JPH109827A - 高さ判別装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 共焦点光学系を用いて物体の高さを判別する
高さ判別装置に関し、試料物体を光軸方向へ移動させる
ことなしに、低コストで高精度な高さ判別装置を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 複数の波長成分を含む光を発生する光源
１と、試料物体５に前記光を集束照射する色収差を有す
る対物レンズ４と、試料物体からの反射光を波長成分別
に受光する光検出器７と、光検出器での受光量が最大で
ある波長成分の前記対物レンズにおける焦点位置を試料
物体の高さ位置とする処理部１０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、共焦点光学系を用
いて物体の高さを判別する高さ判別装置および方法に関
し、とくに表面実装型電子部品のハンダバンプの高さ測
定等に用いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は、共焦点光学系を用いた従来の高
さ判別装置を示す構成図である。同図において、光源１
１から発せられたレーザ光はピンホール１２を通過し、
ビームスプリッタ１３を通って対物レンズ１４で集束さ
れ試料物体１５に照射される。試料物体１５で反射した
レーザ光はビームスプリッタ１３で反射され、ピンホー
ル１６を通過して受光センサ１７に入射される。

【０００３】この構成において、試料物体１５の高さを
判別するには、試料物体１５の頂部がレーザ光の合焦位
置に来るように試料物体１５を光軸方向（上下方向）に
移動させ、その結果、受光センサ１７の受光量が最大と
なる位置を試料物体１５の高さ位置としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の高さ判
別装置では、レーザ光が試料物体の頂部で合焦して反射
するように試料物体を光軸方向に移動させながら計測す
る必要があるため、計測に時間がかかるといった不都合
がある。

【０００５】また、試料物体を光軸方向に精度よく移動
させるためには複雑な駆動機械が必要となり、併せて大
掛かりな制御装置も必要となるため、製作費用が高額に
なると共にメンテナンス性が悪いという不都合がある。

【０００６】本発明は、このような従来の課題を解決す
るためになされたもので、試料物体を光軸方向へ移動さ
せることなしに、低コストで高精度な高さ判別装置およ
び方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の高さ判別
装置は、複数の波長成分を含む光を発生する光源と、試
料物体に前記光を集束照射する色収差を有する対物レン
ズと、試料物体からの反射光を波長成分別に受光する光
検出器と、光検出器での受光量が最大である波長成分の
前記対物レンズにおける焦点位置を試料物体の高さ位置
とする処理部とを備えるものである。

【０００８】請求項２記載の高さ判別装置は、請求項１
記載の発明において、光検出器が反射光を三原色に分解
する色フィルタおよび色フィルタを透過した三原色の光
量を検出する受光センサを備え、受光センサの受光出力
を処理部に供給するものである。

【０００９】請求項３記載の高さ判別装置は、請求項１
記載の発明において、光検出器が反射光を単波長成分に
分解するスペクトル分光器およびスペクトル分光器から
の光を受光するラインセンサを備え、ラインセンサの受
光出力を処理部に供給するものである。

【００１０】請求項４記載の高さ判別方法は、複数の波
長成分を含む光を色収差を有する対物レンズによって試
料物体に集束照射し、試料物体で反射した光を波長成分
別に光検出器で受光し、光検出器で受光した光量が最大
である波長成分の対物レンズにおける焦点位置を試料物
体の高さ位置とするものである。

【００１１】本発明によれば、色収差を有する対物レン
ズによって光の焦点距離が波長成分別に異なることを利
用し、受光量が最大となる波長成分の光は試料物体の頂
部で合焦して反射した光であるとして、その合焦位置を
試料物体の高さ位置として判別するようにしている。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による高さ判別装
置の一実施の形態を示す構成図である。同図において、
Ｘｅランプ等からなる光源１から発せられた複数の波長
成分を含む光は、ピンホール２を通過し、ビームスプリ
ッタ３を通って対物レンズ４で集束され、試料物体５に
照射される。

