DE19524022A1

DE19524022A1 - Optical distance sensor for three-dimensional analysis in quality control testing of semiconductor components - uses variation of optical path length and detection of intensity max. provided by photodetector to provide height profile values

Info

Publication number: DE19524022A1
Application number: DE1995124022
Authority: DE
Inventors: Guenter Dr Ing Doemens; Paul Dipl Ing Koellensperger; Anton Dr Rer Nat Schick
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1995-06-30
Publication date: 1997-01-09

Abstract

The sensor uses a confocal optical imaging system for determining the distance and height profile values of a three-dimensional surface. At least one point light source is used to scan the surface, with detection of the image beam via at least one confocal photodetector. The length of the optical path between the detector and the imaging system is periodically varied, with the light intensity max. at the photodetector detected via a peak detector, the corresponding optical path length used for determining the height profile value.

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Abstandssensor nach dem konfokalen optischen Abbildungsprinzip zur Ermittlung von Abstands- bzw. Höhenwerten zu oder von einer Oberfläche eines Meßobjektes. Die ebenen Koordinaten der Vielzahl von Meßpunk ten werden durch die laterale Verschiebung eines Abstandssen sors relativ zu dem Meßobjekt vorgegeben, wobei ein Raster erzeugt wird.The invention relates to an optical distance sensor the confocal optical imaging principle to determine Distance or height values to or from a surface of a Target. The plane coordinates of the multitude of measuring points are caused by the lateral displacement of a spacer sors specified relative to the measurement object, with a grid is produced.

Bei der Qualitätsprüfung in der Fertigung von elektronischen Teilen spielt neben der elektrischen Prüfung die äußere, meist optische Prüfung eine wesentliche Rolle. Da an die Verbindungs- und Montageverfahren der Halbleiter- und Flach baugruppenfertigung ständig höhere Anforderungen hinsichtlich Qualität gestellt werden, müssen die entsprechend eingesetz ten Prüfverfahren zunehmend verfeinert werden. So werden beispielsweise Fehlerraten von weniger als 10 dpm (Defekte pro 10⁶) gefordert. Lediglich durch die Optimierung der Prozesse läßt sich dieses hochgesetzte Ziel nicht mehr errei chen. Letztendlich wird nach annähernd jedem Verfahrens schritt eine automatische Inspektion gefordert.In the quality inspection in the manufacture of electronic In addition to the electrical test, parts play the outer, mostly optical inspection plays an essential role. Because of that Connection and assembly methods of semiconductor and flat assembly manufacturing constantly higher demands regarding Quality must be set accordingly test methods are increasingly refined. So be for example error rates of less than 10 dpm (defects per 10⁶) required. Only by optimizing the Processes can no longer achieve this high goal chen. Ultimately, after almost every procedure automatic inspection is required.

Zweidimensionale Bildverarbeitungsverfahren üblicher Art genügen in der Regel nicht den heutigen Anforderungen. Dar über hinaus weisen Prüfobjektiv und Prüfkriterien einen dreidimensionalen Charakter auf, der mit diesen Verfahren nicht erfaßbar ist. Der dreidimensionale Charakter besteht beispielsweise in der Form von Bondverbindungen beim Wirebon den, in der lateralen und vertikalen Ausdehnung von Lotdepots beim Schablonendruck für das Reflowlöten oder in der Form und im Volumen von Lötstellen bei SMD-Bauelementen (Surface Mounted Device). Aus diesem Grund ist eine dreidimensionale schnelle Erfassung des zu überprüfenden Bereiches erforder lich. Diese sollte weitgehend unabhängig von den optischen Eigenschaften der Oberflächen sowie von der geometrischen Gestalt des Prüfobjektes sein.Two-dimensional image processing methods of the usual kind As a rule, do not meet today's requirements. Dar In addition, the test lens and test criteria have one three-dimensional character based on these procedures is not detectable. The three-dimensional character exists for example in the form of bond connections in wirebon the, in the lateral and vertical extension of solder deposits with stencil printing for reflow soldering or in the form and in the volume of solder joints in SMD components (surface Mounted Device). For this reason, it is a three-dimensional one rapid detection of the area to be checked required Lich. This should be largely independent of the optical Properties of the surfaces as well as of the geometric Shape of the test object.

