(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に列を成して配置される複数のＢＧＡ半田ボールの各々の高さを測定する装置であって、前記複数のＢＧＡ半田ボールに対して光を照射する投光手段と、複数の画素からなる受光面を有し、前記光照射されたＢＧＡ半田ボールからの反射光を該ＢＧＡ半田ボールからの距離に応じた受光面上の位置で受光し、その受光位置に応じた受光信号を生成するリニアイメージセンサと、前記リニアイメージセンサの受光信号に基づいて前記ＢＧＡ半田ボールの高さの変位を測定する測定手段とを備えた装置において、
前記投光手段から照射される光は、前記列の方向と直交する方向であるとともに前記リニアイメージセンサの幅方向において、幅広なスポットを有するように形成されてなり、
前記投光手段は、前記列方向に沿った、前記複数のＢＧＡ半田ボールとの相対的な移動によって、前記複数のＢＧＡ半田ボールの各々に対して前記幅広なスポットを有する光を順次照射し、
前記幅広なスポットの長手方向の長さは、前記列の方向と直交する方向において許容されるＢＧＡ半田ボールの位置ずれ寸法の少なくとも２倍以上であることを特徴とするＢＧＡ半田ボールの高さ測定装置。
【請求項２】
前記幅広なスポットの長手方向の長さは、前記列の方向と直交する方向におけるＢＧＡ半田ボールの配置ピッチ以下であることを特徴とする請求項１記載のＢＧＡ半田ボールの高さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＢＧＡ半田ボールの高さ測定装置に関し、詳しくは、レーザ光を用いてＢＧＡ半田ボールの高さを測定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、測定対象物に向けてレーザ光を照射すると共に、測定対象物からの反射光をイメージセンサにて受光し、そのイメージセンサから出力される検出信号（受光信号）に基づいて測定対象物に係る変位を測定する変位センサが提供されている。例えば下記特許文献１には、光源からの光を測定対象物に照射し、その反射光をイメージセンサで受光して、当該反射光のイメージセンサにおける受光位置に基づき光源及びイメージセンサから測定対象物までの距離を測定する変位センサが開示されている。
【０００３】
そのような変位センサは、図５に示すような、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）基板Ｗ上の測定対象物であるＢＧＡ半田ボール３１の高さの変位あるいは高さを測定して、ＢＧＡ半田ボール３１の高さ不良を検出するために、使用される。ここで、ＢＧＡ半田ボール３１は、列方向にピッチＰ１、行方向にピッチＰ２を有して、マトリクス状に配置されている。その際、図５に示されるように、通常、小円形の照射スポットＳが、ＢＧＡ半田ボール３１の頂点付近に形成されるように、従来の半田ボールの高さ測定装置のレーザ光が該頂点に照射される（Ｒ１行Ｌ１列を参照）。次いで、例えば、ＢＧＡ基板Ｗあるいは同測定装を列方向Ｍに相対的に移動（スキャン）して、Ｒ２行Ｌ１列に位置するＢＧＡ半田ボール３１の測定が行われ、続いてＬ２列からＬ４列までの測定が順次行われる。
