JPH11230718A - ボールグリッドアレイのボール高さ計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ボールグリッドアレイのボール高さ計測時間を
大幅に短縮するボールグリッドアレイのボール高さ計測
方法を提供する。 【解決手段】ボールグリッドアレイ基板１０を円筒状の
発光面を有する円筒状面発光照明装置１６によって照明
し、その画像データをステレオ光学系１８の撮像装置１
８Ａ、１８Ｂによって取得する。そして、この取得した
画像データ内に含まれる各ボールの高さを画像処理によ
って算出する。これにより、１度の撮像で多数のボール
高さ計測を同時に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボールグリッドアレ
イのボール高さ計測方法に係り、特に半導体製品を表面
実装する際に使用されるボールグリッドアレイの各々の
ボールの高さ（ボールの精度）を計測するボールグリッ
ドアレイのボール高さ計測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボールグリッドアレイは、基板に略球状
に形成されたはんだ（以下、単にボールという。）が碁
盤の目状に埋め込まれると共に、各ボールの略半球部分
が基板表面から露出するように形成されたものである。
このように形成されたボールグリッドアレイは、ＩＣチ
ップ等のピンを基板上のボールに当接して熱を加えるだ
けで回路部品を容易に実装することができる。

【０００３】ところで、従来、ボールグリッドアレイの
品質検査では、各々のボール高さを計測し、全てのボー
ルが略一様の高さで形成されているか否かを判定してい
る。従来のボールグリッドアレイのボール高さ計測手順
を図２１のフローチャートに示す。まず、計測対象のボ
ールグリッドアレイ基板を測定テーブル上に載置し、ボ
ールグリッドアレイ基板をアライメントする（ステップ
Ｓ１００）。そして、ボールグリッドアレイ基板上の各
ボールの並び方向を抽出する（ステップＳ１０２）。各
ボールの並び方向を抽出したら、測定テーブル上に配置
された非接触型の高さ測定器をＸＹ平面内で移動させて
計測対象のボールの位置に移動させ（ステップＳ１０
４）、そのボールの高さを、例えばオートフォーカス法
やレーザ測距法等を用いて計測する（ステップＳ１０
６）。同様の処理をボールグリッドアレイ基板上の全て
のボールに対して行い、全てのボールの高さを計測した
場合には（ステップＳ１０８）、ボール高さ計測を終了
する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ボール高さ計測の方法では計測に要する時間は、（ボー
ルグリッドアレイ基板をロードする時間）＋（アライメ
ントに要する時間）＋（ＸＹの移動時間＋ボールの高さ
計測時間）×（ボールの個数）となり、ボールグリッド
アレイ基板上のボールの数が１００個を越える（２００
〜３００程度）現状からは、計測に大変時間がかかると
いう問題があった。

【０００５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、ボールグリッドアレイ基板のボール計測に要す
る時間のなかで時間的に大変長くかかるボール高さの計
測時間、即ち（ＸＹの移動時間＋ボールの高さ計測時
間）×（ボールの個数）を画像処理とステレオ光学系の
高さ検出機能により、ボールを１つ１つ移動して計測す
るのではなく、画像データ上に撮影されたボールの全て
を一度に計測する方法又は一列に並んだボールを一度に
計測する方法により、ボールグリッドアレイ上のボール
の総計測時間を大幅に短縮するボールグリッドアレイの
ボール高さ計測方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、ボールグリッドアレイ基板上に格子状に配
列されたボールの高さを計測するボールグリッドアレイ
のボール高さ計測方法において、前記ボールグリッドア
レイ基板上に円筒状の発光面から光を照射すると共に、
前記ボールグリッドアレイ基板上を異なる方向から撮像
して撮像方向が異なる２つの画像データを取得するステ
レオ画像データ取得工程と、前記取得した２つの画像デ
ータ上において、各ボールの像の形状に基づいて各ボー
ルの頂点の座標を検出するボール頂点座標検出工程と、
前記２つの画像データ上における各ボールの頂点の座標
に基づいて各ボールの高さを算出するボール高さ算出工
程と、からなることを特徴としている。

【０００７】また、前記目的を達成するために、ボール
グリッドアレイ基板上に格子状に配列されたボールの高
さを計測するボールグリッドアレイのボール高さ計測方
法において、前記ボールグリッドアレイ基板上に一列に
並んだボールの頂点を結ぶ直線上に線状の光を照射する
と共に、前記一列に並んだボールを異なる方向から撮像
して撮像方向が異なる２つ画像データを取得するステレ
オ画像データ取得工程と、前記取得した２つの画像デー
タ上において、前記線状の光の像の形状に基づいて前記
一列に並んだ各ボールの頂点の座標を検出するボール頂
点座標検出工程と、前記２つの画像データ上における各
ボールの頂点の座標に基づいて前記一列に並んだ各ボー
ルの高さを算出するボール高さ算出工程と、からなるこ
とを特徴としている。

