JP4796232B2 - 半田高さ計測方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に塗布されたクリーム半田の高さを、基板の反りやうねりによる影響を除去して正確に求めることができるようにした半田高さの計測方法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、基板に塗布されるクリーム半田の高さは数年前までは200〜300ミクロンであったが、近年では部品の小型化や高密度化にともなって100〜200ミクロンの高さとなり、小さな部品のクリーム半田の場合には100ミクロン以下の高さに形成されている。
【0003】
そして、クリーム半田の高さが高い場合には、基板の反りやうねりの影響は比較的少なかったが、クリーム半田の高さが100ミクロンになると、基板の反りやうねりの影響を無視することができないこととなる。そこで、従来、この基板の反りやうねりを計測する方法として、特開平5−296731号の提案に代表されるように、配線パターン(銅箔)上にレーザ光を照射し、その反射光をPSD(半導体位置検出素子)で受光することにより、基板の反りやうねりを計測する方法がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、配線パターンから基板の高さを正確に計測するには、初めに配線パターンに被覆されているレジストが透明であることを前提にした上で、反りやうねりの影響を少なくするために基板を小さな領域に分割し、その領域ごとの配線パターン面を計測するが、小さな領域ごとにその領域の面を確定するために必要な少なくとも3点からなる計測ポイントを基板上の全領域に渡って設定できないといった問題があった。
【0005】
そこで、小さな領域ごとに3点以上の計測点を設定するには、計測点を基板面上に設定することが考えられるが、通常、ガラスエポキシ材からなる基板面にレーザ光を照射した場合には、PSDには基板内で拡散した反射光しか受光されないため、3点以上の計測ポイントを配線パターン上に設定できない場合には、その領域の基板面を特定することができないといった問題があった。
【0006】
本発明は前記した問題点を解決せんとするもので、その目的とするところは、小領域中においても複数の計測点の設定が可能な基板面上に設けるとともに、該基板面からの反射光の内、最大値を持つ表面からの反射光を選別できるリニアセンサを半田面の高さを計測するPSDとは別に用い、各領域ごとの基板面の高さを正確に計測して、より正確な半田高さの計測が行えるようにした半田高さ計測方法およびその装置を提供せんとするにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半田高さ計測方法は前記した目的を達成するもので、その手段は、基板に対してレーザ光を照射するとともに、基板面および半田面からの反射光をビームスプリッタで分光し、分光された半田面からの反射光をPSD(半導体位置検出素子)によって、また、基板面からの反射光をリニアセンサによってそれぞれ検出し、前記基板の小領域単位毎の基板面高さ情報を求め、該小領域毎の基板面高さ情報を基に該領域における半田高さを計測することを特徴とする。
【0008】
また、前記小領域毎の基板面高さ情報を、少なくとも3点からなる基板面の計測値により求めた基板面の方程式とし、該方程式に高さを計測する半田面の位置座標を代入し、該領域における半田高さを計測するようにしたことを特徴とする。
【0009】
さらに、本発明の半田高さ計測装置の手段は、基板上の装置に配置され該基板に対してレーザ光を照射するレーザ光源と、該レーザ光源よりのレーザ光の照射により基板面や半田面からの反射光を受ける位置の前記装置に配置され基板面および半田面から反射されたレーザ光を分光するビームスプリッタと、該ビームスプリッタにより分光された半田面からの反射光を受光するPSDおよび基板面からの反射光を受光するリニアセンサと、基板側あるいは該レーザ光源側の何れかあるいはその両者を駆動し基板の全面に渡ってレーザ光を掃引させるための駆動手段と、前記PSDのレーザ光受光位置を基に半田面の高さを計測する半田面高さ計測手段と、前記リニアセンサのレーザ光受光位置を基に基板面の高さを計測する基板面高さ計測手段と、前記半田面高さ計測手段および基板面高さ計測手段の各計測値を記憶する記憶部と、該記憶部において記憶した基板面高さ計測値により基板の小領域ごとの基板面高さ情報を求め、その情報を基に該半田面高さ計測手段の計測値を補正する制御部とから構成したものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半田高さ計測方法を実施するための装置の一実施の形態を図面と共に説明する。
