JP4911113B2 - Height measuring apparatus and height measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、電子部品等の表面の高さを計測する装置および方法に関するものである。 The present invention relates to an apparatus and a method for measuring the height of a surface of an electronic component or the like.
電子部品の実装分野においては、電子部品を基板に搭載する前に、3Dセンサを用いて電子部品の表面形状を計測している。3Dセンサは、電子部品等の測定対象にレーザ光を投射し、反射したレーザ光を所定の位置に配置したPSDと呼ばれる位置検出素子上で受け、反射光が入射した素子から発せられる電気信号に基づいて測定対象の高さを測定する装置である(特許文献1参照)。
3Dセンサによる測定対象が金属製の電極を備えた電子部品である場合、電極の材質や向きによってはPSDに入射する反射光の光量が過大になり、受光した素子に生成される電荷が飽和してしまうことがある。このとき隣接する素子に影響が伝播することがあり、実際には受光していない素子から発せされた電気信号がノイズとなって電極部分の形状を正確に測定することが困難であった。 When the measurement object by the 3D sensor is an electronic component having a metal electrode, the amount of reflected light incident on the PSD becomes excessive depending on the material and orientation of the electrode, and the charge generated in the received element is saturated. May end up. At this time, the influence may be propagated to the adjacent elements, and it is difficult to accurately measure the shape of the electrode portion due to noise caused by an electric signal emitted from an element that is not actually receiving light.
本発明は、光量過多によるノイズの影響を極力排する高さ測定装置および高さ測定方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a height measuring device and a height measuring method that eliminate as much as possible the influence of noise due to excessive light quantity.
請求項1に記載の高さ測定装置は、測定対象となる電子部品に向けて鉛直方向にレーザ光を投射するレーザ発振器と、測定対象の表面で反射したレーザ光を鉛直方向に対して異なる角度をなす位置でそれぞれ受光する複数のPSDと、電子部品情報データベースに記憶された測定対象となる電子部品の固有情報を関連付けられた反射特性に基づいて、前記複数のPSDから特定のPSDを選択するPSD選択部と、前記特定のPSDから発せられた電気信号に基づいて測定対象の高さを計測する手段を備えた。
The height measuring device according to
請求項2に記載の高さ測定装置は請求項1に記載の高さ測定装置であって、前記反射特性が、電極の形状に起因するレーザ光の反射方向である。 A height measuring apparatus according to a second aspect is the height measuring apparatus according to the first aspect, wherein the reflection characteristic is a reflection direction of the laser light caused by a shape of the electrode.
請求項3に記載の高さ測定装置は請求項1に記載の高さ測定装置であって、前記反射特性が、電極の表面状態に起因するレーザ光の反射光量である。 A height measuring apparatus according to a third aspect is the height measuring apparatus according to the first aspect, wherein the reflection characteristic is a reflected light amount of laser light caused by a surface state of the electrode.
請求項4に記載の高さ測定装置は、測定対象となる電子部品に向けて鉛直方向にレーザ光を投射するレーザ発振器と、測定対象の表面で反射したレーザ光を鉛直方向に対して異なる角度をなす位置でそれぞれ受光する複数のPSDと、前記複数のPSDから測定対象の個体毎に予め選択された特定のPSDから発せられた電気信号に基づいて測定対象の高さを計測する手段を備えた。
The height measuring device according to
請求項5に記載の高さ測定方法は、測定対象となる電子部品の表面で反射したレーザ光を鉛直方向に対して異なる角度をなす位置でそれぞれ受光する複数のPSDを用いて測定対象の高さを測定する方法であって、電子部品情報データベースに記憶された測定対象となる電子部品の固有情報を関連付けられた反射特性に基づいて、前記複数のPSDから特定のPSDを選択する工程と、前記選択した特定のPSDから発せられた電気信号に基づいて測定対象の高さを測定する工程を含む。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a height measurement method using a plurality of PSDs that respectively receive laser beams reflected from the surface of an electronic component to be measured at positions that form different angles with respect to the vertical direction. A method of measuring the depth, the step of selecting a specific PSD from the plurality of PSDs based on the reflection characteristics associated with the specific information of the electronic component to be measured stored in the electronic component information database ; Measuring a height of a measurement object based on an electrical signal emitted from the selected specific PSD.
測定対象となる電子部品の反射特性に基づいて、受光素子の電荷が飽和しない位置に配されたPSDを選択することで、ノイズの影響を排した画像を生成することができる。 By selecting a PSD arranged at a position where the charge of the light receiving element is not saturated based on the reflection characteristics of the electronic component to be measured, an image free from the influence of noise can be generated.
