SE514859C2 - Förfarande och anordning för undersökning av objekt på ett substrat genom att ta bilder av substratet och analysera dessa - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 35 514 859 2 ning. Objektet avbildas på sensorn via ett stràlfokuse- ringselement, såsom brytningsoptik. De vanligaste triang- uleringsförfarandena utnyttjar belysning med en enda punkt, ett ljusplan eller flera band av ljus. Sensorn av- synar objektet från en annan riktning än objektet belyses från och detekterar således strålning som reflekteras el- ler återemitteras från objektet. Eftersom sensorn är två- dimensionell och eftersom positionerna för strålkällan och objektets sensor och basplan är kända, är det möjligt att fastställa objektets höjd genom fastställande av riktningen på strålningen som faller in mot sensorn.

Dessutom är det, genom avsökning av hela objektet och fastställande av ett stort antal höjdpunkter eller höjdprofiler, möjligt att fastställa en approximativ vo- lym för objektet.

Det finns emellertid problem förbundna med kända Det är önskvärt att kombi- nera hastighet och flexibilitet i en och samma anordning. förfaranden och anordningar.

I allmänhet är kända förfaranden och anordningar specia- liserade för en enda uppgift och de är ofta inte snabba nog för att uppfylla aktuella och framtida krav.

I ovannämnda US-5 134 665 beskrivs en anordning för undersökning av lodpastatryck på ett mönsterkort (”printed circuit board” PCB), vilket är en typ av sub- strat. Andra typer av substrat är exempelvis substrat för BGA:er packages” ("ball grid arrays"), CSP), chip. Anordningen mäter tryckningsavvikelse, inkapslade chip (”chip scale QFP:er (”quad flat packages”), filmtjocklek och tryckningsmönster hos lodpasta som är tryckt på och flip- paddar som är bildade på nämnda PCB. En höjdmätning ut- förs med hjälp av en laserstràle som belyser nämnda PCB punktvis. Genom ömsesidig förflyttning av anordningen och nämnda PCB sveper laserpunkten över ett enda lodpasta- objekt. Genom avsökning av objektet i ortogonala X- och Y-riktningar erhålls projektionen av objektet i form av en profillinje i X-riktning och en profillinje i Y- riktning som visar både lodpastaobjektet och den under- 10 15 20 25 30 35 514 859 3 liggande padden. Medelst denna kända anordning är posi- tionerna och tjockleken för screentryckta lodpastaobjekt i förhållande till förtryckta paddar fastställbara. Nack- delar med denna kända anordning är den begränsade använd- ningen av denna. Exempelvis är varken noggranna volym- mätningar eller noggranna areamätningar utförbara, åtmin- stone inte rimligt snabbt, eftersom detta skulle erfordra ett omfattande antal avsökningar i båda riktningar.

En annan lösning som är avsedd för undersökning av lodpastatryck på en PCB är en anordning som tillverkas av Philips som kallas TriScan. Nämnda TriScan-anordning an- vänder ett avancerat optiskt avsökningssystem som inne- fattar en 20-sidig flersidig spegel som roterar med en väldigt hög hastighet upp till 50 varv per sekund. En laserstråle projiceras på spegeln och en laserpunkt sve- per därigenom över objektet med en hastighet upp till 1000 ljussvep per sekund. Medelst avancerade spegel- uppsättningar belyses objektet av nämnda svep och reflek- terat ljus fångas upp och leds till en sensor. Även om denna anordning möjliggör undersökning av flera typer av egenskaper vid hög hastighet, är den komplex och utför endast höjdprofilmätningar som basis för alla bestäm- ningar. Begränsningarna till höjdprofilmätningar ger upp- hov till en begränsad noggrannhet. Genom mätning av pro- filerna extremt noggrant kan en viss noggrannhetsförbätt- ring erhållas. Detta erfordrar emellertid en hög mät- ningshastighet, vilken är svår att åstadkomma.

Sammanfattning av uppfinningen Ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstad- komma en undersökningsanordning för undersökning av ob- jekt på ett substrat under relativ rörelse mellan anord- ningen och substratet, och ett förfarande för undersök- ning av objekt på ett substrat med hjälp av en sådan undersökningsanordning, varvid nämnda anordning och nämn- da förfarande på ett förbättrat sätt kombinerar undersök- 10 15 20 25 30 35 514 859 4 ningsnoggrannhet och en förmåga till flera uppgifter vid hög hastighet och till låg kostnad.

Syftet uppnås av aspekter av uppfinningen såsom de- finieras i de bifogade patentkraven.

Ur en aspekt hänför sig föreliggande uppfinning till ett förfarande för kontaktfri undersökning av objekt på ett substrat med hjälp av en undersökningsanordning under relativ rörelse mellan substratet och undersökningsanord- ningen. Förfarandet innefattar stegen att: - alstra en första bild som innefattar objekt- höjdsinformation genom belysning av åtminstone ett parti av substratet som innefattar ett eller flera objekt med hjälp av ett första strålorgan och avbildning av åtmin- stone ett av nämnda ett eller flera objekt som belyses av nämnda första strålorgan på ett tvådimensionellt matris- sensororgan som har en bildpunktelementsmatris som kan adresseras parti för parti; - att alstra en andra bild som innefattar objekt- areainformation genom belysning av åtminstone ett parti av substratet som innefattar en eller flera objekt med hjälp av ett andra strålorgan och avbildning av åtminsto- ne ett av nämnda ett eller flera objekt som belyses av nämnda andra strålorgan på nämnda sensororgan; - att extrahera objekthöjdsinformationen, med hjälp av nämnda sensororgan, från nämnda första bild; och - att extrahera objektareainformationen, med hjälp av nämnda sensororgan, från nämnda andra bild.

