(57)【要約】【課題】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。【解決手段】基板２に格子状に平面配列されたボール３を基板２に対して第１方向に相対移動するカメラによって観察する球状体の観察装置において、カメラの撮像視野５を周囲から照明する照明部を、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）とで構成し、側方照明部６Ｂ（Ｒ）、６Ｂ（Ｌ）の下部ユニット９，上部ユニット１０のそれぞれの発光素子７の光強度を、対象とする照明領域５Ｒ，５Ｌとの距離の遠近に基づいて設定する。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ことを特徴とする球状体の観察装置。
【請求項２】
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ことを特徴とする請求項１記載の球状体の観察装置。
【請求項３】
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ことを特徴とする請求項２記載の球状体の観察装置。
【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
【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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