チャンバを用いるのが一般的である。   In the moire method, the illumination object is irradiated with illumination light through a grating on which a predetermined grating pattern is formed, and a deformed grating pattern corresponding to the shape of the object to be measured is then used as a shadow of the grating pattern. While being generated on the surface, the deformation grid pattern on the measurement object is imaged through the grid by the imaging system. As a result, a moire fringe image including a moire fringe by the lattice pattern and the deformed lattice pattern can be acquired, and the shape of the measurement object is measured based on the moire fringe image (for example, Patent Document 2). A moire type thermal deformation measuring apparatus using such a moire method uses a constant temperature chamber to give a desired temperature change to an electronic component or substrate as a measurement object, as in the case of a laser type thermal deformation measuring apparatus. It is common.

すなわちモアレ式熱変形測定装置は、恒温チャンバとモアレセンサを備える。そして恒温チャンバは、その中に置かれた測定対象物に所望の温度変化を与えることができるようにされ、また透明板を組み付けた窓部が1つの側面に設けられている。一方、モアレセンサは、所定の格子パターンが形成された格子を通して照明光を測定対象物に照射することで、格子パターンの影として測定対象物の形状に応じた変形格子パターンを測定対象物の表面に生じさせる照明系、および格子を通して測定対象物における変形格子パターンを撮像することで、格子パターンと変形格子パターンによるモアレ縞を含む画像を得る前記撮像系を有している。   That is, the moire type thermal deformation measuring apparatus includes a constant temperature chamber and a moire sensor. The constant temperature chamber is configured to be able to give a desired temperature change to the measurement object placed therein, and is provided with a window portion assembled with a transparent plate on one side surface. On the other hand, the moiré sensor irradiates the measurement object with illumination light through a grating on which a predetermined grating pattern is formed, thereby forming a deformed grating pattern corresponding to the shape of the measurement object on the surface of the measurement object as a shadow of the grating pattern. The illumination system to be generated and the imaging system for obtaining an image including a moire fringe by the lattice pattern and the deformed lattice pattern by capturing an image of the deformed lattice pattern on the measurement object through the lattice.

このようなモアレ式熱変形測定装置は、迅速な測定を可能とし、しかも通常必要とする範囲であれば十分である精度も得られ、汎用性が高い。   Such a moire-type thermal deformation measuring apparatus enables quick measurement, and also provides sufficient accuracy as long as it is normally required, and is highly versatile.

特開平8−233543号公報JP-A-8-233543 特開2007−57313号公報JP 2007-57313 A

従来のモアレ式熱変形測定装置は、測定対象物の表面が黒色や鏡面である測定対象物については測定が困難である。しかるに、電子部品や基板の多くが黒色や鏡面の表面を有している。このため従来のモアレ式熱変形測定装置では、電子部品や基板を測定対象物とする場合の多くについて、それら測定対象物に白色塗料などの塗料を塗布することで測定を行えるようにする前処理が必要であった。そしてそのためにいくつかの不利益を招いていた。例えば塗布された塗料により測定精度が低下し、また熱変形測定を経た電子部品や基板を他の試験などに用いることが困難になるなどの不利益である。   In the conventional moire type thermal deformation measuring apparatus, it is difficult to measure a measurement target object whose surface is black or mirrored. However, many electronic components and substrates have a black or mirror surface. For this reason, in the conventional moire type thermal deformation measuring device, preprocessing for enabling measurement by applying a paint such as a white paint to the measurement object for many cases where electronic parts and substrates are used as the measurement object. Was necessary. And that caused some disadvantages. For example, it is disadvantageous in that the measurement accuracy is lowered by the applied paint, and it becomes difficult to use the electronic component or the substrate subjected to the thermal deformation measurement for other tests.

こうしたことから、黒色や鏡面の表面を有している電子部品や基板でも塗料の塗布などの前処理を行わずとも測定を行えるようにすることが望まれる。本発明は、これに応えるべくなされたもので、したがってその課題は、モアレ式熱変形測定装置について、黒色や鏡面の表面を有している測定対象物についても塗料の塗布などの前処理を不要にできるようにすることにある。   For these reasons, it is desired to enable measurement without pretreatment such as coating of an electronic component or substrate having a black or mirror surface. The present invention has been made to respond to this, and therefore the problem is that a moire-type thermal deformation measuring device does not require pretreatment such as coating of a measurement object having a black or mirror surface. Is to be able to.

