(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に実装された表面実装型電子部品の高さや傾きや面積等を検出し、表面実装型電子部品が正常に実装された場合のそれらと比較することによって、実装済表面実装型電子部品の状態が異常であることを検出する表面実装型電子部品の実装異常の検出方法であって、
広帯域コヒーレンス光源からの光をコリメータレンズによって平行光とし、
この平行光をビームスプリッタで信号光と参照光とに分割し、
ビームスプリッタからの信号光を第１の円筒レンズで集光して、その焦点位置近傍に配置された実装済表面実装型電子部品に照射し、且つ実装済表面実装型電子部品から散乱された信号光を前記第１の円筒レンズでビームスプリッタに戻し、
ビームスプリッタからの参照光を、ビームスプリッタと実装済表面実装型電子部品との距離と同等の距離だけビームスプリッタから離れた位置に配置された平面鏡で反射してビームスプリッタの元の位置に戻し、
ビームスプリッタに戻された信号光及び参照光をビームスプリッタで同一方向に送って干渉させ、
この干渉光を第１の円筒レンズの長さ方向に対応させて回折格子で分光し、
分光された干渉光を第１の円筒レンズの長さ方向に対応させて第２の円筒レンズで第１の画像読み取り手段上に干渉画像として結像させて、この干渉画像を第１の画像読み取り手段で読み取り、
読み取られた干渉画像を光変調手段に書き込み、
書き込まれた干渉画像を読み取り用レーザ光によって読み出し、
干渉画像を読み出したレーザ光を第１の円筒レンズの長さ方向に対応させて第３の円筒レンズでフーリエ変換して、第２の画像読み取り手段に入力し、
第２の画像読み取り手段で読み取られたフーリエ変換画像から実装済表面実装型電子部品の実装状態の異常を検出する、
ことを特徴とする表面実装型電子部品の実装異常の検出方法。
【請求項２】
前記ビームスプリッタと前記平面鏡との間にＮＤフィルタを備えて、参照光の光量を調節する、ことを特徴とする請求項１に記載の表面実装型電子部品の実装異常の検出方法。
【請求項３】
前記ビームスプリッタと前記回折格子との間に第４の円筒レンズを備えて、前記第１の円筒レンズの長さまたはビームスプリッタの長さに対応する干渉光の幅が第１の画像読み取り手段の画像読み取り面の大きさに合うように調節する、ことを特徴とする請求項１に記載の表面実装型電子部品の実装異常の検出方法。
【請求項４】
前記読み取り用レーザ光の出射部に半波長板及び第１の偏向子を備え、前記第３の円筒レンズと前記第２の画像読み取り手段との間に第２の偏向子を備えて、前記読み取り用レーザ光以外のノイズ光の影響を低減する、ことを特徴とする請求項１に記載の表面実装型電子部品の実装異常の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板に実装された表面実装型電子部品の実装状態の異常を検出する検査技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面実装型電子部品の実装状態の異常は、主に目視によって検査されているが、多くのマンパワーを必要とする。このような検査要員の確保を不要とし、且つ検査能力を増強させるために、コンピュータに教示された良否判定データに基づいて、平面形状の画像データや高さ情報等によって良否を判定する検査方法が開発されてきている。形状及び高さの情報を得る手段の１つとしては、光の干渉によるモアレ縞を利用する方法があり、例えば、平面格子によるモアレ縞を利用する方法は特開平2-102405号公報等に開示されている。また、検査画像から良否判定情報を得る手段としては、良品による参照画像を予め準備しておいて、検査画像と参照画像とを並べて画像表示し、両画像の相関を光強度として出力する結合変換相関器を使用する方法もある。この方法は、例えば、特開平8-287249号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の平面格子によるモアレ縞を利用する場合には、モアレ縞の間隔が平面格子の格子間隔によって決まるので、対象物の高さによって格子間隔の異なる平面格子を使い分けることが必要であり、急峻な立ち上がりに対しては、モアレ縞の次数を判別することが困難であるため、高さの検出は困難である。