Ur en annan aspekt hänför sig uppfinningen till en anordning för utförande av ovannämnda metod. Anordningen innefattar ett tvådimensionellt matrissensororgan som har en bildpunktelementsmatris som kan adresseras parti för parti; ett första strålorgan; ett andra strålorgan; och avbildningsorgan för avbildning av strålning som härrör från ett objektplan på sensororganen. Nämnda första strålorgan är anordnat att belysa åtminstone ett parti av substratet som innefattar ett eller flera objekt, när substratet är i nämnda objektplan, varvid nämnda avbild- 10 15 20 25 30 35 514 859 5 ningsorgan därigenom alstrar en första bild av åtminstone ett av nämnda ett eller flera objekt, varvid nämnda för- sta bild innefattar objekthöjdsinformation. Nämnda andra strålorgan är anordnat att belysa åtminstone ett parti av substratet som innefattar ett eller flera objekt, när substratet är i nämnda objektplan, varvid nämnda avbild- ningsorgan därigenom alstrar en andra bild av åtminstone ett av nämnda ett eller flera objekt, varvid nämnda andra bild innefattar objektareainformation. Nämnda sensororgan innefattar extraheringsorgan för extrahering, från nämnda första bild, från nämnda andra bild, av objekthöjdsinformation, och för extrahe- ring, av objektareainformation.

Alstringen av en första och en andra bild, som an- vänds för extrahering av objekthöjdsinformation respekti- ve objektareainformation, i kombination med utnyttjande av ett matrissensororgan som har en bildpunktelements- matris som är adresserbar parti för parti sörjer för en effektiv och flexibel användning av den alstrade bild- informationen för undersökning och fastställande av egen- skaper hos nämnda ett eller flera objekt. Karaktäristik för ett sådant sensororgan är bildpunktelementsmatrisen och möjligheten att adressera, och således utläsa, endast ett parti av hela matrisen i taget. Parti för parti skall tolkas som åtminstone en bildpunkt i taget. Denna möjlig- het utnyttjas i enlighet med uppfinningen för dedicering av olika kombinationer av bildelement för olika uppgif- ter. Genom alstring av två olika bilder, med hjälp av nämnda första och andra strålorgan, används förmågan till flera uppgifter i enlighet med uppfinningen och effek- tivt.

I jämförelse med den ovan beskrivna anordningen och metoden enligt US-5 134 665 sörjer föreliggande uppfin- ning för både tvådimensionell och tredimensionell under- sökning av objekt mer eller mindre samtidigt som sub- stratet och anordningen förflyttas i förhållande till varandra. 10 15 20 25 30 35 514 859 6 Uttrycket ”objekt på substratet” innefattar många såsom exempelvis lim, fluss, le- lödda ben och särskilt avsätt- olika typer av objekt, dande lim, lödfogar, elektroniska komponenter, elektroniska komponenter, bulor, ningar såsom enstaka eller grupper av lodpasta eller ad- hesiva prickar. Avsättningarna kan även innefatta satel- liter, dvs oönskade små droppar av dispenserad lodpasta, lim, ledande lim, etc, från dispenseringsprocessen.

Med ”strålning” menas olika typer av ljus, såsom etc; och Istället för skulle termen ”våglängd” ekvivalent kunna an- synligt ljus, infrarött ljus, ultraviolett ljus, med ”frekvens” menas strålvågornas frekvens. ”frekvens” vändas.

I en fördelaktig utföringsform av uppfinningen inne- fattar sensorn signalbehandlingsförmåga på chipet.

Signalbehandlingen utförs följaktligen på samma chip som bildpunktselementen är bildade, vilket ökar anordningens snabbhet genom minskning av mängden utsignaler som behö- ver appliceras pà externa behandlingsorgan.

I en fördelaktig utföringsform av uppfinningen be- handlas nämnda första och andra bilder växelvis parti för parti, dvs bilderna behandlas parti för parti och behand- lingen hoppar fram och åter mellan de två bilderna. Detta sätt att behandla ligger nära parallellbehandling av höjd- respektive areainformation. Genom utnyttjande av ett sär- skilt avancerat sensororgan, i en ytterligare utförings- form av uppfinningen, är det till och med möjligt att ut- föra en verklig parallell, dvs samtidig, behandling av area- respektive höjdinformationen.

I ytterligare utföringsformer av uppfinningen sepa- reras behandlingen av den första och den andra bilden yt- terligare.

En aspekt av separation är separering av alstringen av den första och den andra bilden i tiden, varigenom en möjlig svårighet med att strålning som hänför sig till en av bilderna interfererar med strålnin som hänför si 9 10 15 20 25 30 35 514 859 7 till den andra bilden på sensorn i ett fall där den för- sta och den andra bilden överlappar på sensorytan minime- ras. Denna tidsseparation sörjer snarare för en använd- ning av samma sensoromràde för avkänning av båda bilder- na, vilket är fördelaktigt i vissa fall. Dessutom ökas möjligheten att belysa samma område av substratet utan att riskera stràlningsinterferens i objektplanet.