本発明の発明者等は、従来のモアレ式熱変形測定装置について、表面が黒色や鏡面である測定対象物を測定困難にするという測定困難問題の原因を検討した。その結果、そのモアレセンサの光学系、特に照明系に原因のあることが判った。すなわち従来のモアレセンサは、照明系の照明光として発散光を用いている。そしてそのために、表面が黒色であったり、鏡面であったりする測定対象物には十分な変形格子パターンを生じさせることができず、したがって効果的なモアレ縞を発生させることができなくなって熱変形の測定が困難になるということである。   The inventors of the present invention have studied the cause of the measurement difficulty problem that makes it difficult to measure a measurement object having a black or mirror surface on the conventional moire type thermal deformation measuring apparatus. As a result, it has been found that there is a cause in the optical system of the moire sensor, particularly in the illumination system. That is, the conventional moire sensor uses divergent light as illumination light for the illumination system. For this reason, a measurement object having a black surface or a mirror surface cannot generate a sufficient deformed lattice pattern, and therefore, effective moire fringes cannot be generated, resulting in thermal deformation. It becomes difficult to measure.

このことから、照明系の照明光として平行光を用いることで測定困難問題を効果的に解消できるといえる。   From this, it can be said that the measurement difficulty problem can be effectively solved by using parallel light as illumination light of the illumination system.

本発明は、以上のような知見に基づいており、透明板を組み付けた窓部が設けられた恒温チャンバ中で測定対象物に所望の温度変化を与え、その温度変化による前記測定対象物の熱変形をモアレセンサにより前記窓部を通して測定するようにしてなり、前記モアレセンサは、所定の格子パターンが形成された格子、前記格子を通して照明光を前記測定対象物に照射することで、前記格子パターンの影として前記測定対象物の形状に応じた変形格子パターンを前記測定対象物の表面に生じさせる照明系、および前記格子を通して前記測定対象物における前記変形格子パターンを撮像することで、前記格子パターンと前記変形格子パターンによるモアレ縞を含む画像を得る撮像系を有してなるモアレ式熱変形測定装置において、前記照明光として平行光線が用いられていることを特徴としている。   The present invention is based on the above-described knowledge, and gives a desired temperature change to the measurement object in a constant temperature chamber provided with a window portion assembled with a transparent plate, and heat of the measurement object due to the temperature change. The moire sensor measures the deformation through the window, and the moire sensor irradiates the object to be measured with illumination light through a grating on which a predetermined grating pattern is formed and the grating. As an illumination system for generating a deformed grid pattern on the surface of the measurement object according to the shape of the measurement object, and imaging the deformed grid pattern in the measurement object through the grating, the grid pattern and the In the moire type thermal deformation measuring apparatus having an imaging system for obtaining an image including moire fringes by a deformed lattice pattern, as the illumination light It is characterized in that the line beam is used.

このように照明光に平行光を用いるについては、照明系と撮像系を格子に関して光学的に対称に配置にする、つまり照明系と撮像系それぞれの光軸が格子に対する垂線に対し同じ角度をなすようにして照明系と撮像系を配置するのが好ましい形態となり、このようにすることで、より効果的にモアレ縞を発生させることができるようになる。   As described above, when parallel light is used as illumination light, the illumination system and the imaging system are optically symmetrically arranged with respect to the grating, that is, the optical axes of the illumination system and the imaging system are at the same angle with respect to the perpendicular to the grating. In this way, it is preferable to dispose the illumination system and the imaging system. By doing so, moire fringes can be generated more effectively.

上記のようなモアレ式熱変形測定装置は、照明系と測定対象物の間に恒温チャンバの透明板が介在する。そのため透明板による照明光の反射がモアレ縞画像(モアレ縞を含む画像)に影響を与え、それにより測定精度が低下するなどのおそれがある。したがって透明板による反射光で測定精度の低下などといった悪影響がもたらされることのないようにするのが好ましい。   In the moire type thermal deformation measuring apparatus as described above, a transparent plate of a constant temperature chamber is interposed between the illumination system and the measurement object. Therefore, the reflection of the illumination light by the transparent plate may affect the moire fringe image (image including moire fringes), which may reduce the measurement accuracy. Therefore, it is preferable that the reflected light from the transparent plate does not adversely affect the measurement accuracy.