図1は、本発明の半田高さ計測装置の構成の概略を示すブロック図で、a は基板、b は基板a上に印刷されたクリーム半田、cは基板aを載置するとともに基板aをx−y方向に駆動する駆動手段(図示せず)を有するXYテーブルである。
【0011】
1はレーザ光を基板aおよびクリーム半田bに斜め上方から照射する本装置の半導体レーザ光源、2は同じく基板aおよびクリーム半田bからの反射光を分光するビームスプリッタ、3は該ビームスプリッタ2で分光された一方の光を受光するPSD(半導体位置検出素子)、4は分光された他方の光を受光するリニアセンサで、上記符号の1〜4は装置上部に固定されている。なお、レーザ光を集光するためのレンズ系、およびレジスト等については図示を省略してある。
【0012】
11は図示しないレーザドライバーを備えたレーザ光源1に対して駆動信号を出力するレーザ光源信号出力部、12は前記PSD3の両端子(a,b)からの光電流値の演算(Ia−Ib/Ia+Ib)を行い、予め設定した受光位置と高さデータとの対応から、レーザ光を受光した位置に対する高さをデジタル信号として出力する半田面高さ計測手段である。
【0013】
13は多数の受光素子から構成される前記リニアセンサ4の各受光素子毎の光電流値をデジタル信号に変換するとともに、予め設定した受光素子と高さデータとの対応から、最大輝度のレーザ光を受光した受光素子(=受光位置)に対する高さをデジタル信号として出力する基板面高さ計測手段、14は図示しない駆動手段を介して制御されるXYテーブルcを介して駆動信号を出力するXYテーブル信号出力部である。なお、前記基板面高さ計測手段は、受光素子のセンターを各受光素子の高さ基準とする。
【0014】
20は装置のハードディスクに記憶するか、CD等の記憶媒体を介した形で実装された半田高さを計測する制御プログラムに従い、前記したレーザ光源信号出力部11、半田高さ計測手段12、基板面高さ計測手段13およびXYテーブル14を制御するとともに、前記半田面高さ計測値と基板面高さ計測値から真の半田高さを計測するCPUから構成される制御部である。
【0015】
21は装置内あるいは装置外に配置され、半田面高さ計測値、基板面高さ計測値と制御部による演算結果を記憶する記憶部、22は図示しないディスプレイやプリンタ等の表示装置や印字装置に対して前記制御部20の処理結果である高さデータを数値や3次元表示の形態によって出力する出力部である。
【0016】
なお、上記した説明においては、基板a上にレーザ光を掃引するために基板a側に駆動手段(XYテーブル)を設けた場合について説明したが、駆動手段を上記1〜4のレーザ光源側に設けてもよい。また、x方向とy方向の駆動機構を各側に個別に設けてもよい。
【0017】
次に、上記の構成による半田高さ計測装置の動作について、図2,3に従い説明する。
先ず、制御部20は半田高さ計測用の制御プログラムに従い、レーザ光源信号出力部11を介してレーザ光源1から基板にレーザ光を照射するとともにXYテーブル信号出力部14を介してXYテーブルを水平方向に駆動し、図3の基板aの平面図に示す数十ミクロンピッチのレーザ掃引を行う。
【0018】
そして、基板面からの反射光をPSD3およびリニアセンサー4で受光するとともに予め設定された計測ポイント毎の半田面高さ計測用データと基板面高さ計測用データを三角測量の原理によってサンプリングする。また、サンプリングした計測用データを元に、各高さ計測手段12,13で変換された各高さ計測値をメモリ21に記憶する(ステップS1)。
【0019】