En annan aspekt av separation är separation av den första bilden från den andra bilden genom att olika, dvs geometriskt separerade, partier av sensororganet láts be- lysas av den första respektive den andra bilden. Som ett resultat av detta elimineras risken för interferens vä- sentligen, och genom användning på detta sätt av olika sensorelement för de olika bilderna kan den totala takten för alstrade bilder ökas.

En ytterligare aspekt av separation är separation av den första bilden från den andra bilden genom separation av strålningen som härrör från nämnda första och andra strålningsorgan i ett första respektive ett andra fre- kvensintervall, och genom åtminstone filtrering av strål- ningen som träffar ett första parti av sensororganet så att strålningen inom ett av nämnda första och andra fre- kvensintervall släpps igenom och strålning inom det andra av nämnda första och andra frekvensintervall stoppas. Ut- över de ovan nämnda fördelarna hos den förbättrade sepa- rationen sörjer denna aspekt för en möjlighet att åtmin- stone till viss utsträckning begränsa området som under- söks på substratet genom begränsning av nämnda första partis dimensioner. Valfritt täcks två eller flera parti- er av sensororganet av filter som släpper igenom strål- ning inom olika frekvensområden.

Ytterligare syften och fördelar hos föreliggande uppfinning kommer att diskuteras nedan med hjälp belysan- de utföringsformer. 10 15 20 25 30 35 514 859 8 Kort beskrivning av ritningarna Fig. l är en schematisk vy av en anordning i enlig- het med en utföringsform av föreliggande uppfinning; Fig. 2 är en schematisk vy av en höjdpofilavbild- ningsteknik som utnyttjas av anordningen i fig. l; Fig. 3 är en schematisk vy av en linjeavsökningstek- nik som utnyttjas av anordningen i fig. l; Fig. 4a-b är schematiska vyer av den stràlningskäns- liga ytan hos ett sensororgan som innefattas i anordning- en i fig. 1; Fig. 5 åskådliggör indelning av den strålnings- känsliga ytan hos sensororganet i fig. 4 i delområden; Fig. 6 åskådliggör ett filterorgan som är indelat i delområden.

Fig. 7 är en schematisk perspektivvy av sensor- organet, vilken åskådliggör dettas konstruktion; Fig. 8 är en schematisk perspektiv vy av en försto- rad detalj hos sensororganet i fig. 7.

Detaljerad beskrivning av utföringsformer En anordning enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning visas i fig. l. Anordningen l är anordnad över ett substrat som är försett med ett objekt 2 som skall undersökas. Anordningen l och objektet 2 rör sig ömse- sidigt, dvs relativt varandra, vilket indikeras av en pil A. Objektet 2 skulle kunna vara av många olika typer, så- som nämnts ovan. Låt oss emellertid för förklaringens en- kelhets skull i det följande anta att objektet 2 är en lodpastaavsättning, som har dispenserats på ytan av sub- stratet, som betecknas 4. I allmänhet omsluter det under- sökta objektet 2 som täcks av den belysta undersöknings- området en avsättning som innefattar flera punkter men av tydlighetsskäl visas endast en enda punkt 2 på ritningar- na.

Anordningen l innefattar ett första strålorgan 3 för alstring av strålning i ett första frekvensintervall, el- ler våglängdsintervall, och ett andra strålorgan 5 för 10 15 20 25 30 35 514 859 9 alstring av strålning i ett andra frekvensintervall. I denna utföringsform innefattar det första strålorganet 3 två liknande strålningsgeneratorer 6, 8, varvid en första 6 av dessa innefattar en första laserkälla 7, företrädes- vis en laserdiod, ett första optiskt brytande organ 9, företrädesvis ett par cylindriska linser, och ett första strâlriktande organ 11; och ett andra 8 av dessa på lik- nande sätt innefattar en andra laserkälla 13, ett andra optiskt brytande organ 15, och ett andra strålnings- riktande organ 17. De strålningsriktande organen 11, 17 som riktar den alstrade strålningen på substratet 4 inne- fattar företrädesvis flexibla och lätta speglar. Flera alternativ är emellertid möjliga, såsom prismer. Det en fjärde och I den föredragna utföringsformen innefattar var andra stràlorganet 5 innefattar en tredje, en femte strålgenerator 19, 20 respektive 21. åskådliggjorda, och en av den tredje, fjärde och femte strålgeneratorn 19, 20, 21 en lysdiodkälla (LED), sättning eller grupp av lysdiodelement och brytande optik som utgörs av en upp- (inte visade separat).

Dessutom innefattar anordningen 1 ett tredje strål- organ 22 som företrädesvis utgörs av en ringformad strål- generatorer som innefattar ett flertal individuella lys- dioder 24 och brytande optik (ej visade separat).

Det föredragna valet av olika typer av strålgenera- tor kommer att förklaras vidare nedan.

Anordningen 1 innefattar vidare sensororgan eller endast en sensor 23, som är anordnad för detektering av en bild av objektet 2 och avbildningsorgan 25 för skapan- de av nämnda bild genom avbildning av objektet 2 på sen- sorn 23. Sensorn 23 är företrädesvis en tvådimensionell matrissensor som har signalbehandlingskapabilitet på chi- pet. Såsom visas i fig. 7 och 8 innefattar sensorn 23 ett bäranordning 27 och en integrerad krets eller chip 29 som uppbärs av bäranordningen 27. Chipet 29 är försedd med två delar 31, 33, varvid en första av dessa utgör en strálkänslig enhet 31 och en andra av dessa utgör en upp- 10 15 20 25 30 35 514 859 10 sättning av behandlingsenheter 33, såsom även visas i fig. 4b.

