JP2004045592A - Observation device for spherical bodies - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体パッケージのバンプ形成用に搭載される導電性ボールなどの球状体を光学的に観察する球状体の観察装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
BGA(Ball Grid Array)などの半導体パッケージには基板回路との接続用の球状突起電極である金属バンプが設けられている。この金属バンプは半田ボールなどの導電性ボール(以下、「ボール」と略称)をパッケージを構成する基板の電極上に搭載して接合することにより形成される。ボールを基板に搭載した後には、ボールの配列状態、すなわちボールの有無やボール位置が正常であるか否かを検査するための配列検査が行われる。
【0003】
従来よりこの配列検査は配列面上のボールをカメラによって光学的に観察することによって行われる。そして観察のためのカメラとして、より広い範囲を効率よく撮像する必要がある場合には、細長形状の撮像視野を有するラインカメラが用いられる。この方法では、ラインカメラに対して基板を相対移動させながら複数の画像を順次取り込むことによって、基板上におけるボールの画像が取得される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記ボールの配列検査において、良好な検査精度を得るためには、良質のボール画像を取得する必要がある。そして球状の金属光沢表面を有するボールを撮像対象として良質の画像を取得するためには、ボール表面を均一に照明することが重要である。このため、ボールを撮像する場合には、一般に多数の発光素子を円形のリング状に配置して撮像視野を周囲から取り囲むようにしたリング照明が用いられる。この照明に用いられるリング照明装置の大きさは、撮像視野の大きさの約3倍の径が必要とされる。
【0005】
しかしながら上記ラインカメラを用いたボールの撮像において、上記リング照明を適用すると、大きな径のリング照明装置が必要となる。そしてリング照明装置の径が大きくなると照明対象までの距離が増大することから、より強い光量の光源が必要となる。このように、従来のラインカメラを用いた観察装置には、均一な照明条件を実現するためには大型・大光量の照明装置が必要となり、照明条件を均一にして良好な観察結果を確保しつつ設備の簡略化・低コスト化を図ることが困難であるという問題点があった。
【0006】
そこで本発明は、照明条件を均一にして良好な観察結果を確保しつつ設備の簡略化・低コスト化を図ることができる球状体の観察装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の球状体の観察装置は、ワークに平面配列された複数の球状体を観察する球状体の観察装置であって、前記ワークに対して第1方向に相対移動し第1方向と直交する第2方向を長手方向とする細長形状の撮像視野を有するカメラと、前記撮像視野を周囲から照明する照明部とを備え、前記照明部は、前記撮像視野を第1方向における前後方向から挟んで撮像視野に沿って配設された1対の前後方向照明部と、前記撮像視野を第1方向における左右方向から挟んで撮像視野の側方に配設された1対の側方照明部とを備えた。
【0008】
請求項2記載の球状体の観察装置は、請求項1記載の球状体の観察装置であって、前記側方照明部は、前記撮像視野内における照明領域に対応した複数の発光素子を備えた。
【0009】
請求項3記載の球状体の観察装置は、請求項1記載の球状体の観察装置であって、前記発光素子の光強度は、前記照明領域と発光素子との距離の遠近に基づいて設定される。
【0010】
本発明によれば、ラインカメラの細長形状の撮像視野を照明する照明部を、撮像視野を搬送方向における前後方向から挟んで撮像視野に沿って配設された1対の前後方向照明部と、撮像視野を左右方向から挟んで撮像視野の側方に配設された1対の側方照明部とを備えることにより、照明条件を均一にして良好な観察結果を確保しつつコンパクトな照明部が実現され、設備の簡略化・低コスト化を図ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態の球状体の観察装置の斜視図、図2は本発明の一実施の形態の球状体の観察装置の照明部の平面図、図3(a)は本発明の一実施の形態の球状体の観察装置の照明部の第2方向側断面図、図3(b)は本発明の一実施の形態の球状体の観察装置の照明部の第1方向側断面図、図4は本発明の一実施の形態の球状体の観察装置における照明部の制御系の構成を示すブロック図、図5、図6は本発明の一実施の形態の球状体の観察装置の照明部による球状体の照明方法の説明図である。
