(57)【要約】【課題】  厚みの薄いモールド樹脂剥がれ等の欠陥を精度よく検出できる外観検査装置及びその検査方法を提供すること。【解決手段】  本発明にかかる外観検査装置１００は、検査対象物（ワーク）１０中の擬似的な凹レンズの焦点付近にフォーカスを合わせて撮像を行って画像データを得るカメラ１Ａと、カメラ１Ａとワーク１０を結ぶ光軸に沿って照明光を測定対象物に照射する同軸照明３と、カメラ１Ａで得られた画像データから輝点を検出して欠陥の有無を判定する剥がれ検査部７とを有している。カメラ１Ａは、同軸照明３が照射した光がワーク１０に反射されて生じた拡散光を、ワーク１０内の欠陥による擬似的な凹レンズを介した虚像として撮像する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物中の擬似的な凹レンズの焦点付近にフォーカスを合わせて撮像を行って第１の画像データを得る第１の撮像手段と、
前記第１の撮像手段と前記検査対象物を結ぶ光軸に沿って照明光を前記検査対象物に照射する第１の照明手段と、
前記第１の画像データから輝点を検出して、前記検査対象物の欠陥の有無を判定する第１の判定手段と、
を有する外観検査装置。
【請求項２】
検査対象物の撮像を行って第１の画像データを得る第１の撮像手段と、
前記第１の撮像手段と前記検査対象物を結ぶ光軸に沿って照明光を前記検査対象物に照射する第１の照明手段と、
前記第１の画像データから輝点を検出して欠陥の有無を判定する第１の判定手段とを有し、
前記第１の撮像手段は、前記第１の照明手段が照射した光が前記検査対象物に反射されて生じた光を、前記検査対象物内の欠陥による擬似的な凹レンズを介した虚像として撮像することを特徴とする外観検査装置。
【請求項３】
検査対象物の撮像を行って第２の画像データを得る第２の撮像手段と、
前記第２の撮像手段と検査対象物とを結ぶ光軸に対して斜め方向から、前記検査対象物に照明光を照射する第２の照明手段と、
前記第２の画像データから輝点を検出して前記欠陥の有無を判定する第２の判定手段とをさらに有し、
前記第２の撮像手段は、前記第２の照明手段が照射した光が前記検査対象物中の欠陥よって乱反射された光を撮像する、請求項１又は２のいずれかに記載の外観検査装置。
【請求項４】
前記第１の撮像手段のフォーカス位置を変更することによって、前記第２の撮像手段を前記第１の撮像手段と共通としたことを特徴とする、請求項３に記載の外観検査装置。
【請求項５】
前記検査対象物は透明性を有するモールド材で封止された半導体デバイスであり、前記欠陥は前記半導体デバイスにおけるペレットと前記モールド材との剥がれである、請求項１乃至４のいずれかに記載の外観検査装置。
【請求項６】
検査対象物と撮像手段とを結ぶ光軸に対して平行又は略平行な第１の照明光を前記検査対象物に照射しながら、前記検査対象物中の擬似的な凹レンズの焦点付近にフォーカスを合わせて撮像を行って第１の画像データを得て、
撮影された第１の画像データから輝点を検出して前記検査対象物の欠陥の有無を判定する透明性部材の外観検査方法。
【請求項７】
請求項６に記載の外観検査方法であって、さらに、
前記検査対象物と前記撮像手段とを結ぶ光軸に対して斜め方向から前記検査対象物に第２の照明光を照射しながら、前記検査対象物中の欠陥よって前記第２の照明光が乱反射された光を撮像して第２の画像データを得て、
撮影された第２の画像データから輝点を検出して、前記検査対象物の欠陥の有無を判定する透明性部材の外観検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の外観検査装置に関し、特に、透明樹脂で封止された半導体デバイスの欠陥を検査する外観検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤやＤＶＤなどの光ピックアップに使用する受光素子やチップ型ＬＥＤなどの光半導体デバイスは、半導体ペレットを透明樹脂でモールドして形成されている。これらのデバイスでは、光の受光面あるいは発光面にあたるモールド樹脂中に異物、キズ、気泡等の外観不良（欠陥）が生じるとデバイスの特性に大きく影響するため、これらの欠陥を検出するための外観検査が必須となっている。また、デジタルカメラや携帯電話端末において二次的なバッテリーとして利用されているハイパワーキャパシタなどの電子部品では、ラミネート張り付け封止工程が行われているが、このラミネート張り付け封止工程においても剥離・気泡といった欠陥が生じると、デバイス分離時に気泡破壊により内部媒体が外に染み出すといった問題が生じるため、欠陥を検出するための外観検査が必須となっている。
