JPH0282367A - ３次元形状検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 ３次元形状検査装置、特に、基板表面に実装された回路
素子等のチップ部品の高さを計測することにより該チッ
プ部品の実装状態を検査する技術に関し、 検査対象の明るさの分布状態にかかわらずその高さの計
測精度を向上させ、ひいては検査対象の３次元形状を高
精度に検査することを目的とし、基板および該基板上に
設けられた部品を含む検査対象の３次元形状を光学的に
計測して該形状を指示する信号を出力する光学系と、該
光学系からの信号を用いて前記検査対象の計測位置毎の
高さデータを演算する信号処理回路と、該演算された高
さデータを格納する画像メモリと、前記基板の中から分
散して選定された複数の位置が予め登録されている位置
登録用メモリと、該登録されている複数の位置に対応す
る基板高さのデータを前記画像メモリから読み出して、
補間法により基板全体の高さ分布を作成する基板高さ分
布作成回路と、部品の上面の高さと該部品の位置に対応
する基板高さの両者の値から部品自体の高さを判定する
高さ判定回路とを具備し、該高さ判定回路の出力に基づ
いて前記検査対象の３次元形状を検査するように構成す
る。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、３次元形状検査装置に関し、より詳細には、
基板表面に実装された回路素子等のチップ部品の高さを
計測することにより該チップ部品の実装状態、例えばチ
ップの有無、位置ずれ、実装方向、欠けや浮き上がり等
、を検査する技術に関する。

概して、チップの搭載されたプリント基板には反りがあ
るため、チップの高さを計測する際には、常にチップ周
辺の基板面の高さとチップ面の高さの双方を計測し、そ
の相対値からチップの高さを求める必要がある。この場
合の高さ計測は、計測する対象がプリント基板や各種の
チップ部品等四るさ（光反射率）の異なる物に対しても
、精度良く行えることが要求されている。

〔従来の技術〕

基板表面に実装されたチップ部品の高さを計測する技術
として、既に本出願人によって提案されたような（特願
昭６３−１４４８４６号参照）、レーザビーム走査と三
角測量法に基づいた光学系およびＰＳＤ（位置検出デバ
イス；　Ｐｏ５ｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅν
１ｃｅ）を用いた手法が知られている。以下、この方法
について第９図の従来形装置の構成例を参照しながら説
明する。

光学系１３は半導体レーザ等の光源１４およびＰＳＤ等
の光検出器１５を含み、該光源から出射された光ビーム
は、ステージ１２上に載置された検査対象１１（この場
合には複数のチップ部品が搭載されたプリント基板）上
に照射され、そこで反射されて光検出器１５で検出され
る。この際、光ビームは、コリメートレンズや偏向ミラ
ー（図示せず）等により検査対象１１上でＸ座標方向に
走査される。これによって光学系１３は、光検出器１５
上に入射された光の位置と強度に応じて、２種類の検出
信号１１％１２を出力する。なお、ステージ１２からは
、光ビームが検査対象１１上のどの位置に照射されてい
るかを指示する情報（Ｙ座標情報）が出力される。信号
処理回路１６は、２種類の検出信号１１．１２に基づき
検査対象の高さおよび明るさを演算し、該演算されたデ
ータ（それぞれＳ、、Ｓ、とする）を光ビーム走査系の
χ座標とステージ１２から供給されるＹ座標情報に基づ
きそれぞれ高さ画像メモリ１７、明るさ画像メモ１月８
の対応するメモリ領域に格納する。