【０００４】
結合変換相関器を用いる場合には、参照画像を予め準備することが必要であり、良否の判別が相関性という間接的な情報による。
この発明は、検査対象物の高さや傾き等を光学的に直接に出力できる表面実装型電子部品の実装異常の検出方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、基板上に実装された表面実装型電子部品の高さや傾きや面積等を検出し、表面実装型電子部品が正常に実装された場合のそれらと比較することによって、実装済表面実装型電子部品の状態が異常であることを検出する表面実装型電子部品の実装異常の検出方法であって、広帯域コヒーレンス光源からの光をコリメータレンズによって平行光とし、この平行光をビームスプリッタで信号光と参照光とに分割し、ビームスプリッタからの信号光を第１の円筒レンズで集光して、その焦点位置近傍に配置された実装済表面実装型電子部品に照射し、且つ実装済表面実装型電子部品から散乱された信号光を前記第１の円筒レンズでビームスプリッタに戻し、ビームスプリッタからの参照光を、ビームスプリッタと実装済表面実装型電子部品との距離と同等の距離だけビームスプリッタから離れた位置に配置された平面鏡で反射してビームスプリッタの元の位置に戻し、ビームスプリッタに戻された信号光及び参照光をビームスプリッタで同一方向に送って干渉させ、この干渉光を第１の円筒レンズの長さ方向に対応させて回折格子で分光し、分光された干渉光を第１の円筒レンズの長さ方向に対応させて第２の円筒レンズで第１の画像読み取り手段上に干渉画像として結像させて、この干渉画像を第１の画像読み取り手段で読み取り、読み取られた干渉画像を光変調手段に書き込み、書き込まれた干渉画像を読み取り用レーザ光によって読み出し、干渉画像を読み出したレーザ光を第１の円筒レンズの長さ方向に対応させて第３の円筒レンズでフーリエ変換して、第２の画像読み取り手段に入力し、第２の画像読み取り手段で読み取られたフーリエ変換画像から実装済表面実装型電子部品の実装状態の異常を検出する。
【０００６】
第２の画像読み取り手段に読み取られたフーリエ変換画像は、実装済表面実装型電子部品（以下では、検査対象物という）の、信号光が照射された部分（第１の円筒レンズの長さ方向に相当する直線上の部分）の基準面からの距離を示すので、このフーリエ変換画像から、その部分における検査対象物の高さや傾き、幅が直接に得られる。
【０００７】
請求項２の発明は、前記ビームスプリッタと前記平面鏡との間にＮＤフィルタを備えて、参照光の光量を調節する。
参照光の光量を調節することによって、第１の画像読み取り手段に入力される干渉画像をより鮮明にすることができる。
請求項３の発明は、前記ビームスプリッタと前記回折格子との間に第４の円筒レンズを備えて、前記第１の円筒レンズの長さまたはビームスプリッタの長さに対応する干渉光の幅が第１の画像読み取り手段の画像読み取り面の大きさに合うように調節する。
【０００８】
検査対象物の大きさに合わせて決められる干渉光の幅は、第１の画像読み取り手段の入力面の大きさに比べて大きい場合が多いので、第４の円筒レンズによって干渉画像の幅を縮小して、干渉画像が第１の画像読み取り手段の入力面内に収まるようにする。
請求項４の発明は、前記読み取り用レーザ光の出射部に半波長板及び第１の偏向子を備え、前記第３の円筒レンズと前記第２の画像読み取り手段との間に第２の偏向子を備えて、前記読み取り用レーザ光以外のノイズ光の影響を低減する。
【０００９】
