(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに形成された複数の電極上に配列された球状突起の配列状態を検査する球状突起の配列検査装置であって、前記球状突起の配列面を垂直方向から撮像する撮像手段と、前記撮像時に前記配列面に対して斜め方向から照明光を照射する照明手段とを備え、前記照明光の配列面に対する照射角度は、この照明光が球状突起の表面に入射して反射される反射光が前記撮像手段に入光する限界の角度で定められる下限角度以上であり、かつこの照明光が前記球状突起に遮られて生じる影が当該球状突起の隣接位置にある電極を覆う限界の角度で定められる上限角度以下に設定されていることを特徴とする球状突起の配列検査装置。
【請求項２】
ワークに形成された複数の電極上に配列された球状突起の配列状態を検査する球状突起の配列検査方法であって、前記球状突起の配列面を垂直方向から撮像手段によって撮像する際に前記配列面に照射される照明光の照射角度を、この照明光が球状突起の表面に入射して反射される反射光が前記撮像手段に入光する限界の角度で定められる下限角度以上であり、かつこの照明光が前記球状突起に遮られて生じる影が当該球状突起の隣接位置にある電極を覆う限界の角度で定められる上限角度以下に設定することを特徴とする球状突起の配列検査方法。
【請求項３】
ワークに形成された複数の電極上に配列された球状突起の配列状態を検査する球状突起の配列検査装置であって、前記球状突起の配列面を垂直方向から撮像する撮像手段と、前記撮像時に前記配列面に対して斜め方向から照明光を照射する照明手段とを備え、前記照明光の配列面に対する照射角度は、この照明光が球状突起の表面に入射して反射される反射光が前記撮像手段に入光する限界の角度で定められる下限角度以上であり、かつこの照明光が前記電極表面によって反射される反射光の光量が所定光量以下に限定される角度に設定されていることを特徴とする球状突起の配列検査装置。
【請求項４】
ワークに形成された複数の電極上に配列された球状突起の配列状態を検査する球状突起の配列検査方法であって、前記球状突起の配列面を垂直方向から撮像手段によって撮像する際に前記配列面に照射される照明光の照射角度を、この照明光が球状突起の表面に入射して反射される反射光が前記撮像手段に入光する限界の角度で定められる下限角度以上であり、かつこの照明光が前記電極表面によって反射される反射光の光量が所定光量以下に限定される角度に設定することを特徴とする球状突起の配列検査方法。
【発明の詳細な説明】
【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突起の配列状態を検査する球状突起の配列検査装置および配列検査方法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。ボールをパッケージに搭載した後には、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。従来よりこの配列検査は配列面を撮像して得られた画像データを画像認識することによって行われる。
【０００３】
以下、従来のボール配列検査について図面を参照して説明する。図７は、従来のボール配列検査の説明図である。図７（ａ）において、パッケージを構成する基板２上にはバンプ形成用の電極３が格子状に設けられており、各電極３上にはボール４が搭載される。ボール搭載後の基板２は、上方に配置されたカメラ６によって撮像される。この撮像時には、ボール配列面はリング照明装置５によって照明され、水平面に近い斜め方法から照明光が照射される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のボール配列検査方法には、以下に述べるような問題点があった。一般にパッケージには多数のボールが格子状に配列されるため、照明光の照射状態によっては、図７（ｂ）に示すように水平に近い斜め方向から照射される照明光が１つのボール４によって遮られる場合がある。このような場合には、隣接するボール４の大部分には照明光が照射されず、したがってカメラ６には当該ボール４からの反射光が入射しない結果、ボール４が存在するにも拘わらず撮像画面上ではボール無しと判断されてしまう。
【０００５】