I denna utföringsform utgörs nämnda avbildningsorgan 25 av brytande optik, dvs ett linssystem. Linssystemet 25 är anordnat att optiskt vidarebefordra strålning som här- rör från objektet 2 till sensorn 23. Med andra ord är linssystemet 25 anordnat att avbilda ett objektplan 32, 2 och 3, på ett bildplan. 2 alstras ursprungligen av 22 och reflekteras såsom visas i fig. Strålningen som härrör från objektet strålgeneratorerna 6, 8, 19, 20, 21, eller återemitteras av objektet 2.

Strålgeneratorerna 6 och 8 är anordnade på avstånd från varandra, varvid objektet 2 belyses från olika, företrädesvis motsatta, riktningar och, i denna utfö- ringsform som visas i fig. 1, med olika infallsvinklar, dvs vinklar mot objektplanet 32. Det finns åtminstone tre viktiga egenskaper som är förbundna med valet av infalls- vinklarna. Dessa är ocklusion, vertikal upplösning och dynamiskt intervall för vertikal mätning. Genom val av olika vinklar kan en annan upplösning och ett annat dyna- miskt intervall för undersökningen av olika objekt väl- jas. Olyckligtvis kommer det att finnas vissa ocklusions- problem. Å andra sidan undviks, om vinklarna väljs så att de är lika vilket är en alternativ utföringsform, ocklu- sion väsentligen, medan upplösningen och det dynamiska intervallet å andra sidan är fasta.

De tredje, fjärde och femte stràlgeneratorerna 19-21 är anordnade på avstånd från varandra, varvid de belyser objektet 2 från olika riktningar och företrädesvis med olika vinklar mot objektplanet 32. Dessa strålgeneratorer belyser emellertid samma område av objektet 2.

Det tredje strålorganet 22 används bland annat för åstadkommande av en jämn belysning av hela området hos substratytan som avbildas på den strålkänsliga enheten 31. Det åstadkommer en förbättrad kontrast mellan ytor hos objektet som skall undersökas och den närmaste bak- grunden. Vidare används det tredje strålorganet 22 för 10 15 20 25 30 35 514 859 ll belysning av referenser eller referensmarkeringar på sub- stratet 4 för möjliggörande av inriktning av substratet mot undersökningsanordningen l och för kalibrering av op- tiken.

Såsom visas i fig. 4a och fig. 4b avkänns strålning- en som träffar sensorn 23, och särskilt den strålnings- känsliga enheten 31, av strålningskänsliga element eller bildpunkter 35 som är anordnade i en matris på den strål- ningskänsliga enhetens 31 yta. Bildpunkterna 35 är, åt- minstone en delmängd av dessa i taget, anslutningsbara till uppsättningen behandlingsenheter 33, där varje behandlingsenhet 33 hanterar en enda bildpunkt 35. Exem- i sensorn som kallas MAPP22OO och till- verkas av IVP, alla bildpunkter i en rad i taget paral- pelvis hanteras, lellt av en uppsättning behandlingsenheter. Vilken rad som ska analyseras är valfritt. i en så kallad APS, alla bildpunktselement Som ett annat exempel är, för- kortning av ”active pixel sensor", individuellt adresserbara. Nämnda APS är även en matris- sensor där bildpunkterna är anordnade på ett chip. Vissa organ för signalbehandling av bildpunktens utsignaler är integrerade på chipet. En DSP (”digital signal proces- sor”) används för ytterligare behandling av de utmatade bildpunktssignalerna. I en föredragen utföringsform av nämnda APS är även nämnda DSP integrerat på chipet. Båda sensortyperna tillverkas typiskt med hjälp av komplemen- tär MOS-teknologi tor technology" CMOS-teknologi), men andra tillverknings- ("Complementary Metal Oxide Semiconduc- metoder kan användas.

Varje bildpunktselement omvandlar infallande strål- ning till en elektrisk laddning, vilken sedan behandlas av hårdvara på chipet. Således digitaliseras värdet på laddningen, antingen genom tröskling eller genom A/D- omvandling.

Vidare kan sensorns 23 hårdvara på chipet, åtminsto- ne när den är av typen MAPP2200, hantera ytterligare upp- gifter som måste utföras för att användbar bildinforma- 10 15 20 25 30 35 514 859 12 tion skall erhàllas. Dessa uppgifter innefattar data- reduktion och mönstermatchning eller filtreringsoperatio- ner vilka reducerar brus eller förstärker objektkanter.

Sensormöjligheterna utnyttjas i enlighet med uppfin- ningen av föreliggande anordning. Bildinformation som krävs för fastställande av olika egenskaper hos objektet 2 är antingen arearelaterad information eller höjdrelate- eller närma- rad information eller bägge två. Sensorn 23, re bestämt den strålningskänsliga enheten 31, kan delas in i olika delområden som vart och ett innefattar ett an- tal bildpunkter, bildpunkter. ra antingen arearelaterad eller höjdrelaterad bildinfor- företrädesvis en eller flera rader av De olika delområdena är avsedda att extrahe- mation.