【特許文献１】特開２００７−１２１１７５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＢＧＡ基板Ｗ上に形成されたＢＧＡ半田ボール３１が、図５の一点鎖線で囲まれたＬ４列のＢＧＡ半田ボール３１Ａのように、正規の位置から測定の移動方向（列方向）Ｍと直交する方向に位置ずれを有する場合がある。このような位置ずれを有するＢＧＡ半田ボール（以下「位置ずれＢＧＡ半田ボール」と言う）３１Ａを含んでマトリクス状に配置されたＢＧＡ半田ボール３１の高さの変位を、上記のような従来の半田ボールの高さ測定装置を用いて測定しようとする場合、以下のような不具合が生じる。
【０００５】
すなわち、位置ずれＢＧＡ半田ボール３１Ａの測定の際に、その位置ずれに起因して、レーザ光の照射スポットＳが位置ずれＢＧＡ半田ボール３１Ａの頂点に適正に照射されず、ＢＧＡ半田ボール３１Ａの高さの変位測定が好適に行われない場合がある。そのため、そのような位置ずれＢＧＡ半田ボール３１Ａの測定を確実に行うために、ＢＧＡ基板Ｗあるいは測定装置の位置調整を行った後に再度位置ずれＢＧＡ半田ボール３１Ａの測定を行う必要があった。そのため、測定作業に余分な時間を要し、作業効率が低下するという不具合があった。
【０００６】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、基板上に列を成して配置されたＢＧＡ半田ボールの高さに係る測定の作業効率を向上するＢＧＡ半田ボールの高さ測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための手段として、本発明によるＢＧＡ半田ボールの高さ測定装置は、基板上に列を成して配置される複数のＢＧＡ半田ボールの各々の高さを測定する装置であって、前記複数のＢＧＡ半田ボールに対して光を照射する投光手段と、複数の画素からなる受光面を有し、前記光照射されたＢＧＡ半田ボールからの反射光を該ＢＧＡ半田ボールからの距離に応じた受光面上の位置で受光し、その受光位置に応じた受光信号を生成するリニアイメージセンサと、前記リニアイメージセンサの受光信号に基づいて前記ＢＧＡ半田ボールの高さの変位を測定する測定手段とを備えた装置において、前記投光手段から照射される光は、前記列の方向と直交する方向であるとともに前記リニアイメージセンサの幅方向において、幅広なスポットを有するように形成されてなり、前記投光手段は、前記列方向に沿った、前記複数のＢＧＡ半田ボールとの相対的な移動によって、前記複数のＢＧＡ半田ボールの各々に対して前記幅広なスポットを有する光を順次照射し、前記幅広なスポットの長手方向の長さは、前記列の方向と直交する方向において許容されるＢＧＡ半田ボールの位置ずれ寸法の少なくとも２倍以上であることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、投光手段から照射される光は、基板上に列を成して配置される複数のＢＧＡ半田ボールの列の方向と直交する方向であるとともにリニアイメージセンサの幅方向において幅広なスポットを有するように形成されている。そのため、ＢＧＡ基板上に例えばマトリクス状に配置されたＢＧＡ半田ボールの高さの変位を測定する場合において、たとえ一部のＢＧＡ半田ボールが、測定する列の方向から直交する方向にずれて配置されていても、スポットの長手方向の寸法をその位置ずれに関連して適宜設定することにより、位置ずれしたＢＧＡ半田ボールの高さの変位測定を一回の測定で行うことができる。すなわち、そのような位置ずれＢＧＡ半田ボールの測定を確実に行うために、ＢＧＡ基板あるいは測定装置の位置調整を行い、再度位置ずれＢＧＡ半田ボールに係る測定を行う必要はない。その結果、基板上に列を成して配置されたＢＧＡ半田ボールの高さに係る測定の作業効率を向上させることができる。