ヒストグラム作成回路１９は、高さ画像メモ１月７のメ
モリ領域上で１つのチップ部品の画像データを含むよう
に所定の大きさの領域を設定しく具体的には第６図（ａ
）に示されるようにチップ部品６１の周囲に検査窓６０
を切り出す）、該検査窓内の高さ画像データに対して第
８図に示されるような高さヒストグラムを作成する。作
成された高さヒストグラムは高さヒストグラムメモリ２
０に格納される。高さ判定回路２１ａは、高さヒストグ
ラムメモリ２０の内容（第８図に示す関係）からチップ
部品６１（第６図（ａ）参照）の面の高さと基板部６３
の面の高さを求め、両者の差からチップ部品６１自体の
高さを算出し、その高さが所定の条件を満たず高さであ
るか否かを指示する信号（高さ判定結果）Ｈ゛を出力す
る。この出力された信号Ｈ°に基づいて、チップ部品の
有無、欠け、浮き上がり等を検査し、ひいては該チップ
部品と基板を含む検査対象の３次元形状を検査すること
ができる。制御部２２ａは以上の各回路の動作を制御し
ている。

なお、信号処理回路１６において演算される検査対象の
高さＳＨおよび明るさＳＢはそれぞれ、Ｓ＋＋　＝　（
ｉ＋　　ｉｚ）　／　（＋＋＋ｉｚ）、ＳＢ　＝ｉＩ＋
＋２、 で表される。

〔発明が解決しようとする課題］ 上述した従来形の装置では、信号処理回路１６において
高さＳＨは（ｉｔ　　ｉｚ）　／　（ｉ＋＋ｉｚ）で演
算され、その分母に明るさＳＩｌを指示する因子（＋＋
＋１２）を含んでいるため、高さ計測精度は検査対象（
チップ部品、基板）の明るさに影響される。

従って、光反射率の比較的大きい（明るい）チップ部品
に対しては、その高さ計測を行った場合、第８図の右側
のピークに示されるように高さのばらつきは比較的小さ
く、高さの計測精度は良くなる。

しかしながら、光反射率の比較的小さい（暗い）基板に
対しては、その高さ計測を行った場合、第８図の左側の
ピークに示されるように高さのばらつきは比較的大きく
なる。一般のプリント基板は、第６図（ａ）に示される
ように暗い基板部６３の部分と明るいシルク印刷の白線
部６４０部分が混在して成るが、基板部６３の面積の方
が大きいため、基板面の光反射率は概して小さくなる。

例えば第７図を参照すると、（ａ）に示されるように光
反射率が小さい場合（黒色チップや基板部等）には、高
さの計測ばらつきは大きくなり、一方、（ｂ）に示され
るように光反射率が大きい場合（明色チップや白線部等
）には、高さの計測ばらつきは小さくなる。

従って、高さ判定回路２１ａにおいてチップ面と基板面
の差からチップ部品の高さを算出する場合に、基板面（
基板部）高さのばらつきが大きいと、該基板面の高さを
高精度で決定することが困難になり、ひいてはチップ部
品の高さを高精度で算出することが出来ないという不都
合が生じる。

このように従来形の装置では、比較的明るさが少ない（
暗い）検査対象に対しては、高さ計測のばらつきが大き
くなることに起因して高さ判定回路の演算精度が悪くな
り、そのため、高さ計測精度が低下するという欠点があ
った。

本発明は、上述した従来技術における課題に鑑み創作さ
れたもので、検査対象の明るさの分布状態にかかわらず
その高さの計測精度を向上させ、ひいては検査対象の３
次元形状を高精度に検査することかできる３次元形状検
査装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上述した従来技術における課題は、高さ計測において高
さ計測精度が比較的良好である、すなわち検査対象の中
の比較的明るい部分を積極的に活用することにより、解
決される。

従って、本発明による３次元形状検査装置は、第１図の
原理図に示されるように、基板２Ａおよび該基板上に設
けられた部品２Ｂを含む検査対象２の３次元形状を光学
的に計測して該形状を指示する信号Ｓ。を出力する光学
系３と、該光学系からの信号を用いて前記検査対象の計
測位置毎の高さデータＳｌを演算する信号処理回路４と
、該演算された高さデータを格納する画像メモリ１と、
前記基板の中から分散して選定された複数の位置が予め
登録されている位置登録用メモリ６と、該登録されてい
る複数の位置に対応する基板高さのデータを前記画像メ
モリから読の出して、補間法により基板全体の高さ分布
Ｓ３を作成する基板高さ分布作成回路７と、部品の上面
の高さと該部品の位置に対応する基板高さの両者の値か
ら部品自体の高さを判定する高さ判定回路８とを具備し
、該高さ判定回路の出力に基づいて前記検査対象の３次
元形状を検査するようにしたことを特徴としている。