【0012】
まず図1を参照して球状体の観察装置について説明する。図1に示すように、球状体の観察装置1は、球状体である複数の半田ボール3(以下、「ボール3」と略記)が、格子状の平面配列で搭載された基板2(ワーク)を観察対象としている。基板2は基板搬送機構(図示省略)によって水平面内で第1方向(矢印a方向)に搬送される。そしてこの搬送経路の上方に配設されたカメラ4に対して基板2が相対移動する過程において、カメラ4によって基板2上のボール搭載状態が観察され、この観察結果に基づいてボール3の配列状態の合否判定が行われる。
【0013】
カメラ4は撮像用の画素を直列に配列したラインカメラであり、第1方向と直交する第2方向を長手方向とした細長形状の撮像視野5を有している。基板2が搬送される過程において、第2方向のボール列が撮像視野5内に順次位置することにより、基板2上のボール3が順次観察される。このとき撮像視野5は、周囲を4方から囲んで配置された照明部6によって照明される。
【0014】
次に図2,図3を参照して、照明部6の構成および機能について説明する。図2に示すように、照明部6は、撮像視野5を第1方向における前後方向から挟んで撮像視野5に沿って配設された1対の前後方向照明部6A(F)、6A(R)と、撮像視野5を第1方向における左右方向から挟んで撮像視野5の側方に配設された1対の側方照明部6B(R),6B(L)とを備えている。
【0015】
前後方向照明部6A(F),6A(R)は、いずれも撮像視野5の長手寸法よりも広い照明範囲を有しており、図3(a)に示すように、照明対象の撮像視野5に面した側に配置された複数の発光素子7によって、撮像視野5内に位置したボール3に対して前後方向から照明光を照射する。発光素子7としては、発光ダイオードが使用される。これらの照明光のボール3の球状表面による反射光のうち、上方に向かって反射された反射光(矢印b参照)がカメラ4に入射する。これにより、図6(a)に示すようにボール3を平面視した画像において、半田ボール3の前後方向の面にのみ位置する略弧状の明部13が得られる。
【0016】
側方照明部6Bは、それぞれ4個の照明ユニット8を備えており、各照明ユニット8はそれぞれ撮像視野5に対して側方から照明光を照射する角度で配置されている。図3(b)に示すように、照明ユニット8はそれぞれ複数の発光素子7を備えた下部ユニット9,上部ユニット10より構成されており、撮像視野5内のボール3には、下部ユニット9,上部ユニット10の発光素子7からの照明光が左右両方向から照射される。発光素子7としては、発光ダイオードが使用される。
【0017】
このため前後方向照明部6A(F)、6A(R)からの照明光の死角範囲に相当する半田ボール3の左右両側面に対しても、側方照明部6B(R)、6B(L)から照明光が照射され、これらの照明光のボール3の球状表面による反射光のうち、図6(a)と同様に上方に向かって反射された反射光(矢印c参照)がカメラ4に入射する。これにより、図6(b)に示すように、半田ボール3を平面視した画像において、図6(a)の明部13の欠落部分が補われた円環状の明部14が得られる。そして半田バンプ3の認識は、この円環状の明部14を検出することによって行われる。
【0018】
下部ユニット9,上部ユニット10には、それぞれ対象となる照明領域が特定されており、右側の側方照明部6B(R)の下部ユニット9は撮像視野5の右側5Rを、上部ユニット10は撮像視野5の左側5Lをそれぞれ照明する。また同様に左側の側方照明部6B(L)の下部ユニット9は撮像視野5の右側領域5Lを、上部ユニット10は撮像視野5の左側領域5Rをそれぞれ照明する。すなわち側方照明部6B(R)、6B(L)は、撮像視野5内における2つの照明領域である右側領域5R、左側領域5Lにそれぞれ対応した上部ユニット10、下部ユニット9に配置された複数の発光素子7を備えている。
【0019】
次に図4を参照して、球状体の観察装置の制御系について説明する。球状体の観察装置1の制御部11は照明制御部12および画像認識部20を備えている。画像認識部20はカメラ4が接続され、カメラ4で撮像した半田バンプ3の画像を入手し、この画像から円環状の明部14を検出して半田バンプ3を認識する。照明制御部12は前後方向照明部6A(F)、6A(R)、側方照明部6B(R)、6B(L)の点灯・消灯や、光量調整を行う。ここで側方照明部6B(R)、6B(L)については、それぞれ下部ユニット9,上部ユニット10を個別に制御して、下部ユニット9,上部ユニット10からそれぞれ異なる光強度の照明光を照射することができるようになっている。
【0020】