I denna föredragna utföringsform är den stràlnings- känsliga enheten 31 indelad i första och andra delområden 37, 39 för extrahering av höjdinformation och ett tredje delområde 41 för extrahering av areainformation, såsom visas i fig. 5. Av anledningar som skall beskrivas nedan görs indelningen av den stràlningskansliga enheten 31 Ett filter- organ eller filterskikt 42 anordnas på den stràlnings- företrädesvis fysiskt såsom visas i fig. 6. känsliga enhetens 31 yta. Filterorganet 42 förses med ett första smalt allpassparti 34 och ett andra parti 36 som släpper igenom nämnda första frekvensintervall, som strà- las ut från det första stràlorganet 3, och stoppar nämnda andra frekvensintervall, som stràlas ut från det andra strålorganet 5. Följaktligen är, för en fullständig an- vändning av detta filterorgan 42, de första och andra frekvensintervallen åtskilda från varandra, dvs en av separationsaspekterna som nämnts ovan i sammanfattningen av uppfinningen utnyttjas i denna utföringsform, vilket skall diskuteras vidare nedan.

De första och andra strålningsorganen 3, 5 är anord- nade att förse sensorn 23 med första respektive andra bilder, väsentligen innefatta höjdinformation och den andra bil- varvid den första bilden alstras i syfte att 10 15 20 25 30 35 514 859 13 den alstras i syfte att väsentligen innefatta areainfor- mation. I syfte att erhålla dessa olika bilder är strål- ningen som alstras av nämnda första organ 3 å ena sidan laserstrålning i nämnda första frekvensintervall och linjeformat, eller täckformat, när det når objektplanet 32. Detta kallas även för belysning med ett ljusplan. Å andra sidan är strålningen som alstras av nämnda andra strålorgan 5 lysdiodstrålning som har en mindre begränsad form när den når objektplanet 32. Belysningen med ett ljusplan åskådliggörs i fig. 2 och lysdiodbelysningen i båda åskådliggörs i fig. 3. För tydlighets skull visas, figurerna, en enda generators strålning.

De första och andra strålningsgeneratorerna 6, 8 är anordnade att belysa ett första parti av substratet 4 och de tredje till femte strålningsgeneratorerna 19, 20 och 21 är anordnade att belysa ett andra parti av substratet 4. Anledningen till att de belysta första och andra par- tierna separeras är att strålningsinterferens som påver- kar extraktionen av höjdinformation respektive areainfor- mation negativt undviks. Alternativa utföringsformer, så- som den som tillhandahåller en tidsseparation som nämnts ovan, möjliggör emellertid belysning av samma partier.

Separationen förbättras genom separation av de första och andra frekvensintervallen kombinerat med användning av filtret 42, medan alternativa utföringsformer utnyttjar överlappande frekvensintervall.

Valet av olika typer av strålgeneratorer 6, 8 re- spektive 19-21 beror av sensorns 23 konstruktion, indel- ningen av den strålningskänsliga enheten 31 och de olika typerna av bildinformation som extraheras. Eftersom ob- jektets höjd fastställs genom triangulering alstras höjd- profiler för objektet 2 med hjälp av sensorn 23, vilket erfordrar att de använda delområdena 37, 39 är stora nog, typiskt används flera intilliggande bildpunktsrader, för att innesluta sådan profiler. Varje ljusplan alstrar en profil. Följaktligen alstras såsom visas i fig. 5, i den- na utföringsform två profiler 38 respektive 40. Såsom 10 15 20 25 30 35 514 859 14 åskådliggörs är, eftersom de belysta områdena på substra- tet 4 är olika för den första och den andra strålgenera- torn 6 respektive 8, profilerna 38, 40 förbundna med oli- ka objekt eller olika partier hos ett enda objekt. Ty- piskt är ett fåtal profiler per objekt 2 tillräckligt för erhållande av tillräcklig höjdinformation, i kombination med areainformationen, för att efterfrågade egenskaper skall kunna fastställas.

Areainformationen åstadkoms genom linjeavsökning, vilket betyder att objektet 2 avsöks linje för linje, vilka linjer är angränsande. Typiskt motsvarar en linje en enda bildpunktsrad på den strålningskänsliga enheten 31, varvid alla bildpunkter hos raden behandlas paral- lellt. som träffar den känsliga enheten 31 skulle det vara na- För åstadkommande av en sådan tunn strålningslinje turligt att belysa objektet i ett motsvarande smalt områ- de genom användning av en laserkälla. Detta har emeller- tid visat sig vara svàrt på grund av speckelbrus som in- duceras av lokal interferens i objektet 2. Problemet med speckelbrus elimineras genom användning av icke-koherent strålning, såsom den som alstras av lysdioderna, vilken följaktligen är föredragen. Å andra sidan kan, när lys- dioder används, svårigheter uppstå med begränsning av det belysta området. Genom att delomràdet 41 som används för mottagning av areainformation på sensorn 23 istället be- gränsas till exempelvis en enda bildpunktsrad undviks det senare problemet. Området i objektplanet 32 som belyses av lysdiodkällorna hos de tredje till femte strålgenera- torerna 19-21 begränsas likväl med hjälp av brytande op- tik i syfte att separera det från områdena som belyses av laserkällorna 7, 13 hos de första och andra strålgenera- torerna 6 respektive 8. Ett ytterligare syfte med be- gränsning av området med hjälp av den brytande optiken är àstadkommande av en högre intensitet hos strålningen inom substratets 4 belysta område. Det ovan beskrivna spek- tralfiltret används företrädesvis för förbättring av se- parationen. 10 15 20 25 30 35 514 859 15 För erhållande av höjdinformationen är det möjligt att åstadkomma en god upplösning även om bredden på ljus- planet eller laserlinjen uppgår till ett fåtal bild- punktsrader, såsom 3-5 rader. Därigenom minskas inverkan av speckelbruset väsentligt, vilket möjliggör användning- en av laserkällorna 7, 13.