透明板による反射光の影響を防ぐについては、反射防膜方式と透明板傾斜方式が可能である。反射防膜方式は、透明板に反射防膜を形成して反射光を減少させる方式で、それにより反射光による影響を抑えることができる。ただ、反射防膜方式には、反射防膜の耐久性の問題があり、また透明板の裏面からの反射には有効でないという問題もある。一方、透明板傾斜方式は、格子を基準として透明板を傾ける方式、つまり格子に対する垂線に対し透明板を傾け、これにより透明板からの正反射照明光が撮像系に入るのを避ける方式である。こうした透明板傾斜方式は、適切な傾斜角度を透明板に設定することで、透明板による反射光の影響を効果的に防ぐことができ、より好ましい方式といえる。   In order to prevent the influence of the reflected light by the transparent plate, an antireflection film method and a transparent plate tilt method are possible. The antireflection film system is a system in which an antireflection film is formed on a transparent plate to reduce reflected light, and thereby the influence of reflected light can be suppressed. However, the anti-reflection coating method has a problem of durability of the anti-reflection coating and also has a problem that it is not effective for reflection from the back surface of the transparent plate. On the other hand, the transparent plate tilt method is a method of tilting the transparent plate with respect to the grid, that is, a method of tilting the transparent plate with respect to the perpendicular to the grid, thereby preventing regular reflection illumination light from the transparent plate from entering the imaging system. . Such a transparent plate tilting method can be effectively set by setting an appropriate tilt angle on the transparent plate to effectively prevent the influence of reflected light from the transparent plate.

こうしたことから本発明では、上記のようなモアレ式熱変形測定装置について、前記透明板は、前記照明光が当該透明板で正反射して生じる透明板反射光が前記撮像系における開口絞りで規制された範囲について撮像レンズに入るのを避けることのできる角度で前記垂線に対して傾けるようにすることを好ましい形態としている。   For this reason, in the present invention, in the moiré-type thermal deformation measuring apparatus as described above, the transparent plate is controlled by the aperture stop in the imaging system so that the reflected light from the regular reflection of the illumination light is reflected by the transparent plate. It is preferable that the inclined range is inclined with respect to the perpendicular at an angle that can avoid entering the imaging lens.

以上のような本発明によれば、黒色や鏡面の表面を有している測定対象物でも塗料の塗布などの前処理を行わずに熱変形を測定することができるようになり、モアレ式熱変形測定装置の機能性をより高めることができる。   According to the present invention as described above, it becomes possible to measure thermal deformation without performing pretreatment such as application of a paint even on an object to be measured having a black or mirror surface. The functionality of the deformation measuring device can be further increased.

以下、本発明を実施するための形態について説明する。図1に、一実施形態によるモアレ式熱変形測定装置1の構成を模式化して示す。本実施形態のモアレ式熱変形測定装置1は、恒温チャンバ2、モアレセンサ3、および制御/解析装置4を備えている。   Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described. FIG. 1 schematically shows a configuration of a moire type thermal deformation measuring apparatus 1 according to an embodiment. The moire type thermal deformation measuring apparatus 1 of the present embodiment includes a constant temperature chamber 2, a moire sensor 3, and a control / analyzer 4.

恒温チャンバ2は、一定の温度範囲について任意に設定される温度を維持することで測定対象物6に所望の温度変化を与えることができるようにされている。こうした機能を有する恒温チャンバ2は、密封構造の枠体5で外郭が形成され、その内部に測定対象物6を置くための載置台7が設けられている。   The constant temperature chamber 2 is configured to be able to give a desired temperature change to the measurement object 6 by maintaining a temperature arbitrarily set within a certain temperature range. The constant temperature chamber 2 having such a function has an outer frame formed by a frame 5 having a sealed structure, and a mounting table 7 for placing a measurement object 6 therein is provided.

枠体5は、下部枠体8と上部枠体9をボルト10によるボルト止めで組み合わせた構造に形成され、その上部枠体9に窓部11が設けられている。窓部11は、透明板12を所定の角度で傾けた状態にして組み付けて形成され、その透明板12を通してモアレセンサ3による測定対象物6の照明と撮像を行えるようにされている。   The frame 5 is formed in a structure in which a lower frame 8 and an upper frame 9 are combined by bolting with bolts 10, and a window portion 11 is provided in the upper frame 9. The window portion 11 is formed by assembling the transparent plate 12 in a state inclined at a predetermined angle so that the measurement object 6 can be illuminated and imaged by the moire sensor 3 through the transparent plate 12.