〔作用〕

上述した構成によれば、光反射率の比較的小さい（暗い
）基板２Ａについては、予め登録されている基板の中の
明るい部分の位置と該位置に対応する高さデータに基づ
き補間法によって作成された基板高さ分布Ｓ３を利用し
てその高さ計測が行われるようになっている。

従って、比較的暗い検査対象（基板）であっても、その
中の比較的明るい部分、すなわち高さ計測の精度が比較
的良好である部分、を活用することで、高さ計測のばら
つきを小さく抑制することができる。その結果、高さ判
定回路８における演算精度の低下を防止し、高さ計測精
度を向上させるご七が可能となる。これは、検査対象の
３次元形状検査の高精度化に寄与するものである。

なお、本発明の他の構成上の特徴および作用の詳細につ
いては、添付図面を参照しつつ以下に記述される実施例
を用いて説明する。

〔実施例〕

第２図には本発明の一実施例の構成が一部模式的にブロ
ック図の形態で示される。なお、同図の構成は基本的に
は第９図（従来形）の構成と同様であり、対応する部分
は同じ参照符号で示されている。

まず、基本的な構成について説明する。

１１は複数のチップ部品が搭載されたプリント基板、す
なわち検査対象、１２は検査対象を搭載するためのステ
ージ、１３は光学系であって、検査対象に光ビームを照
射するだめの半導体レーザ等の光源１４と、該光ビーム
をＸ軸方向に走査するためのコリメートレンズや偏向ミ
ラー（図示せず）等と、反射された光を検出するための
ＰＳＤ等の光検出器１５とを含んでいる。光学系１３は
、光検出器１５上に入射された光の位置と強度に応じて
、２種類の検出信号１１、ｉ２を出力する。また、ステ
ージ１２からは、光ビームが検査対象１１上のどの位置
に照射されているかを指示する情報（Ｙ座標情報）が出
力される。

１６は信号処理回路であって、２種類の検出信号１１．
１２に基づいて検査対象の高さおよび明るさを演算し、
その演算されたデータ（それぞれＳｌｌ、ＳＲとする）
を光走査系のＸ座標とステージ１２からのＹ座標情報に
基づきそれぞれ高さ画像メモリ１７、明るさ画像メモ１
月８の対応するメモリ領域に格納する。なお、検査対象
の高さＳＨおよび明るさＳ、はそれぞれ、 Ｓ□−（Ｌ　　ｉｚ）　／　（Ｌ　＋ｉ２）、５Ｂ−ｉ
１＋ｉ２、 で表される。

１９はヒストグラム作成回路であって、高さ画像メモリ
１７のメモリ領域上で１つのチップ部品の画像データを
含むように所定の大きさの領域を設定】　２ しく具体的には第６図（ａ）に示されるようにチップ部
品６１の周囲に検査窓６０を切り出す）、該検査窓内の
高さ画像データに対して高さヒストグラムを作成し、そ
れを高さヒストグラムメモリ２０に格納する。２１は高
さ判定回路であって、高さヒストグラムメモリ２０の内
容からチップ部品上面の高さを求めると共に、後述する
基板高さ分布作成回路２５において作成された基板高さ
分布に基づいて該チップ部品の位置に対応する基板部の
高さを求め、両者の差からチップ部品自体の高さを算出
して、その高さが所定の条件を満たず高さであるか否か
を指示する信号（高さ判定結果）Ｈを出力する。