【０００８】本発明によれば、ステレオ光学系によって
得られる画像データを画像処理で解析することにより、
画像データ上に撮像されたすべてのボール、又は一列に
並んだボールの高さを一回の撮像で処理することがで
き、ボールグリッドアレイの各々のボール高さ計測に要
する時間を大幅に短縮する効果がある。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
るボールグリッドアレイのボール高さ計測方法の好まし
い実施の形態を詳述する。図１は、本発明が適用された
ボールグリッドアレイのボール高さ測定装置の概略構成
を示した構成図である。同図に示すようにこの高さ測定
装置は、ボールグリッドアレイ基板１０が載置される測
定テーブル１４を有し、この測定テーブル１４は、図示
しない制御部の制御によって左右（Ｘ）、前後（Ｙ）、
上下（Ｚ）、回転（θ）方向に移動できるようになって
いる。尚、ボールグリッドアレイ基板１０上には半球状
に露出したはんだのボール１２、１２、１２、…が格子
状に配列されている。

【００１０】測定テーブル１４の周辺部には、円筒状の
発光面が内周側に設けられた円筒状面発光照明装置１６
が配設される。この円筒状面発光照明装置１６は、ボー
ルグリッドアレイのボール高さを測定する際に円筒状の
面発光によって一様の明るさで照明光を発光し、この照
明光によって測定テーブル１４上のボールグリッドアレ
イ基板１０を照明する。尚、円筒状面発光照明装置１６
は、後述の左右のステレオ光学系１８の光軸を妨げない
範囲でできるだけ大きくするのが望ましいが、本実施の
形態では、直径１８０ｍｍで高さ１５０ｍｍの形状を有
している。

【００１１】測定テーブル１４の上方には測定テーブル
１４上に載置されたボールグリッドアレイ基板１０を左
右から撮像するステレオ光学系１８が配設される。この
ステレオ光学系１８は、左側の撮像装置１８Ａと右側の
撮像装置１８Ｂとから構成され、これらの撮像装置１８
Ａ、１８Ｂは、交差角度が３０〜６０度となるように設
置される。尚、高さ方向の精度を高くする場合にはでき
るだけ交差角度を大きくするように設置することが望ま
しい。また、ステレオ光学系１８の倍率は、測定対象物
の大きさにより変える必要があるが、ボールグリッドア
レイ基板１０の大きさが１０ｍｍ×１０ｍｍ程度であれ
ば、０．５倍から０．８倍に設定される。

【００１２】これらのステレオ光学系１８の撮像装置１
８Ａ、１８Ｂによって撮像された画像（画像データ）
は、図示しない画像処理用のコンピュータに入力され、
このコンピュータによって以下に示す処理に基づきボー
ルグリッドアレイ基板１０上の各ボール１２の高さが計
測されるようになっている。また、測定テーブル１４の
上方には、アライメント用照明装置２０が配設され、ボ
ールグリッドアレイ基板１０を所定位置にアライメント
する場合にはこのアライメント用照明装置２０から照明
光が照射されるようになっている。尚、このアライメン
ト用照明装置２０とボール高さ計測時に使用される上記
円筒状面発光照明装置１６とは、図示しない制御部の制
御によって自動で切り換えられるようになっている。

【００１３】次に上述の如く構成されたボールグリッド
アレイのボール高さ計測装置のボール高さ計測方法につ
いて説明する。まず、測定前に行われるステレオ光学系
１８の撮像位置及び撮像方向の標定手順について図２の
フローチャートに従って説明する。図３はステレオ光学
系１８の撮像位置、撮像方向を示した説明図である。図
３に示すようにまず左右のステレオ光学系１８（撮像装
置１８Ａ、１８Ｂ）の撮像位置ＦＡ、ＦＢから左右の撮
像面ＰＡ、ＰＢまでの距離、即ち投影距離（焦点距離）
ｆａ、ｆｂをキャリブレーションにより求める（ステッ
プＳ１０、ステップＳ１２）。ここでｆａ、ｆｂは対象
物までの距離が十分長い時には、焦点距離に一致するた
め、以降投影距離を焦点距離と表現する。そして、この
キャリブレーションの後、正確な間隔をもつ格子を撮像
し、この格子の画像データから図３に示す上記撮像位置
ＦＡ、ＦＢの座標（ｘａ，ｙａ，ｚａ）、（ｘｂ，ｙ
ｂ，ｚｂ）と撮像方向ＤＡ、ＤＢのベクトル（ωａ，ψ
ａ，κａ）、（ωｂ，ψｂ，κｂ）を求める（ステップ
Ｓ１４）。