Zur dreidimensionalen Erfassung von Oberflächen werden häufig noch Triangulationsverfahren eingesetzt. Bei einer Auflösung von beispielsweise 10 µm sind diese Verfahren jedoch aus optischen Gründen, wie beispielsweise Sekundärlichtreflexio nen, deutlich eingeschränkt. Wesentlich besser sind hierfür konfokale Systeme mit einer koaxialen Strahlanordnung geeig net. Die erzielbare Datenrate ist jedoch aufgrund des mecha nisch bewegten Objektives sehr begrenzt.For three-dimensional detection of surfaces are common still triangulation methods used. With a resolution however, these processes are of, for example, 10 μm optical reasons, such as secondary light reflection clearly limited. Are much better for this confocal systems with a coaxial beam arrangement are suitable net. The achievable data rate is due to the mecha nically moving lenses very limited.

In der einen optischen Abstandssensor betreffenden europäi schen Patentschrift EP 0 615 607 wird eine Erhöhung der Datenrate auf 2 MHz sowie eine flächenhafte Erfassung mit dem konfokalen Prinzip beschrieben. Die hohe Datenrate wird durch ein scannendes System erreicht, das auf einer schnellen Strahlablenkung basiert. Die relative Bewegung des Prüfobjek tes zum Abtastsensor erfolgt mäanderförmig. Zur Vermeidung von mechanischen Bewegungen des Objektives wird durch auf dem Meßstrahl axial gestaffelte Detektoren auf der Bildseite eine Höhenermittlung durchgeführt. Dieses technisch hoch entwic kelte Prinzip ist jedoch mit sehr hohen Kosten verbunden.In the europi concerning an optical distance sensor The patent EP 0 615 607 is an increase in Data rate to 2 MHz and an area coverage with the described the confocal principle. The high data rate is due to a scanning system that works on a fast Beam deflection based. The relative movement of the test object The scan sensor is meandering. To avoid of mechanical movements of the lens is through on the Measuring beam axially staggered detectors on the image side Height determination carried out. This technically highly developed However, the principle is very expensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen konfokalen optischen Abstandssensor bereit zustellen, der eine automati sche Oberflächenprüfung mit hoher Datenrate ermöglicht, wobei die Systemkosten gering gehalten werden.The invention has for its object a confocal provide optical distance sensor, which is an automati cal surface inspection with high data rate enables, where system costs are kept low.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die Merkmale des Anspruches 1.This problem is solved by the features of Claim 1.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Einsatz einer einzigen Empfangseinheit auf der Bildseite mit gleich zeitiger periodischer Variation der optischen Wegstrecke zwischen dieser Empfangseinheit und der Abbildungsoptik einen optischen Abstandssensor mit hoher Datenrate liefert. Der Höhenwert eines abgetasteten Punktes auf der Oberfläche eines Meßobjektes ergibt sich, indem ein Maximum in der in der Empfangseinheit detektierten Leuchtdichte des Meßstrahles mittels eines Peadetektors detektiert wird und gleichzeitig die besagte korrespondierende optische Wegstrecke, die dem Höhenwert entspricht, festgehalten wird.The invention is based on the finding that use a single receiving unit on the image side with the same timely periodic variation of the optical path between this receiving unit and the imaging optics optical distance sensor with a high data rate. Of the Height value of a scanned point on the surface of a The measured object is obtained by taking a maximum in the Receiver unit detected luminance of the measuring beam is detected by means of a lead detector and at the same time the said corresponding optical path which corresponds to the Height value corresponds, is recorded.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht den Einsatz mehrerer optischer Empfänger in der Empfangseinheit vor. Deren Anordnung relativ zur optischen Achse ist vorgege ben, wobei auf der Sendeeinheit die gleiche Anzahl von Licht quellen korrespondierend vorhanden ist. Somit ergibt sich ein Zusammenspiel von beispielsweise einer ersten Lichtquelle mit einem ersten Empfänger und einer zweiten Lichtquelle und einem zweiten Empfänger und so fort. Würden bei einer derar tigen Anordnung von Leuchtquellen beispielsweise mehrere Abtastpunkte auf der Oberfläche des Meßobjektes gleichzeitig angesprochen, so wäre eine empfangsseitige Trennung des Ortes nicht möglich. Anders ausgedrückt würde ein "Übersprechen" eindeutige Messungen verhindern. Somit ist die Datenrate für diese Ausführungsform insofern begrenzt, als ein serielles Abtasten für die einzelnen Abtastpunkte mit einer Lichtquelle und einem entsprechenden Empfänger notwendig ist.An advantageous embodiment of the invention sees the Use of several optical receivers in the receiving unit in front. Their arrangement relative to the optical axis is given ben, with the same number of lights on the transmitter unit sources are correspondingly present. This results in a Interplay of, for example, a first light source with a first receiver and a second light source and a second recipient and so on. Would derar at one term arrangement of light sources, for example, several Sampling points on the surface of the measurement object at the same time addressed, would be a reception-side separation of the place not possible. In other words, "crosstalk" prevent clear measurements. So the data rate is for this embodiment is limited in that it is serial Scanning for the individual sampling points with a light source and an appropriate recipient is necessary.