【００１３】試料物体５で反射した光はビームスプリッ
タ３で反射され、ピンホール６を通過して光検出器７に
入射する。光検出器７は色フィルタ８と受光センサ９と
からなり、色フィルタ８は三原色分解用のダイクロイッ
クミラーを用い、受光センサ９は三原色用の３つの受光
センサ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂからなる。

【００１４】ここで、一般にレンズの焦点距離ｆは近似
的に、 （１／ｆ）＝（ｎ−１）×{(１／ｒ₁ ）−（１／ｒ₂ )} と表される。ｎはレンズを構成するガラス材質の屈折率
であり、ｒ_１，ｒ_２はレンズの曲率半径である。

【００１５】このように焦点距離ｆはレンズの屈折率ｎ
に依存し、しかもレンズの屈折率ｎは、図２に示すよう
に、通過する光の波長λに依存するので、光の合焦位置
は波長λに応じ光軸方向に異なる位置となる。これが色
収差である。色収差は焦点の位置と焦点距離の変化のた
めに像点の位置と倍率とが一定しないため、レンズの通
常の使用態様では問題となるが、本発明はこの色収差を
積極的に利用し、試料物体５の高さ判別に用いるように
している。

【００１６】すなわち、図１に示すように、波長λ2 の
光が試料物体５の頂部で合焦したとすると、それより短
い波長λ1 の光は焦点距離が短くなるため試料物体５の
手前（上方）で合焦することになり、長い波長λ3 の光
は焦点距離が長くなるため試料物体５の後方（下方）で
合焦することになる。

【００１７】例えば、波長λ1 の光をＢ（青）、波長λ
2 の光をＧ（緑）、波長λ3 の光をＲ（赤）とすれば、
試料物体５の頂部で合焦した波長λ2 の光が最も多く色
分解フィルタ８を介して受光センサ９Ｇに入射される。
処理部１０は各受光センサ９Ｂ，９Ｇ，９Ｒが受光した
各光量から受光センサ９Ｇの受光量が最も多いことを検
知し、試料物体５の高さを緑色光の合焦位置と決定す
る。

【００１８】図３は、本発明による高さ判別装置の他の
実施の形態を示す構成図で、光検出器７にラインセンサ
を設けるように構成した点を除いては、前述の図１に示
す構成と同一の構成を有している。

【００１９】すなわち、ピンホール６を通過して光検出
器７に入射した光は、レンズ１１で平行光となり、スペ
クトル分光器としてのプリズム１２で各波長成分の光に
分光され、レンズ１３で集束された後に、ＣＣＤ（電荷
結合素子）等からなるラインセンサ１４に入射される。

【００２０】この構成において、前述と同様に試料物体
５の頂部で反射した光が波長λ2 の緑色光であれば、ラ
インセンサ１４上の波長λ2 に対応する位置に最も多く
の光が照射される。

【００２１】従って、予め試料物体５の高さ位置とライ
ンセンサ１４の受光位置との関係を求めておけば、処理
部１０はラインセンサ１４の受光位置から試料物体５の
高さを求めることができる。この場合、ラインセンサ１
４の一次元軸の長さと結像される光の波長との位置関係
はリニアではないので較正する必要がある。

【００２２】なお、前述の実施の形態では、光源１とし
てＸｅランプ等の白色光源を用いるようにしたが、複数
の波長成分を含む光であればよいので、複数の単色光を
合成して形成するようにしてもよい。この場合、三原色
Ｒ，Ｇ，Ｂを合成して形成することが好ましいが、任意
の２色を合成して形成するようにしてもよい。

【００２３】次に、本発明による高さ判別装置を用い
て、小さな両面配線基板に球形状のハンダをアレイ状に
配列した表面実装型ＬＳＩパッケージ（プラスチックＢ
ＧＡ（ball grid arra))のハンダバンプの高さを検査す
る場合について説明する。

【００２４】プラスチックＢＧＡのハンダバンプは、全
ての高さが均一でなくてはならず、１つでも高すぎたり
低すぎたりした場合は、基板への実装時の信頼性の点か
ら不都合があった。