【００１４】この標定を行うことにより、図３に示すよ
うに、空間上のＡ点（ＸA ，ＹA ，ＺA ）をステレオ光
学系１８で撮像した場合に、左撮像面ＰＡ上でのＡ点の
座標（ｘｌａ，ｙｌａ）と右撮像面ＰＢ上でのＡ点の座
標（ｘｒａ，ｙｒａ）から対象物であるＡ点の３次元座
標値（ＸA ，ＹA ，ＺA ）を算出することができる。具
体的には、左撮像面ＰＡ上のＡ点（ｘｌａ，ｙｌａ）と
左光学系の撮像位置ＦＡ（ｘａ，ｙａ，ｚａ）を通る空
間直線ｌと、右撮像面ＰＢ上のＡ点（ｘｒａ，ｙｒａ）
と右光学系の撮像位置ＦＢ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）を通る
空間直線ｍとの交点としてＡ点の３次元座標値（ＸA ，
ＹA ，ＺA ）が求められる。

【００１５】尚、上記ステレオ光学系１８の標定は一度
実施した後、光学系を固定した状態に保てば、次回の計
測前に実施する必要はない。以上のステレオ光学系１８
の標定が終了すると、次にボール高さ計測処理を実行す
る。図４は、ボール高さ計測処理の手順を示したフロー
チャートである。まず、測定対象となるボールグリッド
アレイ基板１０を測定テーブル１４にロードし、ステレ
オ光学系１８の計測位置に移動させる。次にアライメン
ト用照明装置２０の照明を点灯させ、予め登録してある
ボールグリッドアレイ基板１０の四隅位置の画像データ
をリファレンスパターンとしてパターンマッチングの方
法によりボールグリッドアレイ基板１０のアライメント
を行う（ステップＳ２０）。図５にアライメントに使用
するリファレンスパターンの領域を示す。ボールグリッ
ドアレイ基板１０の四隅周辺に回路パターンのような特
徴のある領域がある場合は同図実線ｅで示す領域をリフ
ァレンスパターンとし、四隅周辺に特徴のある領域がな
い場合には、破線ｆで示すボールグリッドアレイ基板１
０の四隅位置をリファレンスパターンとする。

【００１６】アライメントによりボールグリッドアレイ
基板１０がＸＹ軸に対して傾いている角度をθ軸方向で
調整し、ボールグリッドアレイ基板１０をＸＹ軸と平行
にした後、アライメント用パターンの左右の画像データ
上での検出位置データから基板面の高さを求め、ボール
グリッドアレイ基板１０のアライメント位置の３次元座
標値を求める（ステップＳ２２）。そして、ボールグリ
ッドアレイ基板１０上の基準のボールを所定の位置に移
動させる（ステップＳ２４）。

【００１７】このようにしてアライメントが終了する
と、アライメント用照明装置２０を消灯させ、次に円筒
状面発光照明装置１６を点灯させる。そして予め登録し
てあるボールのパターン画像データをリファレンスとし
て各ボールの位置をパターンマッチングにより求める
（ステップＳ２６）。ここで、円筒状面発光照明装置１
６によってボールグリッドアレイ基板１０上のボール１
２を照射した場合に得られるボール１２の画像について
図６乃至図９を用いて説明する。図６は、簡単のために
ボールグリッドアレイ基板１０上の１つのボール１２に
着目してそのボール１２に円筒状面発光照明装置１６か
ら照明光を照射した状況を示した断面図であり、図７
（Ａ）、（Ｂ）は、図６においてステレオ光学系１８の
左右の撮像装置１８Ａ、１８Ｂで撮像されるボール１２
の画像を示した図である。これらの図に示すように、円
筒状面発光照明装置１６から一様に光線が照射される
と、ボール表面で反射された光線の中でステレオ光学系
１８の光軸方向に反射された光線が存在する場合にボー
ル表面の位置は明るく撮像され、そのような光線が存在
しない場合は暗く撮像される。即ち、図７に示すように
ボール１２の頂点付近は、円筒状面発光照明装置１６か
らステレオ光学系１８の左右の光軸方向に反射する光線
が存在しないため暗く撮像される。一方、ボール１２の
頂点から離れた部分は、円筒状面発光照明装置１６から
の反射する光線が存在するため明るく撮像される。