Vidare alstrar var och en av de första och andra strålkällorna 6, 8 en individuell laserlinje som avbildas på ett separat parti av den strålningskänsliga enheten, dvs det första respektive det andra delområdet 37, 39, såsom visas i fig. 5. Följaktligen kan olika upplösning- ar, dvs antal bildpunktsrader, användas.

Således samplas, medan objektet 2 rör sig i förhål- lande till anordningen 1, raden av bildpunkter som bildar delområdet 41 konsekutivt och behandlas för extrahering av objektareainformation linje för linje. Denna behand- ling kombineras med behandling av höjdinformationen som samlas in genom sampling på motsvarande sätt av de andra delområdenas 37, 39 bildpunktsrader. Areainformationen och höjdinformationen extraheras företrädesvis omväxlande i syfte att använda sensorns fullständiga kapacitet. De omväxlande fastställandena körs väsentligen parallellt genom upphackning av jobben, varvid partier av en hel linje respektive ett helt område exekveras växelvis. Där- igenom möjliggörs en hög rörelsehastighet samtidigt som noggrannheten hålls på en hög nivå.

I syfte att förbättra resultaten vid en hög rörelse- 20, 21 eller bringas strålningen som hastighet bringas strålgeneratorerna 6, 8, 19, företrädesvis att pulsera, emitteras att pulsera, varigenom oskärpan som orsakas av rörelsen samtidigt som strålgeneratorerna emitterar strålning minimeras.

Såsom tydligt framgår av det ovanstående alstrar sensorn 23 digitala utsignaler. Dessa utsignaler överförs (”central till ett styrorgan, såsom en processorenhet processing unit” CPU) (inte visad), som behandlar nämnda utsignaler ytterligare. Utsignalerna innefattar höjdin- 10 15 20 30 35 514 859 16 formationsutdata och areainformationsutdata som används av styrorganet för fastställande av olika egenskaper hos objektet 2. Vidare används styrorganet av en användare för programmering av sensorn 23. Programmeringen kan ex- empelvis innefatta definition av de olika delområdena 37, 39, 41 och initiering av olika bildbehandlingsmöjligheter hos denna såsom de som skärper objektkanter. På grund av sensorns 23 fasta program på chipet och/eller programme- rade signalbehandlingsmöjligheter minskas mängden data som utbyts mellan sensorn 23 och styrorganet, varvid en snabbare objektundersökningsprocess möjliggörs. När en avancerad sensor används såsom en MAPPZZOO är möjlighe- terna på chipet tillräckligt komplexa för tillförsäkrande av att signalbehandlingen som utförs på chipet är en bildbehandling.

Föreliggande uppfinning tillhandahålls för undersök- ning av objekt på ett substrat, och särskilt lodpasta- avsättningar 2 som dispenserats på detta. Ett substrat som är anordnat för ytmontering av komponenter är försedd med tryckta plattformar eller paddar för mottagning av komponentanslutningsuttag. Komponenterna ansluts till paddarna genom lödning. Lodpastan är applicerad i förväg på paddarna genom någon allmän metod, såsom screentryck- ning eller dispensering. För att den efterföljande monte- ringen och lödningen av komponenterna skall vara fram- gångsrik är det viktigt att lodpastaavsättningen, nedan endast kallad avsättning, är korrekt formad och placerad och att inga lodpastasatelliter alstras.

På grund av avsättningens små dimensioner, typiskt i storleksordningen fraktioner av millimeter, krävs nog- granna mätningar med hög upplösning av undersöknings- anordningen. På grund av kvalitetskrav är det önskvärt att varje avsättning på ett substrat inspekteras efter det att det dispenserats. Vidare är dispenseringshastig- heten hög och ökar kontinuerligt och det är följaktligen önskvärt att undersökningen även kan utföras vid en hög 10 15 20 25 30 35 514 859 17 hastighet. Dessutom är det önskvärt att olika egenskaper kan fastställas, såsom de som nämnts ovan.

Medelst föreliggande uppfinning möjliggörs en hög hastighet genom den uppfinningsrika användningen av sen- sorn 23. Vad gäller de olika egenskaperna som önskas fastställas erhålls areainformationen linje för linje så- som beskrivits. Den ovan nämnda MAPP2200-sensorn kan alstra angränsande områdeslinjer som är korrigerade för tillfälliga felaktiga bildpunkter och som har tydliga gränser mellan avsättningen och den omgivande padden el- ler de omgivande paddarna. Linjerna matas ut till nämnda CPU, sätt matas ett antal höjdprofiler som även förbehandlats som beräknar avsättningens exakta area. På liknande på chipet eller alternativt på ett annat sätt antingen internt eller externt hos anordningen l, ut till nämnda CPU. Area- och höjdutdata är positioner som är förbundna med sensorn och därigenom kan nämnda CPU kombinera höjd- och areainformation som hänför sig till samma avsättning för fastställande av volym etc. En framtida ännu mera avancerad sensor kommer högst troligen att kunna utföra många ytterligare beräkningar på chipet och det är högst troligt att sensorn kommer att innefatta en behandlings- enhet per bildpunkt istället för ett antal behandlings- enheter som motsvarar antalet bildpunkter i en rad.

