JP5108827B2 - Shape inspection apparatus and shape inspection program - Google Patents

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Description

本発明は、物体の形状を計測するための技術、特に、IC(Integrated Circuit)の外形を検査するための技術、に関する。   The present invention relates to a technique for measuring the shape of an object, and more particularly to a technique for inspecting the outer shape of an IC (Integrated Circuit).

ICチップは、入出力用の端子を複数備える。ICチップには、小型化・軽量化・薄型化だけではなく、多端子化も求められる。このような要請に応えるためには、多数の小さな端子を均一に製造する技術だけでなく、その均一性(コプラナリティ:Coplanarity)を検査する技術も重要である。端子形状のばらつきは、ICチップのみならず、ICチップを実装するパッケージ基板全体の電気的不良原因となる可能性がある。このため、全ICチップに対して高速・正確・低コストにてコプラナリティ検査を実行する必要がある。   The IC chip includes a plurality of input / output terminals. IC chips are required not only to be smaller, lighter and thinner, but also to have more terminals. In order to meet such a demand, not only a technique for uniformly manufacturing a large number of small terminals, but also a technique for inspecting the uniformity (coplanarity) is important. The variation in terminal shape may cause an electrical failure not only in the IC chip but also in the entire package substrate on which the IC chip is mounted. For this reason, it is necessary to execute a coplanarity test on all IC chips at high speed, accuracy, and low cost.

特許文献1は、CSP(Chip Scale Package)の端子であるはんだボールの形状を検査する技術に関し、複数方向からはんだボールを照明し、反射光を計測し、数学モデルに基づいてはんだボールの形状を計測している。特許文献2は、はんだの形状を検査するための技術に関し、はんだを照明し、反射光を計測し、数学モデルに基づいてはんだの形状を計測している。   Patent Document 1 relates to a technique for inspecting the shape of a solder ball which is a terminal of a CSP (Chip Scale Package), illuminates the solder ball from a plurality of directions, measures reflected light, and determines the shape of the solder ball based on a mathematical model. Measuring. Patent Document 2 relates to a technique for inspecting the shape of solder, illuminates the solder, measures reflected light, and measures the shape of the solder based on a mathematical model.

特開2004−239810号公報JP 2004-239810 A 特開2006−208187号公報JP 2006-208187 A

特許文献1では、はんだボールが良品形状モデルにある程度近いと仮定した上で、表面反射パラメータ等の各種パラメータを推定し、これらのパラメータに基づいてはんだボールの形状を計測している(特許文献1の段落[0023]等参照)。計測精度を高めるためには、適切な良品形状モデルを用意しなければならない。特許文献2では、はんだの位置を特定するための基板データを用意し、更に、数学モデルの各種パラメータを適切に設定しておかなければならない(特許文献2の段落[0027]、[0045]等参照)。いずれも、モデルやパラメータといった初期条件によって、計測精度が左右されやすい。   In Patent Document 1, on the assumption that the solder ball is close to a good shape model to some extent, various parameters such as surface reflection parameters are estimated, and the shape of the solder ball is measured based on these parameters (Patent Document 1). Paragraph [0023] etc.). In order to increase measurement accuracy, an appropriate good shape model must be prepared. In Patent Document 2, board data for specifying the position of solder must be prepared, and various parameters of a mathematical model must be set appropriately (paragraphs [0027], [0045], etc. of Patent Document 2). reference). In either case, measurement accuracy is easily affected by initial conditions such as models and parameters.

本発明は、上記課題に鑑みて完成された発明であり、その主たる目的は、物体の形状を簡易な構成にて効率的に検査するための技術、を提供することにある。   The present invention has been completed in view of the above problems, and its main object is to provide a technique for efficiently inspecting the shape of an object with a simple configuration.

本発明に係る形状検査装置は、外形に平面部を有する検査対象物体、平面部に光を照射する光源、平面部からの反射光を撮像するカメラのうち一以上の位置を変化させることにより、平面部から光源に向かう光源方向と平面部からカメラに向かう視点方向の双方または一方を変化させる位置制御部と、光源方向および視点方向の双方または一方の変化速度と変化時間に基づいて、光源方向および視点方向を特定する位置特定部と、平面部から視点方向に光が反射されるときの光源方向および視点方向に基づいて、平面部の傾きを算出する傾斜算出部と、を備える。「検査対象物体」は、たとえば、ピン挿入型のIC(Integrated Circuit)、「平面部」はピンであってもよい。   The shape inspection apparatus according to the present invention changes the position of one or more of an inspection target object having a flat part on the outer shape, a light source that irradiates light on the flat part, and a camera that images reflected light from the flat part, Based on the position control unit that changes both or one of the light source direction from the flat part to the light source and the viewpoint direction from the flat part to the camera, the light source direction based on the change speed and change time of either the light source direction and / or the viewpoint direction And a position specifying unit that specifies the viewpoint direction, and an inclination calculating unit that calculates the inclination of the plane part based on the light source direction and the viewpoint direction when light is reflected from the plane part in the viewpoint direction. The “inspection object” may be, for example, a pin insertion type IC (Integrated Circuit), and the “plane part” may be a pin.

カメラの位置における反射光の強度を計測し、反射光の強度が最大となるときの光源方向および視点方向の中心方向を平面部の法線ベクトルとすることにより、平面部の傾きを算出してもよい。   Measure the reflected light intensity at the camera position, and calculate the inclination of the plane part by setting the center direction of the light source direction and the viewpoint direction when the reflected light intensity is maximum as the normal vector of the plane part. Also good.

また、検査対象物体が複数の平面部を有するときには、各平面部から視点方向に光が反射されるときの光源方向と視点方向に基づいて、複数の平面部それぞれの傾きを算出してもよい。いずれかの平面部が大きく傾いているときには警告を発生させてもよい。   Further, when the inspection target object has a plurality of plane portions, the inclination of each of the plurality of plane portions may be calculated based on the light source direction and the viewpoint direction when light is reflected from each plane portion in the viewpoint direction. . A warning may be generated when any of the flat portions is greatly inclined.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。   It should be noted that any combination of the above-described constituent elements and a conversion of the expression of the present invention between a method, an apparatus, a system, a recording medium, a computer program, and the like are also effective as an aspect of the present invention.

本発明によれば、検査対象物体の形状を簡易な構成にて効率的に検査しやすくなる。   According to the present invention, it becomes easy to efficiently inspect the shape of an object to be inspected with a simple configuration.

入射光と反射光、視点の関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between incident light, reflected light, and a viewpoint. 光の入反射方向に基づいて検査対象面の傾きを特定する方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the method of specifying the inclination of a to-be-inspected surface based on the incident / reflection direction of light. SIPの外観図である。It is an external view of SIP. ピンの傾きを検出するシステムのハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram of the system which detects the inclination of a pin. 形状検査装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of a shape inspection apparatus. 平面の傾きを検査する過程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process which test | inspects the inclination of a plane. BGAの外観図である。It is an external view of BGA. はんだボールにおける光の反射状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the reflective state of the light in a solder ball. はんだボールの傾きおよび高さを検出するシステムのハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram of the system which detects the inclination and height of a solder ball. はんだボールの高さを計測する方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the method to measure the height of a solder ball. 曲面形状を有する突起について、その傾きと突起の高さを検査する過程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process which test | inspects the inclination and the height of a processus | protrusion about the processus | protrusion which has a curved surface shape.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、入射光と反射光、視点の関係を示す模式図である。本実施の形態においては、検査対象物体に光を照射し、その反射光に基づいて検査対象物体の形状を計測する。具体的な処理内容を説明する前に、まず、計測原理を説明する。   FIG. 1 is a schematic diagram showing the relationship between incident light, reflected light, and viewpoint. In the present embodiment, the inspection target object is irradiated with light, and the shape of the inspection target object is measured based on the reflected light. Before explaining the specific processing contents, first, the measurement principle will be explained.