Eine Differenzierung mehrerer gleichzeitig eingeschalteter Lichtquellen ist empfangsseitig möglich, indem die unter schiedlichen Lichtquellen unterschiedliche Lichtfrequenzen aufweisen. Empfangsseitig geschieht dies durch entsprechende Modulation der einzelnen Lichtquellen mit unterschiedlichen Frequenzen. Empfangsseitig wird durch eine zwischen Empfangs einheit und Peakdetektor geschaltete Bandpaßanordnung jeweils differenziert, zu welchem Abtastpunkt, der mit einem Licht bestimmter Frequenz erzeugt wird, der detektierte Peak in der Leuchtdichte gehört. A differentiation of several simultaneously switched on Light sources are possible on the receiving side by using the below different light sources different light frequencies exhibit. On the reception side, this is done by appropriate Modulation of the individual light sources with different Frequencies. On the reception side, there is a between reception Unit and peak detector switched bandpass arrangement each differentiates to which sampling point that with a light certain frequency is generated, the detected peak in the Luminance belongs.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zur Abtastung der Oberfläche eines lateral rechtwinklig ausgebil deten Meßobjektes, wie beispielsweise einer Flachbaugruppe mit darauf befindlichen elektronischen Bauelementen, sieht vor, daß die Reihe von gleichzeitig erzeugbaren Abtastpunkten durch entsprechende Anstellung des Abstandssensors relativ zum Meßobjekt in Bezug auf einen allgemeinen Verfahrweg eine laterale Anstellung von 45° aufweist. Sind beispielsweise bei üblichen Meßobjekten orthogonale Abtastbahnen vorgesehen, beispielsweise ein Rahmen, so ist durch die genannte Maßnahme ein Drehen des Abtastkopfes bei einem Richtungswechsel im Verfahrweg um 90° eine Drehung des Abtastsensors bzw. Meßkop fes relativ zum Meßobjekt nicht notwendig.Another advantageous embodiment of the invention for Scanning the surface of a laterally rectangular shape Deten DUT, such as a printed circuit board with electronic components on it that the series of sample points that can be generated simultaneously by adjusting the distance sensor accordingly to the measurement object in relation to a general travel path lateral inclination of 45 °. For example, at conventional measurement objects provided orthogonal scanning paths, for example a frame, is by the measure mentioned a rotation of the scanning head when changing direction Travel 90 ° a rotation of the scanning sensor or measuring head fes relative to the measurement object is not necessary.