次いで、制御部20で基板aを分割した各小領域S(例えば5×5mm)毎の基板面高さを、例えば、各小領域内の3点(Xn,Yn,Zn n=1,2,3)の計測点から基板平面の一次方程式Ax+By+Cz+D=0を求める。求めた各小領域ごとの基板面高さ情報をメモリ21に記憶する(ステップS2)。さらに、制御部20でメモリ21に記憶した半田面高さ計測値と、該当する領域の基板面高さ情報の差分を行う。(ステップS3)
【0020】
前記したステップS3において、上記の1次方程式によって、基板面高さ情報を求めた場合には、最初に、その方程式に差分を実行する半田面の位置座標(Xn,Yn)を入力した基板面高さ(Zn)を求めた後に半田面高さ計測値との差分を実行する。最後に、その差分結果をメモリに記憶するとともに数値データあるいは半田面の3次元形状データとして出力する(ステップS4)。
【0021】
なお、前記実施の形態は、基板に対するレーザ光の掃引と半田高さの計測を別々の工程によって実施したが、任意の小領域を単位としてレーザ光掃引と半田高さ計測を実行してもよい。
【0022】
また、上記の実施形態では計測点を3 点としたが、計測点を3点以上とし、偏差が少ない場合にはその平均値をその小領域の基板面高さ情報とすることも、また、n点の計測点から求めた平面の方程式を基板面高さ情報とすることも可能である。
【0023】
【発明の効果】
本発明は前記したように、基板に対してレーザ光を照射するとともに、半田面からの反射光をPSDによって、また、基板面からの反射光をリニアセンサによってそれぞれ検出し、前記基板の小領域単位毎の基板面高さ情報を求め、該小領域毎の基板面高さ情報を基に該領域における半田高さを計測するようにしたので、半田面と基板面の高さを同時、かつ、正確に計測でき、従って、半田の高さを迅速、かつ、正確に計測することができる等の効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半田高さ計測装置を示すブロック図である。
【図2】同上のブロックにおける動作を示すフローチャートである。
【図3】基板面のレーザ光を掃引した状態の説明図である。
【符号の説明】
a 基板
b クリーム半田
c XYテーブル
1 レーザ光源
2 ビームスプリッタ
3 PSD
4 リニアセンサ
11 レーザ光源信号出力部
12 半田面高さ計測手段
13 基板面高さ計測手段
14 XYテーブル信号出力部
20 制御部
21 メモリ
22 出力部
Claims (3)
- 基板に対してレーザ光を照射するとともに、基板面および半田面からの反射光をビームスプリッタで分光し、分光された半田面からの反射光をPSD(半導体位置検出素子)によって、また、基板面からの反射光をリニアセンサによってそれぞれ検出し、前記基板の小領域単位毎の基板面高さ情報を求め、該小領域毎の基板面高さ情報を基に該領域における半田高さを計測することを特徴とする半田高さ計測方法。
- 前記小領域毎の基板面高さ情報を、少なくとも3点からなる基板面の計測値により求めた基板面の方程式とし、該方程式に高さを計測する半田面の位置座標を代入し、該領域における半田高さを計測するようにしたことを特徴とする請求項1記載の半田高さ計測方法。
- 基板上の装置に配置され該基板に対してレーザ光を照射するレーザ光源と、
該レーザ光源よりのレーザ光の照射により基板面や半田面からの反射光を受ける位置の前記装置に配置され基板面および半田面から反射されたレーザ光を分光するビームスプリッタと、
該ビームスプリッタにより分光された半田面からの反射光を受光するPSDおよび基板面からの反射光を受光するリニアセンサと、
基板側あるいは該レーザ光源側の何れかあるいはその両者を駆動し基板の全面に渡ってレーザ光を掃引させるための駆動手段と、
前記PSDのレーザ光受光位置を基に半田面の高さを計測する半田面高さ計測手段と、
前記リニアセンサのレーザ光受光位置を基に基板面の高さを計測する基板面高さ計測手段と、
前記半田面高さ計測手段および基板面高さ計測手段の各計測値を記憶する記憶部と、
該記憶部において記憶した基板面高さ計測値により基板の小領域ごとの基板面高さ情報を求め、その情報を基に該半田面高さ計測手段の計測値を補正する制御部と、
から構成されることを特徴とする半田高さ計測装置。
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