JPH11160027A - 球状物体の高さ測定装置、およびその測定方法 - Google Patents

球状物体の高さ測定装置、およびその測定方法

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JPH11160027A
JPH11160027A JP32291797A JP32291797A JPH11160027A JP H11160027 A JPH11160027 A JP H11160027A JP 32291797 A JP32291797 A JP 32291797A JP 32291797 A JP32291797 A JP 32291797A JP H11160027 A JPH11160027 A JP H11160027A
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JP
Japan
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light
height
spherical object
light source
position detector
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JP32291797A
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English (en)
Inventor
Daizo Kanda
大造 神田
Kazumi Morita
一美 森田
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TODAKA SEISAKUSHO KK
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TODAKA SEISAKUSHO KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 BGA/CSPのパッケージの底部に設けら
れた半田ボールのような球状物体の高さを短時間の内に
精度良く測定できるようにする。 【解決手段】 球状物体2に対して垂直方向から光を照
射する第1光源5と、球状物体2に対して第1光源5の
光軸から所定角度だけ傾斜した方向から光を照射する複
数の第2光源10a,10bと、これらの第1、第2光源
5,10a,10bから照射された光の球状物体2からの
反射光を通過させるスリット6と、このスリット6を通
過した光の位置を検出する位置検出器7と、第1光源5
による位置検出器7の検出出力に基づいて得られる球状
物体2の高さを、第2光源10a,10bによる位置検出
器7の検出出力に基づいて補正する高さ補正手段(図示
せず)とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、BGA(Ball Gr
id Array)/CSP(Chip Size Package)のパッケー
ジの底部に形成される半田ボールのような球状物体の高
さを測定するための装置、およびその測定方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】BGA/CSPは、図3に示すように、
パッケージ1の底部全面に格子状に多数の半田ボール2
を形成することができるため、図4に示すようなQFP
(QuadFlad Package)のような多ピンのパッケージよ
りも小型で、集積密度が高いという利点がある。
【0003】しかし、このようなBGA/CSPは、実
装上の品質(信頼性)に影響を与える要因の一つとして、
半田ボール2の高さのばらつきがある。つまり、各半田
ボール2の高さがばらつくと、その融着の際に、パッケ
ージ1を配線基板の各電極上に良好にマウンティングで
きず、欠陥を生じるからである。
【0004】したがって、BGA/CSPを量産する上
では、各々の半田ボール2の高さを測定して、その平坦
度を検査し、実装上の品質を保証する必要がある。
【0005】ここで、BGA/CSPの一つ一つの半田
ボール2の高さを測定するのに時間がかかると、各製品
ごとの検査に長時間を要し、量産性を阻害することにな
る。よって、半田ボール2の高さ測定には、正確さと迅
速さが要求される。
【0006】ところで、従来、半田ボールのような曲面
を有する物体の高さを測定する装置として、たとえば、
図5に示すようなものが提供されている[たとえばつ、
昭和63年度精密工学会春季大会学術講演(昭和63年
3月16日)『金型用模型の非接触自動形状測定装置の
開発』(JSPE-55-02、'89-02-393)参照]。
【0007】この装置では、レーザダイオード等の光源
5からの光3を図示しないレンズ系を介して半田ボール
2の垂直方向に向けて照射し、この光3の半田ボール2
からの反射光4a,4bをスリット6に形成された左右一
対の孔6a,6bを通過させてCCDラインセンサ等の位
置検出器7で受光する。
【0008】このとき、位置検出器7からパッケージ1
までの距離が一定で、かつ、光源5からの光3が半田ボ
ール2の頂点Tの位置に正しく照射されている場合に
は、位置検出器7で検出される各受光点Aa,Abの間隔
Xと、半田ボール2の高さHとには、次の関係式が成立
する。
【0009】 H=f(X) (1) つまり、半田ボール2の高さHは、各受光点Aa,Abの
間隔Xの関数となり、上記(1)式から半田ボール2の高
さHを決定することができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】図5に示した従来技術
によれば、非接触式の測定であるため、半田ボール2を
変形させたり、傷付けたりすることがなく、しかも、半
田ボール2の表面状態(凹凸や光沢)の違いによって、入
射光3が散乱しても、そのような散乱光はスリット6で
