JP2010109146A - 実装部品の検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に実装されたＴＣＰに対する撮像カメラの焦点合わせを容易に行えるようにした検査装置を提供することにある。
【解決手段】基板に実装されたＴＣＰの実装状態を撮像する撮像カメラ１５と、撮像カメラを基板に実装されたＴＣＰに対して接離する方向に駆動する上下駆動源１９と、撮像カメラからの画像信号に基いて撮像カメラの焦点が所定の位置に合っているか否かを判定する判定部２３と、判定部２３の判定に基いて上下駆動源を作動させて撮像カメラを駆動し撮像カメラの焦点を所定の位置に合わせる駆動制御部２６と、撮像カメラの焦点が所定の位置に合わされたときの上下駆動源による撮像カメラの焦点位置が格納蓄積される記憶部２４と、撮像カメラの焦点の位置合わせを繰り返して行うとき、記憶部に格納蓄積された撮像カメラの焦点位置に基いて撮像カメラの駆動範囲を設定する設定部２７を具備する。
【選択図】 図６

Description

この発明は基板に異方性導電部材を介して実装された電子部品の実装状態の検査装置及び検査方法に関する。

たとえば、基板としての液晶セルは外面に偏向板が貼り付けられた２枚のガラス板の内面を対向させてシール剤によって所定の間隔で貼り合わせ、これらガラス板間に液晶を封入して形成される。

上記液晶セルの側辺部には駆動用の電子部品としてのＴＣＰ（Tape Carrier Package）が実装される。液晶セルの側辺部にＴＣＰを実装する場合、その側辺部にテープ状の異方性導電部材を貼着し、そこに上記ＴＣＰを仮圧着した後、このＴＣＰを圧着ツールで加熱加圧することで、上記異方性導電部材を溶融硬化させて本圧着するようにしている。

特許文献１には液晶セルの側辺部にＴＣＰを異方性導電部材によって本圧着（実装）する実装装置が開示されている。

ＴＣＰを液晶セルに本圧着したならば、その実装が確実に行なわれているか否かが検査される。液晶セルに対するＴＣＰの実装状態の検査は、ＴＣＰと基板との間に介在する異方性導電部材に含まれた金属粒子が確実に潰されているか否か、つまり上記金属粒子によってＴＣＰと液晶セルの端子が電気的に確実に接続されているか否かによって判定される。

すなわち、液晶セルの側辺部の上面にＴＣＰを実装したならば、その実装部分を液晶セルの下面側から撮像カメラによって撮像する。液晶セルは透明なガラス板によって形成されているから、ガラス板を通してガラス板とＴＣＰとの間に介在する異方性導電部材に含まれた金属粒子の状態を観察することができる。それによって、上記ＴＣＰの実装状態の良否を判定することができる。

上記ＴＣＰの実装部分を撮像カメラによって撮像する場合、その撮像カメラの焦点位置を液晶セルとＴＣＰの間の異方性導電部材に一致するよう、上記撮像カメラを位置決め駆動する。

上記撮像カメラは、上記異方性導電部材に含まれる金属粒子が微細であるため、その金属粒子を確実に観察できるよう倍率の高いものが用いられる。そのため、撮像カメラは焦点深度が浅く、視野が狭くなるから、その焦点位置を液晶セルとＴＣＰの間に介在する異方性導電部材に合わせるのに多くの手間が掛かるということがある。

一般的に、撮像カメラの焦点位置を被写体に合わせるには、撮像カメラと被写体との距離を予め測定手段で測定しておき、その結果に基いて撮像カメラを駆動して位置決めするアクティブ方式とよればれる第１の方法と、所定の範囲内を撮像カメラで一方向から順に撮像し、最もピンボケしていない画像が得られた位置に撮像カメラを位置決めするパッシブ方式とよればれる第２の方法が知られている。
特開２００３−２３４３７３号公報

アクティブ方式では撮像カメラの移動量を予め設定できるから、位置合わせに要する時間を比較的短くできるという利点を有する。しかしながら、撮像カメラと被写体との距離を測定する測定手段が必要になるから、構成の複雑化やコストアップを招くというデメリットが生じる。

パッシブ方式では測定手段が不要であるため、アクティブ方式に比べて安価に構成することができる。しかしながら、撮像カメラの焦点位置が被写体に一致する位置を探すのに時間が掛かるということがある。