Im folgenden wird anhand von schematischen Figuren ein Aus führungsbeispiel beschrieben.In the following, an out will be shown using schematic figures example described.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze mit einem erfindungsgemäßen konfokalen optischen Abstandssensor, Fig. 1 shows a schematic diagram according to the invention with a confocal optical distance sensor,

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt einer mit Bondverbindungen 20 versehenen Oberfläche 13 eine elektronischen Bauelementes 19 mit Bonddrähten 21, Fig. 2 shows a section provided with a bonding connections 20 surface 13 an electronic component 19 with bonding wires 21,

Fig. 3 zeigt die Oberfläche eines elektronischen Bauelemen tes 19 mit in ungefähr rechtwinkliger Anordnung darauf aufge brachten Bondverbindungen 20, Fig. 3 shows the surface of an electronic component 19 with an approximately rectangular arrangement thereon brought up bond connections 20 ,

Fig. 4 zeigt korrespondierend mit Fig. 3 die lateralen Anordnungen am Einbauplatz 25 eines elektronischen Bauelemen tes mit Lotdepots 23 auf einer entsprechenden Leiterplatte. Fig. 4 shows, corresponding to Fig. 3, the lateral arrangements at the location 25 of an electronic Bauelemen tes with solder deposits 23 on a corresponding circuit board.

In der Fig. 1 wird ein optischer Abstandssensor nach dem konfokalen Prinzip dargestellt. Ein derartiger Sensor arbei tet mit punktförmigen Lichtquellen 2, die auf die Oberfläche 13 eines Meßobjektes 12 abgebildet werden. Das vom Meßobjekt 12 rückgestreute Licht wird in einen ebenfalls punktförmigen Empfänger bzw. eine Empfangseinheit 4 abgebildet. Das Meßob jekt 12 und das erzeugte Bild bzw. die Empfangseinheit befin den sich im Fokus des Beleuchtungsstrahles- 7 bzw. des Meß strahles 8. Darin ist die Schärfentiefe begrenzt, die Auflö sung bei der Aufnahme von Oberflächenpunkten jedoch relativ hoch. Eine weiterführende Beschreibung des konfokalen Prin zips ist beispielsweise der europäischen Patentschrift EP 0 615 607 zu entnehmen.In FIG. 1, an optical distance sensor is shown according to the confocal principle. Such a sensor works with point light sources 2 , which are imaged on the surface 13 of a measurement object 12 . The light scattered back from the measurement object 12 is imaged in a likewise point-shaped receiver or a receiving unit 4 . The measuring object 12 and the image or the receiving unit are located in the focus of the illuminating beam 7 or the measuring beam 8 . This limits the depth of field, but the resolution when recording surface points is relatively high. A further description of the confocal principle can be found, for example, in European patent EP 0 615 607.

Auf der Sendeseite ist in Fig. 1 eine Sendeeinheit 1 darge stellt. Diese enthält eine oder mehrere punktförmige Licht quellen 1.1, 1.2, . . . , jeweils bestehend aus einer Lichtquelle 2 und einer Blende 3. Hierdurch wird der Beleuchtungsstrahl 7 erzeugt. Die Optik 9, 10, 11 wirkt als Ganzes zusammen und stellt die Abbildungsoptik dar. Unter der periodisch variier baren optischen Wegstrecke zwischen der Empfangseinheit 4 und der Abbildungsoptik ist in diesem Fall die Wegstrecke zu der Optik 11 zu verstehen. Der Meßstrahl 7 wird über den Teiler spiegel 14 in Richtung auf das Meßobjekt 12 mit der Oberflä che 13 geleitet. Der reflektierte Meßstrahl wird mittels der Optik 10 und 11, sowie dem Teilerspiegel 14 der Empfangsein heit 4 zugeführt. Die Empfangseinheit 4 besteht aus Fotoemp fängern 5 mit jeweils zugehörigen Blenden 6, so daß punktför mige Empfänger 4.1, 4.2, . . . dargestellt werden. Nachdem die Masse der Abbildungsoptik oder Teilen davon relativ groß ist, so ist es zur Erzeugung der Variation der optischen Weg strecke in der Praxis günstiger, die Empfangseinheit 4 in Richtung der optischen Achse in Schwingungen zu versetzen. Dies wird durch das seitwärts dargestellte Höhenwert z/Zeit t-Diagramm angedeutet. Die Schwingungsrichtung 17 ist paral lel zur optischen Achse des Systems im bildseitigen Meßbe reich. Die Schwingung, beispielsweise 2 kHz, ist periodisch, insbesondere sinusförmig.On the transmitting side, a transmitting unit 1 is shown in FIG. 1. This contains one or more point light sources 1.1 , 1.2,. . . , each consisting of a light source 2 and an aperture 3 . As a result, the illumination beam 7 is generated. The optics 9 , 10 , 11 interact as a whole and represent the imaging optics. In this case, the periodically variable optical path between the receiving unit 4 and the imaging optics means the path to the optics 11 . The measuring beam 7 is directed via the splitter mirror 14 in the direction of the test object 12 with the surface 13 . The reflected measuring beam is supplied by means of the optics 10 and 11 , as well as the divider mirror 14 of the receiver unit 4 . The receiving unit 4 consists of Fotoemp catchers 5 with associated apertures 6 , so that Punktför shaped receiver 4.1 , 4.2 ,. . . being represented. After the mass of the imaging optics or parts thereof is relatively large, it is more convenient to generate the variation of the optical path in practice to set the receiving unit 4 in the direction of the optical axis in vibration. This is indicated by the height value z / time t diagram shown sideways. The direction of vibration 17 is paral lel to the optical axis of the system in the image-side Meßbe rich. The oscillation, for example 2 kHz, is periodic, in particular sinusoidal.