また、パッケージ上のボール搭載位置である電極３上にボールが存在しない場合には、図７（ｃ）に示すように電極３の表面に直接照明光が照射される。そして照射角度によっては電極表面で反射された照明光がカメラ６に入射し、撮像画面上にはボール４によって生じる光沢部分とサイズ的に略等しい光沢部分が現れる場合がある。この結果、ボール４が実際には存在しないにも拘わらず、ボール有りと誤判定される。このように従来の金属バンプなどの球状突起の配列検査においては、照明光の照射方向に起因して誤判定を生じ易く、正しい配列検査が困難であるという問題点があった。
【０００６】
そこで本発明は、照明光の照射方向を適切に設定して、誤判定を防止することができる球状突起の配列検査装置および配列検査方法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記載の球状突起の配列検査装置は、ワークに形成された複数の電極上に配列された球状突起の配列状態を検査する球状突起の配列検査装置であって、前記球状突起の配列面を垂直方向から撮像する撮像手段と、前記撮像時に前記配列面に対して斜め方向から照明光を照射する照明手段とを備え、前記照明光の配列面に対する照射角度は、この照明光が球状突起の表面に入射して反射される反射光が前記撮像手段に入光する限界の角度で定められる下限角度以上であり、かつこの照明光が前記球状突起に遮られて生じる影が当該球状突起の隣接位置にある電極を覆う限界の角度で定められる上限角度以下に設定されている。
【０００８】
請求項２記載の球状突起の配列検査方法は、ワークに形成された複数の電極上に配列された球状突起の配列状態を検査する球状突起の配列検査方法であって、前記球状突起の配列面を垂直方向から撮像手段によって撮像する際に前記配列面に照射される照明光の照射角度を、この照明光が球状突起の表面に入射して反射される反射光が前記撮像手段に入光する限界の角度で定められる下限角度以上であり、かつこの照明光が前記球状突起に遮られて生じる影が当該球状突起の隣接位置にある電極を覆う限界の角度で定められる上限角度以下に設定する。
【０００９】
請求項３記載の球状突起の配列検査装置は、ワークに形成された複数の電極上に配列された球状突起の配列状態を検査する球状突起の配列検査装置であって、前記球状突起の配列面を垂直方向から撮像する撮像手段と、前記撮像時に前記配列面に対して斜め方向から照明光を照射する照明手段とを備え、前記照明光の配列面に対する照射角度は、この照明光が球状突起の表面に入射して反射される反射光が前記撮像手段に入光する限界の角度で定められる下限角度以上であり、かつこの照明光が前記電極表面によって反射される反射光の光量が所定光量以下に限定される角度に設定されている。
【００１０】
請求項４記載の球状突起の配列検査方法は、ワークに形成された複数の電極上に配列された球状突起の配列状態を検査する球状突起の配列検査方法であって、前記球状突起の配列面を垂直方向から撮像手段によって撮像する際に前記配列面に照射される照明光の照射角度を、この照明光が球状突起の表面に入射して反射される反射光が前記撮像手段に入光する限界の角度で定められる下限角度以上であり、かつこの照明光が前記電極表面によって反射される反射光の光量が所定光量以下に限定される角度に設定する。
【００１１】
本発明によれば、検査対象を照明する照明手段の照明光の配列面への照射角度を、この照明光が球状突起の表面に入射して反射される反射光が前記撮像手段に入光する限界の角度で定められる下限角度以上であり、かつこの照明光が前記球状突起に遮られて生じる影が隣接位置にある電極上を覆う限界の角度で定められる上限角度以下、もしくはこの照明光が電極表面によって反射される反射光の光量が所定光量以下に限定される角度に設定することにより、全ての球状突起に適切に照明光を入射させることができると共に、球状突起が存在しない電極部分からの反射光を極力少なくし、誤判定を防止することができる。
【００１２】
【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ボール配列検査装置の斜視図、図２、図３、図４、図５、図６は本発明の一実施の形態のボール配列検査装置におけるボール照明方法の説明図である。
【００１３】