しかも、撮像カメラを移動させる範囲（駆動範囲）を大きくし過ぎると、焦点位置を被写体に一致させるまでの駆動時間が長く掛かることがあり、逆に駆動範囲を狭くすると、その駆動範囲内に被写体に一致する撮像カメラの焦点位置がないということもある。

この発明は、撮像手段の焦点を、所定の位置に迅速かつ確実に位置決めすることができるようにした実装部品の検査装置及び検査方法を提供することにある。

この発明は、基板に実装された電子部品の実装状態を検査する検査装置であって、
上記基板に実装された電子部品の実装状態を撮像する撮像手段と、
この撮像手段を上記基板に実装された電子部品に対して接離する方向に駆動する駆動手段と、
上記撮像手段からの画像信号に基いて上記撮像手段の焦点が所定の位置に合っているか否かを判定する判定手段と、
この判定手段の判定に基いて上記駆動手段を作動させて上記撮像手段を駆動しこの撮像手段の焦点を所定の位置に合わせる駆動制御手段と、
上記撮像手段の焦点が所定の位置に合わされたときの上記駆動手段による上記撮像手段の焦点位置が格納蓄積される記憶手段と、
上記撮像手段の焦点の位置合わせを繰り返して行うとき、上記記憶手段に格納蓄積された上記撮像手段の焦点位置に基いて上記撮像手段の駆動範囲を設定する設定手段と
を具備したことを特徴とする実装部品の検査装置にある。

上記設定手段は、上記記憶手段に蓄積された上記撮像手段の複数回の焦点位置の平均値から標準偏差を求め、上記撮像手段の駆動範囲を上記標準偏差の３倍の範囲内に設定することが好ましい。

上記基板の側辺部には上記電子部品が異方性導電部材によって実装されていて、
上記撮像手段は上記基板と上記電子部品との間に介在する上記異方性導電部材を上記基板を通じて撮像することが好ましい。

上記記憶手段は、基板の品種と、その基板の品種に応じて実装される複数の電子部品の位置毎に上記撮像手段の上記焦点位置が格納蓄積されていて、
上記撮像手段の焦点の位置合わせを行うとき、同じ品種の基板の同じ位置に実装される複数の電子部品に分けて上記記憶手段に格納蓄積された上記撮像手段の焦点位置に基いて上記撮像手段の駆動範囲が設定されることが好ましい。

この発明は、基板に実装された電子部品の実装状態を検査する検査方法であって、
上記基板に実装された電子部品の実装状態を撮像手段によって撮像する工程と、
上記電子部品の実装状態を撮像するとき、上記撮像手段を上記基板に実装された電子部品に対して接離する方向に駆動して上記撮像手段の焦点を所定の位置に合わせる工程と、
上記撮像手段からの画像信号に基いて上記撮像手段の焦点が上記所定の位置に合っているか否かを判定する工程と、
上記判定に基いて上記撮像手段を駆動してこの撮像手段の焦点を上記所定の位置に合わせる工程と、
上記撮像手段の焦点が所定の位置に合わされたとき、上記駆動手段によって駆動された上記撮像手段の焦点位置を格納蓄積する工程と、
上記撮像手段の焦点の位置合わせを繰り返して行うとき、格納蓄積された上記撮像手段の焦点位置に基いて上記撮像手段の上記駆動範囲を設定する工程と
を特徴とする実装部品の検査方法にある。

上記撮像手段の駆動位置の格納蓄積は、基板の品種と、その基板に実装される電子部品の位置に毎に分類されることが好ましい。

この発明によれば、撮像手段を駆動手段で駆動してその焦点を所定の位置に合わせたときの上記撮像手段の焦点位置を格納蓄積し、撮像手段の焦点の位置合わせを繰り返して行うとき、上記蓄積に基いて撮像手段の駆動範囲を設定するようにした。

そのため、撮像手段の駆動範囲を格納蓄積された焦点位置に基いて狭くし、しかも撮像手段の焦点の位置合わせを、この撮像手段の駆動範囲内で行うことが可能となるから、その位置合わせを迅速かつ確実に行なうことができる。