【００１８】図８は、この状況を単純化して示した図で
ある。図８では、ステレオ光学系１８の右側の撮像装置
１８Ｂにおいてボール１２の表面で明るく撮像される部
分を白く、暗く撮像される部分を黒く示している。同図
に示すようにボール表面に、略水平方向から照射される
光線が一番角度の低い光線で、このような水平方向から
の光線で照射される位置Ｌ１、Ｌ２よりボール１２の高
い部分が明るい部分となる。円筒状面発光照明装置１６
の一番高い位置から照射される光線が最も高い角度の光
線となり、この光線が反射されて、ステレオ光学系１８
の右側の光軸方向と一致する位置Ｌ３、Ｌ４までが明る
く撮像される領域となる。ボール表面でこの位置より高
い部分は、暗く撮像される。

【００１９】図９は、ステレオ光学系１８の右側の撮像
装置１８Ｂで撮像される画像データを図８と対応させて
模式的に示したもので、図面上の横方向の線が図８の断
面と一致する。図８、９はボールの半球が基板面より突
出した状態を示したものであるため図９に示す輪郭Ｃ１
はボール外周を表し、この輪郭Ｃ１は円のように見える
が厳密には円とはならない。図８、図９で示されるＬ５
の位置はボールの外径上の位置であるが、Ｌ６の位置は
ステレオ光学系１８の右光学系で撮像した時にボール１
２の外径上の位置ではないため、Ｌ５とＬ６の距離はボ
ールの直径とはならない。図８では、単純化し、見やす
くするためにボール１２を大きく描いたが、実際のボー
ル１２は大変小さいため、ボール表面を照射する最も高
い角度の光線は、図で示される光線より大きい角度とな
り、ボールの頂点付近の暗く撮像される領域Ｄ１は小さ
くなる。

【００２０】上述のように図４のステップＳ２６におい
てパターンマッチングにより各ボールの位置を求める
と、次に、各ボール１２の座標値を２次元的にソートす
ることにより、ステレオ光学系１８の左右の撮像装置１
８Ａ、１８Ｂで得られた画像データ上で各ボール１２の
対応をとる（ステップＳ２８）。次いで、各ボール頂点
付近の暗く撮像されている領域Ｄ１（図９参照）の大き
さを画像処理により解析し、ボール１２の頂点位置を算
出する。図６、図７及び図９に示したように左右の画像
で暗く撮像される領域は一致していないが、ボールの頂
点は、ボール１２のＸＹ座標値と円筒照明の位置と大き
さが既知であれば暗く撮像された領域Ｄ１から求めるこ
とができる。ボール１２のＸＹ座標値と円筒照明の位置
と大きさからボール１２の頂点を求める計算は、予めボ
ール１２の位置と間隔に対応するように計算して、デー
タベースとして画像処理用のコンピュータの中に格納し
ておく。尚、データベースの作成手順については後述す
る。測定時にはこの作成したデータベースを参照して暗
く撮像された領域Ｄ１からボール１２の頂点の画像上の
位置を検出する。尚、上記ステップＳ２４において基準
となる１つのボール位置をデータベースとして格納され
ている基準位置と一致する位置に移動させておくことに
より、撮像されている全てのボール１２に対して即座に
頂点の画像上の位置を検出することができる。

【００２１】そして、ボール頂点の画像上の位置からボ
ール頂点の３次元座標値を算出し（ステップＳ３０）、
すべてのボールについて頂点の位置を算出すると（ステ
ップＳ３２）、測定を終了し、次のボールグリッドアレ
イ基板１０を測定テーブル１４にロードする。以上のよ
うに、円筒状の照明光によってボールグリッドアレイ基
板１０を照明し、ステレオ光学系１８で画像データを取
得し、この取得した画像データ上で所定の解析を行うこ
とにより、ボールグリッドアレイ基板１０上のボールの
高さを一度の撮像で多数同時に求めることができ、ボー
ル高さ計測に要する時間を大幅に短縮することができ
る。

【００２２】次に、上記データベースの作成手順につい
て図１０のフローチャートを用いて説明する。まず、ボ
ール１２の直径と間隔のパラメータを設定する（ステッ
プＳ４０）。そして、基準となるボール位置を決定し
（ステップＳ４２）、この基準となるボール位置とボー
ル間隔から暗く撮像される領域Ｄ１（図９参照）とボー
ル頂点の位置を算出するボール中心の座標値を求める
（ステップＳ４４）。次いでボール中心の座標値に対し
て極座標系を設定し、適当な角度間隔を求め、各角度で
円筒照明の最上端からステレオ光学系１８の左右光学系
の光軸方向に反射する半径方向の長さを求める（ステッ
プＳ４６）。これにより、頂点付近の暗い領域Ｄ１が求
まる。