【０００３】
光半導体デバイスのモールド樹脂等の透明材料に対する欠陥の検査では、従来からＣＣＤカメラを用いた自動外観検査装置による検査が行われている。カメラ画像を利用した自動検査では、欠陥部を鮮明に撮像するための照明方法の工夫や、画像処技術の工夫で撮影画像のコントラストを補正して検査する方法等が行われている（例えば特許文献１乃至２を参照）。
【０００４】
ＣＣＤカメラを用いた従来の外観検査の原理について、図６を用いて説明する。検査では、検査対象物である透明樹脂で封止された半導体パッケージ６０に対して斜め方向から照明光６４を照射する。このとき気泡や異物等の欠陥がなければ、入射した照明光６４は、モールド樹脂６２及び封止された半導体ペレット６１の表面で反射されて反射光６５となる。このとき、ＣＣＤカメラ６７は、正反射された反射光６５を検出しない位置に設置されており、反射光６５を観測することはない。しかしながら、モールド樹脂６２中に欠陥６３がある場合には、欠陥６３によって照明光６４が乱反射される。欠陥６３によって生じた乱反射光６６はＣＣＤカメラ６７に入射するため、ＣＣＤカメラ６７において乱反射光６６による輝点が観測されることになる。したがって、ＣＣＤカメラ６７で得られた画像データから輝点を検出することによって、欠陥の有無を検査することができる。
【特許文献１】特開２０００−１８０１３６号公報
【特許文献２】特開２００２−３１０９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した原理に基づいて検査を行う従来の外観検査装置は、モールド樹脂中の気泡や異物といった欠陥の検出に効果がある。しかしながら、ペレット表面でのモールド樹脂の剥がれ等の厚みが薄い（数μｍ程度）欠陥の場合には、欠陥の輪郭部で乱反射する領域が極めて少なくなるため、コントラストのよい輝点を得ることが極めて困難である。このため、従来の外観検査装置では剥がれ等の厚みが薄い欠陥の検出が困難であるという課題がある。
【０００６】
本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、本発明の目的は、厚みの薄いモールド樹脂剥がれ等の欠陥を精度よく検出できる外観検査装置及びその検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる外観検査装置は、検査対象物中の擬似的な凹レンズの焦点付近にフォーカスを合わせて撮像を行って第１の画像データを得る第１の撮像手段と、前記第１の撮像手段と前記検査対象物を結ぶ光軸に沿って照明光を前記検査対象物に照射する第１の照明手段と、前記第１の画像データから輝点を検出して、前記検査対象物の欠陥の有無を判定する第１の判定手段とを有するものである。このような構成により、厚みの薄いモールド樹脂剥がれ等の欠陥を画像データ中の輝点として検出することができるため、これらの欠陥を精度よく検出することが可能となる。
【０００８】
また、本発明にかかる外観検査装置は、検査対象物の撮像を行って第１の画像データを得る第１の撮像手段と、前記第１の撮像手段と前記検査対象物を結ぶ光軸に沿って照明光を前記検査対象物に照射する第１の照明手段と、前記第１の画像データから輝点を検出して欠陥の有無を判定する第１の判定手段とを有し、前記第１の撮像手段は、前記第１の照明手段が照射した光が前記検査対象物に反射されて生じた光を、前記検査対象物内の欠陥による擬似的な凹レンズを介した虚像として撮像することを特徴とするものである。