以下、この発明の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１に示すこの発明の検査装置は液晶セルなどの基板Ｗを水平方向に駆動位置決めする駆動機構１を備えている。この駆動機構１はベース部材２を有し、このベース部材２には同図に矢印で示すＸ方向に移動可能なＸテーブル３が設けられている。このＸテーブル３は上記ベース部材２の一端に設けられたＸ駆動源４によってＸ方向に駆動されるようになっている。

上記Ｘテーブル３には、上記Ｘ方向と直交するＹ方向に沿って移動可能なＹテーブル５が設けられている。このＹテーブル５は上記Ｘテーブル３の一端に設けられたＹ駆動源６によって上記Ｘ方向と直交するＹ方向に駆動されるようになっている。

図２と図３に示すように上記基板Ｗの４つの側辺のうち、たとえば１つの側辺にはμｍ単位の幅寸法で複数の透明な金属端子１１が所定間隔で設けられ、その金属端子１１には電子部品としての複数のＴＣＰ８、たとえば図２に示すように８つのＴＣＰ８（それぞれのＴＣＰの符号を８ａ〜８ｈとする）がテープ状の異方性導電部材１２を介して所定間隔で本圧着されている。

基板Ｗの側辺部にＴＣＰ８を本圧着する前、異方性導電部材１２に含まれた金属微粒子１３は図４（ａ）に示すように球形の状態で水平方向に対して所定の間隔で分散している。そして、上記ＴＣＰ８を基板Ｗの側辺部に本圧着すると、図４（ｂ）に示すように上記金属微粒子１３はＴＣＰ８と基板Ｗとで押し潰されて楕円形状或いは非円形状になる。

それによって、上記基板Ｗに異方性導電部材１２を介してＴＣＰ８が本圧着された後、異方性導電部材１２に含まれた金属微粒子１３が十分に押し潰されているか否かを確認することで、上記ＴＣＰ８が基板Ｗの側辺部に確実に本圧着されているかどうかを判定することができる。

基板Ｗに本圧着されたＴＣＰ８は、その圧着状態の良否が上記ベース部材２の確認位置に配置された撮像手段としての撮像カメラ１５によって基板Ｗの後述するように下面側から撮像されることで確認される。そして、その撮像に基いてＴＣＰ８の実装状態が上述した金属微粒子３の潰れ状態によって判定される。

図１に示すように、上記撮像カメラ１５は上下可動体１７の上面に撮像窓１５ａを上に向けて垂直に設けられている。上下可動体１７はリニアガイド１６にガイドされて上下動可能となっている。この上下可動体１７には上記リニアガイド１６に回転可能に支持された送りねじ１８が螺合されている。この送りねじ１８は駆動手段としての上下駆動源１９によって回転駆動される。それによって、上記撮像カメラ１５が設けられた上記上下可動体1７が上下方向に駆動される。

ＴＣＰ８の本圧着状態を撮像した上記撮像カメラ１５の撮像信号は、図６に示すように画像処理部２１に出力される。画像処理部２１は上記撮像カメラ１５の撮像信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して制御装置２２に設けられた判定部２３に出力する。

上記判定部２３では撮像カメラ１５によって撮像された画像の焦点が高さ方向の所定の位置、つまり基板ＷのＴＣＰ８との間に介在する異方性導電部材１２の高さ位置に合っているか否かを判定する。

すなわち、その判定は、上記画像処理部２１でデジタル化された上記撮像カメラ１５からの撮像信号を、上記判定部２３でたとえば基板Ｗの側辺部に設けられた金属端子１１の長手方向に対して直交する方向である、幅方向に沿って走査し、そのときの画像の白を（０）、黒を（１）とし、（０）と（１）の分布状態を調べ、その結果によって焦点が合っているか否かを判定する。

上記撮像カメラ１５の焦点位置が基板ＷとＴＣＰ８との間に設けられた上記異方性導電部材１２の高さ位置、すなわち基板Ｗに設けられた金属端子１１の高さ位置に合っていれば、金属端子１１は黒（１）として判定され、それ以外の部分は白（０）として判定される。したがって、撮像カメラ１５の焦点が金属端子１１の高さ位置に合っている場合、（１）と（０）の分布状態は図５（ａ）に示すよう金属端子１１の幅方向両端の境界が明確に分かれるから、垂直に段差が付いた状態になる。