Theoretisch wäre der Einsatz einer einzigen punktförmigen Lichtquelle 1.1 und eines einzigen punktförmigen Empfängers 4.1 möglich. Die hiermit erzielbare Datenrate bei der Abta stung einer gesamten Oberfläche eines Bauelementes 19 ist jedoch sehr gering. Wird die Anzahl der punktförmigen Licht quellen und Empfänger erhöht, so korrespondieren jeweils eine erste Lichtquelle mit einem ersten Empfänger, eine zweite Lichtquelle mit einem zweiten Empfänger und so fort. Anstelle einer seriellen Abtastung sind die Lichtquellen bzw. das Licht der verschiedenen Lichtquellen unterschiedlich modul iert, so daß es unterschiedliche Frequenzen aufweist. Somit kann entsprechend der Anzahl von Lichtquellen/Empfänger- Paarungen eine entsprechende Anzahl von Abtastpunkten 18 in einer geraden Linie auf der Oberfläche 13 erzeugt werden. Wie bereits beschrieben, wird für jeden Punkt annähernd gleich zeitig ein Höhenwert ermittelt.Theoretically, the use of a single point light source 1.1 and a single point receiver 4.1 would be possible. However, the data rate that can be achieved in this way when scanning an entire surface of a component 19 is very low. If the number of point light sources and receivers is increased, a first light source corresponds to a first receiver, a second light source corresponds to a second receiver, and so on. Instead of serial scanning, the light sources or the light from the different light sources are modulated differently, so that it has different frequencies. A corresponding number of scanning points 18 can thus be generated in a straight line on the surface 13 in accordance with the number of light sources / receiver pairs. As already described, an altitude value is determined approximately simultaneously for each point.

In der Fig. 2 ist ein Ausschnitt aus der Oberfläche eines elektronischen Bauelementes 19 mit Bondverbindungen 20 und Bonddrähte 21 befestigt. Spezifizierungen erlauben eine maximale Höhe z_max, um in nachgeschalteten Verfahrensschrit ten die Bonddrähte 21 nicht zu beschädigen. Ferner müssen Höhe h und Durchmesser D der Bondverbindungen 20 bestimmte Werte einhalten. Die in Fig. 2 eingezeichneten Linien 24 stellen den allgemeinen Verfahrweg 24 dar. Ob eine oder mehrere Lichtquellen/Empfänger-Paarungen mit der entspre chenden Anzahl von Abtastpunkten 18 eingesetzt werden, be stimmt die Anforderung bezüglich der Abtastgeschwindigkeit. Die Tatsache, daß mehrere Abtastpunkte 18 gleichzeitig erzeugbar sind, ist jedoch in dem Zusammenhang zu sehen, daß der Sensorkopf bzw. Abtastsensor insgesamt eine laterale Relativbewegung zu der Oberfläche 13 des Meßobjektes 12 aufweist.In FIG. 2 a section of the surface of an electronic component 19 with bonded joints 20 and the bonding wires 21 is attached. Specifications allow a maximum height z _max in order not to damage the bond wires 21 in subsequent process steps. Furthermore, the height h and diameter D of the bond connections 20 must adhere to certain values. The lines 24 shown in FIG. 2 represent the general travel path 24. Whether one or more light source / receiver pairings with the corresponding number of scanning points 18 are used determines the scanning speed requirement. However, the fact that a plurality of scanning points 18 can be generated simultaneously can be seen in the context that the sensor head or scanning sensor as a whole has a lateral relative movement to the surface 13 of the measurement object 12 .