【０００９】
また上述の外観検査装置は、検査対象物の撮像を行って第２の画像データを得る第２の撮像手段と、前記第２の撮像手段と検査対象物とを結ぶ光軸に対して斜め方向から、前記検査対象物に照明光を照射する第２の照明手段と、前記第２の画像データから輝点を検出して前記欠陥の有無を判定する第２の判定手段とをさらに有し、前記第２の撮像手段は、前記第２の照明手段が照射した光が前記検査対象物中の欠陥よって乱反射された光を撮像するものとして構成することは望ましい。このような構成により、モールド樹脂剥がれのような厚みの薄い欠陥の検出と、気泡・異物等の欠陥の検出を同一の装置を用いて行うことができるため、外観検査の作業効率を向上させることができる。
【００１０】
なお、前記第１の撮像手段のフォーカス位置を変更することによって、前記第２の撮像手段を前記第１の撮像手段と共通のものとしてもよい。このような構成により、撮像手段の共通化による装置コストの低減化を図ることができ、さらに、撮像手段の柔軟なフォーカス調整が可能となるため、検査精度を向上することができる。
【００１１】
他方、本発明にかかる外観検査方法は、検査対象物と撮像手段とを結ぶ光軸に対して平行又は略平行な第１の照明光を前記検査対象物に照射しながら、前記検査対象物中の擬似的な凹レンズの焦点付近にフォーカスを合わせて撮像を行って第１の画像データを得て、撮影された第１の画像データから輝点を検出して前記検査対象物の欠陥の有無を判定するものである。このような方法により、厚みの薄いモールド樹脂剥がれ等の欠陥を画像データ中の輝点として検出することができるため、これらの欠陥を精度よく検出することが可能となる。
【００１２】
さらに上述の外観検査方法は、前記検査対象物と前記撮像手段とを結ぶ光軸に対して斜め方向から前記検査対象物に第２の照明光を照射しながら、前記検査対象物中の欠陥よって前記第２の照明光が乱反射された光を撮像して第２の画像データを得て、撮影された第２の画像データから輝点を検出して、前記検査対象物の欠陥の有無を判定するステップを加えて行うことが望ましい。このような方法により、モールド樹脂剥がれのような厚みの薄い欠陥の検出と、気泡・異物等の欠陥の検出を一連の検査で行うことができるため、外観検査の作業効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、厚みの薄い欠陥を精度よく検出できる外観検査装置及びその検査方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
発明の実施の形態１．
図１に本実施の形態にかかる外観検査装置１００の構成を示す。カメラ１Ａはペレット表面でのモールド樹脂の剥がれのような厚みの薄い欠陥の検出に使用するカメラである。一方、カメラ１Ｂは、気泡、異物等の欠陥の検出に使用される。カメラ１Ａ、１Ｂは共に、ＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサを撮像素子として有する、いわゆるデジタルカメラである。
【００１５】
カメラ１Ａで得られた撮像は、カメラ１Ａが有するＡ／Ｄ変換部（図示せず）によってデジタル画像に変換された後、剥がれ検査部７に対して出力される。同様に、カメラ１Ｂで得られた撮像は、デジタル画像に変換された後、樹脂検査部８に対して出力される。なお、カメラ１Ａとカメラ１Ｂは、ハーフミラー５Ｂを介して配置することにより、両カメラで検査対象物（ワーク）１０を図の上方から撮影可能な構成としている。
【００１６】