まず図１を参照してボール配列検査装置について説明する。図１において、検査ステージ１上には半導体パッケージの基板２が載置されている。基板２の上面に格子状に形成された電極３上には導電性ボール４（以下、「ボール４」と略記）が搭載されている。検査ステージ１は検査ステージ駆動部７によって駆動される。
【００１４】
検査ステージ１の上方には照明手段であるリング照明装置５が配設されている。リング照明装置５は照明制御部８によって制御され、基板２のボール４の配列面に対して水平方向に近い斜め方向から照明光を照射する。リング照明装置５の更に上方には、撮像手段であるカメラ６が垂直に配置されており、カメラ６はボール４の配列面を垂直方向から撮像する。カメラ６によって得られた撮像データは検査部１０に送られ、ここで撮像データを画像処理することにより、基板２の上面の配列面における球状突起としてのボール４の有無や位置ずれが検出される。このボール配列検査は、制御部９によって検査ステージ駆動部７、照明制御部８、検査部１０を制御することによって行われる。
【００１５】
次に図２、図３を参照してボール配列検査におけるボール４の撮像画面および基板２の配列面上でのボール４の照明方法について説明する。本実施の形態に示すボール配列検査では、図２（ａ）に示すようにボール４に対してリング照明装置５によって全周方向から照明光が照射される。そしてこの照明光はボール４の表面に入射して反射されるが、図２（ｂ）に示すようにこの反射光のうち特定範囲ｃからの反射光のみが上方に反射されてカメラ６によって受光される。カメラ６の撮像画面上では、図２（ｃ）に示すようにボール４からの反射光はボール４の輪郭線内に位置する円環状の光沢部ｄとして認識され、これによりボール４の存在が検出される。
【００１６】
ここで上記方法によるボール検出が正しく行われるためには、まず第１にボール４からの反射光が確実にカメラ６に入光すること、換言すればボール４の表面の内上方に光を反射させる特定範囲（図２（ｂ）参照）に照明光が入射することが必要である。更にボール４が存在しない位置において電極３からの反射光がカメラに入光しないか、あるいは入光する光量が所定光量以下に限定されることが必要である。電極３からの反射光がある程度以上の光量でカメラ６に入光すると、ボール４と電極３との識別ができない場合が生じるからである。
【００１７】
このような照明条件はリング照明装置５から照射される照明光の照射角度（照明光の主光線がボール配列面に対してなす角度）に依存し、照射角度が所定の角度範囲内であれば前記条件が満足される。この角度範囲は以下に説明する下限角度および上限角度によって規定される。すなわち、下限角度は水平に近い斜め方向から照射される照明光のうち、前述の特定範囲（図２（ｂ）参照）に特定方向から入光する照明光が、照射方向の手前側のボールによって遮られることなく入射する条件を満たす限界の角度であり、上限角度はボールが存在しない位置の電極への照明光の照射を、照射方向の手前側のボールによって遮ることができる限界の角度である。
【００１８】
まず下限角度について説明する。図２（ａ）に示すように、リング照明装置５から照射される照明光は、基板２の配列面に対して照射角度θで照射される。図３はこのようにして照射され特定のボール４に入射する照明光の主光線が、カメラ６に入光する幾何学的条件を示すものである。図３に示すように、照射角度θで照射された照明光の主光線は、ボール４の入射点に法線Ｒ（法線角度θｒ）に対してθｉの角度で入射し、同じ角度θｉの方向に反射される。このとき、反射光がカメラ６によって受光されるためには、反射光が水平方向となす角度θｃ（カメラ角度）が、カメラ６の撮像可能な角度範囲に含まれることが条件となる。
【００１９】
この条件においては、照射角度θ、法線角度θｒ、入射角度θｉの間には、（数１）に示す関係が成立する。そしてこの条件を満たす照射角度θの下限角度、すなわちボール４Ａの左斜め方向から照射される光線が、ボール４Ａに遮られることなくボール４Ｂの特定範囲（図２（ｂ）参照）に入射するための下限角度θＬは、図３に示す角度θについての正接の定義（線分Ｙ１／線分Ｘ１）を表す（数２）と（数１）とを同時に満たすようなθで求められる。ここで（数２）中のａ，ｂ，ｒはそれぞれボール半径、ボールピッチおよび電極半径を示す。
【００２０】
【数１】
0003708409.tif 000002
【００２１】