【００２３】そして、頂点周辺の暗く撮像される領域Ｄ
１とボール頂点の位置関係をボール座標値と半径をパラ
メータとしてデータベースに格納する（ステップＳ４
８）。この後、ボールの直径と間隔の設定を換えて上記
処理を繰り返す（ステップＳ５０、ステップＳ５２）。
これにより、ボール１２の暗く撮像された領域Ｄ１から
ボール１２の頂点位置を検出するためのデータベースが
作成される。

【００２４】次に上記ボールグリッドアレイ基板１０の
アライメントにおいて誤差がある場合について考察する
と、図１１に示す状況においてボール１２の中心付近で
例えば、０．１ｍｍの差異があると照明の照射角度は最
大０．０５度（以下）の差異となる。０．０５度の照射
角の差異は、ボール表面で暗く撮像される範囲を２倍の
角度（０．１度）に広げる。１ｍｍ直径のボールの場合
暗く撮像される領域Ｄ１は、２μｍ（以下）ずれること
となる。しかしながら２μｍ（以下）はボールの大きさ
から考慮すると十分に小さい値であり、また、アライメ
ントも０．１ｍｍ以内の精度を確保することは十分可能
であることから、この測定方法ではアライメントの誤差
は問題とならない。

【００２５】次に本発明に係るボールグリッドアレイの
高さ測定方法の第２の実施の形態について説明する。図
１２は、本発明が適用されるボールグリッドアレイのボ
ール高さ測定装置の概略構成を示した構成図である。
尚、図１に示したボールグリッドアレイのボール高さ測
定装置と同一又は類似構成部材には同一番号を付し、そ
の説明は省略する。同図に示すように、測定テーブル１
４の上方に光源２４Ａ、シリンドリカルレンズ２４Ｂ及
び固定反射ミラー２４Ｃから構成される線照明装置２４
が配置される。この線照明装置２４は、レーザ又は通常
のランプを光源２４Ａとし、光源２４Ａから出射された
光をシリンドリカルレンズ２４Ｂでライン化し、測定テ
ーブル１４の中央真上の固定ミラー２４Ｃで反射させて
ライン状の照明光を測定テーブル１４上に載置されたボ
ールグリッドアレイ基板１０に照射する。

【００２６】図１３は、上記ボール高さ測定装置におけ
るボール高さ計測処理の手順を示したフローチャートで
ある。まず、測定に先立ち、上記図２のフローチャート
に示したようにステレオ光学系１８の焦点距離をキャリ
ブレーションし、次に精度の高い格子を使用してステレ
オ光学系１８の撮像位置、撮像方向を標定する。上記実
施の形態でも示したようにこのステレオ光学系１８の標
定は、一度実施した後、光学系を固定した状態に保てば
次回の計測前に実施する必要はない。

【００２７】次に測定対象となるボールグリッドアレイ
基板１０を測定テーブル１４にロードし、ステレオ光学
系１８の測定位置に移動させる。次いでアライメント用
照明装置２０を点灯させ、予め登録してあるボールグリ
ッドアレイ基板１０の四隅位置の画像データをリファレ
ンスパターンとしてパターンマッチングの方法によりボ
ールグリッドアレイ基板１０のアライメントを行う（ス
テップＳ６０）。尚、アライメントについては上記図５
を用いて説明した通りである。

【００２８】また、アライメント用パターンの左右画像
データ上での検出位置データから基板面の高さを求め、
ボールグリッドアレイ基板１０のアライメント位置の３
次元座標値を算出する（ステップＳ６２）。アライメン
トが終了すると、第１列目のボール位置に測定テーブル
１４を移動させる（ステップＳ６４）。そして、アライ
メント用照明装置２０の照明を消灯させると共に線照明
装置２４を点灯させ、第１列目のボールのラインデータ
をステレオ光学系１８の左右の撮像装置１８Ａ、１８Ｂ
で取得する（ステップＳ６６）。

【００２９】ここで、線照明装置２４によってボールグ
リッドアレイ基板１０のボール１２を照射した場合に得
られる画像について図１４乃至図１７を用いて説明す
る。図１４は、１つのボール１２に着目してボール１２
に線照明を照射した状況を斜め方向から示した図であ
り、図１５は、この状況を断面で示した図である。図１
５に示すように、ボールグリッドアレイ基板１０上のＡ
点がステレオ光学系１８の左右の光学系で撮像される
と、撮像される画像データ上の位置は同図に示すＡ′点
（左画像データ上）とＡ″点（右画像データ上）とな
る。これに対しボール１２の頂点位置Ｂは、画像データ
上のＢ′点（左画像データ）とＢ″点（右画像データ）
の位置に撮像される。このように線状の照明光を照射す
ると、照射した照明光を垂直の平面として対象物との断
面が撮像され、平面上に照射された位置は直線となり、
断面の中で最も高い位置が、この直線から最もずれた位
置に撮像される。