載置台7は、熱源機能を兼ねている。熱源機能としての載置台7は、測定対象物6の加熱または冷却を行えるようにされており、そこに載せられた測定対象物6を所望の目標温度まで加熱または冷却しつつ枠体5内を測定対象物6の目標温度と同じ程度の温度に加熱または冷却できるようにされている。こうした載置台7における加熱用熱源は、電熱構造で形成され、一方、冷却用熱源は、図外の冷却媒体供給源から供給管13を介して供給される冷却媒体を載置台7に循環させることで得るように形成されている。   The mounting table 7 also serves as a heat source function. The mounting table 7 serving as a heat source function is configured to be able to heat or cool the measurement object 6, and heats or cools the measurement object 6 placed on the measurement object 6 to a desired target temperature. It can be heated or cooled to the same temperature as the target temperature of the measuring object 6. The heating heat source in the mounting table 7 is formed with an electric heating structure, while the cooling heat source circulates a cooling medium supplied from a cooling medium supply source (not shown) through the supply pipe 13 to the mounting table 7. It is formed to get in

以上のような恒温チャンバ2は、モアレセンサ3の測定対象物6に対するY方向(紙面に直行する方向)についての走査のための移動を行えるようにされている。具体的には、Y軸ステージ14に支持され、このY軸ステージ14により、紙面に直交する方向の移動を行えるようにされている。   The constant temperature chamber 2 as described above can be moved for scanning in the Y direction (the direction perpendicular to the paper surface) with respect to the measurement object 6 of the moire sensor 3. Specifically, the Y-axis stage 14 supports the Y-axis stage 14 so that the Y-axis stage 14 can move in a direction perpendicular to the paper surface.

モアレセンサ3は、格子15、照明系16、および撮像系17をユニット化して筐体18に収めた構造とされ、その光学系は、図2に示すような構成とされている。   The moire sensor 3 has a structure in which the grating 15, the illumination system 16, and the imaging system 17 are unitized and housed in a housing 18, and the optical system has a configuration as shown in FIG.

格子15は、平板状に形成され、所定の格子パターンが設けられている。その格子パターンとしては、直線格子パターンを用いるのが通常で、本実施形態でもそのようにしている。この格子15は、図示を省略の移動機構により図の状態で上下方向に移動させることができるようにされている。これは、位相シフト法を必要に応じて用いることができるようにするためである。位相シフト法は、モアレ法における一手法であり、これを用いることで高さ方向の分解能を高めることができ、より精度の高い測定が可能となる。   The lattice 15 is formed in a flat plate shape and is provided with a predetermined lattice pattern. As the lattice pattern, a linear lattice pattern is usually used, and this embodiment also does so. The lattice 15 can be moved in the vertical direction in the state shown in the figure by a moving mechanism (not shown). This is because the phase shift method can be used as necessary. The phase shift method is one method in the moire method. By using this method, the resolution in the height direction can be increased, and measurement with higher accuracy is possible.

照明系16は、図2に示すように、光源21が放射する発散光を平行光化レンズ22で平行光化することにより平行光による照明光23を得るようにされている。この照明系16は、格子15を通して照明光23を測定対象物6に照射し、これにより格子15における格子パターンの影として測定対象物6の形状に応じた変形格子パターンを測定対象物6の表面に生じさせる。   As shown in FIG. 2, the illumination system 16 converts the divergent light emitted from the light source 21 into parallel light using a parallel light conversion lens 22 to obtain illumination light 23 by parallel light. The illumination system 16 irradiates the measurement object 6 with illumination light 23 through the grating 15, and thereby forms a deformed lattice pattern corresponding to the shape of the measurement object 6 as a shadow of the grating pattern on the grating 15. To cause.