レンズ２Ａは、カメラ１Ａに取り付けられ、後述するように、フォーカス位置をワーク１０からずらした位置に設定するためのレンズである。レンズ２Ｂは、カメラ１Ｂに取り付けられ、フォーカス位置をワーク１０内の欠陥観察を行う位置に設定するためのレンズである。同軸照明３は、カメラ１Ａとワーク１０を結ぶ光軸に沿って、ワーク１０に対して平行光を照射するための照明であり、カメラ１Ａとワーク１０を結ぶ光軸上にハーフミラー５Ａを介して挿入される。斜方照明４は、ワーク１０に対して斜め方向から光を照射するための照明である。同軸照明３及び斜方照明４としては、ＯＮ／ＯＦＦ制御や光量切り替えといった照明制御を高速に実施でき、かつ長期間に渡って光量変動が小さく安定した照射が可能なＬＥＤ照明であることが望ましい。また、撮像制御部６は、同軸照明３及び斜方照明４の点灯／消灯並びにカメラ１Ａ及びカメラ１Ｂによる撮影を制御し、後述する剥がれ検査とそれ以外の欠陥検査に必要な撮影を順次実施を可能とするための制御部である。
【００１７】
剥がれ検査部７は、カメラ１Ａで得られた画像データに対して欠陥を抽出するための画像処理を施す機能部であり、ワーク１０内でのペレットとモールド樹脂との剥がれによって生じる輝点を画像データから検出する輝点検出部７Ａと、抽出された輝点の大きさから欠陥であることを判定する欠陥判定部７Ｂからなる。なお、剥がれ欠陥によって輝点が観察される原理及び具体的な観察方法については後述する。
【００１８】
樹脂検査部８は、カメラ１Ｂで得られた画像データに対して欠陥を抽出するための画像処理を施す機能部であり、気泡、異物等による乱反射光によって生じる輝点を画像データから検出する輝点検出部８Ａと、抽出された輝点の大きさから欠陥であることを判定する欠陥判定部８Ｂからなる。
【００１９】
出力部９は、剥がれ検査部７及び樹脂検査部８から送られてきた検査結果をディスプレイ、プリンタ又は記憶装置等の出力先（図示せず）に出力する。
【００２０】
次に、ワーク１０内において、ペレットとモールド樹脂との間に剥がれが生じた場合に、その欠陥を観察する原理について、図２及び図３を用いて説明する。図２は、輝点観察の原理を説明するために、ワーク１０の断面を表した図である。図２（ａ）は、ペレット１１と透明なモールド樹脂１２との間に剥がれ欠陥が生じていない場合を示しており、図２（ｂ）は、ペレット１１とモールド樹脂１２との間に剥がれ欠陥１３が生じている場合を示している。
【００２１】
剥がれ欠陥が生じていない図２（ａ）の場合には、同軸照明３によって図の上部から照射された平行光１４はペレット１１の表面で正反射され、反射光１５はカメラ１Ａの方向に戻ることになる。したがって、ペレット表面にフォーカス位置を調整してカメラ１Ａによって撮影して得た画像データでは、ペレット表面を明瞭に観察することができる。また、フォーカス位置をペレット表面からずらした場合には、コントラストの低下した画像が得られるのみであり、画像データ上に輝点が生じることはない。
【００２２】
一方、剥がれ欠陥１３が生じている図２（ｂ）の場合には、モールド樹脂１２が剥がれ欠陥１３との界面において凹レンズの役割を果たすために、上記の図２（ａ）の場合とは反射光の振る舞いが変化する。具体的には、同軸照明３によって照射された平行光１４がモールド樹脂１２を透過して剥がれ欠陥１３に出射する際に、モールド樹脂１２と剥がれ欠陥部１３との屈折率差があるために、モールド樹脂１２が凹レンズとして機能して光が拡散する。さらに、この拡散光が、ペレット１１の表面で反射されて、モールド樹脂１２を再び透過してカメラ１Ａ側に戻ってくるが、最終的な反射光１６は、図２（ｂ）に示すような拡散光となる。
【００２３】
本発明は、反射光１６が凹レンズから出てくる拡散光であることに着目し、凹レンズを透過してくる拡散光の虚像は凹レンズの焦点位置１７に相当する一点から出てくるように見えることを利用して、この焦点位置１７付近にフォーカス位置を合わせるようカメラ１Ａに備えたレンズ２Ａを設定して撮影を行うこととした。このように、フォーカス位置を意図的にペレット１１表面からずらし、凹レンズの焦点付近にフォーカスを合わせて撮影を行って、散乱された反射光１６の虚像を輝度の高い輝点として観察することにより、剥がれ欠陥１４が生じていることを検出できることになる。
【００２４】