これにより、図5に示すように、右側領域5R、左側領域5Lをそれぞれ照明領域とする下部ユニット9,上部ユニット10の光強度を、光源から照明領域までの距離の遠近(ここでは下部ユニット9,上部ユニット10からの平均距離D1,D2)に基づいて設定することができる。したがって、本実施の形態に示すような斜め方向から照明対象の半田ボール3に対して照明光を照射する照明方法のように、半田ボール3の位置によって光源との距離の遠近の差が避けられない場合にあっても、各半田ボール3の表面における照度を極力均一にすることができる。
【0021】
これにより、金属光沢表面を有する半田ボール3を撮像対象とする際に、照明条件を均一にして良質の画像を取得することができ、高精度の観察結果を得ることができる。なお上記実施の形態では、側方照明部6B(R)、6B(L)の発光素子7の光強度を下部ユニット9,上部ユニット10を制御単位として、光強度を2段階に設定する例を示しているが、発光素子7を個別に制御して、光強度を多段階に設定するようにしてもよい。この方法によれば、各半田ボール3の表面における照度をより均一にすることができる。
【0022】
さらに、従来の半田ボールのような球状体の撮像において用いられていたリング照明装置と比較して、照明部6のサイズを小型化することができ、装置コンパクト化・簡略化が実現されるとともに、光源を照明対象に近接した位置に配置することができることから、必要とされる光量を低減し、設備コストの低減を図ることができる。
【0023】
【発明の効果】
本発明によれば、ラインカメラの細長形状の撮像視野を照明する照明部を、撮像視野を搬送方向における前後方向から挟んで撮像視野に沿って配設された1対の前後方向照明部と、撮像視野を左右方向から挟んで撮像視野の側方に配設された1対の側方照明部とを備えることにより、照明条件を均一にして良好な観察結果を確保しつつコンパクトな照明部が実現され、設備の簡略化・低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の球状体の観察装置の斜視図
【図2】本発明の一実施の形態の球状体の観察装置の照明部の平面図
【図3】(a)本発明の一実施の形態の球状体の観察装置の照明部の第2方向側断面図(b)本発明の一実施の形態の球状体の観察装置の照明部の第1方向側断面図
【図4】本発明の一実施の形態の球状体の観察装置における照明部の制御系の構成を示すブロック図
【図5】本発明の一実施の形態の球状体の観察装置の照明部による球状体の照明方法の説明図
【図6】本発明の一実施の形態の球状体の観察装置の照明部による球状体の照明方法の説明図
【符号の説明】
2 基板
3 半田ボール(ボール)
4 カメラ
6 照明部
6A(F),6A(R) 前後方向照明部
6B(R),6B(L) 側面方向照明部
7 発光素子
8 照明ユニット
9 下部ユニット
10 上部ユニット
12 照明制御部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a spherical body observation apparatus for optically observing a spherical body such as a conductive ball mounted for forming a bump of a semiconductor package.
[0002]
[Prior art]
A semiconductor package such as a BGA (Ball Grid Array) is provided with a metal bump which is a spherical projection electrode for connection to a substrate circuit. The metal bumps are formed by mounting and joining conductive balls (hereinafter, abbreviated as “balls”) such as solder balls on electrodes of a substrate constituting a package. After the balls are mounted on the board, an arrangement test is performed to check the arrangement state of the balls, that is, whether or not the balls are present and whether the ball positions are normal.