撮像系17は、図2に示すように、撮像レンズ24、開口絞り25、および撮像素子26を備えており、照明光23による測定対象物6の照明で得られる像光27を開口絞り25による制限範囲で撮像レンズ24により撮像素子26の撮像面に結像させて画像を得るようにされている。この撮像系17は、格子15に関して照明系16と光学的に対称になるように配置されている。すなわち撮像系17は、その光軸17aが格子15に対する垂線Vに対してなす角度が照明系16の光軸16aと垂線Vの角度と同じになるように配置されている。また撮像系17は、こうした配置にあって、格子15を通して測定対象物6を撮像するようにされている。したがって撮像系17における撮像素子26は、測定対象物6の表面に形成される変形格子パターンと格子15における格子パターンの干渉により生じるモアレ縞を含む画像を得ることになる。   As shown in FIG. 2, the imaging system 17 includes an imaging lens 24, an aperture stop 25, and an image sensor 26, and image light 27 obtained by illuminating the measurement target 6 with illumination light 23 is generated by the aperture stop 25. An image is obtained by forming an image on the imaging surface of the imaging element 26 by the imaging lens 24 within the limited range. The imaging system 17 is arranged so as to be optically symmetric with respect to the illumination system 16 with respect to the grating 15. That is, the imaging system 17 is arranged such that the angle formed by the optical axis 17 a with respect to the perpendicular V with respect to the grating 15 is the same as the angle between the optical axis 16 a of the illumination system 16 and the perpendicular V. In addition, the imaging system 17 is configured to image the measurement object 6 through the grid 15 in such an arrangement. Therefore, the image pickup device 26 in the image pickup system 17 obtains an image including moire fringes caused by interference between the deformed lattice pattern formed on the surface of the measurement object 6 and the lattice pattern in the lattice 15.

こうしたモアレセンサ3は、測定対象物6に対するX方向(矢印Xで示す方向)についての走査のための移動を行えるようにされている。具体的には、X軸ステージ28で支持され、このX軸ステージ28により、矢印Xの方向での移動を行えるようにされている。   Such a moire sensor 3 can move for scanning in the X direction (the direction indicated by the arrow X) with respect to the measurement object 6. Specifically, it is supported by an X-axis stage 28 and can be moved in the direction of arrow X by this X-axis stage 28.

ここで、恒温チャンバ2における透明板12とモアレセンサ3の光学系の関係について説明する。上述のように透明板12は、所定の角度で傾けた状態とされている。その傾き角度は、図2に示す角度αで、格子15に対する透明板12の傾きの角度である。これは、格子15の垂線V(これは上述のように照明系16と撮像系17の対称配置における基準線でもある)に直交するようにして撮像系17と照明系16の対称配置方向に引いた線分Lに対する透明板12の傾きの角度と言い換えることができる。   Here, the relationship between the optical system of the transparent plate 12 and the moire sensor 3 in the constant temperature chamber 2 will be described. As described above, the transparent plate 12 is inclined at a predetermined angle. The inclination angle is an angle α shown in FIG. 2 and is an angle of inclination of the transparent plate 12 with respect to the grating 15. This is drawn in the symmetrical arrangement direction of the imaging system 17 and the illumination system 16 so as to be orthogonal to the perpendicular V of the grating 15 (which is also the reference line in the symmetrical arrangement of the illumination system 16 and the imaging system 17 as described above). In other words, the angle of inclination of the transparent plate 12 with respect to the line segment L can be said.

このように透明板12を傾斜させるのは、照明光23が透明板12で正反射して生じる透明板反射光が開口絞り25で規制された範囲について撮像レンズ24に入射するのを実効的に避けることができるようにするため、つまり透明板反射光について実効的な入射制限をなせるようにするためである。したがって角度αは、モアレセンサ3における光学系の構成に応じた上記のような入射制限をなすのに必要な角度として設定されることになる。こうした角度αは、実際の光学系について実験することで容易に求めることができる。なお角度αは、入射制限をなすのに必要最小限とするのが好ましい。これは、角度αが大きくなると、それだけ恒温チャンバ2の内部空間が制限されることになるからである。   The reason why the transparent plate 12 is tilted in this way is that the transparent plate reflected light generated by the regular reflection of the illumination light 23 by the transparent plate 12 is effectively incident on the imaging lens 24 in the range restricted by the aperture stop 25. This is in order to be able to avoid it, that is, to make it possible to effectively limit the incidence of light reflected on the transparent plate. Therefore, the angle α is set as an angle necessary for making the above-described incident restriction according to the configuration of the optical system in the moire sensor 3. Such an angle α can be easily obtained by experimenting with an actual optical system. Note that the angle α is preferably set to the minimum necessary for limiting incidence. This is because the internal space of the constant temperature chamber 2 is limited as the angle α increases.