図３に、剥がれ欠陥が生じている場合に、カメラ１Ａで得られる画像データを示す。図３（ａ）は、ワーク１０を上部（カメラ１Ａ側）から見た状態を示した図であり、図３（ｂ）及び（ｃ）は、撮影される画像データを示している。このうち図３（ｂ）は、ペレット１１表面にフォーカスを合わせて撮影した場合におけるペレット表面付近の画像データである。この場合には、ペレット表面の像３１は鮮明に見えるものの、図に破線で囲んだ剥がれ欠陥３２が生じていることの判別は困難である。
【００２５】
一方、図３（ｃ）は、モールド樹脂による凹レンズを想定した場合に、その凹レンズの焦点付近にフォーカスを合わせた場合に得られる画像データを示している。このとき、ペレット表面の像３１は不鮮明となるが、上述した原理によって、剥がれ欠陥３２の中心付近に鮮明な輝点３３を観察することができる。
【００２６】
この原理を応用した検査を実施することにより、斜方照明の乱反射光によって欠陥検出を行う従来の方法では検出が困難であった厚みの薄い剥がれ欠陥を検出することが可能となる。
【００２７】
一方、斜方照明４を利用してカメラ１Ｂで撮影を行って、得られた画像データから輝点を抽出して欠陥検査を行う原理は、欠陥で乱反射された光によって生じる輝点を検出するものであり、背景技術で述べた従来の欠陥検査の方法と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００２８】
続いて、外観検査装置１００による検査フローを図４に従って説明する。まずステップＳ１では、撮像制御部６の指示により、同軸照明３を点灯し、斜方照明４を消灯した状態でカメラ１Ａによる撮影を行う。撮影は、モールド樹脂１２を凹レンズとみなした場合の焦点付近にフォーカスを合わせて行われる。なお、このフォーカス合わせは、モールド樹脂１２の剥がれ欠陥の大きさ、形状を予測することによって、剥がれ欠陥によって生じる擬似的な凹レンズの曲率及び焦点位置を予め想定し、想定した焦点位置にフォーカスが合うようレンズ２Ａを設定して行えばよい。さらに、撮影された画像データが剥がれ検査部７に出力される。
【００２９】
次にステップＳ２では、カメラ１Ａより送られてきた画像データから予め設定した閾値以上の輝度を持つ領域を抽出した画像（輝点抽出画像）を生成する処理を、輝点検出部７Ａにおいて行う。なお、輝度の高い領域を抽出する処理は、従来の外観検査装置において行われている処理と同様の方法で行うことができる。例えば、画像データのコントラストを検知して一定の閾値を超える領域のみを輝点として抽出する、いわゆる２値化によって抽出することとすればよい。さらに、デジタルフィルタ処理によって画像を先鋭化した後に、上記の輝点抽出を行うこととしてもよい。
【００３０】
続いてステップＳ３では、欠陥判定部７Ｂにおいて、輝点検出部７Ａで作成された輝点抽出画像の中に、予め設定した大きさ以上の輝点があるか否かによって剥がれ欠陥の有無の判定を行う。ここで得られた検査結果は出力部９に出力される。
【００３１】
ステップＳ４では、厚みの薄い剥がれ欠陥以外の欠陥を検出するために、同軸照明３を消灯し、斜方照明４のみを点灯して、カメラ１Ｂで撮影を行う。この撮影では、モールド樹脂１２の厚さに対応した焦点深度を有する画像を得ることとしてもよいし、より正確に欠陥検出を行いたい場合には、焦点深度を浅くし、複数の焦点位置での撮影を行って、複数の画像データを得ることとしてもよい。この場合の焦点位置の調整は、撮像制御部６によってレンズ２Ａを駆動させて焦点位置を移動させることにより容易に実施することができる。得られた画像データは、樹脂検査部８に出力される。
【００３２】
ステップＳ５では、カメラ１Ｂより送られてきた画像データから輝点抽出画像を生成する処理を、輝点検出部８Ａにおいて行う。なお、輝点抽出画像を生成する方法は、上述した輝点検出部７Ａの処理と同様に行えばよい。
【００３３】
ステップＳ６では、欠陥判定部８Ｂにおいて、輝点検出部８Ａから送られた輝点抽出画像の中に予め設定した大きさ以上の輝点があるか否かによって欠陥の有無を判定する。ここで得られた検査結果は出力部９に出力される。
【００３４】
最後にステップＳ７では、主力部９において、剥がれ検査部７及び樹脂検査部８から送られてきた検査結果をディスプレイ、プリンタ、記憶装置等の出力先に出力して検査を終了する。
