JP5945386B2 - 印刷半田検査装置 - Google Patents
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Description
しかしながら3D測定は、測定対象の高さを計測する技術であって、その高さを構成する材料の違いを識別するものではなく、よって、クリーム半田がパッド上に薄く広がる「にじみ」と呼ばれる印刷不良の検出が困難であるという限界を抱えている。一方、2D測定は、照明色と照明の照射方向の最適化により、クリーム半田とパッドあるいは基板面とを輝度の違い、色の違い、表面状態の違いで識別するという手法であり、パッド上に薄く広がったクリーム半田を抽出できるという3D測定に対する補完性を持っている。
図1に示すように、撮像素子70を走査方向の垂線に対してなす角θが「0度を超え90度未満」となるように傾ける。そのときの角度θを、存在率の低いもしくは存在しない、長方形や楕円形等の半田の回転角度に設定することにより、実用上、半田を撮像系の光軸を軸に回転しても、回転する前と同等な撮像画像を得ることができる。 手法1は、図2に示すように、スリット照明L1,L2の長軸方向の照射を2方向にすることにより、長軸方向の撮像の明るさが落ち込む場所を減少させる。その結果、高精度な検査結果を得ることができ、また、半田を撮像系の光軸を軸に回転しても、回転する前と同等な撮像画像を得ることができる。
具体的には、図18に示す半田Aが、仮に45度回転したものが多数を占めた場合、図2の照明と撮像素子の回転角度(なす角)を45度にしてしまうと図18の問題が発生してしまう。半田Aとして、仮に30度回転したもの、45度回転したもの、回転無しの3種類が多く存在している場合は、図1の撮像素子70の回転角度θを20度にすれば、半田Aの短手方向中心軸と平行にはならないので、明るさが落ち込む場所が非常に長くなる現象は起きなくなる。
3D撮像については、撮像領域2箇所(1式)と照明1式なので、もとより一方側で後方(この場合斜め後方)からの照射画像、反対側で前方(この場合斜め前方)からの照射画像を取得することができる。
スリット照射光の長手方向中心軸と平行となる部分が明るさの落ち込む場所となる。その理由は、図4のように、スリット照明光は、長手方向中心軸方向の光La(照射対象の短手方向中心軸a2と平行な面と交わることはない(照射しない))と長軸方向の外側に向かう光Lb(照射対象の短手方向中心軸a2と平行な面と交わることはない(照射しない))と短軸方向に広がる光Lc(照射対象の短手方向中心軸a2と平行な面と交わることはない(照射しない))の成分しか存在しない。したがって、走査させてもスリット照射光の長手方向中心軸と平行になる半田Aの短手方向中心軸と平行な面に向かう向きの光が存在しないため、明るさが落ち込む場所となる。
図6のように、短軸方向に広がる光Lcは、長手方向全体に存在するため、長手方向中心軸から離れた位置に半田Aがある場合でも、長手側中心軸と同様の効果が得られる。
手法2は、形状に関係なく、全ての形状の半田などの立体物に有効である。
手法2では、スリット照明を2式使用する。1式目のスリット照明L1,L2の明るさの落ち込むところと異なる場所で、明るさが落ち込むような角度で傾斜された2式目のスリット照明L1,L2にて照射し撮像する。それらの得られた画像データを合算することにより、それぞれのスリット照明L1,L2で発生する、小さな明るさの落ち込む場所c3を更に、安定した明るさで撮像でき、サチレーションによる色情報の消失場所d1,d2を補間しあうことにより、実質全周照射された撮像画像を得ることができる(図8参照)。
なお、図8で説明したように、サチレーションによる色情報の消失場所d1,d2を補間しあうことができるので、図9に示すように、それぞれのハッチング部において2D撮像領域71R,71G,71Bは1式あればよい。
なお、図9のような撮像素子70の向きで、斜めの撮像領域71R,71G,71B,72,73を確保することは、撮像素子70の設計が必要となるため、代替案として図10のように2個の撮像素子70を1つのカメラ50に実装し、手法2の撮像領域71R,71G,71B,72,73の配置を実現できる。
手法3は、形状に関係なく、全ての形状の半田Aなどの立体物に有効である。