添付した図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。最初に図1と図2を参照しながら表面形状測定装置について説明する。図1は表面形状測定装置のブロック図、図2は3Dセンサの模式図である。表面形状測定装置1は、3Dセンサ2と電子部品情報データベース3とPSD選択部4と画像処理部5で構成されている。3Dセンサ2は、レーザ発振器10と、15度PSD11、12と35度PSD13、14で構成されている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. First, the surface shape measuring apparatus will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram of a surface shape measuring apparatus, and FIG. 2 is a schematic diagram of a 3D sensor. The surface
15度PSD11、12はレーザ発振器10から鉛直上方に投射されるレーザ光の光線軸16とそれぞれ15度の角度をなして対称に配置されている。35度PSD13、14も同様にレーザ光の光線軸16とそれぞれ35度の角度をなして対称に配置されている。15度PSD11、12および35度PSD13、14は、測定対象である電子部品17によって拡散反射したレーザ光18を集束レンズ19によって集光したものを受光する。電子部品17の下面(電極が形成されている面)の凹凸により反射地点の高さが異なり、これが各PSD11〜14上での受光位置の差になって表れる。
The 15-degree PSDs 11 and 12 are symmetrically arranged at an angle of 15 degrees with the
各PSD11〜14は受光した光電素子が電荷を生成し、光電素子の位置と受光量に応じて電気信号を画像処理部5に出力する。画像処理部5は、各PSD11〜14から発せられた電気信号を解析し、反射地点の3次元座標値を取得する(反射地点のXY座標値(水平方向の座標値)はレーザ光の投射地点であり、予め分かっているので、実際に取得するのは反射地点のZ座標値(高さ方向の座標値)になる。)。電子部品17の下面にレーザ光を走査させることで電子部品17の下面の全体の3次元座標値を取得することができる。
Each of the PSDs 11 to 14 generates a charge from the received photoelectric element, and outputs an electrical signal to the
画像処理部5は、電子部品17の下面の全体について取得した3次元座標値を解析し、その表面形状を表す2次元画像を生成する。ここでは、Z座標値が大きくなるほど濃色に小さくなるほど淡色にすることで、下面の表面形状をグレースケールの濃淡の分布で表す。
The
PSD11〜14は光線軸16から離れたところに配置されているため、反射地点の形状が水平であれば直接反射光を受光することはなく、拡散反射光を受光するようになっている。一般には拡散角度が小さい15度PSD11、12の方が35度PSD13、14より大きな電荷を生成することになる。1つの反射地点に対して15度PSD11、12と35度PSD13、14がそれぞれ拡散反射光を受光するので、画像処理部5は1つの電子部品17に対し2つの画像(15度PSD11、12によって取得された3次元座標値による画像と35度PSD13、14によって取得された3次元座標値による画像)を生成することができる。
Since the PSDs 11 to 14 are arranged away from the
電子部品情報データベース3は、測定対象となる電子部品の反射特性を記憶している。ここに記憶されている反射特性は、レーザ光の反射方向に影響する電極の形状、レーザ光の反射光量に影響する電極の表面状態である。レーザ光の反射の方向や光量によっては、直接反射光もしくはそれに近い強力な反射光が15度PSD11、12もしくは35度PSD13、14に受光されることがある。反射特性は電子部品の品種によって異なるので、電子部品情報データベース3は、これらの反射特性に関する情報を電子部品の固有情報と関連付けて記憶しており、測定しようとする電子部品の固有情報から関連する反射特性に関する情報を読み出すことができるようになっている。
The electronic
PSD選択部4は、電子部品情報データベース3から読み出した反射特性に基づいて、15度PSD11、12もしくは35度PSD13、14の何れかを選択する。画像処理部5はPSD選択部4による選択結果に基づいて画像処理を行い、PSD選択部4が15度PSD11、12を選択すると、15度PSD11、12よって取得された3次元座標値に基づいて表面形状の画像を生成し、35度PSD13、14を選択すると、35度PSD13、14によって取得された3次元座標値に基づいて表面形状の画像を生成する。
The
次に図3乃至図5を参照しながらPSD選択部が実行する処理フローについて説明する。図3はPSD選択部が実行する処理フロー図、図4はPSD選択部が実行する処理フロー図、図5は電子部品の電極の形状を示す模式図である。 Next, a processing flow executed by the PSD selection unit will be described with reference to FIGS. 3 is a process flow diagram executed by the PSD selection unit, FIG. 4 is a process flow diagram executed by the PSD selection unit, and FIG. 5 is a schematic diagram showing the shape of the electrodes of the electronic component.