それに対して撮像カメラ１５の焦点が金属端子１１の高さ位置に合っていない場合には、図５（ｂ）に示すよう金属端子１１の幅方向両端の境界部分での（１）と（０）の分布状態が不鮮明になるから、その境界部分はなだらかな曲線となる。

したがって、上記撮像カメラ１５をたとえば下方から上方に向かって所定の高さの範囲で駆動して基板ＷのＴＣＰ８が本圧着された部分を下面側から走査する。そして、その走査範囲内で撮像カメラ１５のピンボケしていない画像を上記判定部２３で判定し、そのときの高さに撮像カメラ１５を移動する。つまり、撮像カメラ１５の焦点位置を異方性導電部材１２の高さ位置に合わせる。

撮像カメラ１５の焦点位置を異方性導電部材１２の高さ位置に合わせたならば、その位置の画像から作業者はＴＣＰ８の実装状態の良否を判定し、さらにそのときの撮像カメラ１５の焦点位置は記憶部２４にＹテーブル５のＸ、Ｙ座標と関連付けて記憶される。なお、このときの基板Ｗの品種は予め記憶されている。

上記基板Ｗの１つの側辺部には、上述したように８つのＴＣＰ８ａ〜８ｈが実装されている。したがって、基板Ｗの品種及びＹテーブル５のＸ、Ｙ座標と関連付けて各ＴＣＰ８ａ〜８ｈを撮像するとき、撮像カメラ１５の焦点が異方性導電部材１２に一致する高さ位置が各ＴＣＰ８ａ〜８ｈ毎に記憶部２４に記憶される。

記憶部２４では、８つのＴＣＰ８ａ〜８ｈに対する撮像カメラ１５の焦点位置のデータが各ＴＣＰ８ａ〜８ｈ毎に複数回、たとえば１０回程度蓄積される。記憶部２４に蓄積されたデータは設定部２７に送られる。設定部２７では、各ＴＣＰ８ａ〜８ｈ毎のデータの平均値ｍを求め、その平均値ｍから各ＴＣＰ８ａ〜８ｈ毎の標準偏差σを算出する。

図７は、たとえば１つのＴＣＰ８ａに対して撮像カメラ１５の焦点位置合わせを１０回行ったときの、撮像カメラ１５の焦点位置が異方性導電部材１２に一致したときの、上記撮像カメラ１５の高さ位置をプロットし、それらの高さ位置の平均値ｍを求め、さらに標準偏差σを求めるときの説明図である。

このように、記憶部２４に記憶された各ＴＣＰ８ａ〜８ｈを撮像するための撮像カメラ１５の焦点を異方性導電部材１２の高さに合せたときの上記撮像カメラ１５の焦点位置に基いて、設定部２７で各ＴＣＰ８ａ〜８ｈ毎に撮像カメラ１５の高さ位置の標準偏差σを求め終わったならば、つぎからのＴＣＰ８、たとえばつぎの基板Ｗに実装されたＴＣＰ８を撮像する際には、撮像カメラ１５を駆動制御部２６によって各ＴＣＰ８ａ〜８ｈ毎の標準偏差σの３倍の範囲内、つまり３σの範囲内で上下方向に駆動する。

すなわち、複数の基板ＷのＴＣＰ８ａ〜８ｈに対し、実装状態を判定するために撮像カメラ１５の焦点合わせを繰り返して行う場合、設定部２７で求められた標準偏差σに基いて撮像カメラ１５の上下方向の走査範囲標準偏差σの３倍の範囲に設定する。

それによって、統計上、基板Ｗの１つの側辺部に８つのＴＣＰ８ａ〜８ｈを実装した異方性導電部材１２に対し、撮像カメラ１５の焦点位置を迅速に、しかも確実に合わせることが可能となるから、８つのＴＣＰ８ａ〜８ｈの実装状態、つまり異方性導電部材１２に含まれた金属微粒子１３の潰れ度合の判定を作業者は肉眼によって能率よく確実に行なうことができる。

図８は上述した動作を説明したフローチャートである。すなわち、ＳＴＥＰ１では基板ＷがＴＣＰ８の圧着状態を確認する位置に駆動位置決めされる。それと同時に、撮像カメラ１５は走査開始位置に位置決めされる。