【０００９】
ここで、「幅広なスポット」の意味は、ＢＧＡ半田ボールの列方向の寸法に比べて、それと直交する方向の寸法が長い形状の光の断面を意味し、その形状は、例えば、長方形、楕円形、扁平な円形、扁平な楕円形等を含む。また「高さ測定」の意味には、基準となる高さからの変位を測定し、その変位を用いて高さを決定することも含まれる。
【００１０】
なお、本発明の特異性は、本来、幅広照射スポット（あるいは線状照射スポット）は、もっぱら、測定対象物が板状であって、その平面の平坦度の検出等に使用されるものであるが、球面形状を有するＢＧＡ半田ボールの高さに係る測定（変位測定を含む）にその適用性を見出した点にある。
【００１２】
また、上記構成において、前記幅広なスポットの長手方向の長さは、前記列の方向と直交する方向におけるＢＧＡ半田ボールの配置ピッチ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、基板上に列を成して配置されたＢＧＡ半田ボールの高さに係る測定の作業効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜実施形態＞
本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態のＢＧＡ半田ボールの高さ測定装置１の全体概要図である。この半田ボールの高さ測定装置１は、センサヘッド部１１と、コントローラ部１２とが信号ケーブルを介して接続された構成をなしている。なお、センサヘッド部１１とコントローラ部１２とは、一体として構成されてもよい。
【００１５】
センサヘッド部１１は、投光素子としてのレーザダイオード（ＬＤ）１５と、そのレーザダイオード１５を駆動するためのＬＤ駆動回路１４と、レーザダイオード１５から発せられたレーザ光Ｌ１をＢＧＡ半田ボール３１の表面上に照射させる投光レンズ１６と、レーザ光Ｌ１の照射スポットを幅広に形成するスポット整形手段１７とを備えている。スポット整形手段１７は、例えば光学スリットである。これらのＬＤ駆動回路１４、レーザダイオード１５、投光レンズ１６およびスポット整形手段１７が本発明の「投光手段」に相当する。なお、本実施形態において、レーザ光Ｌ１は幅広の照射スポット（以下「幅広照射スポット」）ＬＳとしてＢＧＡ半田ボール３１の表面に照射される。
【００１６】
更に、センサヘッド部１１は、受光レンズ１８と、その受光レンズ１８を透過したレーザ光Ｌ２を受光するＣＣＤリニアセンサ１９と、そのＣＣＤリニアセンサ１９を駆動するためのＣＣＤ駆動回路２０とを備えている。受光レンズ１８、ＣＣＤリニアセンサ１９及びＣＣＤ駆動回路２０は、位置検出手段として機能する。ＣＣＤリニアセンサ１９は、受光面１９ａを形成する複数の細長い画素１９ｂを備える。
【００１７】
レーザダイオード１５から発せられたレーザ光Ｌ１は、投光レンズ１６及びスポット整形手段１７を透過してＢＧＡ基板Ｗ上のＢＧＡ半田ボール３１に照射される。そして、このＢＧＡ半田ボール３１の表面上の拡散反射光Ｌ２は、受光レンズ１８を透過してＣＣＤリニアセンサ１９に入射する。このＣＣＤリニアセンサ１９において、受光量とＢＧＡ半田ボール３１との相対位置に応じて蓄積された電荷は、受光信号としてＣＣＤ駆動回路２０によって読み出され、受光信号は時系列の電圧信号Ｓ１に変換される。
【００１８】
ＣＣＤ駆動回路２０が所定の転送用クロックをＣＣＤリニアセンサ１９に与えることにより、ＣＣＤリニアセンサ１９は、各画素１９ｂに蓄積された電荷を１画素ずつ順番に転送する。そして、ＣＣＤ駆動回路２０は、全画素の蓄積電荷に対応する時系列の電圧信号Ｓ１を生成し、電圧信号Ｓ１をコントローラ部１２に供給する。