また、２２は以上の各回路および後述する明パターン位
置決め用パターンメモリ２３、高さ測定点メモリ２４の
動作を制御するための制御部である。

次に、本実施例の特徴部の構成について第３図および第
４図を併用しながら説明する。

明パターン位置決め用パターンメモリ２３および高さ測
定点メモリ２４には、検査対象基板Ｓ上の比較的明るい
部分Ｗ、Ａ、Ｂ、Ｍ、−Ｍ、２において適宜分散して選
定された複数の位置に対応するデータが予め登録されて
いる。この場合、前者のメモリ２３には白線位置決めマ
ークＡおよびＢを指示する位置データが格納され、後者
のメモリ２４には高さ測定点Ｍ１〜Ｍ１□を指示する位
置データが格納されている。これらの位置データは、作
業者が明るさ画像を観測しながら選定するか、あるいは
明るさ画像内の明度の高い部分を画像処理によって自動
抽出することにより、得られる。なお、第３図において
明るい部分Ｗは白線マークを表し、第６図（ａ）に示さ
れるパターンに対応している。

基板高さ分布作成回路２５は、明パターン位置決め用パ
ターンメモリ２３および高さ測定点メモリ２４にそれぞ
れ格納されている位置データに基づき、パターン位置決
め用パターン位ｉＡ、Ｂを検出して白線パターンの位置
ずれ、回転、伸縮を演算し、それによって個々の高さ測
定点Ｍ１〜Ｍ　＋　２の位置を相対演算し、さらに、該
高さ測定点の各個に対応する基板高さのデータを高さ画
像メモ１月７から読み出して補間法により基板全体の高
さ分布を作成する機能を有している。第４図にその一例
が示され、図中、破線で示される部分は補間法により作
成された基板高さを表している。

次に、第２図装置の作用について第５図のフローチャー
トを参照しながら説明する。

まずステップ５０では、信号処理回路１６により演算さ
れた検出対象１１の高さＳｌ＋および明るさＳ。

の画像データがそれぞれ対応する高さ画像メモリ１７、
明るさ画像メモ１月８に入力される。ステップ５１では
明パターン位置決め用パターンメモリ２３に格納されて
いる位置データに基づき、基板高さ分布作成回路２５が
白線位置決めマークＡ、Ｂを検出し、さらに次のステッ
プ５２では、マークＡ、Ｂの検出に基づいて白線パター
ンの位置ずれ、回転、伸縮を算出する。

ステップ５３では、高さ測定点メモリ２４に格納されて
いる位置データを更に参照して、基板高さ分布作成回路
２５が高さ測定点Ｍ　ｌ−Ｍ　＋□の位置を算出し、さ
らに次のステップ５４では、該高さ測定点の各個に対応
する基板高さのデータを高さ画像メモリ１７から読み出
し、補間法を用いて基板全体の高さ分布を作成する。

ステップ５５では高さ判定回路２１が、ヒストグラム作
成回路１９において作成された高さヒストグラムを参照
して、検査窓６０（第６図（ａ）参照）の中のチップ部
品６Ｉの上面の高さ（チップ面の高さ）を算出する。次
のステップ５６では、高さ判定回路２１が、基板高さ分
布作成回路２５において作成された基板高さ分布に基づ
いて、ステップ５５で検査対象とされたチップ部品の位
置に対応する基板高さを算出し、次いで、その算出され
た基板高さをステップ５５で求められたチップ面の高さ
から減算して、チップ部品自体の高さ（チップ高さ）を
算出する。

さらにステップ５７では、高さ判定回路２１により、ス
テップ５６で算出されたチップ高さが所定の条件を満た
す高さである（Ｙ［！Ｓ）か否（Ｎ０）かの判定が行わ
れ、判定がＹＥＳの場合にはステップ５８に進み、判定
がＮＯの場合にはステップ５９に進んで適宜不良処理を
行った後、ステップ５８に進む。ステップ５８では、ず
べてのチップ部品について検査が終了した（ＹＥＳ）か
否（Ｎ０）かの判定が行われ、判定がＹＥＳの場合には
フローはエンドとなり、判定がＮＯの場合にはステップ
５５に戻る。