手法3とし、向き合う1式のスリット照明L1,L2の長手方向中心軸をa側とb側で、撮像レンズ光軸LAを軸とし線対称となるようにずらすことにより、照射の広がり角でa側は左サイドを照射し、b側は右サイドを照射するようにすることにより、長軸方向の照射死角を無くすことができる(図11参照)。
また、この光軸をずらすと共に、図12のようにa,b側両方のスリット照明を撮像レンズ光軸LAに対し、外側に傾けることにより、半田Aの側面の反射強度を上あげることができる。
また、RGBで照射角度を揃え、半田Aの色を忠実に再現し、色相データと明暗を共に使用する画像認識を採用することにより、照度ムラによる明暗の画像の誤判定を防ぐことができる。
3D検査の高さ測定の手法を撮像領域が4ラインですむ位相シフト法(特開2003−121115号公報参照)に変更することにより、現行の方式に比べ、データ転送量を大幅に削減する(図13参照)。上記手法を実現するに当たり必要となる、現行の2D・3D同時撮像半田印刷検査装置の改造内容として、撮像カメラのFPGプログラム等を変更し、3D−1,3D−2用に、各4ラインの撮像領域72,73を作れるようにする。また、図15のスリット照明10a,10bを位相スリット照明へ置き換えることが必要である。上記手法により、位相スリット照明の照射位置が、それぞれ別の撮像領域を照射するため、向き合った2方向からの照射が行えるため、一回の撮像動作にて、全周の3D検査が行えるようになる。
3D計測用照明にて、「赤色〜赤外の長波長光はレジストを透過する」、「紫外〜青色の短波長光はレジストを透過しない」という特性が記載されている(特許第3878165号公報参照)。この特性から、図15のスリット照明11aを赤色〜赤外の長波長光、スリット照明11bを紫外〜青色の短波長光の照明にすることにより、2D画像であらかじめレジスト層Rの場所を特定しておく。撮像自体は3D画像取得と同時も可能である。すなわち、同一撮像素子にて2D用、3D用の撮像領域を設けており、走査させながら画像データを2D用と3D用が1対1となるように取得しているため、1回の走査動作にて2D用、3D用の画像データの取得が可能であり、レジスト層Rの場所を特定する処理の専用に、別途画像を取得する動作は不要である。スリット照明11aでレジスト層Rの下層R1の高さを計測し、その高さを高さの基準(高さ0)、スリット照明11bでレジスト層Rの上面R2の高さを計測し、レジスト層Rの厚さRhを測定することができる(図14参照)。
1.赤色〜赤外の長波長光の撮像対象の高さが0のとき照射されるポジションを決めておく。ポジションの決定方式について、光学系は、撮像面に平行な平面(以後組立基準面という)で撮像レンズの焦点が合うところを基準として組み立てる。セラミック板などのようなフラットな板を用意し、その上面が組立基準面に対し高さが0となるように設置する。その状態でフラットな板を照射したときに、たとえば、11aのラインが、撮像画像の212画素目を照射するように設置する。また、11bにおいては812画素目を照射するように設置する。それにより、撮像対象の高さが変わると、たとえば11aの照射位置が204画素目、11bの照射位置が820画素目に移動する。照射角度と1画素あたりの距離をもとに照射ポジションの移動量から高さが測定できる。赤色〜赤外の光源と紫外〜青色の光源は、それぞれの波長を照射する光源であるが、白色のような複数波長からなる光源の光を使用しフィルタを用いて赤色〜赤外もしくは紫外〜青色のみを透過させ照射をする。もしくは、撮像カメラ側でフィルタを用いて赤色〜赤外もしくは紫外〜青色の波長のみを透過させ受光させる方法も可能である。
3.先に割り出したレジスト層の位置にて赤色〜赤外の長波長光のポジション移動量から高さを算出する。たとえば、40μmである。
4.先に割り出したレジスト層の位置にて紫外〜青色の短波長光のポジション移動量から高さを算出する。たとえば、100μmである。
5.赤色〜赤外の長波長光において、40μmの高さが測定されていることから、この基板はこの地点では40μm盛り上がっているため、紫外〜青色の短波長光の高さ100μmから40μmを引くとレジストの厚さ60μmがわかる。