制御/解析装置4は、一般的なコンピュータシステムを用いて構成されており、そこに実装されているプログラムにより、モアレセンサ3における照明系16と撮像系17の制御を行い、またモアレセンサ3で得られるモアレ縞画像(モアレ縞を含む画像)を測定対象物6の熱変形測定のために解析し、その結果を適宜なデータ形態にして出力する。こうした制御/解析装置4の機能については公知の手法を用いることができる。   The control / analysis apparatus 4 is configured by using a general computer system, and controls the illumination system 16 and the imaging system 17 in the moire sensor 3 by a program installed therein, and is obtained by the moire sensor 3. Moire fringe images (images including moire fringes) are analyzed for measurement of thermal deformation of the measurement object 6, and the results are output in an appropriate data format. A known method can be used for the function of the control / analysis device 4.

以下では、以上のようなモアレ式熱変形測定装置1による熱変形測定の例を説明する。ただし、測定対象物6がBGAパッケージの電子部品であり、加熱での温度変化による熱変形を測定する場合とする。熱変形測定を行うには、まず恒温チャンバ2の上部枠体9を取り外して測定対象物6つまり電子部品6を載置台7に載せる。   Below, the example of the thermal deformation measurement by the above moire type thermal deformation measuring apparatuses 1 is demonstrated. However, it is assumed that the measurement object 6 is an electronic component of a BGA package and the thermal deformation due to temperature change due to heating is measured. In order to perform thermal deformation measurement, first, the upper frame 9 of the constant temperature chamber 2 is removed, and the measurement object 6, that is, the electronic component 6 is placed on the mounting table 7.

それから上部枠体9を戻した後、載置台7の熱源機能により電子部品6を目標温度(例えば電子部品の実装時のはんだ付け温度程度の温度)まで加熱すると同時に枠体5内を電子部品6の目標温度と同じ程度の温度まで加熱する。これにより電子部品6には、一例として図3に誇張して示すような状態の熱変形を生じ、それに応じて電子部品6における端子群Tgの平坦度が変化する。   Then, after returning the upper frame body 9, the electronic component 6 is heated to a target temperature (for example, a temperature about the soldering temperature when mounting the electronic component) by the heat source function of the mounting table 7, and at the same time, the inside of the frame body 5 is heated inside the electronic component 6. Heat to the same temperature as the target temperature. As a result, the electronic component 6 undergoes thermal deformation in a state exaggerated in FIG. 3 as an example, and the flatness of the terminal group Tg in the electronic component 6 changes accordingly.

恒温チャンバ2の温度は制御/解析装置4で監視されており、目標温度に達すると、制御/解析装置4による制御の下でモアレセンサ3による測定対象物6の照明と撮像がなされる。この照明・撮像処理は、必要に応じてモアレセンサ3の測定対象物6に対する上述のような走査を繰返しながら進められる。ここで、走査を必要とする場合とは、照明系16による照明光の照射野が測定対象物6のサイズより小さい場合などである。   The temperature of the constant temperature chamber 2 is monitored by the control / analysis device 4. When the target temperature is reached, the measurement object 6 is illuminated and imaged by the moire sensor 3 under the control of the control / analysis device 4. This illumination / imaging process is performed while repeating the above-described scanning of the measurement object 6 of the moire sensor 3 as necessary. Here, the case where scanning is required is a case where the irradiation field of the illumination light by the illumination system 16 is smaller than the size of the measurement object 6.

モアレセンサ3による測定対象物6の撮像では、モアレ縞画像が得られ、それが制御/解析装置4に送られる。そして制御/解析装置4は、そのモアレ縞画を解析し、それで得られる測定対象物の熱変形測定結果を適宜なデータ形態にして出力する。   In imaging the measurement object 6 by the moire sensor 3, a moire fringe image is obtained and sent to the control / analysis device 4. Then, the control / analysis device 4 analyzes the moire fringe image, and outputs the thermal deformation measurement result of the measurement object obtained in the appropriate data form.

以上のようなモアレ式熱変形測定装置1は、モアレセンサ3における照明光に平行光を用いている。このため測定対象物6の表面が黒色や鏡面であっても、そのままで測定対象物6に十分な変形格子パターンを生じさせることができ、したがって効果的なモアレ縞を発生させることができる。すなわち表面が黒色や鏡面である測定対象物についても、塗料の塗布などの前処理を必要とせずに、そのままで熱変形測定を行うことができる。またモアレ式熱変形測定装置1では、モアレセンサ3における照明系16と撮像系17を対称配置としている。このためモアレ縞をより効果的に発生させることができ、より精度の高い測定が可能となる。   The moire type thermal deformation measuring apparatus 1 as described above uses parallel light as illumination light in the moire sensor 3. For this reason, even if the surface of the measuring object 6 is black or a mirror surface, a sufficient deformed lattice pattern can be generated on the measuring object 6 as it is, and therefore effective moire fringes can be generated. That is, even for a measurement object whose surface is black or mirrored, it is possible to perform thermal deformation measurement as it is without requiring pretreatment such as application of paint. In the moiré type thermal deformation measuring apparatus 1, the illumination system 16 and the imaging system 17 in the moiré sensor 3 are arranged symmetrically. For this reason, moire fringes can be generated more effectively and measurement with higher accuracy is possible.