半波長板はレーザ光と異なる波長のノイズ光を除去し、両偏向子が読み取り用レーザ光だけを選択して第２の画像読み取り手段に入力させるので、出力画像がより鮮明になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明による表面実装型電子部品の実装状態異常の検出方法の実施の形態について、実施例を用いて説明する。
図１は、実施例を説明するための光学系の全体構成を示す概念図である。
光学系は、広帯域コヒーレンスな平行光を発生する平行光源部と、この平行光を信号光と参照光とに分割して、検査対象物までの信号光の往復光路長と参照光の往復光路長との光路差で信号光と参照光とを干渉させる干渉部と、干渉光を分光して結像させる干渉画像形成部と、干渉画像を読み取って光変調器に入力する干渉画像入力部と、光変調器に入力された干渉画像を読み出してフーリエ変換する読出し・フーリエ変換部と、フーリエ変換された画像を読み取って出力する出力部と、で構成される。
【００１１】
平行光源部は、発光源として広帯域コヒーレンス光源である高輝度の発光ダイオード11と、この発光ダイオード11からの広帯域コヒーレンス光を所望の面積を有する平行光とする第１のコリメータレンズ12と、で構成される。
干渉部は、第１のコリメータレンズ12からの平行光を、図１において右側へ向かう信号光と上方へ向かう参照光とに分割する第１のビームスプリッタ13と、第１のビームスプリッタ13からの信号光を集光して、その焦点位置近傍に配置された検査対象物５に照射し、且つ検査対象物５から散乱された信号光を第１のビームスプリッタ13に戻す第１の円筒レンズ（ｘ）16と、第１のビームスプリッタ13からの参照光の光路長が信号光の光路長とほぼ等しくなる位置に配置された平面鏡（リファレンス鏡）15と、信号光の光路の途中に配置される光量調節用のＮＤフィルタ（neutral density filter）14と、で構成される。
【００１２】
第１のビームスプリッタ13に戻った参照光及び信号光は、第１のビームスプリッタ13で重ね合わされて図１における下方に送られる。重ね合わされた参照光及び信号光は両者の光路長差によって互いに干渉する。以下、重ね合わされた参照光及び信号光を干渉光と言う。
ここで、図１に示すように、第１のビームスプリッタ13から出射する信号光の方向をｚ方向、第１のビームスプリッタ13から出射する参照光の方向をｘ方向、図の紙面に垂直方向をｙ方向とする。また、検査対象物５の位置は、参照光の光路長と同じ光路長の位置に相当する面を基準面17として、その基準面17からz0離れた位置にあるものとする。
【００１３】
したがって、第１の円筒レンズ16（ｘ）は、その長さ方向がｙ方向であり、入射した平行光線をその焦点距離でｘ方向の広がりを零とする。また、検査対象物５に照射される信号光はｙ方向に延びる直線状となる。
なお、図１においては、第１の円筒レンズ（ｘ）16の焦点距離に比べて、基準面17と検査対象物５との距離z0が10％以上であるように示されているが、実際には、第１の円筒レンズ（ｘ）16としては、その焦点距離が１ｍ程度のものが用いられ、z0は検査対象物５の高さである例えば１mm程度に設定される。したがって、第１の円筒レンズ（ｘ）16の焦点位置は、図１のように検査対象物５の表面に設定されても、基準面17上に設定されても、両者の中間位置に設定されてもよく、検査対象物５の位置が焦点位置からずれている状態においても、その表面に照射される信号光のｘ方向の幅は十分に狭い。
【００１４】
干渉画像形成部は、ｘｚ平面内で干渉光の向きを変える平面鏡18と、干渉光のｙ方向の広がりを干渉画像の読み取り部である第１のＣＣＤカメラ22の画像読み取り面の大きさに合わせる円筒レンズ（ｙ）19と、干渉光を波長に対応した角度の成分に分光する回折格子20と、分光された干渉光を第１の画像読み取り手段である第１のＣＣＤカメラ22のｘ方向に展開させて、第１のＣＣＤカメラ22の画像読み取り面に干渉画像を結像させる第２の円筒レンズ（ｘ）21と、で構成される。