【００１９】
コントローラ部１２は、ＣＰＵ４１、メモリ４２、操作キー４３及び表示部４４等を備えている。ＣＰＵ４１は、ＬＤ駆動回路１４に駆動信号を与えてレーザダイオード１５に投光動作をさせる。さらに、ＣＰＵ４１は、制御信号Ｓ２によって、所定周期でＣＣＤ駆動回路２０を駆動させてＣＣＤリニアセンサ１９の各画素１９ｂの蓄積電荷を転送させる受光動作を実行させて、ＣＣＤ駆動回路２０からの電圧信号Ｓ１を受け取る。
【００２０】
以上の構成により、センサヘッド部１１では、ＣＣＤリニアセンサ１９の受光面１９ａ上における拡散反射光Ｌ２の受光位置Ｐが、ＣＣＤリニアセンサ１９からＢＧＡ半田ボール３１の頂点までの距離によって移動する。そして、ＣＰＵ４１は、ＣＣＤリニアセンサ１９の受光面１９ａ上における拡散反射光Ｌ２の受光位置Ｐを、電圧信号Ｓ１を解析して検出することによりＢＧＡ半田ボール３１の高さの変位を測定することができる。
【００２１】
より詳細には、ＣＰＵ４１は、ＣＣＤ駆動回路２０からの電圧信号Ｓ１を受け取って、ＣＣＤリニアセンサ１９の受光面１９ａ上の全画素１９ｂから最大受光量の画素を検出し、メモリ４２の測定データ記憶領域に時系列で格納する。このとき、ＣＰＵ４１は本発明の「測定手段」として機能する。
【００２２】
次に図２から図４を参照して、ＢＧＡ半田ボールの高さ測定装置１によるＢＧＡ半田ボール３１の高さｈに係る測定機能を説明する。なお、図５に示された従来と同一の構成の説明は省略する。図２は、ＢＧＡ半田ボール３１に照射される幅広の照射スポットＬＳとＣＣＤリニアセンサ１９との位置関係を示す。図３は、本実施形態による測定の際の、ＢＧＡ基板Ｗの平面図であり、図４は、図３の４−４線に沿った拡大断面の一部を示す。
【００２３】
図２〜図４において、矢印Ａで示される方向（以下「方向Ａ」）は、幅広照射スポットＬＳの幅広に形成される方向を示すとともに、ＣＣＤリニアセンサ１９の幅方向（画素１９ｂの長手方向）を示す。すなわち、ＢＧＡ半田ボール３１の高さｈに係る測定の際に、幅広照射スポットＬＳの幅広に形成される方向Ａと、ＣＣＤリニアセンサ１９の幅方向（画素１９ｂの長手方向）Ｂとは同一方向となる。ここで、幅広照射スポットＬＳは、例えば図２に示されるような陸上トラック形状を有する。また、図３に示されるように、方向Ａは、ＢＧＡ半田ボール３１の配置の列方向であって、測定方向である矢印Ｍで示される方向（以下「方向Ｍ」）に対して直交する方向である。なお、測定の際に、ＢＧＡ基板が固定される場合には、センサヘッド部１１が方向Ｍに移動され、一方、センサヘッド部１１が固定される場合には、ＢＧＡ基板Ｗが方向Ｍと反対方向に移動される。
【００２４】
さて、測定の際には、図２に示されるように、センサヘッド部１１は、上記したように、照射スポットＬＳの幅広方向ＡがＣＣＤリニアセンサ１９の幅方向（画素１９ｂの長手方向）Ｂと同一方向となるように、ＢＧＡ基板Ｗに対して配置される。ここで、ＣＣＤリニアセンサ１９の幅（画素１９ｂの長手方向の長さ）ｄ２は、少なくとも照射スポットＬＳの幅広方向の長さｄ１を有する。
【００２５】
このように照射スポットＬＳとＣＣＤリニアセンサ１９とが配置及び構成されることで、幅広照射スポットＬＳを有するレーザ光Ｌ１によるＢＧＡ半田ボール表面での拡散反射光Ｌ２が、好適に画素１９ｂによって受光される。すなわち、幅広照射スポットＬＳ内に存在するＢＧＡ半田ボール３１の頂点からの拡散反射光Ｌ２が対応する画素１９ｂによって受光される。その際、関連する拡散反射光Ｌ２の画素１９ｂ内での受光位置は、位置ずれＢＧＡ半田ボール３１ＡのＡ方向（図３参照）への位置ずれに応じて、図２に示す画素１９ｂの長手方向（ＣＣＤリニアセンサ１９の幅方向）Ｂに移動する。