検査対象面200は光沢を有する平面であり、光を鏡面反射する。ここでは、検査対象面200上の点Oにおける法線ベクトルをnとする。法線ベクトルnの方向は、図1においては点Oから点dへ向かう方向Odである。法線ベクトルnの方向がわかれば、検査対象面200の点Oにおける傾きを特定できる。 The inspection target surface 200 is a glossy flat surface and reflects light specularly. Here, the normal vector at the point O on the inspection target surface 200 is n d . Direction of the normal vector n d is the direction Od going from point O to the point d in FIG. Knowing the direction of the normal vector n d, identifiable slope at point O of the inspection target surface 200.

点aに設置された光源から、点Oに光を照射する。以下、点Oから点aへの方向Oaのように、検査対象面200上において観察対象となっている点から光源が設置される点に向かう方向を「光源方向」とよぶ。法線ベクトルnと光源方向の成す角度、すなわち、光の入射角をαとする。入射角αと同じ大きさの反射角αにて、検査対象面200から光が鏡面反射される。図1では、点Oから点bに向かって光が反射される。以下、点Oから点bへの方向Obのように、検査対象面200上において観察対象となっている点から光が反射される方向を「反射方向」とよぶ。点cから検査対象面200を観察する。以下、点Oから点cへの方向Ocのように、検査対象面200上において観察対象となっている点から視点に向かう方向を「視点方向」とよぶ。反射方向と視点方向の成す角度をγとする。 The point O is irradiated with light from the light source installed at the point a. Hereinafter, the direction from the point to be observed on the inspection target surface 200 to the point where the light source is installed, such as the direction Oa from the point O to the point a, is referred to as “light source direction”. The angle formed between the normal vector n d and the light source direction, that is, the incident angle of light is α. Light is specularly reflected from the inspection target surface 200 at a reflection angle α having the same size as the incident angle α. In FIG. 1, light is reflected from point O toward point b. Hereinafter, a direction in which light is reflected from a point to be observed on the inspection target surface 200, such as a direction Ob from the point O to the point b, is referred to as a “reflection direction”. The inspection target surface 200 is observed from the point c. Hereinafter, the direction from the point to be observed on the inspection target surface 200 toward the viewpoint, such as the direction Oc from the point O to the point c, is referred to as “viewpoint direction”. Let γ be the angle formed by the reflection direction and the viewing direction.

Phongモデルによれば、光の反射成分Iは以下の式(1)により表される。

Figure 0005108827
Iaは環境光成分、Idは拡散反射成分、Isは鏡面反射成分である。検査対象面200は光沢を有するため、Ia、IdはIsに比べて十分に小さいとする。したがって、以降においては、Isのみを考慮する。 According to the Phong model, the reflection component I of light is expressed by the following equation (1).
Figure 0005108827
Ia is an ambient light component, Id is a diffuse reflection component, and Is is a specular reflection component. Since the inspection target surface 200 is glossy, Ia and Id are assumed to be sufficiently smaller than Is. Therefore, only Is is considered in the following.

鏡面反射成分Isは、以下の式(2)によって表される。

Figure 0005108827
Ksは鏡面反射成分係数、Eは照明光の強度、nは対象物体に依存する係数である。Ks、E、nはいずれも定数であるため、Isが最大になるのはγ=0、すなわち、反射方向と視点方向が一致するときである。反射方向と視点方向が一致するとき、光源方向と視点方向(反射方向)の中心方向を、法線ベクトルnの方向として特定できる。 The specular reflection component Is is expressed by the following equation (2).
Figure 0005108827
Ks is a specular reflection component coefficient, E is the intensity of illumination light, and n is a coefficient depending on the target object. Since Ks, E, and n are all constants, Is is maximized when γ = 0, that is, when the reflection direction and the viewpoint direction coincide. When the reflection direction and the view direction is coincident, the central direction of the light source direction and the viewpoint direction (reflection direction) can be specified as the direction of the normal vector n d.

図2は、光の入反射方向に基づいて検査対象面200の傾きを特定する方法を説明するための模式図である。図2では、γ=0となるように、すなわち、視点方向(点O→点c)と反射方向(点O→点b)が一致するように光源方向と視点方向を設定している。このときの光源、視点、検査対象物体の位置関係のことを「最大反射ポジション」とよぶ。点aから点Oに照射された光は、点Oから点c(点b)の方向に反射される。検査対象面200に対する入射角および反射角をαとする。所定の傾斜基準面202と検査対象面200の法線ベクトルnが成す角度(以下、「面傾斜角度」とよぶ)をθとする。また、最大反射ポジションにおける傾斜基準面202と光源方向の成す角度(以下、「特定光源角度」とよぶ)をθ、最大反射ポジションにおける傾斜基準面202と視点方向(反射方向)の成す角度(以下、「特定視点角度」とよぶ)をθとすると、図2から明らかなように、以下の式(3)、(4)が成立する。

Figure 0005108827
Figure 0005108827
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a method of specifying the inclination of the inspection target surface 200 based on the light incident / reflection direction. In FIG. 2, the light source direction and the viewpoint direction are set so that γ = 0, that is, the viewpoint direction (point O → point c) and the reflection direction (point O → point b) coincide. The positional relationship among the light source, viewpoint, and inspection object at this time is called a “maximum reflection position”. The light irradiated from point a to point O is reflected in the direction from point O to point c (point b). An incident angle and a reflection angle with respect to the inspection target surface 200 are α. Normal vector n d is the angle of the inspection target surface 200 with predetermined inclination reference plane 202 (hereinafter, referred to as "surface inclination angle") and the theta N. In addition, an angle formed between the tilt reference surface 202 and the light source direction at the maximum reflection position (hereinafter referred to as “specific light source angle”) is θ L , and an angle formed between the tilt reference surface 202 and the viewpoint direction (reflection direction) at the maximum reflection position ( Assuming that “ V ” (hereinafter referred to as “specific viewpoint angle”) is θV, the following equations (3) and (4) are established, as is apparent from FIG.
Figure 0005108827
Figure 0005108827

式(3)、(4)からαを消去すると、式(5)が得られる。

Figure 0005108827
When α is eliminated from the equations (3) and (4), the equation (5) is obtained.
Figure 0005108827

検査対象面200と視点方向を固定し、光源方向を変化させながら最大反射ポジションを探し出し、そのときの特定光源角度θを求めれば、特定視点角度θは固定値であるから、式(5)に基づいて面傾斜角度θを算出できる。最大反射ポジションを探るためには、光源、視点、検査対象面200のいずれを移動させてもよいし、これらのうちの2以上を移動させてもよい。本実施の形態においては、視点方向と検査対象面200を固定し、光源のみを移動させる、すなわち、光源方向のみを変化させる。 If the inspection target surface 200 and the viewpoint direction are fixed, the maximum reflection position is found while changing the light source direction, and the specific light source angle θ L at that time is obtained, the specific viewpoint angle θ V is a fixed value. It can be calculated surface inclination angle theta N based on). In order to find the maximum reflection position, any of the light source, the viewpoint, and the inspection target surface 200 may be moved, or two or more of these may be moved. In the present embodiment, the viewpoint direction and the inspection target surface 200 are fixed, and only the light source is moved, that is, only the light source direction is changed.

以下、本実施の形態として、(1)平面の傾きを特定する方法と(2)曲面の傾きを特定する方法のそれぞれについて説明するが基本的な計測原理は同じである。   Hereinafter, as the present embodiment, (1) a method for specifying the inclination of the plane and (2) a method for specifying the inclination of the curved surface will be described, but the basic measurement principle is the same.