ＳＴＥＰ２では撮像カメラ１５を下方から上方に向かって走査させる。ＳＴＥＰ３では撮像カメラ１５の走査範囲内で、ピンボケしていない画像が得られる位置に上記撮像カメラ１５を移動させた後、その画像によってＴＣＰ８の実装状態を判定する。それと同時に、そのときの撮像カメラ１５の高さ位置を蓄積する。

ＳＴＥＰ４では、基板Ｗに実装された全てのＴＣＰ８に対してピンボケしない撮像カメラ１５の高さ位置を求めて蓄積する。ＳＴＥＰ５では蓄積された各ＴＣＰ８に対する撮像カメラ１５の焦点の高さ位置から、新しい基板Ｗに対する撮像カメラ１５の走査範囲を決定し、決定された走査範囲に基いて新しい基板Ｗに実装されたＴＣＰ８に対して上述した動作を繰り返して行う。

以上のように、基板Ｗの１つの側辺部に実装された８つのＴＣＰ８ａ〜８ｈの実装状態を撮像カメラ１５によって撮像して判定する場合、基板Ｗの撓み状態などによってそれぞれのＴＣＰ８ａ〜８ｈの高さが異なることがあるから、その高さに応じて撮像カメラ１５の焦点位置を変えて撮像しなければならないことがある。

その場合、作業者が熟練度に頼ってその都度、撮像カメラ１５を上下方向に走査させて焦点を合わせるようにしたのでは、焦点深度が浅く、視野が狭い特に撮像カメラ１５を用いている場合には作業性が大幅に低下することになる。

しかしながら、基板Ｗの大きさや材質などの品質が同じで、同じ数のＴＣＰ８を実装する場合などであれば、各基板ＷのＸ、Ｙ方向において同じ位置のＴＣＰ８であれば、そのＴＣＰ８を撮像するための撮像カメラ１５の焦点位置はほぼ同じ或いはそのずれは所定の範囲内、つまり標準偏差σの３倍の範囲内であると考えることができる。

したがって、上述したようにそれぞれのＴＣＰ８の位置において、撮像カメラ１５の焦点が異方性導電部材１２に合う高さ位置を複数回求め、その複数回の高さのデータから平均値ｍ及び標準偏差σを算出し、その標準偏差σの３倍の範囲内で撮像カメラ１５を上下方向に走査させるようにすれば、ほとんどの場合はその走査範囲内で撮像カメラ１５の焦点位置を異方性導電部材１２に合わせることが可能となる。

このように、撮像カメラ１５の上下方向の走査範囲を標準偏差σの３倍の範囲内とすれば、その駆動範囲を十分に狭くすることができるから、撮像カメラ１５の焦点合わせを迅速かつ的確に行なうことが可能となる。

なお、基板Ｗによってはその４つの側辺部の２つ以上の側辺部にそれぞれに複数のＴＣＰ８が実装されることがある。その場合、上述したように各側辺毎の複数のＴＣＰ８それぞれの標準偏差σを求め、各ＴＣＰ８毎の標準偏差σから各側辺部ごとの標準偏差σを求め、その側辺部毎の標準偏差σに基いて１つの側辺部に設けられた複数のＴＣＰ８に対して撮像カメラ１５の上下方向の走査範囲を同じに設定してもよい。

つまり、１つずつのＴＣＰ８に対して標準偏差σを設定してもよいが、標準偏差σを各側辺部毎に設定し、各辺毎に撮像カメラ１５の上下方向の走査範囲を設定するようにしてもよい。

また、基板Ｗの１つの側辺部に複数のＴＣＰ８が実装されている場合、複数のＴＣＰ８の標準偏差σから１つの側辺部全体のＴＣＰ８に対して１つの標準偏差σを求め、その標準偏差σに基いて複数のＴＣＰ８に対して撮像カメラ１５の上下方向の走査範囲を設定してもよい。