Fig. 3 zeigt ein elektronisches Bauelement 19, auf dessen nach oben gerichtete Oberfläche 13 mehrere Bondverbindungen 20 in orthogonaler Anordnung plaziert sind. Die Bondverbin dungen werden durch Bonddrähte 21 mit elektrischen Anschluß punkten auf beispielsweise einem nicht dargestellten System träger verbunden. Der Einsatz eines optischen Abstandssensors entsprechend der Erfindung erzeugt eine geradlinige Reihe von Abtastpunkten 18. Nachdem an dem Bauelement 19 lediglich die Bondverbindungen 20 bzw. die entsprechenden Bonddrähte 21 zu prüfen sind, ist für den allgemeinen Verfahrweg 24 des Sensors relativ zum Bauelement 19 eine Art Rahmen abzufahren, der ebenfalls orthogonal ausgestaltet ist. Nachdem die hier dargestellte Reihe von Abtastpunkten 18 zu diesem Verfahrweg 24 unter 45° angestellt ist, erübrigt sich ein Drehen des Prüfkopfes mit dem Abstandssensor. Fährt der Abstandssensor den in den Fig. 3 bzw. 4 dargestellten Verfahrweg 24 ab, so wird jeweils eine Art Korridor parallel zur X-Achse bzw. parallel zur Y-Achse erfaßt, der eine Breite 22 von bei spielsweise 256 µm aufweist. Dabei sind beispielsweise 16 Abtastpunkte 18 in einer Reihe. Fig. 3 shows an electronic device 19, on whose upwardly facing surface 13 a plurality of bond joints 20 are placed in an orthogonal arrangement. The bonds are connected by bonding wires 21 with electrical connection points on, for example, a system carrier, not shown. The use of an optical distance sensor according to the invention produces a straight line of scanning points 18 . After only the bonds 20 and the respective bonding wires 21 to check on the component 19, is to depart relative to the component 19 a type of framework to the general path of the sensor 24, which is also configured orthogonal. After the row of scanning points 18 shown here has been set at 45 ° to this travel path 24 , the test head with the distance sensor does not have to be rotated. The distance sensor and drives the traverse 24 shown in Fig. 4 from 3, then a sort of corridor parallel to the X-axis and detected parallel to the Y axis, having a width 22 of at play, 256 microns, respectively. For example, 16 sampling points 18 are in a row.

Die Fig. 4 zeigt ebenfalls in ebener Darstellung entspre chend Fig. 3 einen Verfahrweg 24, mit dem die zu prüfenden Lotdepots 23 abgetastet werden. Die Ausbildung des orthogona len Rahmens für den Verfahrweg 24 gilt in diesem Falle ana log. Ein Bauelement 19 ist zu diesem Zeitpunkt am Einbauplatz 25 noch nicht vorhanden. Bei dieser Anwendung werden Positi on, Form und Volumen der Lotpastendepots geprüft. Fig. 4 also shows in a flat representation accordingly Fig. 3 a travel path 24 with which the solder deposits 23 to be checked are scanned. The formation of the orthogonal len frame for the travel path 24 applies in this case ana log. A component 19 is not yet available at the installation location 25 at this time. In this application, the position, shape and volume of the solder paste depots are checked.