【数２】
0003708409.tif 000003
【００２２】
すなわち、このようにして求められたθＬより大きい照射角度で照明光を照射すれば、ボール４の特定範囲には手前側の他のボールによって遮光されることなく照明光が入射し、かつこの照明光の反射光は垂直上方に反射されてカメラ６によって受光される。これにより、基板２の電極３上にボール４が存在するにも拘らず隣接するボールによって照明光が遮光されることによるボール検出ミスを防ぐことができる。
【００２３】
なお、一般的にはボール半径ａ、ボールピッチｂ、電極半径ｒおよびカメラ６に固有の撮像可能な角度範囲が与えられることにより、上記下限角度θＬが計算により求められるが、通常はボール半径ａ、ボールピッチｂ、電極半径ｒ相互間には所定の関係が存在し、前記各寸法はほぼ一定の比率に設定される場合が多い。例えば、多くの場合ボールピッチとボール径の比率は、ｂ／ａ＝１．６７であり、電極半径とボール半径との間には、ｒ＝０．６〜０．７ａの関係が成り立つ。
【００２４】
また、撮像対象の視野範囲が小さい場合には、カメラ６は撮像対象のボール４の垂直上方に位置していると近似的に見なして差し支えない。このような場合には、前述のカメラ角度θｃをπ／２に固定して考えることができ、（数３）を得る。そしてこのような前提に基づいて、実際に前記下限角度θＬを計算によって求めると、約６度という値を得る。
【００２５】
なお、広い撮像視野を対象として配列検査を行う場合には、視野の縁部に位置するボールからの反射光は垂直上方ではなく、前述のようにカメラ角度θｃの方向に入射する。この場合には、使用するカメラ６の撮像視野角度と配列面からの高さとに基づいて、上述の下限角度θＬを補正することになる。すなわち、カメラ角度θｃとπ／２との差に基づいて、下限角度θＬを大きく設定する必要がある。
【００２６】
【数３】
0003708409.tif 000004
【００２７】
図４は、照射角度θの上限を示す上限角度θＵを求める関係を示すものである。図４（ａ）において、ボール４Ａの右側の電極３Ａ上には、搭載ミス等の異常によりボールが存在しない。そしてこの電極３Ａの上面に照明光が照射され、電極３Ａからの反射光がカメラ６に受光されると、ボールが実際には存在しないにも拘らず、正規のボール４による光沢部と略等しい大きさの光沢部が撮像画面上で検出されて誤判定の原因となる。
【００２８】
そこで本実施の形態においては、隣接するボール４が照明光を遮ることによって生じる影が電極３Ａを覆うような条件を設定する。すなわち電極３Ａが周囲のボールの影の範囲に含まれる条件を示す上限角度θＵを求め、照射角度θがこの上限角度θＵよりも小さくなるように設定する。図４（ａ）に示すように、上限角度θＵも正接の定義（線分Ｙ２／線分Ｘ２）によって、（数４）を満たすような角度θとして求めることができる。
【００２９】
【数４】
0003708409.tif 000005
【００３０】
照射角度がこのようにして求められた上限角度θＵ以下であれば、照射光は手前側の隣接するボール４に遮られて電極３Ａの上面には照明光が直接入射せず、電極３Ａ上にボール４が存在しない場合においても電極３Ａから照明光が反射されることがなく、反射光がカメラ６に受光されてボール有りとして誤判定されることがない。
【００３１】
なお、基板２上の電極は格子状に配列されているため、１つの電極についてみた場合、隣接するボールに該当するものは照射光の水平面内での方向によって異なる。すなわち図４（ｂ）に示すように、電極３Ａの隣接するボールとしては、直近真横に位置するボール４Ａ以外にも、矢印ｅ，ｆで示す照射方向を考えた場合にはボール４Ｃ，４Ｄもそれぞれ隣接ボールに該当する。したがって、実際の上限角度を計算によって求める場合には、必要とされる遮光度合い、すなわち画像処理における識別の難易度を考慮して、どの範囲までを含めるかを適宜選択しなければならない。一般には斜め４５度方向に位置するボール４Ｃまでを対象に含めればよい。この場合には、上限角度θＵは約２０度となる。
【００３２】
そしてこのようにして求められた下限角度θＬ、上限角度θＵに基づいて、リング照明装置５の配設位置が設定される。すなわち図５に示すように、リング照明装置５の単位部分（図５（ａ）に示す左部分）についてみれば、基板２の左端部および右端部における照射角度θ１，θ２のいずれもが、下限角度θＬよりも大きく上限角度θＵよりも小さくなるように、リング照明装置５と基板２との位置関係およびリング照明装置５における照明取り付け角度を設定する。