以上説明したように、計測対象として比較的暗い（光反
射率の小さい）基板に対してその高さ計測を行う場合、
従来例では第８図の左側のピークに示されるような高さ
計測のばらつきが比較的大きいヒストグラムを利用し、
それ故、高さ計測精度が悪かったものでも、本実施例に
よれば、予め設定された基板の中の明るい部分、すなわ
ち高さ計測の精度が比較的良好である部分、の位置（第
３図のＭ、〜Ｍ、２）に対応する高さデータに基づき補
間法を用いて基板高さ分布（第４図参照）を作成し、そ
の基板高さ分布を利用して高さ計測を行うようにしてい
るので、従来形に比して高さ計測精度を格段に向上させ
ることができる。

従って、その高められた高さ計測精度に基づいて高さ判
定（信号Ｈ）を行うことにより、基板上におけるチップ
部品の有無、欠け、浮き上がり等を検査することができ
、ひいては該チップ部品と基板を含む検査対象の３次元
形状を高精度に検査することが可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、比較的暗い検査対
象であっても、その中の比較的明るい部分を積極的に活
用して高さ計測を行うようにしているので、高さ計測の
ばらつきを小さく抑制することができる。これによって
、検査対象の明るさの分布状態にかかわらずその高さの
計測精度を向上させることが可能となり、ひいては検査
対象の３次元形状を高精度に検査することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による３次元形状検査装置を一部模式的
に示した原理図、 第２図は本発明の一実施例としての３次元形状検査装置
の構成を一部模式的に示したブロック図、第３図は第２
図装置における明パターン位置決め用パターンおよび高
さ測定点の配置関係を示す】　８ 図、 第４図は第２図装置において作成された基板高さ分布を
模式的に示す斜視図、 第５図は第２図装置の作用を説明するためのフローチャ
ート、 第６図（ａ）および（ｂ）は検査対象を含む画像データ
の一例を示す図で、（ａ）はパターン図、（ｂ）は（ａ
）を模式的に示した断面図、 第７図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ明るさに対する高
さの計測ばらつきと頻度の関係を示す図、第８図は第６
図に示される画像データに対して作成された高さヒスト
グラムの一例を示す図、第９図は従来形の３次元形状検
査装置の一構成例を一部模式的に示したブロック図、 である。 （符号の説明） １・・・画像メモリ、２・・検査対象、２Ａ・・・基板
、２Ｂ・・・チップ部品、３・・・光学系、４・・・信
号処理回路、５・・・高さヒストグラム作成回路、６・
・・位置登録用メモリ、７・・・基板高さ分布作成回路
、８・・・高さ判定回路、Ｓｏ・・・３次元形状指示信
号、Ｓ、・・・高さデータ、Ｓ２・・・高さヒストグラ
ム、Ｓ３・・・基板高さ分布、Ｓ４・・・高さ判定回路
の出力。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板（２Ａ）および該基板上に設けられた部品（２Ｂ）
   を含む検査対象（２）の３次元形状を光学的に計測して
   該形状を指示する信号（Ｓ＿０）を出力する光学系（３
   ）と、 該光学系からの信号を用いて前記検査対象の計測位置毎
   の高さデータ（Ｓ＿１）を演算する信号処理回路（４）
   と、 該演算された高さデータを格納する画像メモリ（１）と
   、 前記基板の中から分散して選定された複数の位置が予め
   登録されている位置登録用メモリ（６）と、該登録され
   ている複数の位置に対応する基板高さのデータを前記画
   像メモリから読み出して、補間法により基板全体の高さ
   分布（Ｓ＿３）を作成する基板高さ分布作成回路（７）
   と、 部品の上面の高さと該部品の位置に対応する基板高さの
   両者の値から部品自体の高さを判定する高さ判定回路（
   ８）とを具備し、 該高さ判定回路の出力に基づいて前記検査対象の３次元
   形状を検査するようにしたことを特徴とする３次元形状
   検査装置。