【００１５】
干渉画像入力部は、干渉画像を読み取る第１のＣＣＤカメラ22と、その画像を入力する光変調器23と、で構成される。
読出し・フーリエ変換部は、光変調器23の画像を読み出すためのコリメートされたレーザ光を生成する部分と、このレーザ光で光変調器23の干渉画像を読み出して干渉画像を読み出したレーザ光をフーリエ変換する部分と、で構成される。前者は、レーザ光を発生するHe−Neレーザ24と、外部からのノイズ光を除去する半波長板25と、特定偏向成分だけを通す第１の偏向子26と、これらを通過してきたレーザ光を集光する集光レンズ27と、集光したレーザ光を通して外部のノイズ光の影響を除去するピンホール板28と、ピンホール板28を通過したレーザ光を平行レーザ光とする第２のコリメータレンズ29と、で構成され、後者は、第２のコリメータレンズ29からの平行レーザ光を通過させて光変調器23に入射させ、且つ光変調器23の画像を読み取って変調されたレーザ光の方向を変える第２のビームスプリッタ30と、変調されたレーザ光をフーリエ変換する円筒レンズ（ｚ）31と、特定偏向成分だけを通す第２の偏向子32と、で構成される。
【００１６】
出力部は、円筒レンズ（ｚ）31でフーリエ変換された出力画像を読み取る第２のＣＣＤカメラ33と、読み取られた出力画像を表示する不図示の表示手段と、で構成される。
上記のように構成された干渉部から出射される干渉光の干渉スペクトル強度Ｉ（ν）は、
Ｉ（ν）＝
Ｓ（ν）〔ａr exp[i2πν・2r] ＋ａs exp[i2πν・２(r＋z0)]〕2 
となる。
【００１７】
ここで、Ｓ（ν）は平行光線の周波数ν成分の複素振幅、ａr は第１のビームスプリッタ13に入射した平行光の光量に対する第１のビームスプリッタ13に戻った参照光の光量の比率、ａs は第１のビームスプリッタ13に入射した平行光の光量に対する第１のビームスプリッタ13に戻った信号光の光量の比率、r は第１のビームスプリッタ13とリファレンス鏡15との距離、z0は基準面17と検査対象物５との距離である。
【００１８】
このような干渉光が回折格子20で分光され、第２の円筒レンズ（ｘ）21で第１のＣＣＤカメラ22の画像読み取り面上に結像されると、時間スペクトルは空間的に展開（時空間変換）されるので、Ｉ（ν）はＩ（ｘ）と比例関係にある。したがって、光変調器23に空間的に書き込まれる干渉スペクトル強度Ｉ（ｘ）は、
Ｉ（ｘ）＝Ｓ（ｘ）〔１＋２ａs cos(４πｘz0）＋ａs 2 〕
の関係を満たす干渉画像となる。
【００１９】
但し、ここでは、簡単のために、ｒ＝０、ａr ＝１とした。
光変調器23に空間的に書き込まれる干渉スペクトル強度Ｉ（ｘ）は、He−Neレーザ24等からの平行レーザ光によって読み出され、更に円筒レンズ（ｚ）31によって空間的にフーリエ変換されて、
Ｆ｛Ｉ（ｘ）｝＝Ｆ｛Ｓ（ｘ）｝
×｛δ(z) ＋ａs 〔δ(z＋２z0) ＋δ(z−２z0) 〕＋ａs 2 δ(z) ｝
となる。
【００２０】
ここで、×  はコンボリューション積分を表す。
上式の第２項が、信号光と参照光との関係を示す相関信号であって、基準面17から検査対象物５までの距離ｚ0 の±２倍に位置しており、第１項及び第３項は、それぞれ参照光及び信号光の自己相関信号であって、ｚ＝０に位置している。したがって、ｚ＝０に位置する参照光及び信号光の自己相関信号と第２項のｚ＝±２z0に位置する相関信号との距離から基準面17から検査対象物５までの距離z0が得られる。このz0は、信号光が照射された検査対象物５の部分（ｙ方向に延びる直線状の部分）全体にわたって得られるので、この部分における検査対象物５の高さや傾き、幅の値が得られ、これらの値のいずれかまたは組み合わせと、対応する閾値とを比較することによって、検査対象物の状態が正常か否かを判定することができる。
【００２１】