Anordningen 1 anpassar belysningen genom att anpassa den emitterade strålningen hos strålgeneratorerna 6, 8, 19-22 i enlighet med egenskaper hos de förekommande ob- jekten 2 under undersökning i syfte att underlätta sig- nalbehandlingen och möjliggöra en tillförlitlig och nog- grann informationsextrahering. Ett typiskt mål för den anpassningsbara belysningen är förstärkning av kontras- terna mellan ett objekt och dess angränsande bakgrund.

Justerbara parametrar är åtminstone följande: * strålningens intensitet justeras för erhållande av tillräckligt höga kontrastnivåer.

* Infallsvinkeln mot objekten är användbar för för- stärkning av kontrasterna. 10 15 20 514 859 18 * Polarisationen hos strålningen är effektivt an- vändbar för minskning av exempelvis glitter från ljusa objekt. För detta ändamål anordnas en polarisator mellan 19-22 och substratet 4, eller när- mare bestämt objektet eller objekten på detta. Dessutom strålgeneratorn 6, 8, anordnas en annan polarisator framför sensorn 23, varvid orienteringen hos denna är vinkelrät mot den förstnämnda polarisatorn. Som ett resultat av detta blir alla reflek- tioner som är direkta, dvs som inte ändrar polarisationen som orsakas av den första polarisatorn, då blockerad av den andra polarisatorn. Å andra sidan ges strålningen som sprids i objektets 2 yta ett slumpmässigt polarisations- bidrag och när därigenom den strålningskänsliga enheten 31.

* Strålningens frekvens/våglängd.

Anordningen enligt föreliggande uppfinning kan rea- liseras som en fristående anordning eller som en del av en maskin för dispensering av lodpasta, screentryckning, montering av komponenter, etc.

Ovan har några utföringsformer av föreliggande upp- finning beskrivits. Detta skall endast ses som ett icke- begränsande exempel. Många ytterligare modifieringar kom- mer att vara möjliga inom uppfinningens ramar sàsom defi- nieras av patentkraven.

Claims (32)

1. 0 15 20 25 30 35 514 859 19 PATENTKRAV l. Förfarande för kontaktfri undersökning av objekt på ett substrat med hjälp av en undersökningsanordning under relativ rörelse mellan substratet och undersök- ningsanordningen, k ä n n e t e c k n a t a v stegen: - att alstra en första bild som innefattar objekt- höjdsinformation genom belysning av åtminstone ett parti av substratet som innefattar ett eller flera objekt med hjälp av ett första strålningsorgan och avbildning av åt- minstone ett av nämnda ett eller flera objekt som belyses av nämnda första strålningsorgan på ett tvådimensionellt matrissensororgan som har en bildpunktelementsmatris som är adresserbar parti för parti; - att alstra en andra bild som innefattar objekt- areainformation genom belysning av åtminstone ett parti av substratet som innefattar ett eller flera objekt med hjälp av ett andra strålningsorgan och avbildning av åt- minstone ett av nämnda ett eller flera objekt som belyses av nämnda andra stràlorgan på nämnda sensororgan; - att extrahera objekthöjdsinformationen, med hjälp av nämnda sensororgan, fràn nämnda första bild; och - att extrahera objektareainformationen, med hjälp av nämnda sensororgan, från nämnda andra bild.

2. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n n e - t e c k n a t a v att steget att alstra en första bild är separerat i tiden från steget att alstra en andra bild.

3. Förfarande enligt patentkrav l eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v steget att separera den första bilden från den andra bilden genom avbildning av de första respektive andra bilderna på separata partier av nämnda sensororgan. 2 eller 3, stegen att separera den

4. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v första bilden från den andra bilden genom belysning av olika partier av substratet med nämnda första respektive lO 15 20 25 30 35 514 859 20 andra strålorgan.

5. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v steget att separera den första bilden från den andra bilden genom separering av strålning som härrör från nämnda första och andra strål- ningsorgan i ett första respektive andra frekvensinter- vall, och genom filtrering åtminstone av strålningen som faller in mot ett första parti av sensororganet så att strålning inom ett av nämnda första och andra frekvens- intervall släpps igenom och strålning inom det andra av nämnda första och andra frekvensintervall stoppas.

6. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v steget att använda nämnda area- och höjdinformation för beräkning av objektvolym.

7. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v steget att använda nämnda areainformation för beräkning av objektposition.

8. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v steget att använda nämnda areainformation för beräkning av objektkonturens form.

9. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v steget att använda nämnda areainformation för beräkning av objektdiameter.

10. lO, Förfarande enligt något av föregående patent- krav, k ä n n e t e c k n a t a v att åtminstone någon signalbehandling utförs på chipet.

11. ll. Förfarande enligt patentkrav lO, k ä n n e - t e c k n a t a v steget att utföra nämnda area- och höjdinformationsextraktioner på chipet.

12. Förfarande enligt något av föregående patent- krav, k ä n n e t e c k n a t a v steget att växelvis behandla nämnda första och nämnda andra bild för erhål- landet av nämnda höjd- respektive areainformation.