図3は、SIP204の外観図である。(1)平面の傾きを特定する方法について、SIP(Single Inline Package)204のピン206を検査対象として説明する。図3に示すように、SIP204の長手方向、幅方向、高さ方向にそれぞれx軸、y軸、z軸を設定する。SIP204は、複数のピン206をプリント基板のスルーホールに挿入して実装されるピン挿入型のICである。これらのピン206は、SIP204の外部接続端子として機能する。SIP204のピン206は平板形状であり、金属製であるため光沢を有する。ピン206の各面のうち、ピン側面部210の面積が最も大きくピン先端部208の面積が最も小さい。y軸方向に大きく反っているピン206があると、SIP204をスルーホールに実装できないので、そのようなSIP204は不良品として取り除く必要がある。図3の場合、ピン206aがy軸正方向、ピン206bがy軸負方向に曲がっている。   FIG. 3 is an external view of the SIP 204. (1) A method for specifying the inclination of a plane will be described with a pin 206 of a SIP (Single Inline Package) 204 as an inspection target. As shown in FIG. 3, the x-axis, y-axis, and z-axis are set in the longitudinal direction, width direction, and height direction of the SIP 204, respectively. The SIP 204 is a pin insertion type IC that is mounted by inserting a plurality of pins 206 into through holes of a printed board. These pins 206 function as external connection terminals of the SIP 204. The pins 206 of the SIP 204 have a flat plate shape and are glossy because they are made of metal. Of each surface of the pin 206, the area of the pin side surface portion 210 is the largest and the area of the pin tip portion 208 is the smallest. If there is a pin 206 that is greatly warped in the y-axis direction, the SIP 204 cannot be mounted in the through hole. Therefore, it is necessary to remove such a SIP 204 as a defective product. In the case of FIG. 3, the pin 206a is bent in the positive y-axis direction and the pin 206b is bent in the negative y-axis direction.

ピン206の「反り」を検出する方法として、z軸正方向に視線を設定し、各ピン先端部208の位置を確認するという方法が考えられる。ピン206に反りがなければ、ピン先端部208は直線状に並ぶが、反りがあればピン先端部208の位置はばらつく。しかし、ピン先端部208は面積が小さいため、このような確認方法によってピン206の反りを正確に検出するのは難しい。そこで、本実施の形態においては、ピン先端部208ではなくピン側面部210を検査対象面200として設定し、各ピン側面部210のy軸方向の傾きを検出する。   As a method of detecting “warping” of the pin 206, a method of setting a line of sight in the positive z-axis direction and confirming the position of each pin tip portion 208 is conceivable. If the pin 206 is not warped, the pin tip 208 is arranged in a straight line, but if the pin 206 is warped, the position of the pin tip 208 varies. However, since the pin tip portion 208 has a small area, it is difficult to accurately detect the warp of the pin 206 by such a confirmation method. Therefore, in the present embodiment, not the pin tip portion 208 but the pin side surface portion 210 is set as the inspection target surface 200, and the inclination of each pin side surface portion 210 in the y-axis direction is detected.

図4は、ピン206の傾きを検出するシステムのハードウェア構成図である。このシステムにおいては、SIP204およびカメラ222の位置は固定され、光源220のみが移動する。同図紙面手前方向がx軸の正方向、上方向がy軸の正方向、右方向がz軸の正方向に対応する。ピン206の長さは約1mm、SIP204からカメラ222までの距離は約300mm、SIP204から光源220までの距離は約700mmである。したがって、SIP204のサイズに比べて、SIP204からカメラ222や光源220までの距離は十分に大きい。光源220は、ピン206を中心とした半径700mmの円上を同図に示す始点Sから終点Eまで一定速度にて移動する。   FIG. 4 is a hardware configuration diagram of a system that detects the inclination of the pin 206. In this system, the positions of the SIP 204 and the camera 222 are fixed, and only the light source 220 moves. The front side of the drawing corresponds to the positive direction of the x axis, the upward direction corresponds to the positive direction of the y axis, and the right direction corresponds to the positive direction of the z axis. The length of the pin 206 is about 1 mm, the distance from the SIP 204 to the camera 222 is about 300 mm, and the distance from the SIP 204 to the light source 220 is about 700 mm. Therefore, the distance from the SIP 204 to the camera 222 and the light source 220 is sufficiently larger than the size of the SIP 204. The light source 220 moves at a constant speed from a start point S to an end point E shown in FIG.

カメラ222と光源220には、形状検査装置100が接続される。形状検査装置100は、光源220を移動させながら、ピン206に光を照射させ、カメラ222を介して反射光の強度(以下、「反射強度」とよぶ)を計測する。形状検査装置100は、反射強度が最大となるとき、最大反射ポジションに達したと判定する。このときの特定光源角度θを求めれば、式(5)に基づいてピン206の面傾斜角度θを特定できる。 The shape inspection apparatus 100 is connected to the camera 222 and the light source 220. The shape inspection apparatus 100 measures the intensity of reflected light (hereinafter referred to as “reflection intensity”) via the camera 222 by irradiating the pin 206 with light while moving the light source 220. The shape inspection apparatus 100 determines that the maximum reflection position has been reached when the reflection intensity is maximum. By obtaining a particular light source angle theta L at this time, it identifies the surface inclination angle theta N pins 206 based on equation (5).

ただし、特定光源角度θの大きさを直接測定するのは利便性の面から必ずしも好適とはいえない。そこで、形状検査装置100は、光源220の移動速度と移動時間に基づいて、いいかえれば、光源方向の変化速度と変化時間に基づいて、特定光源角度θを算出する。光源220が始点Sを出発してから経過した時間のことを「光源移動時間」とよぶ。また、光源220がSIP204を中心とする円上を移動するときの角速度をωとする。光源220が最大反射ポジションに到達したときの移動時間(以下、特に「ピーク時間」とよぶ)をTとすると、ピン206から始点Sの方向を基準とした特定光源角度θは、以下の式(6)により表される。

Figure 0005108827
However, it is not necessarily preferred in terms of convenience for measuring the size of a particular light source angle theta L directly. Therefore, the shape inspection apparatus 100 calculates the specific light source angle θ L based on the moving speed and moving time of the light source 220, in other words, based on the changing speed and changing time of the light source direction. The time that has elapsed since the light source 220 departed from the starting point S is called “light source movement time”. Further, the angular velocity when the light source 220 moves on a circle centered on the SIP 204 is ω. When the movement time when the light source 220 reaches the maximum reflection position (hereinafter, particularly referred to as “peak time”) is T L , the specific light source angle θ L based on the direction from the pin 206 to the start point S is It is expressed by equation (6).
Figure 0005108827

ここで、基準となるピン206(以下、「基準ピン」とよぶ)を設定し、この基準ピンの特定光源角度をθLBとする。検査対象となるピン206(以下、「検査ピン」とよぶ)の特定光源角度をθLTとすると、検査ピンと基準ピンの傾きの差である相対角度ΔθNDは、式(5)に基づき、以下の式(7)により表される。

Figure 0005108827
LTは検査ピンのピーク時間、TLBは基準ピンのピーク時間である。式(7)によれば、ピーク時間を計測することで相対角度ΔθNDを特定できる。相対角度ΔθNDが所定の閾値T以上となる検査ピンは、基準ピンと比べて傾きの差が大きすぎると判定される。そして、このような検査ピンを有するSIP204は不良品として除外対象となる。基準ピンは任意に設定してもよいが、本実施の形態においては、SIP204の複数のピン206のピーク時間の平均値を基準ピンのピーク時間としている。式(6)によれば、複数のピン206の傾きの平均値を基準ピンの傾きとしている、ともいえる。複数のピン206の平均的な傾きに比べて大きく傾いているピン206を有するSIP204は不良品と判定される。 Here, a reference pin 206 (hereinafter referred to as “reference pin”) is set, and the specific light source angle of this reference pin is defined as θ LB. When the specific light source angle of the pin 206 to be inspected (hereinafter referred to as “inspection pin”) is θ LT , the relative angle Δθ ND that is the difference between the inclination of the inspection pin and the reference pin is (7)
Figure 0005108827
T LT is the peak time of the inspection pin, and T LB is the peak time of the reference pin. According to Equation (7), the relative angle Δθ ND can be specified by measuring the peak time. A test pin having a relative angle Δθ ND equal to or greater than a predetermined threshold T 1 is determined to have an excessively large difference in inclination compared to a reference pin. The SIP 204 having such an inspection pin is excluded as a defective product. Although the reference pin may be set arbitrarily, in this embodiment, the average value of the peak times of the plurality of pins 206 of the SIP 204 is used as the peak time of the reference pin. According to Equation (6), it can be said that the average value of the inclinations of the plurality of pins 206 is used as the inclination of the reference pin. The SIP 204 having the pins 206 that are greatly inclined as compared with the average inclination of the plurality of pins 206 is determined as a defective product.