Das erfindungsgemäße System kommt ohne strahlablenkende scannende Einheiten aus. Ebenso werden keinerlei gestaffelt entlang des Meßstrahles angeordnete Empfänger eingesetzt. Die einzige vorhandene Empfangseinheit kann beispielsweise pie zoelektrisch, magnetostriktiv oder elektromagnetisch bewegt werden. Eine für praktische Anwendungen ausreichende Oszilla tionsfrequenz liegt bei 2 kHz. Gleichzeitig wird die Steige rung der Datenrate durch Einsatz mehrerer Lichtquellen 1.1, 1.2, . . . in der Sendeeinheit 1 und mehrerer korrespondie render Empfänger 4.1., 4.2, . . . der einzigen Empfangseinheit 4 erzielt. Als Empfänger können beispielsweise integrierte Fotodiodenzeilen verwendet werden. Als Lichtquellen werden vorzugsweise Laserdioden-Arrays verwendet. Die bisherige Beschreibung ging von der Verwendung von Blenden 3, 6 aus, da die Lichtquellen 2 bzw. die Fotoempfänger 5, soweit übliche Typen im normalen Kostenrahmen verwendet werden, nicht als punktförmig betrachtet werden können. The system according to the invention manages without beam-deflecting scanning units. Likewise, no staggered receivers are used along the measuring beam. The only existing receiving unit can be moved, for example, piezoelectric, magnetostrictive or electromagnetic. A sufficient oscillation frequency for practical applications is 2 kHz. At the same time, the increase in the data rate is achieved by using several light sources 1.1 , 1.2 ,. . . in the transmitting unit 1 and several corresponding renderer 4.1. , 4.2,. . . the single receiving unit 4 achieved. Integrated photodiode arrays, for example, can be used as receivers. Laser diode arrays are preferably used as light sources. The previous description was based on the use of diaphragms 3 , 6 , since the light sources 2 or the photo receivers 5 , insofar as common types are used in the normal budget, cannot be regarded as punctiform.

Im allgemeinen werden die Intensitäten der parallelen Licht quellen 2 nach jeweils unterschiedlichen Gesetzmäßigkeiten zeitlich verändert, so daß auf der Empfängerseite eine ein deutige Zuordnung und damit ein Übersprechen weitgehend eliminiert werden kann. Für langsame Anwendungen ist auch ein serieller Betrieb der Lichtquellen 2 und der Fotoempfänger 5 möglich. In diesem Fall ist die Anordnung eines einzigen Fotodetektors hinter einem Lochblenden-Array ausreichend.In general, the intensities of the parallel light sources 2 are changed over time according to different laws, so that a clear assignment and thus crosstalk can be largely eliminated on the receiver side. For slow applications, serial operation of the light sources 2 and the photo receiver 5 is also possible. In this case, the arrangement of a single photodetector behind a pinhole array is sufficient.

Wird zur Erzeugung einer hohen Datenrate der parallele Be trieb von mehreren Sende-Empfangseinheiten eingesetzt, so ist zunächst bei der Bewegung eines Meßobjektes 13 in einer Richtung nur die Abtastung von Zeilen möglich. In der Regel ist bei den Verbindungs- und Montageverfahren der Halbleiter- und Flachbaugruppentechnik die Überwachung der Randbereiche eines Chips oder eines Bauelementes 19 ausreichend. Diese Bereiche erstrecken sich jedoch auf den vollen Umfang des Bauelementes. Um bei derartige erforderlichen orthogonalen Abtastbahnen den Sensorkopf nicht drehen zu müssen, wird die Achse der zeilenförmig korrespondierend angeordneten Sender und Empfänger und damit entsprechend die Ausrichtung der Reihe von Abtastpunkten auf der Oberfläche 13 unter 45° zu der Abtastrichtung orientiert.If, in order to generate a high data rate, the parallel operation of several transceiver units is used, only the scanning of lines is initially possible when moving a measurement object 13 in one direction. As a rule, monitoring of the edge regions of a chip or a component 19 is sufficient in the connection and assembly methods of semiconductor and printed circuit board technology. However, these areas extend to the full extent of the component. In order not to have to turn the sensor head in the case of such necessary orthogonal scanning paths, the axis of the correspondingly arranged transmitters and receivers and thus the orientation of the row of scanning points on the surface 13 is oriented at 45 ° to the scanning direction.