【００３０】線照明の照明線と平行になるようにボール
グリッドアレイ基板１０をアライメントし、ＸＹ位置を
調整して図１６に示すように線照明を一列に並んだ各ボ
ール１２の頂点付近に照射すると、図１７（Ａ）、
（Ｂ）に示すように直線の中に曲線がある画像データが
得られる。尚、図１７（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれステレ
オ光学系１８の左撮像装置１８Ａと右撮像装置１８Ｂで
得られる画像データを示している。線照明をほぼ真上か
ら照射すると、画像データ上で直線から最も離れている
点（図１７上のＡとＡ′、ＢとＢ′、ＣとＣ′等）は、
ボール表面で線照明により照射された最も高い位置であ
り、左右の画像データ上で対応する位置となる。

【００３１】このように、線照明によって図１７に示す
ような１列のボールのラインデータを得ると、左右の画
像データ上で同一のボール１２を示す曲線部分の対応を
取る。この対応は、予めボール１２の個数を登録してお
けば容易に行うことができる。そして、各曲線部分でベ
ースとなる直線から最も離れた位置を抽出する。この処
理は、画像データのＹ軸方向と線照明の方向を一致させ
ておくことによって、画像データ上でＸ軸方向に最も離
れた位置を抽出するだけで簡単に行うことができる。こ
のようにして左右の画像データ上で線照明された位置の
対応に基づき、線照明で照射されたライン上のボールの
最も高い位置の３次元座標を求める（ステップＳ６
８）。

【００３２】次いで、上記線照明によってボールの頂点
が照射されていない場合を避けるため（アライメントの
精度に依存する。）、Ｘ方向に微小距離（０．１ｍｍ内
程度）移動させて、２〜３回測定して各ボール位置で最
も高いものを求める（ステップＳ７０）。このようにし
て第１列目のボールの高さ測定が終了した後、第２列目
のボール位置に測定用テーブルを移動させ、上述と同様
の計測を行う。以下最後のボール列まで計測し、ステッ
プＳ７２において全てのボール列が計測されたと判定し
た場合には、測定を終了する。

【００３３】以上説明した第２の実施の形態のように、
線照明光によってボールグリッドアレイ基板１０上の一
列に並んだボールを照明し、ステレオ光学系１８でこの
線照明の部分の画像データを取得してこの取得した画像
データ上で所定の解析を行うことにより、ボールグリッ
ドアレイ基板１０上の一列に並んだ複数のボールの高さ
を一度の撮像で求めることができ、ボール高さ計測に要
する時間を短縮することができる。

【００３４】次に本発明に係るボールグリッドアレイの
ボール高さ計測方法の第３の実施の形態について説明す
る。図１８は、本発明が適用されるボールグリッドアレ
イのボール高さ計測装置の概略構成を示した構成図であ
る。尚、図１２に示したボールグリッドアレイのボール
高さ測定装置と同一又は類似構成部材には同一番号を付
し、その説明は省略する。同図に示すように、測定テー
ブル１４の上方に上記線照明装置２４の他に光源２６
Ａ、シリンドリカルレンズ２６Ｂ及び可動ミラー２６Ｃ
から構成される線照明装置２６が配設される。この線照
明装置２６は、レーザ又は通常のランプを光源２６Ａと
し、光源２６Ａから出射された光をシリンドリカルレン
ズ２６Ｂでライン化し、測定テーブル１４の斜め上の可
動ミラー２６Ｃで反射させ、ライン状の照明光を測定テ
ーブル１４上に載置されたボールグリッドアレイ基板１
０に照射する。この線照明は、上記線照明装置２４によ
って照射される照明光と直交する方向に照射され、ま
た、可動ミラー２６Ｃによって照射される位置が移動す
るようになっている。

【００３５】尚、上記線照明装置２４による線照明を測
定用線照明と称し、上記線照明装置２６による照明を補
助線照明と称する。図１９は、ボール高さ計測処理の処
理手順を示したフローチャートである。まず、測定に先
立ち、上記図２のフローチャートに示したようにステレ
オ光学系１８の焦点距離をキャリブレーションし、次に
精度の高い格子を使用してステレオ光学系１８の撮像位
置、撮像方向を標定する。上記第１、第２の実施の形態
でも示したようにこのステレオ光学系の標定は、一度実
施した後、光学系を固定した状態に保てば次回の計測前
に実施する必要はない。