以上の説明から明らかなように、この実施例によって得られる検査対象物５の形状は、ｙｚ面内の情報であるが、検査対象物５である表面実装型電子部品が正常に実装された場合に、その両はんだ付け部が占める位置を基準にして、両はんだ付け部を結ぶ方向にｙ方向を合わせて、検査位置を両はんだ付け部の中央近傍に選べば、はんだ部の厚さ及び傾き、表面実装型電子部品の高さ及び傾き、回転方向のずれ等、を検知することができるので、表面実装型電子部品の実装状態の大部分の正常か異常かを判定することができる。
【００２２】
なお、２次元の形状からでは正常か異常かを判定することができない場合には、ｘ方向に検査対象物５を走査して、３次元の形状を得ればよい。
上記の実施例において、ＮＤフィルタ14は干渉させる信号光及び参照光の複素振幅を同等にして鮮明な干渉画像を得るために備えるものであるので、必要に応じて備えればよい。また、半波長板25と、第１の偏向子26及び第２の偏向子32とは、読み出し用のレーザ光に侵入するノイズ光を除去して鮮明な出力画像を得るために備えるものであるから、ＮＤフィルタ14と同様に、必要に応じて備えればよく、半波長板25だけ、または第１の偏向子26及び第２の偏向子32だけとすることもできる。更に、平面鏡18は、干渉光の向きを変えて、光学系を構成し易くするために用いられるので、省略することもできる。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１の発明においては、第２の画像読み取り手段に読み取られたフーリエ変換画像は、信号光が照射された検査対象物の部分（第１の円筒レンズの長さ方向に相当する直線上の部分）の基準面からの距離を示すので、このフーリエ変換画像から、その部分における検査対象物の高さや傾き、幅が直接に得られる。したがって、この発明によれば、この発明の課題を実現できる表面実装型電子部品の実装異常の検出方法を提供することができる。
【００２４】
請求項２の発明においては、第１のビームスプリッタと平面鏡（リファレンス鏡）との間にＮＤフィルタを備えて、参照光の光量を調節するので、第１の画像読み取り手段に入力される干渉画像をより鮮明にすることができ、出力画像が鮮明になる。
請求項３の発明においては、第１のビームスプリッタと回折格子との間に第４の円筒レンズを備えて、前記第１の円筒レンズの長さに対応する干渉光の幅が第１の画像読み取り手段の画像読み取り面の大きさに合うように調節するので、第１の画像読み取り手段へ入力される干渉画像を第１の画像読み取り手段の入力面の大きさに合わせることができる。
【００２５】
請求項４の発明においては、読み取り用レーザ光の出射部に半波長板及び第１の偏向子を備え、第３の円筒レンズと第２の画像読み取り手段との間に第２の偏向子を備えるので、半波長板がレーザ光と異なる波長のノイズ光を除去し、両偏向子が読み取り用レーザ光だけを選択して第２の画像読み取り手段に入力させ、出力画像がより鮮明になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による表面実装型電子部品の実装異常の検出方法の実施例を説明するための光学系の全体構成を示す概念図
【符号の説明】
11  発光ダイオード
12  第１のコリメータレンズ
13  第１のビームスプリッタ
14  ＮＤフィルタ
15  リファレンス鏡
16  第１の円筒レンズ（ｘ）
17  基準面
18  平面鏡
19  円筒レンズ（ｙ）
20  回折格子
21  第２の円筒レンズ（ｘ）
22  第１のＣＣＤカメラ
23  光変調器
24  He−Neレーザ
25  半波長板
26  第１の偏向子
27  集光レンズ
28  ピンホール板
29  第２のコリメータレンズ
30  第２のビームスプリッタ
31  円筒レンズ（ｚ）
32  第２の偏向子
33  第２のＣＣＤカメラ
【図１】
0003812489.tif 000002