Die mechanische schwingende Bewegung des Empfängers auf der Bildseite, sowie die parallele Anordnung von mehreren Empfän gern und Sendern jeweils nebeneinander ist einfach und ko stengünstig zu realisieren. Die Trennung der einzelnen Sende- und Empfangskanäle durch unterschiedliche Lichtfrequenzen erhöht die Trennschärfe zwischen den einzelnen Kanälen. Die 45°-Anordnung der Reihe von Abtastpunkten relativ zu den orthogonalen Abtastrichtungen vereinfacht die Führung des Prüfkopfes. Somit erfolgt keine vollständige Bilderfassung, sondern es werden lediglich die Bereiche erfaßt, die geprüft werden sollen und die im wesentlichen im Randbereich auf einer großflächigen Oberfläche eines elektronischen Bauelementes plaziert sind.The mechanical swinging movement of the receiver on the Image side, as well as the parallel arrangement of several receivers likes and transmitters side by side is easy and knockout cost-effective to implement. The separation of the individual broadcast and receiving channels through different light frequencies increases the selectivity between the individual channels. The 45 ° arrangement of the row of sampling points relative to the orthogonal scanning directions simplifies the guidance of the Probe. So there is no complete image capture, only the areas that are checked are recorded should be and essentially in the marginal area on a large surface area of an electronic component are placed.

Claims

1. Optical distance sensor according to the confocal optical imaging principle for determining distance or height values of a surface ( 13 ), in particular for three-dimensional surface measurement, with

- A transmission unit ( 1 ) with at least one point light source ( 1.1 , 1.2... ), which is imaged on a surface ( 13 ) of a measurement object ( 12 ),
- a receiving unit ( 4 ) with at least one point-shaped receiver ( 4.1. , 4.2 ,...) arranged confocally in the image-side measuring area for the point-shaped light source ( 1.1. , 1.2 ,...),
- a coaxial guidance of the illuminating and measuring beam ( 7; 8 ),

characterized in that the optical path between the receiving unit ( 4 ) and the imaging optics can be varied periodically and by means of a peak detector ( 16 ) maximum luminance on the receiving unit ( 4 ) can be determined, the corresponding optical path lengths corresponding to the respective height value of the correspond to the current sampling point ( 18 ).

2. Optical distance sensor according to claim 1, characterized by a plurality of point-shaped light sources ( 1.1. , 1.2 ,...) Contained in the transmission unit ( 1 ) and a plurality of corresponding point-shaped receivers ( 4.1 , 4.2,. ) Contained in the reception unit ( 4 ). .) of equal number, the punctiform light sources ( 1.1. , 1.2... ) and the punctiform receivers ( 4.1. , 4.2 ,...) are each arranged in a row in a plane orthogonal to the optical axis and on the surface ( 13 ) a straight line of sampling points ( 18 ) it can be generated.

3. Optical distance sensor according to claim 1 or 2, characterized by a serial scanning of scanning points ( 18 ) by corresponding corresponding point light sources ( 1.1 , 1.2 , ... ) And point receiver ( 4.1 , 4.2 , ... ).

4. Optical distance sensor according to claim 1 or 2, characterized by a different frequency modulation of the light at different point light sources ( 1.1 , 1.2 ) and use of bandpass filters adapted to the respective frequencies ( 15 ) behind the receiving unit ( 4 ).

5. Optical distance sensor according to one of the preceding claims for areal scanning of the surface ( 13 ) of a laterally rectangular measurement object ( 12 ), characterized by the formation of a rectilinear row of scanning points ( 18 ) by accordingly using punctiform light sources ( 1.1 , 1.2 , ...) and corresponding point-shaped receivers ( 4.1 , 4.2 , ... ), the series of scanning points ( 18 ) relative to a travel path ( 24 ), which is given by the relative movement between the distance sensor and the measurement object ( 12 ) and on which orthogonal structures on the measurement object ( 12 ) are scanned at an angle of 45 °.