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、これは代表的な例に過ぎず、本発明は、その趣旨を逸脱することのない範囲で様々な形態で実施することができる。   As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this is only a typical example, This invention can be implemented with a various form in the range which does not deviate from the meaning.

一実施形態によるモアレ式熱変形測定装置の構成を模式化して示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the moire type thermal deformation measuring apparatus by one Embodiment. モアレセンサの光学系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical system of a moire sensor. 電子部品に生じる熱変形の例を誇張して示す図である。It is a figure which exaggerates and shows the example of the thermal deformation which arises in an electronic component.

符号の説明Explanation of symbols

1 モアレ式熱変形測定装置
2 恒温チャンバ
3 モアレセンサ
6 測定対象物
10 窓部
12 透明板
15 格子
16 照明系
16a 照明系の光軸
17 撮像系
17a 撮像系の光軸
23 照明光
24 撮像レンズ
25 開口絞り
V 垂線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Moire type thermal deformation measuring apparatus 2 Constant temperature chamber 3 Moire sensor 6 Measurement object 10 Window part 12 Transparent plate 15 Grating 16 Illumination system 16a Optical axis of illumination system 17 Imaging system 17a Optical axis of imaging system 23 Illumination light 24 Imaging lens 25 Aperture Aperture V Perpendicular

Claims (3)

透明板を組み付けた窓部が設けられた恒温チャンバ中で測定対象物に所望の温度変化を与え、その温度変化による前記測定対象物の熱変形をモアレセンサにより前記窓部を通して測定するようにしてなり、前記モアレセンサは、所定の格子パターンが形成された格子、前記格子を通して照明光を前記測定対象物に照射することで、前記格子パターンの影として前記測定対象物の形状に応じた変形格子パターンを前記測定対象物の表面に生じさせる照明系、および前記格子を通して前記測定対象物における前記変形格子パターンを撮像することで、前記格子パターンと前記変形格子パターンによるモアレ縞を含む画像を得る撮像系を有してなるモアレ式熱変形測定装置において、
前記照明光として平行光線が用いられていることを特徴とするモアレ式熱変形測定装置。
A desired temperature change is given to a measurement object in a constant temperature chamber provided with a window part with a transparent plate, and thermal deformation of the measurement object due to the temperature change is measured through the window part by a moire sensor. The moire sensor irradiates the object to be measured with illumination light through a grating on which a predetermined grating pattern is formed, and forms a deformed grating pattern according to the shape of the object to be measured as a shadow of the grating pattern. An illumination system that is generated on the surface of the measurement object, and an imaging system that obtains an image including the moire fringes by the lattice pattern and the deformed grating pattern by imaging the deformed grating pattern in the measurement object through the grating. In the moire type thermal deformation measuring device that has,
A moiré-type thermal deformation measuring apparatus, wherein parallel light is used as the illumination light.
前記照明系と前記撮像系は、それぞれの光軸が前記格子に対する垂線に対し同じ角度をなすようにして配置されていることを特徴とする請求項1に記載のモアレ式熱変形測定装置。   The moire type thermal deformation measuring apparatus according to claim 1, wherein the illumination system and the imaging system are arranged such that respective optical axes form the same angle with respect to a perpendicular to the grating. 前記透明板は、前記照明光が当該透明板で正反射して生じる透明板反射光が前記撮像系における開口絞りで規制された範囲について撮像レンズに入るのを避けることのできる角度で前記垂線に対して傾けられていることを特徴とする請求項1に記載のモアレ式熱変形測定装置。   The transparent plate has an angle at which the transparent plate reflected light generated by regular reflection of the illumination light by the transparent plate can be prevented from entering the imaging lens with respect to a range restricted by the aperture stop in the imaging system. The moiré type thermal deformation measuring device according to claim 1, wherein the moiré type thermal deformation measuring device is inclined with respect to the surface.
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