図5は、形状検査装置100の機能ブロック図である。形状検査装置100は、ハードウェア的には、コンピュータのCPUをはじめとする素子で実現でき、ソフトウェア的にはデータ送受信機能のあるプログラム等によって実現されるが、図5ではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できる。ここでは、各機能ブロックの構成を中心として説明する。   FIG. 5 is a functional block diagram of the shape inspection apparatus 100. The shape inspection apparatus 100 can be realized in hardware by elements such as a CPU of a computer, and is realized in software by a program having a data transmission / reception function. In FIG. Draw functional blocks. Therefore, these functional blocks can be realized in various forms by a combination of hardware and software. Here, the configuration of each functional block will be mainly described.

形状検査装置100は、UI(ユーザインタフェース)部110、データ処理部120およびデータ保持部140を含む。UI部110は、ユーザインタフェース処理を担当する。データ処理部120は、UI部110やデータ保持部140から取得されたデータを元にして各種のデータ処理を実行する。データ保持部140は、UI部110とデータ保持部140の間のインタフェースの役割も果たす。データ保持部140は、各種データを保持するための記憶領域である。   The shape inspection apparatus 100 includes a UI (user interface) unit 110, a data processing unit 120, and a data holding unit 140. The UI unit 110 is in charge of user interface processing. The data processing unit 120 executes various data processing based on data acquired from the UI unit 110 or the data holding unit 140. The data holding unit 140 also serves as an interface between the UI unit 110 and the data holding unit 140. The data holding unit 140 is a storage area for holding various data.

UI部110は、撮像部112と警告部114を含む。このほかにもユーザの操作を受け付ける入力部や、画面に各種情報を表示させる表示部を含んでもよい。撮像部112は、カメラ222を駆動してSIP204等の検査対象物体を撮像する。このときに撮像された画像を「検査画像」とよぶ。警告部114は、検査対象物体の形状に異常があるとき、ユーザに警告を発する。SIP204を検査対象物体とする場合には、相対角度ΔθNDが閾値T以上となる検査ピンが存在するときに警告を発する。表示や音声による直接的な警告であってもよいし、外部のデータベースに所定情報を送信・記録することによる間接的な警告であってもよい。データ保持部140は、画像保持部142と反射強度情報保持部144を含む。画像保持部142は検査画像を保持する。反射強度情報保持部144は、光源移動時間や反射強度を対応づけた反射強度情報を保持する。反射強度情報は、計測中に随時更新される。反射強度情報については後述する。 The UI unit 110 includes an imaging unit 112 and a warning unit 114. In addition to this, an input unit that receives a user operation and a display unit that displays various types of information on the screen may be included. The imaging unit 112 drives the camera 222 to image an inspection target object such as the SIP 204. An image captured at this time is called an “inspection image”. The warning unit 114 issues a warning to the user when there is an abnormality in the shape of the inspection target object. When the SIP 204 is an object to be inspected, a warning is issued when there is an inspection pin whose relative angle Δθ ND is equal to or greater than the threshold T 1 . It may be a direct warning by display or sound, or may be an indirect warning by transmitting / recording predetermined information to an external database. The data holding unit 140 includes an image holding unit 142 and a reflection intensity information holding unit 144. The image holding unit 142 holds an inspection image. The reflection intensity information holding unit 144 holds reflection intensity information in which the light source moving time and the reflection intensity are associated with each other. The reflection intensity information is updated as needed during measurement. The reflection intensity information will be described later.

データ処理部120は、位置制御部122、位置特定部124、反射強度計測部126、傾斜算出部128、異常判定部134および高度算出部136を含む。位置制御部122は、光源220を一定の角速度ωにて始点Sから終点Eまで移動させる。位置特定部124は、光源移動時間と角速度から、光源方向を特定する。反射強度計測部126は検査画像の画素の濃淡値として、検査対象面200の反射強度を計測する。   The data processing unit 120 includes a position control unit 122, a position specifying unit 124, a reflection intensity measuring unit 126, an inclination calculating unit 128, an abnormality determining unit 134, and an altitude calculating unit 136. The position control unit 122 moves the light source 220 from the start point S to the end point E at a constant angular velocity ω. The position specifying unit 124 specifies the light source direction from the light source moving time and the angular velocity. The reflection intensity measurement unit 126 measures the reflection intensity of the inspection target surface 200 as the gray value of the pixel of the inspection image.

傾斜算出部128は、検査対象物体の面傾斜角度θ、より厳密には、面傾斜角度θを特定するための法線ベクトルを算出する。傾斜算出部128は、平面傾斜算出部130と曲面傾斜算出部132を含む。平面傾斜算出部130は、ピン206のような平面の傾きを算出する。曲面傾斜算出部132は、曲面の傾きを算出する。異常判定部134は、平面の傾き等について異常の有無を判定する。異常判定されたときには、警告部114が警告を発生させる。異常判定部134は、SIP204を検査対象物体とする場合には、ΔθNDが閾値T以上となるピン206が存在するか否かを判定する。高度算出部136は、曲面状の突起部についてその高さを計測する。高度算出部136の役割については後に詳述する。 The inclination calculation unit 128 calculates a surface inclination angle θ N of the object to be inspected, more precisely, a normal vector for specifying the surface inclination angle θ N. The inclination calculation unit 128 includes a plane inclination calculation unit 130 and a curved surface inclination calculation unit 132. The plane inclination calculation unit 130 calculates the inclination of a plane like the pin 206. The curved surface slope calculating unit 132 calculates the slope of the curved surface. The abnormality determination unit 134 determines whether or not there is an abnormality in the inclination of the plane. When an abnormality is determined, the warning unit 114 generates a warning. The abnormality determination unit 134 determines whether or not there is a pin 206 having Δθ ND equal to or greater than the threshold T 1 when the SIP 204 is an inspection target object. The altitude calculation unit 136 measures the height of the curved projection. The role of the altitude calculation unit 136 will be described in detail later.