[0003]
Conventionally, this arrangement inspection is performed by optically observing a ball on the arrangement surface with a camera. When it is necessary to efficiently image a wider range as a camera for observation, a line camera having an elongated imaging field of view is used. In this method, an image of a ball on a substrate is acquired by sequentially capturing a plurality of images while relatively moving the substrate with respect to the line camera.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the ball arrangement inspection, it is necessary to acquire a good quality ball image in order to obtain good inspection accuracy. In order to obtain a high-quality image for a ball having a spherical metallic glossy surface, it is important to uniformly illuminate the ball surface. Therefore, when imaging a ball, generally, ring illumination is used in which a large number of light emitting elements are arranged in a circular ring shape so as to surround the imaging field of view from the surroundings. The size of the ring illumination device used for this illumination needs to be about three times as large as the size of the imaging field of view.
[0005]
However, when the above-described ring illumination is applied to imaging of a ball using the line camera, a ring illumination device having a large diameter is required. When the diameter of the ring illumination device increases, the distance to the illumination target increases, so that a light source with a higher light intensity is required. As described above, the conventional observation apparatus using a line camera requires a large-sized and large-amount illumination apparatus in order to realize uniform illumination conditions. However, there is a problem that it is difficult to simplify the equipment and reduce the cost.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a spherical body observation apparatus capable of simplifying the equipment and reducing the cost while ensuring good observation results by making illumination conditions uniform.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
2. The apparatus for observing a spherical body according to
[0008]
An apparatus for observing a spherical body according to
[0009]
An apparatus for observing a spherical body according to
[0010]
According to the present invention, a pair of front-back illumination units disposed along the imaging field with the illumination unit illuminating the elongated imaging field of view of the line camera sandwiching the imaging field from the front-back direction in the transport direction, By providing a pair of side illuminating units disposed on the side of the imaging visual field with the imaging visual field sandwiched from the left and right directions, a compact illuminating unit can be obtained while uniform illumination conditions are provided to ensure good observation results. As a result, the equipment can be simplified and the cost can be reduced.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of an apparatus for observing a spherical body according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of an illumination unit of the apparatus for observing a spherical body according to one embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 3B is a cross-sectional side view of the illumination unit of the apparatus for observing a spherical body according to one embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view, FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a control system of an illumination unit in the spherical object observation apparatus according to one embodiment of the present invention, and FIGS. 5 and 6 are observations of a spherical object according to one embodiment of the present invention. It is explanatory drawing of the illumination method of the spherical body by the illumination part of an apparatus.
[0012]
First, an apparatus for observing a spherical body will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, a spherical
[0013]
The
[0014]
Next, the configuration and function of the
[0015]
Each of the
[0016]
Each of the
[0017]
Therefore, the
[0018]
The
[0019]
Next, a control system of the observation apparatus for a spherical body will be described with reference to FIG. The control unit 11 of the
[0020]
As a result, as shown in FIG. 5, the light intensity of the
[0021]
Thereby, when the
[0022]
Furthermore, the size of the
[0023]
【The invention's effect】
According to the present invention, a pair of front-back illumination units disposed along the imaging field with the illumination unit illuminating the elongated imaging field of view of the line camera sandwiching the imaging field from the front-back direction in the transport direction, By providing a pair of side illuminating units disposed on the side of the imaging visual field with the imaging visual field sandwiched from the left and right directions, a compact illuminating unit can be obtained while uniform illumination conditions are provided to ensure good observation results. As a result, the equipment can be simplified and the cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an apparatus for observing a spherical body according to an embodiment of the present invention; FIG. 2 is a plan view of an illumination unit of the apparatus for observing a spherical body according to an embodiment of the present invention; FIG. 2B is a cross-sectional view in the second direction of the illumination unit of the spherical body observation device according to the embodiment of the present invention. FIG. 2B is a first direction cross-sectional view of the illumination unit of the spherical body observation device according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a control system of an illumination unit in the spherical object observation apparatus according to one embodiment of the present invention. FIG. 6 is an explanatory diagram of a method of illuminating a body. FIG. 6 is an explanatory diagram of a method of illuminating a spherical body by an illumination unit of the apparatus for observing a spherical body according to one embodiment of the present invention.
2
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Claims (3)
Priority Applications (1)
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Publications (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2002
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