【００２６】
また、ＢＧＡ半田ボール３１の高さの変位に応じて、ＢＧＡ半田ボール３１の頂点からの拡散反射光Ｌ２の受光位置Ｐが、図２に示すＣＣＤリニアセンサ１９の長手方向（画素１９ｂの配列方向）Ｃにずれる。そのため、ＢＧＡ半田ボール３１の高さの変位の測定は、具体的には、所定の基準高さに対応する受光位置Ｐｓｔからの受光位置Ｐのずれを検出し、その受光位置Ｐのずれを利用して行われる。すなわち、ＣＰＵ４１は、ＣＣＤリニアセンサ１９の受光面１９ａ上の全画素から最大受光量の画素１９ｂの受光位置Ｐと、基準受光位置Ｐｓｔとのずれに応じてＢＧＡ半田ボール３１の高さの変位を測定する。ＣＰＵ４１は、全ての半田ボール３１に対し順次、測定する。また、ＣＰＵ４１は、その変位と所定の基準とを比較して、ＢＧＡ半田ボール３１の高さｈの良否を判定する。さらにＣＰＵ４１は、基準となる高さと測定された変位から、ＢＧＡ半田ボール３１の高さｈを決定することもできる。
【００２７】
その際、図３の点線で囲まれた位置ずれＢＧＡ半田ボール３１Ａの高さの変位を測定する場合であっても、本実施形態においては、図４に示されるように、幅広照射スポットＬＳのレーザ光Ｌ１が位置ずれＢＧＡ半田ボール３１Ａの頂点Ｔｐを含むように照射され、その高さの変位測定が可能となる。そのため、マトリクス状に配置された複数のＢＧＡ半田ボールの高さの変位測定が、一回のスキャン測定によって可能となる。
【００２８】
なお、幅広照射スポットＬＳの長手方向Ａの長さｄ１は、ＢＧＡ半田ボール３１Ａの最大径寸法、ＢＧＡ半田ボール３１Ａの配置ピッチＰ２、及びＢＧＡ半田ボール３１Ａの位置ずれ許容度等に応じて、適宜設定される。ここでは、長さｄ１は、例えば、図４の２点鎖線で示されるＢＧＡ半田ボール３１の正常の位置（Ｌ４）からのＢＧＡ半田ボール３１Ａの許容される位置ずれ寸法Ｄの２倍を超える長さを有している。すなわち、幅広照射スポットＬＳの長手方向Ａの長さｄ１は、少なくとも２Ｄ以上の長さを有する（図４参照）。そのため、この場合、図４に示されるように、レーザ光Ｌ１は、位置ずれＢＧＡ半田ボール３１Ａの頂点Ｔｐを確実に含んで照射される。なお、許容される位置ずれ寸法Ｄは、通常、ＢＧＡ基板に要求される条件に応じて異なる。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態の構成によれば、球面形状であるＢＧＡ半田ボール３１の高さの変位測定が、ＢＧＡ半田ボール３１の列方向Ｍと直交する方向Ａにおいて幅広な照射スポットＬＳを用いて行われる。そのため、ＢＧＡ半田ボール３１が列方向Ｍと直交する方向Ａに位置ずれして配置された場合においても、その位置ずれしたＢＧＡ半田ボール３１Ａの高さの変位測定が、ＢＧＡ基板Ｗまたはセンサヘッド部１１の一回の移動（スキャン）によって可能となる。その結果、位置ずれＢＧＡ半田ボール３１Ａを測定するために、ＢＧＡ基板Ｗまたはセンサヘッド部１１を再度移動する必要がなくなり、作業効率が向上される。
【００３０】