図6は、平面の傾きを検査する過程を示すフローチャートである。まず、位置制御部122は、時刻t=0にて光源220を始点Sに設置し、一定の角速度ωにて光源220を移動させる(S10)。所定時間の経過後、撮像部112はSIP204の複数のピン206を撮像し、検査画像を取得する(S12)。反射強度計測部126は、検査画像を参照し、ピン206ごとの反射強度と、光源移動時間とを対応づけて反射強度情報として記録する(S14)。SIP204を撮像するとピン206の部分が明るく輝く検査画像を得られる。最大反射ポジションに到達したときのピン206は特に明るく輝く。したがって、検査画像からピン206の場所を特定するのは容易である。光源220が終点Eに到達していなければ(S16のN)、処理はS12に戻る。光源220が終点Eに到達するまで、定期的に、検査画像の撮像(S12)と反射強度情報の記録(S14)が実行される。   FIG. 6 is a flowchart showing a process of inspecting the inclination of the plane. First, the position control unit 122 installs the light source 220 at the start point S at time t = 0, and moves the light source 220 at a constant angular velocity ω (S10). After a predetermined time elapses, the imaging unit 112 captures the plurality of pins 206 of the SIP 204 and acquires an inspection image (S12). The reflection intensity measurement unit 126 refers to the inspection image and records the reflection intensity for each pin 206 and the light source movement time in association with each other (S14). When the SIP 204 is imaged, an inspection image in which the portion of the pin 206 is bright can be obtained. The pin 206 is particularly bright when it reaches the maximum reflection position. Therefore, it is easy to specify the location of the pin 206 from the inspection image. If the light source 220 has not reached the end point E (N in S16), the process returns to S12. Until the light source 220 reaches the end point E, imaging of an inspection image (S12) and recording of reflection intensity information (S14) are periodically performed.

光源220が終点Eに到達すると(S16のY)、位置制御部122は光源220を停止させる(S18)。位置特定部124は、反射強度情報を参照し、ピン206ごとのピーク時間Tを特定する(S20)。たとえば、あるピン206について、光源移動時間t、t、・・・、t、・・・の各タイミングで計測された反射強度を比較し、それらのうち最も反射強度が高くなるときの時間がtであったとする。この場合には、このピン206についてピーク時間T=tとする。式(6)に関連して説明したように、ピーク時間Tの特定により特定光源角度θも確定する。 When the light source 220 reaches the end point E (Y in S16), the position control unit 122 stops the light source 220 (S18). The position specifying unit 124 specifies the peak time TL for each pin 206 with reference to the reflection intensity information (S20). For example, for a certain pin 206, the reflection intensities measured at each timing of the light source moving times t 0 , t 1 ,..., T k ,. time is assumed to be t k. In this case, the peak time T L = t k for this pin 206. As described in relation to formula (6), also to determine the specific source angle theta L by a particular peak time T L.

平面傾斜算出部130は、これらのピーク時間Tの平均値を、仮想的な基準ピンのピーク時間TLBとして設定する(S22)。式(6)に関連して説明したように、ピーク時間TLBの特定により基準ピンの特定光源角度θLBも確定する。平面傾斜算出部130は、式(7)にしたがって、各ピン206の相対角度ΔθNDを算出する(S24)。 The plane inclination calculating unit 130 sets the average value of these peak times T L as the virtual reference pin peak time T LB (S22). As described in connection with Expression (6), the specific light source angle θ LB of the reference pin is also determined by specifying the peak time T LB. The plane inclination calculating unit 130 calculates the relative angle Δθ ND of each pin 206 according to the equation (7) (S24).

異常判定部134は、閾値Tよりも大きな相対角度ΔθNDとなるピン206が存在するかを判定する(S26)。存在すれば(S26のY)、異常判定部134は警告部114に指示して警告を発生させる(S28)。存在しなければ(S26のN)、S28はスキップされる。 The abnormality determining unit 134 determines whether there is a pin 206 having a relative angle Δθ ND larger than the threshold T 1 (S26). If present (Y in S26), the abnormality determination unit 134 instructs the warning unit 114 to generate a warning (S28). If it does not exist (N of S26), S28 is skipped.

光源220を始点Sから終点Eに移動させるとき、一つのSIP204の複数のピン206を同時に計測することにより、検査効率が向上する。更に、複数のSIP204を同時に計測してもよい。たとえば、10本のピン206を有するSIP204を5個同時に計測すれば、1枚の検査画像によって10×5=50本のピン206それぞれの反射強度を計測することにより、検査効率をいっそう向上させることができる。   When the light source 220 is moved from the start point S to the end point E, the inspection efficiency is improved by simultaneously measuring a plurality of pins 206 of one SIP 204. Further, a plurality of SIPs 204 may be measured simultaneously. For example, if five SIPs 204 having ten pins 206 are simultaneously measured, the inspection efficiency can be further improved by measuring the reflection intensity of each of 10 × 5 = 50 pins 206 using one inspection image. Can do.

図7は、BGA230の外観図である。(2)曲面の傾きを特定する方法については、BGA(Ball Grid Array)230のはんだボール232を検査対象として説明する。図7に示すように、BGA230の面方向にそれぞれx軸、z軸、高さ方向にy軸を設定する。BGA230は、はんだボール232をアレイ状に並べた表面実装型のICである。はんだボール232はBGA230の外部端子として機能する。BGA230内の半導体集積回路は、はんだボール232を介して、パッケージ基板と接続する。はんだボール232は球面形状の突起であり、金属製であるため光沢を有する。はんだボール232は、BGA230のはんだボール設置面234に面配列される。はんだボール232のはんだボール設置面234からの高さがばらつくと、BGA230をパッケージ基板に実装できないので、そのようなBGA230は不良品として取り除く必要がある。   FIG. 7 is an external view of the BGA 230. (2) The method of specifying the inclination of the curved surface will be described with the solder balls 232 of a BGA (Ball Grid Array) 230 as the inspection object. As shown in FIG. 7, the x-axis and z-axis are set in the surface direction of the BGA 230, and the y-axis is set in the height direction. The BGA 230 is a surface mount type IC in which solder balls 232 are arranged in an array. The solder ball 232 functions as an external terminal of the BGA 230. The semiconductor integrated circuit in the BGA 230 is connected to the package substrate via the solder ball 232. The solder balls 232 are spherical projections and are glossy because they are made of metal. The solder balls 232 are arranged on the solder ball installation surface 234 of the BGA 230. If the height of the solder ball 232 from the solder ball installation surface 234 varies, the BGA 230 cannot be mounted on the package substrate. Therefore, it is necessary to remove such a BGA 230 as a defective product.

はんだボール232の高さを測定するために、まず、形状検査装置100ははんだボール232の表面の傾き(形状)を計測する。曲面の計測についても、図1、図2に関連して説明した原理がベースとなる。   In order to measure the height of the solder ball 232, first, the shape inspection apparatus 100 measures the inclination (shape) of the surface of the solder ball 232. The measurement of the curved surface is also based on the principle described in relation to FIGS.

図8は、はんだボール232からの光の反射状態を示す模式図である。図8は、はんだボール232のxy方向の断面を示している。点P、P、Pは、いずれもはんだボール232の表面上の点である。点P、P、Pにおける法線ベクトルをそれぞれn、n、nとする。はんだボール232は曲面形状であるため、n、n、nは互いに方向が異なる。 FIG. 8 is a schematic diagram showing a reflection state of light from the solder balls 232. FIG. 8 shows a cross section of the solder ball 232 in the xy direction. Point P A, P B, P C is a point on the surface of the ball 232 solder none. Point P A, P B, respectively normal vector at P C n A, n B, and n C. Since the solder ball 232 has a curved shape, the directions of n A , n B , and n C are different from each other.

光源220から光を照射すると、点P、P、Pからはそれぞれ別方向に光が反射される。図8では、点Pから反射された光はカメラ222にまっすぐ向かっている。いいかえれば、点Pについては反射方向と視点方向が一致している。図8は、点Pの最大反射ポジションを示していることになる。カメラ222によりはんだボール232を観察すると、はんだボール232の表面のうち点Pが特に輝いて見える。以下、このような点のことを「輝点」とよぶ。検査画像において各画素の濃度値を比較することにより、検査画像から輝点の位置を特定できる。 When light is irradiated from the light source 220, the point P A, P B, the light is reflected in a different direction respectively from P C. In FIG. 8, the light reflected from the point P B is directed straight toward the camera 222. In other words, the reflection direction and the viewpoint direction coincide with each other for the point P B. Figure 8 would indicate a maximum reflection position of the point P B. Observing the solder balls 232 by the camera 222, the interior point P B on the surface of the solder ball 232 appears especially bright. Hereinafter, such points are referred to as “bright spots”. By comparing the density value of each pixel in the inspection image, the position of the bright spot can be specified from the inspection image.