遮光されて、スリット6の孔6a,6bを通過した光4
a,4bのみが位置検出器7に受光されるので、不要な散
乱因子の影響を除くことができる利点がある。
【0011】しかし、前述のように、半田ボール2の高
さHが正確に求まるのは、光源5からの光3が半田ボー
ル2の頂点Tに正しく照射された場合であって、光3の
照射位置が半田ボール2の頂点Tからずれた場合には、
位置検出器7で検出される各受光点Aa,Abの間隔Xも
変動し、その結果、(1)式に基づいて得られる半田ボー
ル2の高さHの値が不正確なる。
【0012】そこで、従来技術では、照射される光3が
半田ボール2の頂点Tを必ず通過するように、光源5、
スリット6、位置検出器7を含む光学測定手段を、半田
ボール2の頂点T付近の領域を通過するように繰り返し
二次元走査しつつ、そのたびに高さを求め、これにより
得られた高さ測定値の内の最大のものを真の高さとして
決定している。
【0013】このため、最終的な頂点の高さHを求める
上で時間がかかり、迅速測定の要求に十分に応えること
ができなかった。
【0014】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、半田ボールのような球状物体の高さを
短時間の内に精度良く測定できるようにすることを課題
とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するため、次のようにしている。
【0016】すなわち、請求項1記載の高さ測定装置で
は、球状物体に対して垂直方向から光を照射する第1光
源と、球状物体に対して前記第1光源の光軸から所定角
度だけ傾斜した方向から光を照射する複数の第2光源
と、この第1、第2光源から照射された光の球状物体か
らの反射光を通過させるスリットと、このスリットを通
過した光の位置を検出する位置検出器と、第1光源によ
る位置検出器の検出出力に基づいて得られる球状物体の
高さを、第2光源による位置検出器の検出出力に基づい
て補正する高さ補正手段とを備えている。
【0017】また、請求項2記載の高さ測定方法では、
第1光源からの光を球状物体の垂直方向に向けて照射す
るとともに、複数の第2光源からの光を、前記第1光源
の光軸から所定角度だけ傾斜した角度でもって球状物体
に照射し、これらの第1、第2光源から照射された光の
球状物体からの各々の反射光をスリットを通過させ、こ
のスリットを通過した各光の受光位置を位置検出器で検
出し、第1光源による位置検出器の検出出力に基づいて
得られる球状物体の高さを、第2光源による位置検出器
の検出出力に基づいて補正するようにしている。
【0018】
【発明の実施の形態】この実施形態では、高さ測定対象
となる球状物体がBGA/CSPに設けられた半田ボー
ルである場合を例にとって、以下説明することとする。
【0019】図1は、半田ボールの高さを測定するため
の装置の概略を示す構成図であり、図5に示した従来技
術に対応する部分には同一の符号を付す。
【0020】この実施形態では、半田ボール2に対して
垂直方向から光を照射する第1光源5に加えて、半田ボ
ール2に対して第1光源5の光軸O(垂直方向)に対して
所定角度θだけ傾斜した方向から光を照射する左右一対
の第2光源10a,10bが設けられている。
【0021】つまり、この実施形態では、第2光源10
a,10bは、第1光源5の光軸Oに対して線対称位置に
配置されていて、各光源5,10a,10bは、たとえば
レーザダイオード等で構成されている。
【0022】また、スリット6には、第1、第2光源
5,10a,10bから照射された光3,8a,8bのの半
田ボール2からの各反射光4a,4b,9a,9bを通過さ
せる左右一対の孔6a,6bが形成されている。そして、
左右の孔6a,6bは、半田ボール2からの反射光4a,
4b,9a,9bを位置検出器7に導くように方形をして
いる。
【0023】位置検出器7は、このスリット6を通過し
た各反射光4a,4b,9a,9bの位置を検出するもの
で、CCDラインセンサ等からなる。
【0024】また、図示しないが、第1,第2光源5,
10a,10bからの各光3,8a,8bを半田ボール2に
向けて集光したり、半田ボール2からの反射光4a,4
b,9a,9bを位置検出器7に結像させるためのレンズ
系が設けられている。
【0025】そして、上記の各光源5,10a,10b、
スリット6、位置検出器7、レンズ系を含んで光学測定
手段が構成されており、高さ測定時には、位置検出器7
からパッケージ1までの距離が常に一定に保たれるよう
な構成となっている。
【0026】さらに、この実施形態では、第1光源5か
らの光による位置検出器7の検出出力に基づいて得られ
る半田ボール2の高さを、第2光源10a,10bからの
光による位置検出器7の検出出力に基づいて補正する高
さ補正手段(図示せず)を備えており、この補正手段は、
たとえばマイクロコンピュータで構成される。
【0027】次に、上記構成の高さ測定装置を用いた半
田ボール2の高さ測定の方法について説明する。
【0028】第1光源5からの光3が半田ボール2に照
射されるときには、同時に、各第2光源10a,10bか
らの光8a,8bも半田ボール2に照射される。
【0029】第1光源5からの光3による半田ボール2
からの反射光4a,4b、ならびに、各第2光源10a,
10bからの光8a,8bによる半田ボール2からの反射
光9a,9bは、いずれもスリット6の左右の各孔6a,
6bを通過して位置検出器7に導かれて受光される。
【0030】よって、位置検出器7の出力としては、図
2に示すように、第1光源5からの光3の反射光4a,
4bと、第2光源10a,10(b)からの光8a,8bの反
射光9a,9bとに基づく計4つの受光ピークが得られ
る。
【0031】ここで、図1(a)に示すように、光源5か
らの光3が半田ボール2の頂点Tに正しく照射されてい
る場合に、位置検出器7で検出される第1光源5からの