13. Förfarande enligt något av patentkraven 1-ll, att steget att behandla nämnda första och nämnda andra bild parallellt för erhål- k ä n n e t e c k n a t a v lande av nämnda höjd- respektive areainformation. 10 15 20 25 30 35 514- 859 21

14. Förfarande enligt något av föregående patent- att substratet bely- ses av nämnda första strâlningsorgan i form av en belys- krav, k ä n n e t e c k n a t a v ning med ett ljusplan.

15. Förfarande enligt något av föregående patent- krav, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda steg att extrahera areainformation utförs genom linjeavsökning.

16. Förfarande enligt något av föregående patent- krav, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda steg att extrahera höjdinformation utförs genom triangulering.

17. Förfarande enligt något av föregående patent- krav, k ä n n e t e c k n a t a v adaptiv inställning av åtminstone ett av nämnda första och andra strålorgan som svar på förändrade förhållanden.

18. Anordning för undersökning av objekt på ett sub- strat under relativ rörelse mellan substratet och under- sökningsanordningen, k ä n n e t e c k n a d a v: - ett tvådimensionellt matrissensororgan som har en bildpunktelementsmatris som är adresserbar parti för par- ti; - ett första strålningsorgan; - ett andra strålningsorgan; och - avbildningsorgan för avbildning av strålning som härrör från ett objektplan på sensororganet; varvid nämnda första strålningsorgan är anordnat för belysning av åtminstone ett parti av substratet som inne- fattar ett eller flera objekt, när substratet är i nämnda objektplan, varigenom nämnda avbildningsorgan alstrar en första bild av åtminstone ett av nämnda ett eller flera objekt, höjdsinformation; varvid nämnda första bild innefattar objekt- varvid nämnda andra strålningsorgan är anordnat att belysa åtminstone ett parti av substratet som innefattar ett eller flera objekt, när substratet är i nämnda objektplan, varigenom nämnda avbildningsorgan alstrar en andra bild av åtminstone ett av nämnda ett eller flera objekt, vilken andra bild innefattar objektareainforma- 10 20 25 30 35 514 859 22 tion, varvid nämnda sensororgan innefattar extraherings- organ för extrahering, från nämnda första bild, av objekthöjdsinformation, och för extrahering, från nämnda andra bild,

19. Anordning enligt patentkrav 18, t e c k n a d lingsförmåga på chipet. av objektareainformation. k ä n n e - a v att sensorn innefattar signalbehand-

20. Anordning enligt patentkrav 19, k ä n n e - t e c k n a d a v att nämnda signalbehandlingsförmåga på chipet tillhandahålls av åtminstone nämnda extrahe- ringsorgan.

21. Anordning enligt patentkrav 20, k ä n n e - t e c k n a d a v att nämnda signalbehandlingsförmåga på chipet vidare tillhandahålls av på chipet anordnade organ för beräkning av en eller flera objektegenskaper med hjälp av åtminstone den ena av nämnda objekthöjds- information och nämnda objektareainformation.

22. Anordning enligt något av patentkraven 18-21, k ä n n e t e c k n a d a v sta bilden separeras i tiden från alstringen av den andra bilden.

23. Anordning enligt något av patentkraven 18-22, k ä n n e t e c k n a d a v att sensorn förses med åt- minstone ett första parti för mottagning av den första bilden och ett andra parti, som är åtskilt från det för- sta partiet, för mottagning av den andra bilden.

24. Anordning enligt något av patentkraven 18-23, a v k ä n n e t e c k n a d att det första strålnings- organet är anordnat att alstra strålning inom ett första frekvensintervall, att det andra strålningsorganet är anordnat att alstra strålning inom ett andra frekvens- intervall och att anordningen vidare innefattar åtmin- stone ett första filterorgan som släpper igenom strål- ning inom ett av nämnda första och andra frekvensinter- vall och stoppar strålning inom det andra av nämnda för- att alstringen av den för- lO 15 20 25 30 514 859 23 sta och andra frekvensintervall, varvid nämnda filter- organ täcker ett första parti av nämnda sensororgan.

25. Anordning enligt patentkrav 18-24, k ä n n e - t e c k n a d a v att den är anordnad att extrahe- ra objektareainformationen med hjälp av linjeavsökning.

26. Anordning enligt något av patentkraven 18-25, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda första strål- ningsorgan innefattar en laser som alstrar strålningen i form av ett ljusplan.

27. Anordning enligt något av patentkraven 18-25, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda strålningsorgan innefattar lysdioder (LED:ar).

28. Anordning enligt något av patentkraven 18-27, k ä n n e t e c k n a d a v att varje bildpunkts- element är individuellt adresserbart.

29. Anordning enligt något av patentkraven 18-28, k ä n n e t e c k n a d a v att åtminstone ett av nämnda strålningsorgan är adaptivt inställbart.

30. Anordning enligt något av patentkraven 18-29, k ä n n e t e c k n a d a v att ett tredje strålnings- organ för belysning av ett område av substratet som mot- svarar hela bildpunktelementsmatrisen.

31. Anordning enligt patentkrav 30, k ä n n e t e - c k n a d a v att åtminstone ett av nämnda första, andra och tredje strålningsorgan är försett med en för- sta polarisator och att åtminstone en del av sensorn är försedd med en andra polarisator som är anordnad vinkel- rätt mot den första polarisatorn.

32. Användning av en anordning enligt något av pa- tentkraven 18-31 för mätning av volymen hos avsättningar på ett substrat.