【００３５】
なお、上述した検査フローは一例であり、カメラ１Ｂでの撮影を先に行っても良いし、カメラ１Ａ及び１Ｂでの撮影を行った後に、剥がれ検査部７及び樹脂検査部８の処理を実施することとしても、上述した検査フローと同様の欠陥検出が行えることは言うまでもない。
【００３６】
発明の実施の形態２．
図５に本実施の形態にかかる外観検査装置２００の構成を示す。発明の実施の形態１で説明した外観検査装置１００では、厚みの薄い剥がれ欠陥を検出するためにワーク１０からフォーカス位置をずらした撮影を行うカメラ１Ａと、気泡等の欠陥を検出するためにワーク１０にフォーカスを合わせた撮影を行うカメラ１Ｂの２台のカメラを用いた構成としていた。これに対して外観検査装置２００は、カメラ１Ａの高さを変更するためのＺ軸ステージ５１を備えている。Ｚ軸ステージ５１を操作することによってカメラ１Ｃの高さを変えてフォーカス位置を変更でき、１台のカメラ１Ａのみで外観検査装置１００と同等の検査を実施することができる。なお、その他の機能部は外観検査装置１００の各部と同等の機能を有するため、図４において外観検査装置１００と同一の番号を付与し、詳細な説明を省略する。
【００３７】
外観検査装置２００の検査フローは、基本的に図４に示した外観検査装置１００のフローと同様である。図４を用いて説明したステップＳ４の撮影を、カメラ１Ｂに替えて、Ｚ軸ステージ５１を利用してカメラ１Ａをワーク１０にフォーカスが合う位置に移動して、カメラ１Ａによって撮影を行う。これ以外の処理は、発明の実施の形態１で説明した検査フローと同様であるため説明を省略する。
【００３８】
このような構成によって、１台のカメラ１Ａで検査を行うことができるため、カメラ１Ｂを挿入するための光学系（ハーフミラー５Ｂ）を省略することができる。また、２つのフォーカス位置への移動のみならず、フォーカス位置を柔軟に変更できる利点がある。
【００３９】
その他の実施の形態．
発明の実施の形態１に示した外観検査装置１００のカメラ１ＡにＺ軸ステージを備えることにより、通常は、２台のカメラによる撮影によって高速な検査を実施し、製品品種の変更等によって詳細なフォーカス調整が必要な場合にのみＺ軸ステージを使ってカメラ位置を調整することによって、効率よく検査を実施することができる。
【００４０】
また、上記のＺ軸ステージによるカメラの移動に替えて、レンズ２Ａにフォーカス位置を調整するための合焦用レンズを備えることとし、合焦用レンズの位置を移動させることによって、剥がれ欠陥検査用の撮影と気泡・異物等の検査用の撮影を、１台のカメラでフォーカス位置を変えて行うこととしてもよい。
【００４１】
なお、上述した例では、透明なモールド樹脂で封止された半導体デバイスの欠陥検査について説明したが、本発明の用途はこれに限定されるものではなく、例えば、ラミネート形成された電子部品等の検査にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明にかかる外観検査装置１００の構成図である。
【図２】本発明による欠陥検出の原理を説明するための反射光の振る舞いを示す図である。
【図３】本発明による欠陥検出の原理を説明するための画像データの概念図である。
【図４】本発明にかかる外観検査の検査フロー図である。
【図５】本発明にかかる外観検査装置２００の構成図である。
【図６】従来の外観検査の原理を示す概念図である。
【符号の説明】
【００４３】
１００、２００  外観検査装置
１Ａ、１Ｂ  カメラ
２Ａ、２Ｂ  レンズ
３  同軸照明
４  斜方照明
５Ａ、５Ｂ  ハーフミラー
６  撮像制御部
７  剥がれ検査部
８  樹脂検査部
９  出力部
１０  検査対象物（ワーク）
５１  Ｚ軸ステージ
１３  剥がれ欠陥
１７  凹レンズ焦点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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