反射光4a,4bによる両受光点A0a,A0bの間隔を
0、第2光源10a,10bからの反射光9a,9bによ
る両受光点B0a,B0bの間隔をY0とし、また、各受光
点B0a,B0bから第1光源5の光軸Oまでの各距離をそ
れぞれY0a,Y0bとすると、Y0a=Y0b=Y0/2であ
り、第1光源5の光軸Oと上記の距離Y0の中点位置と
が一致する。
【0032】よって、この場合には、補正手段によっ
て、高さ補正を何ら行うことなく、前述の(1)式の関係
に基づいて、半田ボール2の高さH0を、 H0=f(X0) として求める。
【0033】一方、図1(b)に示すように、第1光源5
からの光3が半田ボール2の頂点Tから水平方向にZ1
の距離だけずれて照射されている場合に、位置検出器7
で検出される第1光源5からの反射光4a,4bによる両
受光点A1a,A1bの間隔をX1、第2光源10a,10b
からの反射光9a,9bによる両受光点B1a,B1bの間隔
をY1とし、また、各受光点Ba,Bbから第1光源5の
光軸Oまでの距離をそれぞれY1a,Y1b、第1光源5の
光軸Oと上記の間隔Y1の中点位置とのずれ量をZ2とす
ると、 Y1a=(Y1/2)+Z21b=(Y1/2)−Z2 (2) であり、両者Ya,Ybの値は一致せず、ずれ量Z2を含
んでいる(Z2≠0)。
【0034】この場合、 (Y1a−Y1b)/2=Z2 (3) となるが、このずれ量Z2と高さ補正量ΔHには、次の
関係式が成立する。
【0035】 ΔH=f(Z2) (4) つまり、ΔHはZの関数で表される。
【0036】よって、補正手段は、前述の(1)式から半
田ボール2の高さを直接決定するのではなく、(3)式に
基づいてずれ量Z2を求めた後、(1)式で求まる高さH1
を、(4)式を用いて補正する。
【0037】すなわち、 ΔH=f(Z2) となるから、半田ボール2の真の高さH0を、 H0=H1+ΔH =f(X1)+f(Z2) (5) として決定する。
【0038】このようにすれば、第1光源5の光軸Oが
半田ボール2の頂点Tから多少ずれていても、一回の測
定で真の高さH0が求まる。よって、従来のように、光
学測定手段を半田ボール2の頂点T付近の領域を繰り返
し二次元走査する必要がない。
【0039】上記の実施形態では、BGA/CSPのパ
ッケージ1の底部に形成された半田ボール2の高さを測
定する場合について説明したが、本発明は、これに限定
されるものではなく、たとえばボールペンのペン先に使
用されるボールなどの球状物体の高さを測定する場合に
おいても適用可能である。
【0040】
【発明の効果】本発明によれば、半田ボールのような球
状物体の高さを従来よりも一層短時間で、かつ、精度良
く測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る球状物体の高さ測定装
置の概略を示す構成図
【図2】図1の装置の位置検出器による受光ピークを示
す図
【図3】BGA/CSPの正面図
【図4】QFPの正面図
【図5】従来技術に係る球状物体の高さ測定装置の概略
を示す構成図
【符号の説明】
1…パッケージ、2…半田ボール、5…第1光源、6…
スリット、7…位置検出器、10a,10b…第2光源、
O…第1光源の光軸、X0,X1…第1光源からの光に基
づく位置検出器の受光点間隔、Y0,Y1…第2光源から
の光に基づく位置検出器の受光点間隔、Z2…ずれ量、
0,H1…半田ボールの測定高さ、ΔH…高さ補正量。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 球状物体の高さを測定するための装置で
    あって、 球状物体に対して垂直方向から光を照射する第1光源
    と、 球状物体に対して前記第1光源の光軸から所定角度だけ
    傾斜した方向から光を照射する複数の第2光源と、 この第1、第2光源から照射された光の球状物体からの
    反射光を通過させるスリットと、 このスリットを通過した光の位置を検出する位置検出器
    と、 第1光源による位置検出器の検出出力に基づいて得られ
    る球状物体の高さを第2光源による位置検出器の検出出
    力に基づいて補正する高さ補正手段と、 を備えたことを特徴とする球状物体の高さ測定装置。
  2. 【請求項2】 球状物体の高さを測定するための方法で
    あって、 第1光源からの光を球状物体の垂直方向に向けて照射す
    るとともに、複数の第2光源からの光を、前記第1光源
    の光軸から所定角度だけ傾斜した角度でもって球状物体
    に照射し、これらの第1、第2光源から照射された光の
    球状物体からの各々の反射光をスリットを通過させ、こ
    のスリットを通過した各光の受光位置を位置検出器で検
    出し、第1光源による位置検出器の検出出力に基づいて
    得られる球状物体の高さを、第2光源による位置検出器
    の検出出力に基づいて補正することを特徴とする球状物
    体の高さ測定方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005024403A1 (en) * 2003-09-05 2005-03-17 Semiconductor Technologies & Instruments Pte Ltd. Ball grid array inspection system and method
JP2011038916A (ja) * 2009-08-12 2011-02-24 Sony Corp 検出装置、表示装置、および物体の近接距離測定方法
JP2016507340A (ja) * 2013-02-21 2016-03-10 コー・ヤング・テクノロジー・インコーポレーテッド トラッキングシステム及びこれを用いたトラッキング方法

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