図9は、はんだボール232の傾きおよび高さを検出するシステムのハードウェア構成図である。このシステムの構成は、図4に示した構成と基本的に同等である。BGA230およびカメラ222の位置に固定され、光源220のみが移動する。同図紙面手前方向がz軸の正方向、上方向がy軸の正方向、右方向がx軸の正方向に対応する。はんだボール232の高さは約100μm、BGA230からカメラ222までの距離は約300mm、BGA230から光源220までの距離は約700mmである。BGA230のサイズに比べて、BGA230からカメラ222や光源220までの距離は、各はんだボール232から光源220を結ぶ複数の直線が平行とみなせるほど大きい。光源220は、BGA230を中心とした半径700mmの円上を同図に示す始点Sから終点Eまで一定速度にて移動する。   FIG. 9 is a hardware configuration diagram of a system for detecting the inclination and height of the solder ball 232. The configuration of this system is basically the same as the configuration shown in FIG. Only the light source 220 moves while being fixed at the positions of the BGA 230 and the camera 222. The front side of the drawing corresponds to the positive direction of the z axis, the upward direction corresponds to the positive direction of the y axis, and the right direction corresponds to the positive direction of the x axis. The height of the solder ball 232 is about 100 μm, the distance from the BGA 230 to the camera 222 is about 300 mm, and the distance from the BGA 230 to the light source 220 is about 700 mm. Compared to the size of the BGA 230, the distance from the BGA 230 to the camera 222 and the light source 220 is so large that a plurality of straight lines connecting the solder balls 232 to the light source 220 can be regarded as parallel. The light source 220 moves at a constant speed from a start point S to an end point E shown in FIG.

カメラ222と光源220には、形状検査装置100が接続される。形状検査装置100は、光源220を移動させながら、はんだボール232に光を照射させ、カメラ222を介してはんだボール232の輝点を検出する。   The shape inspection apparatus 100 is connected to the camera 222 and the light source 220. The shape inspection apparatus 100 irradiates the solder ball 232 with light while moving the light source 220 and detects a bright spot of the solder ball 232 via the camera 222.

図10は、はんだボール232の高さを計測する方法を説明するための模式図である。まず、xy平面上の一般的な曲線の変化量は、式(8)により表現できる。

Figure 0005108827
ここで、Δhは、x座標をΔxだけ移動させたときのy座標の変化量を示す。y(x+Δx)は、x=x+Δxにおけるy座標値を示す。同様に、y(x)は、x=xにおけるy座標値を示す。Δxは微小であるとする。nはx=x+Δxにおける法線ベクトル、mは移動ベクトルであり、それぞれ、式(9)、(10)のように表される。
Figure 0005108827
Figure 0005108827
Δhは、法線ベクトルnと移動ベクトルmの内積として表現される。 FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a method of measuring the height of the solder ball 232. First, a change amount of a general curve on the xy plane can be expressed by Expression (8).
Figure 0005108827
Here, Δh indicates the amount of change in the y-coordinate when the x-coordinate is moved by Δx. y (x 1 + Δx) represents the y coordinate value at x = x 1 + Δx. Similarly, y (x 1 ) indicates the y coordinate value at x = x 1 . It is assumed that Δx is very small. n is a normal vector at x = x 1 + Δx, and m is a movement vector, which are expressed as equations (9) and (10), respectively.
Figure 0005108827
Figure 0005108827
Δh is expressed as an inner product of the normal vector n and the movement vector m.

また、法線ベクトルnは、式(11)として表現することもできる。

Figure 0005108827
は定数、θは法線ベクトルnがx軸と成す角度である。 The normal vector n can also be expressed as Equation (11).
Figure 0005108827
k n is a constant, and θ n is an angle formed by the normal vector n with respect to the x axis.

式(9)と式(11)から、x座標値とy座標値をそれぞれ比較し、kを消去すると、式(12)を得られる。

Figure 0005108827
From equation (9) and equation (11), x coordinate value and y coordinate values are compared respectively, clearing the k n, obtained equation (12).
Figure 0005108827

式(8)、(9)、(10)、(12)より、式(13)を得られる。

Figure 0005108827
すなわち、xをΔxだけ移動させたときの高さの変化Δhは、曲線の傾きθから特定できる。 Expression (13) is obtained from Expressions (8), (9), (10), and (12).
Figure 0005108827
That is, the height change Δh when x is moved by Δx can be identified from the slope θ n of the curve.

以上を前提として、はんだボール232の形状を計測する。最終的な目的ははんだボール232の高さを計測することであるが、そのためにはんだボール232上の各点における傾きを算出する。光源移動時間tにおける輝点をP、光源移動時間tr+1における輝点をPr+1とする。輝点Pのはんだボール設置面234からの高さをh、輝点Pr+1の高さをhr+1とする。また、輝点Pと輝点Pr+1のx座標の差をΔxr+1とする。輝点Pの法線ベクトルをn、法線ベクトルnがはんだボール設置面234と成す角度、すなわち、x軸と成す角度をθとする。同様に、輝点Pr+1の法線ベクトルをnr+1、法線ベクトルnr+1がx軸と成す角度をθr+1とする。 Based on the above, the shape of the solder ball 232 is measured. Although the final purpose is to measure the height of the solder ball 232, the inclination at each point on the solder ball 232 is calculated for this purpose. The bright spot in the light source travel time t r to P r, a bright spot in the light source travel time t r + 1 and P r + 1. The height of the bright spot P r from the solder ball installation surface 234 is h r , and the height of the bright spot P r + 1 is h r + 1 . Further, the difference between the bright spot P r and luminescent spot P r + 1 of x-coordinate and [Delta] x r + 1. Angle to the normal vector of the bright point P r n r, the normal vector n r is formed between the solder ball mounting surface 234, i.e., the angle between the x axis and theta r. Similarly, the normal vector of the bright spot P r + 1 is n r + 1 , and the angle formed by the normal vector n r + 1 with the x axis is θ r + 1 .

輝点Pr+1と輝点Pの高さの差をΔhr+1とすると、Δhr+1は、式(13)に基づき、以下の式(14)により表される。

Figure 0005108827
When the difference in height of the bright point P r + 1 and luminescent spot P r and Δh r + 1, Δh r + 1 , based on equation (13) is represented by the following equation (14).
Figure 0005108827

また、θr+1とθの差、すなわち、法線ベクトルの方向の変化量をΔθr+1とすると、Δθr+1は、式(5)、(6)に基づき、以下の式(15)により表される。

Figure 0005108827
Further, if the difference between θ r + 1 and θ r , that is, the amount of change in the direction of the normal vector is Δθ r + 1 , Δθ r + 1 is expressed by the following equation (15) based on equations (5) and (6). The
Figure 0005108827

はんだボール232の最高地点をPとする。この最高地点Pにおける法線ベクトルnはy軸正方向の向きとなる。いいかえれば、この最高地点Pにおいてはんだボール232と接する平面は、はんだボール設置面234と平行な平面となる。したがって法線ベクトルnは、はんだボール設置面234の法線ベクトルnと同じ方向であり、法線ベクトルnがx軸と成す角度θは90°である。このため、最高地点Pが輝点となるときには、はんだボール設置面234の反射強度が最大になるはずである。いいかえれば、はんだボール設置面234の反射強度が最大となるときにはんだボール232から検出される輝点は、最高地点Pである。最高地点Pが輝点となるときの光源移動時間をtとする。 The highest point of the solder balls 232 and P t. The normal vector n t at the highest point P t is oriented in the positive y-axis direction. In other words, the plane tangent to the solder balls 232 in this highest point P t is a plane parallel to the solder ball mounting surface 234. Thus the normal vector n t is the same direction as the normal vector n t of the solder ball mounting surface 234, the angle theta t of the normal vector n t makes with the x-axis is 90 °. Therefore, when the highest point P t becomes bright spot, the reflection strength of the solder balls installation surface 234 should be maximal. In other words, the bright spot detected from the solder ball 232 when the reflection intensity of the solder ball installation surface 234 is maximum is the highest point P t . The light source moving time when the highest point P t is the bright spot and t t.