【００３６】次に測定対象となるボールグリッドアレイ
基板１０を測定テーブル１４にロードし、ステレオ光学
系１８の測定位置に移動させる。次いでアライメント用
照明装置２０を点灯させ、予め登録してあるボールグリ
ッドアレイ基板１０の四隅位置の画像データをリファレ
ンスパターンとしてパターンマッチングの方法によりボ
ールグリッドアレイ基板１０のアライメントを行う（ス
テップＳ８０）。尚、アライメントについては上記図５
で説明した通りである。

【００３７】また、アライメント用パターンの左右の画
像データ上での検出位置データから基板面の高さを求
め、ボールグリッドアレイ基板１０のアライメント位置
の３次元座標値を算出する（ステップＳ８２）。アライ
メントが終了すると、第１列目のボール位置に測定テー
ブル１４を移動させた後（ステップＳ８４）、アライメ
ント用照明装置２０の照明を消灯させ、線照明装置２４
の測定用線照明を点灯させる。そして、第１列目のボー
ルのラインデータをステレオ光学系１８の左右の撮像装
置１８Ａ、１８Ｂで取得し、この画像をコンピュータの
メモリに格納しておく（ステップＳ８６）。

【００３８】次に線照明装置２４の測定用線照明を消灯
させ、線照明装置２６の補助線照明を点灯させる。そし
て、補助線照明を可動ミラー２６ＣでＹ軸方向に動か
し、複数の照明位置で画像データをステレオ光学系１８
から取得し、コンピュータ内のメモリに格納する（ステ
ップＳ８８）。そして、コンピュータのメモリに格納さ
れた画像データを左右別々に全て足し合わせた画像デー
タを求める（ステップＳ９０）。

【００３９】図２０（Ａ）、（Ｂ）は、取得した画像デ
ータを全て足し合わせた画像データを示した図である。
同図に示すように、測定用線照明で照射する範囲をボー
ルグリッドアレイ基板１０内に収まるように調整してお
くと、ＯとＯ′及びＥとＥ′が左右の画像データで対応
する位置となる。また、測定用照明とそれと直交する補
助線照明との交点は、対象物上で同一の点であり、左画
像データから交点間を切り出した線図形（例えばＢとＣ
の間のデータ）は、右画像データの同一交点間を切り出
した線図形（例えばＢ′とＣ′の間のデータ）と対応す
る。

【００４０】このようにして測定用線照明と補助線照明
の交点間の区間を切り出した後、次にエピポーラ線を用
いて左右画像データの対応をとり、第１列のボールの３
次元座標値を算出する（ステップＳ９４）。尚、エピポ
ーラ線を用いて左右画像データの対応をとる方法につい
ては、特願平８−２１１６５２号明細書に記載されたボ
ンディングワイヤの３次元位置を求める方法と同じ手法
によるものである。簡単に説明すると、左右画像データ
上で対応する交点間をそれぞれ所定比で分割して、分割
した点を通るエピポーラ線と上記補助線照明のデータと
の交点を左右画像データ上でそれぞれ求める。このよう
にした求めた交点は、左右画像データの対応する点であ
り、これらの交点の画像データ上の座標値から３次元座
標を求めることができる。

【００４１】上記ステップＳ９４の後、ボールの頂点が
測定用線照明で照射されない場合を避けるため、Ｘ方向
に微小距離（０．１ｍｍ以内程度）移動させて、２、３
回同一の測定を行い、各ブール位置で最も高いものを求
める（ステップＳ９４）。第１列目のボールの高さ測定
が終了したら、第２列目のボール位置に測定テーブル１
４を移動させ、第２列目のボールに対しても同様の計測
を行う。以下最後のボール列まで計測すると（ステップ
Ｓ９６）、この処理を終了する。

【００４２】以上第３の実施の形態によっても第２の実
施の形態と同様に、ボールグリッドアレイ基板１０上の
一列に並んだ複数のボールの高さを一度の撮像で求める
ことができ、ボール高さ計測に要する時間を短縮するこ
とができる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るボール
グリッドアレイのボール高さ計測方法によれば、ステレ
オ光学系によって得られる画像データを画像処理で解析
することにより、画像データ上に撮像されたすべてのボ
ール、又は一列に並んだボールの高さを一回の撮像で処
理することができ、ボールグリッドアレイの各々のボー
ル高さ計測に要する時間を大幅に短縮する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明が適用されるボールグリッドア
レイの高さ測定装置の概略構成を示した構成図である。