PSD選択部4が実行する処理フローは2通りあり、1つは図3に示す反射特性として電極の形状を用いる場合の処理フローであり、もう1つは図4に示す電極の表面状態を用いる場合の処理フローである。図5に示すように電子部品の電極であるリード20が水平方向に対して角度αで取り付けられている場合、レーザ光は光線軸16に対して角度2αをなす方向に反射する。PSDは光線軸16に対して15度と35度をなす位置に配置されているため、角度2αが15度もしくは35度の何れかと同じか非常に近い場合、PSDは直接反射光を受光することになる。直接反射光はエネルギが非常に大きく、これを受光した素子は電荷が飽和した状態となり、隣接する素子にも影響が伝播することがある。
There are two types of processing flows executed by the
PSD選択部4は、図3においてリード20の取り付け角度αとPSDの配置角度との比較を行い(ST1)、α≒7.5度の場合には直接反射光を受光しない35度PSDを選択する(ST2)。これに対し、α≒17.5度の場合には直接反射光を受光しない15度PSDを選択する(ST3)。また、どちらのPSDも直接反射光を受光しない場合には、より大きな電荷を生成することができる(つまりS/N比が大きい)15度PSDを選択する。
In FIG. 3, the
電極は、その表面状態である材質や表面仕上げの精度等によって反射率が異なる。反射率が高い電極の場合、15度PSDは電荷が飽和してしまうことがあるため、よりS/N比が小さい35度PSDの方が有利となる。PSD選択部4は、図4において測定対象となる電子部品の電極の反射率と予め定めた規定値とを比較し(ST1)、規定値を超えている場合には35度PSDを選択する(ST2)。規定値を超えていない場合には15度PSDを選択する(ST3)。
The reflectivity of the electrode varies depending on the material of the surface state, the accuracy of the surface finish, and the like. In the case of an electrode having a high reflectivity, the 15 degree PSD may saturate the electric charge, so the 35 degree PSD having a smaller S / N ratio is more advantageous. The
画像処理部5は、PSD選択部4が電極の反射特性に基づいて選択した15度PSD11、12もしくは35度PSD13、14の何れか1つのみから取得された3次元座標値に基づいて表面形状の画像を生成することになるので、処理すべきデータ数が減少し、画像生成に要する時間を短縮することができる。
The
なお、電子部品の個体情報と15度PSD11、12もしくは35度PSD13、14の何れかのPSDの対応関係を予め電子部品情報データベース3に記憶させておき、測定しようとする電子部品の個体情報から一義的に何れかのPSDが選択できるようにしてもよい。この両者の対応関係は予め定めておいてもよいし、PSD選択部4における実際の処理結果を個体情報と関連付けてデータベース化してもよい。
Note that the correspondence between the individual information of the electronic component and the PSD of 15 degrees PSD11, 12 or 35 degrees PSD13, 14 is stored in advance in the electronic
また、本発明の高さ測定装置は、上述した電子部品の下面(電極形成面)の形状測定に好適であるが、それ以外に、特定の位置における高さをピンポイントで計測することも可能である。 In addition, the height measuring device of the present invention is suitable for measuring the shape of the lower surface (electrode forming surface) of the electronic component described above, but in addition, it is possible to measure the height at a specific position pinpoint. It is.
本発明は電子部品の電極形成面の形状を測定する分野において特に有用である。 The present invention is particularly useful in the field of measuring the shape of the electrode forming surface of an electronic component.
1 表面形状測定装置
2 3Dセンサ
4 PSD選択部
5 画像処理部
10 レーザ発振器
11、12 15度PSD
13、14 35度PSD
DESCRIPTION OF
13, 14 35 degree PSD
Claims (5)
測定対象の表面で反射したレーザ光を鉛直方向に対して異なる角度をなす位置でそれぞれ受光する複数のPSDと、
電子部品情報データベースに記憶された測定対象となる電子部品の固有情報を関連付けられた反射特性に基づいて、前記複数のPSDから特定のPSDを選択するPSD選択部と、
前記特定のPSDから発せられた電気信号に基づいて測定対象の高さを計測する手段を備えた高さ測定装置。 A laser oscillator that projects laser light in a vertical direction toward an electronic component to be measured;
A plurality of PSDs respectively receiving laser beams reflected from the surface of the measurement object at positions at different angles with respect to the vertical direction;
A PSD selection unit that selects a specific PSD from the plurality of PSDs based on the reflection characteristics associated with the unique information of the electronic component to be measured stored in the electronic component information database ;
A height measuring device comprising means for measuring the height of a measurement object based on an electrical signal emitted from the specific PSD.
測定対象の表面で反射したレーザ光を鉛直方向に対して異なる角度をなす位置でそれぞれ受光する複数のPSDと、
前記複数のPSDから測定対象の個体毎に予め選択された特定のPSDから発せられた電気信号に基づいて測定対象の高さを計測する手段を備えた高さ測定装置。 A laser oscillator that projects laser light in a vertical direction toward an electronic component to be measured;
A plurality of PSDs respectively receiving laser beams reflected from the surface of the measurement object at positions at different angles with respect to the vertical direction;
A height measuring device comprising means for measuring the height of a measurement object based on an electrical signal emitted from a specific PSD preselected for each individual to be measured from the plurality of PSDs.
電子部品情報データベースに記憶された測定対象となる電子部品の固有情報を関連付けられた反射特性に基づいて、前記複数のPSDから特定のPSDを選択する工程と、前記選択した特定のPSDから発せられた電気信号に基づいて測定対象の高さを測定する工程を含む高さ測定方法。 A method of measuring the height of a measurement object using a plurality of PSDs that respectively receive laser light reflected from the surface of an electronic component to be measured at positions that form different angles with respect to the vertical direction,
A step of selecting a specific PSD from the plurality of PSDs based on the reflection characteristics associated with the specific information of the electronic component to be measured stored in the electronic component information database, and the emitted from the selected specific PSD A height measurement method including a step of measuring the height of a measurement object based on the electrical signal.
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