【００３３】
また、照射角度θ１，θ２の設定において、リング照明装置５に遮光板５ａを設け、開口部５ｂを介して照射された照明光が、前述の照射角度θ１，θ２で入射するようにしてもよい。この場合においても、照射角度θ１，θ２のいずれもが、下限角度θＬよりも大きく上限角度θＵよりも小さくなるように、開口部５ｂの大きさや位置が設定される。
【００３４】
なお、（数４）によって求められた上限角度θＵは、電極３全体がボール４の影に含まれる幾何学的条件を示すものであり、実際の照射角度を設定する場合には必ずしもこのようにして求められた上限角度θＵに厳密に限定される必要はない。すなわち電極３に部分的に照明光が入射しても、電極３からの反射光の光量が所定量以下に限定されるような照射角度であれば、画像処理において電極３からの反射光を正常なボール４からの反射光と明瞭に識別することが可能であることから、誤判定を生じることがない。したがって、画像処理において識別可能な範囲内で、照射角度の設定の自由度を拡大することができる。
【００３５】
また、本実施の形態では、カメラ６の撮像視野内に検査対象の基板２の配列面が全て収まる場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、カメラ６の撮像視野よりも大きい基板を検査対象とする場合であっても本発明を適用することができる。この場合には、図６に示すようにカメラ６の撮像視野Ｅの両端部における照射角度θ’１，θ’２が、前述の上限角度θＵよりも小さく下限角度θＬよりも大きくなるように設定する。
【００３６】
更に上記実施の形態では、基板２にボール４を搭載した状態におけるボール配列検査の例を示したが、ボール搭載後にリフロー工程を経て半導体パッケージ上に金属バンプが形成された状態における球状突起としての金属バンプの配列状態を検査対象とする場合においても本発明を適用することができる。さらには、ボンディング装置や電子部品実装装置による金属バンプの配列状態の検査（認識）にも適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、検査対象を照明する照明手段の照明光の配列面への照射角度を、この照明光が球状突起の表面に入射して反射される反射光が前記撮像手段に入光する限界の角度で定められる下限角度以上であり、かつこの照明光が前記球状突起に遮られて生じる影が隣接位置にある電極上を覆う限界の角度で定められる上限角度以下、もしくはこの照明光が電極表面によって反射される反射光の光量が所定量以下に限定される角度に設定するようにしたので、全ての球状突起に適切に照明光を入射させることができると共に、球状突起が存在しない電極部分からの反射光を極力少なくし、誤判定を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のボール配列検査装置の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態のボール配列検査装置におけるボール照明方法の説明図
【図３】本発明の一実施の形態のボール配列検査装置におけるボール照明方法の説明図
【図４】本発明の一実施の形態のボール配列検査装置におけるボール照明方法の説明図
【図５】本発明の一実施の形態のボール配列検査装置におけるボール照明方法の説明図
【図６】本発明の一実施の形態のボール配列検査装置におけるボール照明方法の説明図
【図７】従来のボール配列検査の説明図
【符号の説明】
２  基板
３  電極
４  ボール
５  リング照明装置
６  カメラ
１０  検査部
θＬ  下限角度
θＵ  上限角度
【図１】
0003708409.tif 000006
【図２】
0003708409.tif 000007
【図３】
0003708409.tif 000008
【図４】
0003708409.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
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