例として、リフロー後の完成基板に、剛性強化と防湿等の基板保護を目的とした透明または半透明なコーティング層が施される場合がある。本技術が搭載された装置を電子基板生産工程のコーティング工程の下流に設置することにより、上記コーティング層の2次元的な有無、塗りムラの他、厚さ測定を基にした検査のため、厚みのムラや、コーティング層のゴミ埋もれ、厚みの管理が可能である。
この例の場合、測定される厚さはレジスト層とコーティング層の合算された厚みとなるため、コーティング層のみの厚さの管理が必要な場合は、前工程(たとえば本技術が搭載された印刷半田検査装置)のレジスト層の厚さ情報を取得し、測定された厚さからレジスト層の厚さを引いた値をコーティング層の厚さとすることが必要である。
但し、リフロー後のコーティング層の塗布状況の管理が重要となる部分は、チップのリブの部分等のレジストが切り取られた開口部になるため、その部分のみのコーティング層の厚みの測定であれば、前工程のレジスト層の厚さの情報は必要なくなる。
以上のように、基板に形成された膜または層の高さの測定技術は、紫外〜青色を透明せず、赤色〜赤外を透過する材質からなる膜または層の厚さを測定することが出来る。
Claims (11)
- 基板に対し照明し撮像して、前記基板に印刷された半田を検査する印刷半田検査装置であって、
撮像素子を、走査方向の垂線に対して所定の角度傾け、
前記撮像素子の撮像領域の長手方向とスリット照明光の長手方向が平行となるようにし、
前記半田の一部または全部は、縦横比が異なり、直線または直線に近い長辺を有し、
前記スリット照明光の長手方向の中心軸と、前記半田の短手方向の中心軸とが平行となる場合は、前記走査方向に走査すると、明るさが落ち込む場所が長くなり、
前記所定の角度は、前記スリット照明光の長手方向の中心軸と前記半田の短手方向の中心軸とが平行でなくして前記走査方向に走査することにより、前記明るさが落ち込む場所が長くなるのを抑制する角度である、ことを特徴とする印刷半田検査装置。 - 2次元・3次元同時撮像用光学系の向き合った対のスリット照明で半田の走査方向の前後を照射し、前記2次元・3次元同時撮像用光学系の向き合った対のスリット照明の長手方向中心軸を撮像レンズの走査方向の光軸を軸に線対称となるようにずらし、広がりを持つスリット照明光の長軸方向の前記光軸から右側の照射成分で、前記半田の中心から左側を照射し、長軸方向の前記光軸から左側の照射成分で、前記半田の中心から右側を照射することにより、走査させ撮像し、取得した画像データを合算することにより、2つのスリット照明で、前記半田の実質全周照射での撮像データを得ることを特徴とする請求項1に記載の印刷半田検査装置。
- スリット照明を撮像レンズ光軸に対し外側に傾けることを特徴とする請求項2に記載の印刷半田検査装置。
- 3次元検査部に、位相シフト法による高さ測定を採用することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の印刷半田検査装置。
- 異なった2箇所の撮像領域を、向き合った2方向からの位相スリット照明で照射することにより、1回の撮像動作にて、全周の3D検査を行い、同時にRGB画像を取得し、それらを合算して実質カラー画像を取得することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の印刷半田検査装置。
- 2次元・3次元同時撮像用光学系の撮像領域とスリット照明群を2式使用し、一方を赤色〜赤外の長波長光、他方を紫外〜青色の短波長光の照明にすることにより、2D画像であらかじめ、基板に形成された膜または層の場所を特定し、一方の照明で前記膜または層の下層の高さを計測し、その高さを高さの基準として他方の照明で前記膜または層の上面の高さを計測し、前記膜または層の厚さを測定することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の印刷半田検査装置。
- 基板に対し照明し撮像して、前記基板に印刷された半田を検査する印刷半田検査装置であって、
撮像素子は、2次元撮像用の撮像領域を2つ有し、
前記2つの撮像領域の長手方向は、互いに平行であり、
前記2つの撮像領域それぞれに対応する、スリット照明光が照射され、
前記撮像素子を、走査方向の垂線に対して所定の角度傾け、
前記2つの撮像領域のそれぞれは、その長手方向と、それに対応する前記スリット照明光の長手方向が平行となるようにし、