また、幅広照射スポットＬＳの長手方向Ａの長さｄ１は、位置ずれＢＧＡ半田ボール３１Ａの許容される位置ずれ寸法Ｄの少なくとも２倍を超える長さを有している。そのため、許容される位置ずれ寸法Ｄ範囲内にある位置ずれＢＧＡ半田ボール３１Ａの高さの変位測定が、確実に実行される。さらに、幅広照射スポットＬＳの長さｄ１を適宜設定することにより、本発明によるＢＧＡ半田ボールの高さ測定装置１を、ＢＧＡ半田ボール３１の長手方向Ａの位置ずれが許容範囲であるがどうかの検出にも使用できる。
【００３１】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００３２】
（１）上記実施形態では、ＢＧＡ基板Ｗ上にマトリクス状に配置されたＢＧＡ半田ボール３１の高さに係る測定をする例を示したが、これに限定されない。例えば、ＢＧＡ半田ボール３１の配置はマトリクス状でなくてもよく、単に一列に配置されたものであってもよい。本発明による装置は、特にＢＧＡ半田ボールに限られず、例えば、球状の金属、チョコレート、薬剤等の高さに係る測定にも適用可能である。
【００３３】
（２）上記実施形態では、幅広照射スポットＬＳの長手方向Ａの長さｄ１は、少なくとも２Ｄ（許容される位置ずれ寸法Ｄの２倍）以上の長さを有する例を示したが、特にこれに限定されない。例えば、幅広照射スポットＬＳの長手方向Ａの長さｄ１は、列の方向Ｍと直交する方向ＡにおけるＢＧＡ半田ボールの配置ピッチＰ２以下の長さを有してもよいし、あるいは、少なくとも２Ｄ以上であって配置ピッチＰ２以下の長さを有しもよい。要は、幅広照射スポットＬＳの長手方向Ａの長さｄ１が、幅広照射スポットＬＳの、列方向Ｍの寸法に比べて、大きければよい。
【００３４】
（３）上記実施形態では、センサヘッド部１１は、ＢＧＡ半田ボール３１から拡散反射光を受光する、いわゆる拡散反射型のものであったが、これに限られない。本発明は、レーザダイオード１５からのレーザ光Ｌ１をＢＧＡ半田ボール３１に対して斜め上方から照射し、その正反射光を受光する、いわゆる正反射型のセンサヘッド部にも、適用できる。
【００３５】
（４）上記実施形態では、ＣＣＤリニアセンサ１９とＣＣＤ駆動回路２０とを個別とする構成を示したが、ＣＣＤリニアセンサ１９とＣＣＤ駆動回路２０とを一体とする構成してもよい。また、リニアイメージセンサとしてＣＭＯＳリニアセンサを用いてもよい。さらに、リニアメージセンサに代えて、位置検出素子（ＰＳＤ）を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係るＢＧＡ半田ボールの高さ測定装置の全体概要図
【図２】本発明によるＢＧＡ半田ボールの高さに係る測定態様を示す概略的な斜視図
【図３】本発明によるＢＧＡ半田ボールの高さに係る測定態様を示す平面図
【図４】本発明によるＢＧＡ半田ボールの高さに係る測定態様を示す断面図
【図５】従来のＢＧＡ半田ボールの高さに係る測定態様を示す平面図
【符号の説明】
【００３７】
１…ＢＧＡ半田ボールの高さ測定装置
１１…センサヘッド部
１２…コントローラ部
１４…ＬＤ駆動回路（投光手段）
１５…レーザダイオード（投光手段）
１６…投光レンズ（投光手段）
１７…スポット整形手段（投光手段）
１８…受光レンズ
１９…ＣＣＤリニアセンサ
２０…ＣＣＤ駆動回路
３１…ＢＧＡ半田ボール
３１Ａ…位置ずれＢＧＡ半田ボール
４１…ＣＰＵ（測定手段）
４２…メモリ
ＬＳ…幅広照射スポット
Ｓ１…電圧信号（受光信号）
Ｗ…ＢＧＡ基板
【図１】
0005021412.tif 000002
【図２】
0005021412.tif 000003
【図３】
0005021412.tif 000004
【図４】
0005021412.tif 000005
【図５】
0005021412.tif 000006