輝点Pr+1における角度θr+1を求める式は、式(15)にしたがって、次の式(16)のようになる。

Figure 0005108827
Δθt〜r+1は、輝点Pr+1における角度θr+1と最高地点Pにおける角度θとの角度の差である。式(16)により、ある輝点Pr+1のピーク時間tr+1と、最高地点Pのピーク時間tがわかれば、輝点Pr+1におけるはんだボール232の傾きθr+1の求めることができる。 The equation for obtaining the angle θ r + 1 at the bright spot P r + 1 is expressed by the following equation (16) according to the equation (15).
Figure 0005108827
Δθ t~r + 1 is the difference angle between the angle theta t at an angle theta r + 1 and the highest point P t in the bright spot P r + 1. If the peak time t r + 1 of a certain bright spot P r + 1 and the peak time t t of the highest point P t are known from the equation (16), the inclination θ r + 1 of the solder ball 232 at the bright spot P r + 1 can be obtained.

複数の検査画像を参照し、PとPr+1のx座標値の変化量をΔxr+1として特定し、式(14)に式(16)を代入すれば、輝点Pr+1と輝点Pの高さの差をΔhr+1を求めることができる。各輝点における高さの変化量Δhを累算することにより、はんだボール232の高さhを以下の式(17)により求めることができる。

Figure 0005108827
By referring to a plurality of inspection images, specifying the amount of change in the x-coordinate values of P r and P r + 1 as Δx r + 1 and substituting equation (16) into equation (14), the bright spot P r + 1 and the bright spot P r Δh r + 1 can be obtained from the difference in height between the two. By accumulating the height variation Δh of each bright point can be calculated by equation (17) below the height h t of the solder balls 232.
Figure 0005108827

図11は、曲面形状を有する突起について、その傾きと突起の高さを検査する過程を示すフローチャートである。位置制御部122は、時刻t=0にて光源220を始点Sに設置し、一定の角速度ωにて光源220を移動させる(S30)。所定時間の経過後、撮像部112はBGA230の複数のはんだボール232を撮像し、検査画像を取得する(S32)。検査画像における各はんだボール232の位置は、あらかじめ画像処理により特定しておいてもよい。反射強度計測部126は、検査画像を参照し、各はんだボール232の輝点を検出する。反射強度計測部126は、はんだボール232ごとに、輝点の座標と光源移動時間とを対応づけて反射強度情報として記録する(S34)。はんだボール232のような曲面を検査対象とする場合には、反射強度情報においては、はんだボール232ごとに、輝点の座標、光源移動時間がそれぞれ対応づけられる。また、はんだボール設置面234の反射強度も反射強度情報の一部として記録しておく。光源220が終点Eに到達していなければ(S36のN)、処理はS32に戻る。光源220が終点Eに到達するまで、定期的に、検査画像の撮像(S32)と反射強度情報の記録(S34)が実行される。   FIG. 11 is a flowchart illustrating a process of inspecting the inclination and the height of the protrusions having a curved shape. The position control unit 122 installs the light source 220 at the start point S at time t = 0, and moves the light source 220 at a constant angular velocity ω (S30). After the elapse of the predetermined time, the imaging unit 112 captures the plurality of solder balls 232 of the BGA 230 and acquires an inspection image (S32). The position of each solder ball 232 in the inspection image may be specified in advance by image processing. The reflection intensity measurement unit 126 refers to the inspection image and detects the bright spot of each solder ball 232. The reflection intensity measuring unit 126 records the coordinates of the bright spot and the light source moving time as reflection intensity information for each solder ball 232 (S34). When a curved surface such as the solder ball 232 is to be inspected, in the reflection intensity information, the coordinates of the bright spot and the light source moving time are associated with each solder ball 232. Also, the reflection intensity of the solder ball installation surface 234 is recorded as a part of the reflection intensity information. If the light source 220 has not reached the end point E (N in S36), the process returns to S32. Until the light source 220 reaches the end point E, imaging of an inspection image (S32) and recording of reflection intensity information (S34) are periodically performed.

光源220が終点Eに到達すると(S36のY)、位置制御部122は光源220を停止させる(S38)。位置特定部124は、反射強度情報を参照し、はんだボール232ごとに最高地点の座標を特定する(S40)。より具体的には、はんだボール設置面234の反射強度が最高値となるときの輝点を最高地点として特定する。式(15)、(16)にしたがって、曲面傾斜算出部132はすべての輝点の傾きを算出する(S42)。高度算出部136は、これらの傾きから、すべての輝点における高さ変化量を算出する(S44)。高度算出部136は、すべてのはんだボール232の高さを算出する(S46)。   When the light source 220 reaches the end point E (Y in S36), the position control unit 122 stops the light source 220 (S38). The position specifying unit 124 specifies the coordinates of the highest point for each solder ball 232 with reference to the reflection intensity information (S40). More specifically, the bright spot when the reflection intensity of the solder ball installation surface 234 has the highest value is specified as the highest spot. In accordance with the equations (15) and (16), the curved surface inclination calculation unit 132 calculates the inclinations of all bright spots (S42). The altitude calculation unit 136 calculates the amount of height change at all bright spots from these inclinations (S44). The altitude calculation unit 136 calculates the height of all the solder balls 232 (S46).

高度算出部136は、はんだボール232の高さの平均値を、基準値とする。そして、はんだボール232の高さと基準値の差である相対高度を計算する。異常判定部134は、この相対高度が所定の閾値Tよりも大きいはんだボール232が存在するかを判定する(S48)。存在すれば(S48のY)、異常判定部134は警告部114に指示して警告を発生させる(S50)。存在しなければ(S48のN)、S50はスキップされる。 The altitude calculation unit 136 sets the average value of the heights of the solder balls 232 as a reference value. Then, a relative height that is a difference between the height of the solder ball 232 and the reference value is calculated. Abnormality determining unit 134 determines whether the relative altitude is large solder ball 232 than a predetermined threshold value T 2 is present (S48). If present (Y of S48), the abnormality determination unit 134 instructs the warning unit 114 to generate a warning (S50). If it does not exist (N in S48), S50 is skipped.

以上、実施の形態に基づいて、形状検査装置100を説明した。形状検査装置100は、光源220が移動する速度と光源移動時間に基づいて、光源方向を特定している。カメラ、光源、検査対象物体の相対的な位置関係を変化させながら最大反射ポジションを探っているため、カメラや光源、検査対象物体の初期位置を設定する上での制約が少ないというメリットがある。   The shape inspection apparatus 100 has been described above based on the embodiment. The shape inspection apparatus 100 identifies the light source direction based on the speed at which the light source 220 moves and the light source moving time. Since the maximum reflection position is searched while changing the relative positional relationship among the camera, the light source, and the inspection target object, there is an advantage that there are few restrictions on setting the initial position of the camera, the light source, and the inspection target object.