前記半田の一部または全部は、縦横比が異なり、直線または直線に近い長辺を有し、
いずれかの前記スリット照明光の長手方向の中心軸と、前記半田の短手方向の中心軸とが平行となる場合は、前記走査方向に走査すると、明るさが落ち込む場所が長くなり、
前記所定の角度は、いずれかの前記スリット照明光の長手方向の中心軸と前記半田の短手方向の中心軸とが平行でなくして前記走査方向に走査することにより、前記明るさが落ち込む場所が長くなるのを抑制する角度である、ことを特徴とする印刷半田検査装置。 - 基板に対し照明し撮像して、前記基板に印刷された半田を検査する印刷半田検査装置であって、
第1の撮像素子は、2次元撮像用の第1の撮像領域を1つ有し、
前記第1の撮像領域に対応する、第1のスリット照明光と第2のスリット照明光が照射され、
前記第1の撮像素子を、走査方向の垂線に対して第1の角度傾け、
前記第1の撮像領域の長手方向と、前記第1のスリット照明光および前記第2のスリット照明光の長手方向とが平行となるようにし、
第2の撮像素子は、2次元撮像用の第2の撮像領域を1つ有し、
前記第2の撮像領域に対応する、第3のスリット照明光と第4のスリット照明光が照射され、
前記第2の撮像素子を、走査方向の垂線に対して第2の角度傾け、
前記第2の角度は、前記第1の角度と異なり、
前記第2の撮像領域の長手方向と、前記第3のスリット照明光および前記第4のスリット照明光の長手方向とが平行となるようにする、ことを特徴とする印刷半田検査装置。 - 基板に対し照明し撮像して、前記基板に形成された立体物を検査する検査装置であって、
撮像素子を、走査方向の垂線に対して所定の角度傾け、
前記撮像素子の撮像領域の長手方向とスリット照明光の長手方向が平行となるようにし、
前記立体物の一部または全部は、縦横比が異なり、直線または直線に近い長辺を有し、
前記スリット照明光の長手方向の中心軸と、前記立体物の短手方向の中心軸とが平行となる場合は、前記走査方向に走査すると、明るさが落ち込む場所が長くなり、
前記所定の角度は、前記スリット照明光の長手方向の中心軸と前記立体物の短手方向の中心軸とが平行でなくして前記走査方向に走査することにより、前記明るさが落ち込む場所が長くなるのを抑制する角度である、ことを特徴とする検査装置。 - 基板に対し照明し撮像して、前記基板に形成された立体物を検査する検査装置であって、
撮像素子は、2次元撮像用の撮像領域を2つ有し、
前記2つの撮像領域の長手方向は、互いに平行であり、
前記2つの撮像領域それぞれに対応する、スリット照明光が照射され、
前記撮像素子を、走査方向の垂線に対して所定の角度傾け、
前記2つの撮像領域のそれぞれは、その長手方向と、それに対応する前記スリット照明光の長手方向が平行となるようにし、
前記立体物の一部または全部は、縦横比が異なり、直線または直線に近い長辺を有し、
いずれかの前記スリット照明光の長手方向の中心軸と、前記立体物の短手方向の中心軸とが平行となる場合は、前記走査方向に走査すると、明るさが落ち込む場所が長くなり、
前記所定の角度は、いずれかの前記スリット照明光の長手方向の中心軸と前記立体物の短手方向の中心軸とが平行でなくして前記走査方向に走査することにより、前記明るさが落ち込む場所が長くなるのを抑制する角度である、ことを特徴とする検査装置。 - 基板に対し照明し撮像して、前記基板に形成された立体物を検査する検査装置であって、
第1の撮像素子は、2次元撮像用の第1の撮像領域を1つ有し、
前記第1の撮像領域に対応する、第1のスリット照明光と第2のスリット照明光が照射され、
前記第1の撮像素子を、走査方向の垂線に対して第1の角度傾け、
前記第1の撮像領域の長手方向と、前記第1のスリット照明光および前記第2のスリット照明光の長手方向とが平行となるようにし、
第2の撮像素子は、2次元撮像用の第2の撮像領域を1つ有し、
前記第2の撮像領域に対応する、第3のスリット照明光と第4のスリット照明光が照射され、
前記第2の撮像素子を、走査方向の垂線に対して第2の角度傾け、
前記第2の角度は、前記第1の角度と異なり、
前記第2の撮像領域の長手方向と、前記第3のスリット照明光および前記第4のスリット照明光の長手方向とが平行となるようにする、ことを特徴とする検査装置。
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