【００２５】いま、図４に示すように、ＬＳＩパッケー
ジ２１の裏面（図ａ）に球形状のハンダバンプ２２（図
ｂ）が形成されている場合、波長λ1 の青色光の合焦位
置、波長λ2 の緑色光の合焦位置および波長λ3 の赤色
光の合焦位置を、それぞれパッケージ２１の表面から高
さｈ１、高さｈ２および高さｈ３とし、高さ領域Ｒ１
（ｈ１〜ｈ２）内にハンダバンプ２１の頂部が位置する
ものを適正とし、それ以外のものは不適正とすると、光
検出器７で検出した光が緑色光以外は不良として判定す
ることになる。

【００２６】また、光検出器７の受光センサ９で検出し
た光が青色光であればハンダバンプ２１の高さが高す
ぎ、赤色光であれば低すぎると判断する。このように、
本発明による高さ判別装置を用いて各ハンダバンプ２１
の中心位置を走査することによって、各ハンダバンプ２
１の高さを二次元的にカラー表示することができる。光
ビームの走査間隔を狭めれば、各ハンダバンプ２１の形
状を色別に三次元的に表示することができ、高さだけで
なく形状も判別することができる。

【００２７】また、光源１として白色光源を使用し、光
検出器７としてスペクトル分光器およびラインセンサ１
４を使用した高さ判別装置によって各ハンダバンプ２１
を走査すれば、各ハンダバンプ２１の形状を連続する波
長成分によって色別に三次元的に表示することができ
る。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、光源として複数の波長
成分を含む白色光源または複数の単色光源を混合した光
源を用い、さらに対物レンズに色収差を持たせ、この色
収差によって光の波長成分別に焦点距離が異なることを
利用し、試料物体の高さを判別するようにしたので、試
料物体を光軸方向へ移動する駆動機構が不要となり、低
コストかつ高精度で試料物体の高さ判別を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による高さ判別装置の一実施の形態を示
す構成図である。

【図２】光の波長とレンズの屈折率との関係を示すグラ
フ図である。

【図３】本発明による高さ判別装置の他の実施の形態を
示す構成図である。

【図４】表面実装型ＬＳＩパッケージのハンダバンプの
高さを検査する説明図であり、（ａ）はＬＳＩパッケー
ジの裏面を示す図、（ｂ）はハンダバンプの側面を示す
図である。

【図５】従来の高さ判別装置を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ ピンホール ３ ビームスプリッタ ４ 対物レンズ ５ 試料物体 ６ ピンホール ７ 光検出器 ８ 色フィルタ ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ 受光センサ １０ 処理部 １１，１３ レンズ １２ プリズム １４ ラインセンサ ２１ 表面実装型ＬＳＩパッケージ ２２ ハンダンバンプ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の波長成分を含む光を発生する光源
   と、 試料物体に前記光を集束照射する色収差を有する対物レ
   ンズと、 前記試料物体からの反射光を波長成分別に受光する光検
   出器と、 前記光検出器での受光量が最大である波長成分の前記対
   物レンズにおける焦点位置を前記試料物体の高さ位置と
   する処理部と、を備えることを特徴とする高さ判別装
   置。
2. 【請求項２】 前記光検出器は前記反射光を三原色に分
   解する色フィルタおよび前記色フィルタを透過した三原
   色の光量を検出する受光センサを備え、前記受光センサ
   の受光出力を前記処理部に供給することを特徴とする請
   求項１記載の高さ判別装置。
3. 【請求項３】 前記光検出器は前記反射光を単波長成分
   に分解するスペクトル分光器および前記スペクトル分光
   器からの光を受光するラインセンサを備え、前記ライン
   センサの受光出力を前記処理部に供給することを特徴と
   する請求項１記載の高さ判別装置。
4. 【請求項４】 複数の波長成分を含む光を色収差を有す
   る対物レンズによって試料物体に集束照射し、 前記試料物体で反射した光を波長成分別に光検出器で受
   光し、 前記光検出器で受光した光量が最大である波長成分の前
   記対物レンズにおける焦点位置を前記試料物体の高さ位
   置とすることを特徴とする高さ判別方法。