また、式(7)や(16)に示したように、光源移動時間を計測すれば、平面や曲面の傾きを求めることができるため、シンプルな構成と簡易なアルゴリズムにより低コストにて高速な計測処理が可能となる。特に、表面反射パラメータ等のパラメータの設定や算出が必要でないため、利便性だけでなく計測精度の面からも有利である。数学モデルにあてはめながら検査対象物体の形状を判定するのではないため、多様な形状の検査対象物体に対応しやすい。   In addition, as shown in equations (7) and (16), if the light source movement time is measured, the inclination of the plane or curved surface can be obtained. Measurement processing is possible. In particular, since setting and calculation of parameters such as surface reflection parameters are not necessary, this is advantageous not only from convenience but also from the viewpoint of measurement accuracy. Since the shape of the inspection target object is not determined while being applied to the mathematical model, it is easy to deal with various shapes of the inspection target object.

はんだボール232の最高地点は、あらかじめ設定されてもよいが、設定されていない場合であってもはんだボール設置面234の反射強度に基づいて特定できる。このため、いっそう利便性や測定精度を向上させることができる。更に、光源220を1回移動させるだけで、複数のピン206や複数のはんだボール232、あるいは、複数のSIP204や複数のBGA230をまとめて検査できるため、検査効率が高い。   The highest point of the solder ball 232 may be set in advance, but even if it is not set, it can be specified based on the reflection intensity of the solder ball installation surface 234. For this reason, it is possible to further improve convenience and measurement accuracy. Further, since the plurality of pins 206, the plurality of solder balls 232, the plurality of SIPs 204, and the plurality of BGAs 230 can be inspected together by moving the light source 220 once, the inspection efficiency is high.

本実施の形態においては、SIP204やBGA230を対象として説明したが、検査対象物体はこれに限らず、ある程度の光沢を有する平面や曲面であれば広く検査対象とできる。たとえば、パッケージ基板の膨れやへこみの検出にも応用可能である。   In the present embodiment, the SIP 204 and the BGA 230 have been described as an object. However, the inspection object is not limited to this, and a wide inspection object can be used as long as it has a certain level of gloss or a flat surface. For example, the present invention can be applied to detection of swelling and dent of a package substrate.

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。   The present invention has been described based on the embodiments. The embodiments are exemplifications, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are within the scope of the present invention. .

100 形状検査装置
110 UI部
112 撮像部
114 警告部
120 データ処理部
122 位置制御部
124 位置特定部
126 反射強度計測部
128 傾斜算出部
130 平面傾斜算出部
132 曲面傾斜算出部
134 異常判定部
136 高度算出部
140 データ保持部
142 画像保持部
144 反射強度情報保持部
200 検査対象面
202 傾斜基準面
204 SIP
206 ピン
220 光源
222 カメラ
230 BGA
232 はんだボール
234 はんだボール設置面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Shape inspection apparatus 110 UI part 112 Imaging part 114 Warning part 120 Data processing part 122 Position control part 124 Position specification part 126 Reflection intensity measurement part 128 Inclination calculation part 130 Plane inclination calculation part 132 Curved surface inclination calculation part 134 Abnormality determination part 136 Altitude Calculation unit 140 Data holding unit 142 Image holding unit 144 Reflection intensity information holding unit 200 Inspection target surface 202 Inclination reference surface 204 SIP
206 pins 220 light source 222 camera 230 BGA
232 Solder ball 234 Solder ball installation surface

Claims (7)

外形に平面部を有する検査対象物体、前記平面部に光を照射する光源、前記平面部からの反射光を撮像するカメラのうち一以上の位置を変化させることにより、前記平面部から前記光源に向かう光源方向と前記平面部から前記カメラに向かう視点方向の双方または一方を変化させる位置制御部と、
前記光源方向および前記視点方向の双方または一方の変化速度と変化時間に基づいて、前記光源方向および前記視点方向を特定する位置特定部と、
所定の光反射モデルに基づいて、前記平面部から前記視点方向に光が反射されるときの前記光源方向および前記視点方向から前記平面部の傾きを算出する傾斜算出部と、
を備えることを特徴とする形状検査装置。
By changing one or more positions among an inspection object having a flat part on the outer shape, a light source that irradiates light on the flat part, and a camera that images reflected light from the flat part, the flat part changes to the light source. A position control unit that changes both or one of the light source direction toward the camera and the viewpoint direction from the plane part toward the camera;
A position specifying unit for specifying the light source direction and the viewpoint direction based on the change speed and change time of both or one of the light source direction and the viewpoint direction;
An inclination calculating unit that calculates an inclination of the plane part from the light source direction and the viewpoint direction when light is reflected from the plane part to the viewpoint direction based on a predetermined light reflection model ;
A shape inspection apparatus comprising:
前記カメラの位置における前記反射光の強度を計測する反射強度計測部、を更に備え、
前記傾斜算出部は、前記反射光の強度が最大となるときの前記光源方向および前記視点方向の中心方向を前記平面部の法線ベクトルとして、前記平面部の傾きを算出することを特徴とする請求項1に記載の形状検査装置。
A reflection intensity measuring unit that measures the intensity of the reflected light at the position of the camera;
The inclination calculation unit calculates the inclination of the plane part using the light source direction and the center direction of the viewpoint direction when the intensity of the reflected light is maximized as a normal vector of the plane part. The shape inspection apparatus according to claim 1.
前記検査対象物体は、複数の平面部を有し、
前記傾斜算出部は、各平面部から前記視点方向に光が反射されるときの前記光源方向および前記視点方向に基づいて、前記複数の平面部それぞれの傾きを算出することを特徴とする請求項1または2に記載の形状検査装置。
The inspection object has a plurality of plane portions,
The inclination calculation unit calculates an inclination of each of the plurality of plane parts based on the light source direction and the viewpoint direction when light is reflected from each plane part in the viewpoint direction. The shape inspection apparatus according to 1 or 2.
いずれかの平面部について、所定の基準値から所定量以上乖離する傾きが検出されたときに警告を発生させる警告部、を更に備えることを特徴とする請求項3に記載の形状検査装置。   The shape inspection apparatus according to claim 3, further comprising: a warning unit that generates a warning when an inclination that deviates by a predetermined amount or more from a predetermined reference value is detected for any one of the planar portions. 前記警告部は、前記複数の平面部の傾きの平均値を前記基準値とすることを特徴とする請求項4に記載の形状検査装置。   The shape inspection apparatus according to claim 4, wherein the warning unit uses an average value of inclinations of the plurality of plane portions as the reference value. 前記検査対象物体はピン挿入型のIC(Integrated Circuit)であって、前記平面部はピンであることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の形状検査装置。   The shape inspection apparatus according to claim 1, wherein the inspection target object is a pin insertion type IC (Integrated Circuit), and the planar portion is a pin. 外形に平面部を有する検査対象物体、前記平面部に光を照射する光源、前記平面部からの反射光を撮像するカメラのうち一以上の位置を変化させることにより、前記平面部から前記光源に向かう光源方向と前記平面部から前記カメラに向かう視点方向の双方または一方を変化させる機能と、
前記光源方向および前記視点方向の双方または一方の変化速度と変化時間に基づいて、前記光源方向および前記視点方向を特定する機能と、
所定の光反射モデルに基づいて、前記平面部から前記視点方向に光が反射されるときの前記光源方向および前記視点方向から前記平面部の傾きを算出する機能と、
をコンピュータに発揮させることを特徴とする形状検査プログラム。
By changing one or more positions among an inspection object having a flat part on the outer shape, a light source that irradiates light on the flat part, and a camera that images reflected light from the flat part, the flat part changes to the light source. A function of changing both or one of the light source direction toward and the viewpoint direction from the plane portion toward the camera;
A function of specifying the light source direction and the viewpoint direction based on a change speed and a change time of both or one of the light source direction and the viewpoint direction;
Based on a predetermined light reflection model, a function of calculating the inclination of the plane portion from the light source direction and the viewpoint direction when light is reflected from the plane portion in the viewpoint direction ;
A shape inspection program characterized by causing a computer to exhibit this.
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