【図２】図２は、ステレオ光学系の撮像位置及び撮像方
向の標定手順を示したフローチャートである。

【図３】図３は、ステレオ光学系の撮像位置、撮像方向
を示した説明図である。

【図４】図４は、ボール高さ計測処理の手順を示したフ
ローチャートである。

【図５】図５は、ボールグリッドアレイ基板のアライメ
ントに使用するリファレンスパターンの領域を示した図
である。

【図６】図６は、ボールに円筒状面発光照明装置から照
明光を照射した状況を示した断面図である。

【図７】図７（Ａ）、（Ｂ）は、ステレオ光学系で撮像
されるボールの画像を示した図である。

【図８】図８は、円筒状面発光装置から右光学系の光軸
方向に反射される光線の分布を示した図である。

【図９】図９は、ステレオ光学系の右光学系で撮像され
る画像データを図８と対応させて模式的に示した図であ
る。

【図１０】図１０は、データベースの作成手順を示した
フローチャートである。

【図１１】図１１は、ボールグリッドアレイ基板のアラ
イメントにおいて誤差がある場合の説明に用いた説明図
である。

【図１２】図１２は、本発明の第２の実施の形態が適用
されるボールグリッドアレイのボール高さ測定装置の概
略構成を示した構成図である。

【図１３】図１３は、ボール高さ計測処理の手順を示し
たフローチャートである。

【図１４】図１４は、ボールに線照明を照射した状況を
斜め方向から示した図である。

【図１５】図１５は、図１４の状況を断面で示した図で
ある。

【図１６】図１６は、一列に並んだボールに線照明を照
射した状況を示した図である。

【図１７】図１７（Ａ）、（Ｂ）は、図１６の状況をス
テレオ光学系で撮像した場合に左右の光学系で得られる
画像を示した図である。

【図１８】図１８は、本発明の第３の実施の形態が適用
されるボールグリッドアレイのボール高さ計測装置の概
略構成を示した構成図である。

【図１９】図１９は、ボール高さ計測処理の処理手順を
示したフローチャートである。

【図２０】図２０（Ａ）、（Ｂ）は、測定用線照明と補
助線照明によって得られた画像データを全て足し合わせ
た画像データを示した図である。

【図２１】図２１は、従来のボールグリッドアレイのボ
ール高さ計測手順を示したフローチャートである。

【符号の説明】

１０…ボールグリッドアレイ基板 １２…ボール １４…測定テーブル １６…円筒状面発光照明装置 １８…ステレオ光学系 １８Ａ、１８Ｂ…撮像装置 ２０…アライメント用照明装置 ２４、２６…線照明装置 ２４Ａ、２６Ａ…光源 ２４Ｂ、２６Ｂ…シリンドリカルレンズ ２４Ｃ、２６Ｃ…固定ミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 穂高 東京都東大和市湖畔２丁目1044番地の121

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボールグリッドアレイ基板上に格子状に配
   列されたボールの高さを計測するボールグリッドアレイ
   のボール高さ計測方法において、 前記ボールグリッドアレイ基板上に円筒状の発光面から
   光を照射すると共に、前記ボールグリッドアレイ基板上
   を異なる方向から撮像して撮像方向が異なる２つの画像
   データを取得するステレオ画像データ取得工程と、 前記取得した２つの画像データ上において、各ボールの
   像の形状に基づいて各ボールの頂点の座標を検出するボ
   ール頂点座標検出工程と、 前記２つの画像データ上における各ボールの頂点の座標
   に基づいて各ボールの高さを算出するボール高さ算出工
   程と、 からなることを特徴とするボールグリッドアレイのボー
   ル高さ計測方法。
2. 【請求項２】ボールグリッドアレイ基板上に格子状に配
   列されたボールの高さを計測するボールグリッドアレイ
   のボール高さ計測方法において、 前記ボールグリッドアレイ基板上に一列に並んだボール
   の頂点を結ぶ直線上に線状の光を照射すると共に、前記
   一列に並んだボールを異なる方向から撮像して撮像方向
   が異なる２つ画像データを取得するステレオ画像データ
   取得工程と、 前記取得した２つの画像データ上において、前記線状の
   光の像の形状に基づいて前記一列に並んだ各ボールの頂
   点の座標を検出するボール頂点座標検出工程と、 前記２つの画像データ上における各ボールの頂点の座標
   に基づいて前記一列に並んだ各ボールの高さを算出する
   ボール高さ算出工程と、 からなることを特徴とするボールグリッドアレイのボー
   ル高さ計測方法。