この発明の一実施の形態を示す検査装置の概略図。 ＴＣＰが実装された基板の一端部を示す平面図。 ＴＣＰが実装された基板の一端部を拡大して示す側面図。 （ａ）はＴＣＰの実装が不確実な場合の異方性導電部材の金属微粒子の状態を説明するための図、（ｂ）はＴＣＰの実装が確実に行われた場合の異方性導電部材の金属微粒子の状態を説明するための図。 （ａ）は撮像カメラの焦点が金属端子に合っているときの画像の状態の説明図、（ｂ）は撮像カメラの焦点が金属端子に合っていないときの画像の状態の説明図。 制御系統のブロック図。 同じ位置のＴＣＰを撮像カメラによって複数回を撮像したときの標準偏差を求めるため説明図。 基板の位置決めと撮像カメラによる撮像の動作を示すフローチャート。

符号の説明

１…駆動機構、１１…金属端子、１２…異方性導電部材、１３…金属微粒子、１５…撮像カメラ（撮像手段）、１９…上下駆動源（駆動手段）、２１…画像処理部、２２…制御装置、２３…判定部（判定手段）、２４…記憶部（記憶手段）、２６…駆動制御部（駆動制御手段）、２７…設定部（設定手段）。

Claims (6)

1. 基板に実装された電子部品の実装状態を検査する検査装置であって、
   上記基板に実装された電子部品の実装状態を撮像する撮像手段と、
   この撮像手段を上記基板に実装された電子部品に対して接離する方向に駆動する駆動手段と、
   上記撮像手段からの画像信号に基いて上記撮像手段の焦点が所定の位置に合っているか否かを判定する判定手段と、
   この判定手段の判定に基いて上記駆動手段を作動させて上記撮像手段を駆動しこの撮像手段の焦点を所定の位置に合わせる駆動制御手段と、
   上記撮像手段の焦点が所定の位置に合わされたときの上記駆動手段による上記撮像手段の焦点位置が格納蓄積される記憶手段と、
   上記撮像手段の焦点の位置合わせを繰り返して行うとき、上記記憶手段に格納蓄積された上記撮像手段の焦点位置に基いて上記撮像手段の駆動範囲を設定する設定手段と
   を具備したことを特徴とする実装部品の検査装置。
2. 上記設定手段は、上記記憶手段に蓄積された上記撮像手段の複数回の焦点位置の平均値から標準偏差を求め、上記撮像手段の駆動範囲を上記標準偏差の３倍の範囲内に設定することを特徴とする請求項１記載の実装部品の検査装置。
3. 上記基板の側辺部には上記電子部品が異方性導電部材によって実装されていて、
   上記撮像手段は上記基板と上記電子部品との間に介在する上記異方性導電部材を上記基板を通じて撮像することを特徴とする請求項１記載の実装部品の検査装置。
4. 上記記憶手段は、基板の品種と、その基板の品種に応じて実装される複数の電子部品の位置毎に上記撮像手段の上記焦点位置が格納蓄積されていて、
   上記撮像手段の焦点の位置合わせを行うとき、同じ品種の基板の同じ位置に実装される複数の電子部品に分けて上記記憶手段に格納蓄積された上記撮像手段の焦点位置に基いて上記撮像手段の駆動範囲が設定されることを特徴とする請求項１記載の実装部品の検査装置。
5. 基板に実装された電子部品の実装状態を検査する検査方法であって、
   上記基板に実装された電子部品の実装状態を撮像手段によって撮像する工程と、
   上記電子部品の実装状態を撮像するとき、上記撮像手段を上記基板に実装された電子部品に対して接離する方向に駆動して上記撮像手段の焦点を所定の位置に合わせる工程と、
   上記撮像手段からの画像信号に基いて上記撮像手段の焦点が上記所定の位置に合っているか否かを判定する工程と、
   上記判定に基いて上記撮像手段を駆動してこの撮像手段の焦点を上記所定の位置に合わせる工程と、
   上記撮像手段の焦点が所定の位置に合わされたとき、上記駆動手段によって駆動された上記撮像手段の焦点位置を格納蓄積する工程と、
   上記撮像手段の焦点の位置合わせを繰り返して行うとき、格納蓄積された上記撮像手段の焦点位置に基いて上記撮像手段の上記駆動範囲を設定する工程と
   を特徴とする実装部品の検査方法。
6. 上記撮像手段の駆動位置の格納蓄積は、基板の品種と、その基板に実装される電子部品の位置に毎に分類されることを特徴とする請求項５記載の電子部品の検査方法。

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