JP4745489B2

JP4745489B2 - Appearance inspection apparatus and printed wiring board appearance inspection method using the same

Info

Publication number: JP4745489B2
Application number: JP2000260900A
Authority: JP
Inventors: 昌希遠藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2020-08-30
Also published as: JP2002071578A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像手段により得られた被検査体の画像を処理して被検査部位の良否を検査する外観検査装置、及びそれを用いたプリント配線板の外観検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体搭載用のプリント配線板の表面に形成されたパッドに多数の導電性ボールを接合してなるパッケージ、いわゆるＢＧＡ（Ball Grid Array）と呼ばれるパッケージがよく知られている。この種のパッケージには高密度化、高機能化、ファイン化、多端子化の要求があり、従ってその外部接続端子である導電性ボールの数も年々増加する傾向にある。ゆえに、パッケージ製造時において導電性ボールの良否を効率良く検査することは、生産性の向上を図るうえで極めて重要な課題であるといえる。そして最近では、従来までの肉眼検査に代わって、画像処理の技術を利用した外観検査が実施されるようになってきている。
【０００３】
このような外観検査を行う外観検査装置は、被検査部位であるはんだボールを撮像するＣＣＤカメラと、プリント配線板に光を照射する低角度リング照明とを備えている。そして、かかる装置では、ＣＣＤカメラにより得られた画像を処理して、はんだボールの形状等の良否を検査することが行われる。より具体的にいうと、例えば、位置ずれ発生の有無、傷や打痕の有無、大きさバラツキの有無等が検査される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の外観検査装置は、立体的な形状である導電性ボールの検査に対して有効である反面、これとは異なる形状の被検査部位の検査に対しては不向きであった。例えば、平面的な形状であるボールパッドの検査に前記装置をそのまま流用した場合、検査精度が低くなるという欠点があり、装置として汎用性に乏しかった。従って、ボールパッド検査専用の外観検査装置を別途購入しなければならないという問題があった。
【０００５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、汎用性が高くてしかも検査精度に優れた外観検査装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく本願発明者が鋭意研究を行ったところ、まず当該装置に使用されている照明の形態に着目するとともに、被検査部位の形状的性質が変わるとそれに適した照明も異なるという新たな知見を得た。また、１種類の照明のみでは、被検査部位の形状が大きく異なる場合には十分に対応できないことも併せて知見した。そこで、本願発明者は上記知見に基づいてさらにこれを発展させ、最終的に下記の発明を想到するに到ったのである。
【０００７】
即ち、上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、被検査体の表面における被検査部位を撮像する撮像手段と、前記被検査部位に光を照射する照明とを備え、前記撮像手段により得られた画像を処理して前記被検査部位の良否を検査する外観検査装置において、低角度リング照明である第１照明と、前記第１照明よりも前記被検査体から遠い位置にある高角度同軸照明である照射角度の高い第２照明と、前記両照明を前記被検査部位の形状的性質に応じて選択的に切り換える切換手段とを備え、前記第２照明は、プリズムと、同プリズムの上斜面に配置されるハーフミラーと、同プリズムの垂直面に配置される反射鏡とを備え、前記ハーフミラーを透過する光源からの水平方向の入射光を前記反射鏡で反射して、再び前記ハーフミラー側に戻し、前記反射鏡からの反射光を９０°反射して前記被検査体側に向かわせるとともに、前記被検査体からの反射光を前記撮像手段側に前記プリズム及びハーフミラーを透過させるように構成され、そのハーフミラーは、前記切換手段に接続された駆動手段を介してプリズムの上斜面位置から同プリズムの斜め上方位置へ駆動されることにより前記反射光の経路上から退避可能に設けられ、前記第１照明のみが作動する状態では、同ハーフミラーは退避位置に移動されることを特徴とする外観検査装置をその要旨とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載する外観検査装置を用いるとともに、前記第２照明のみを作動させてプリント配線板上にある第２の被検査部位を検査し、前記第１照明のみを作動させて前記プリント配線板上にある前記第２の被検査部位よりも形状が立体的な第１の被検査部位を検査することを特徴とするプリント配線板の外観検査方法をその要旨とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記第１の被検査部位は外部接続用のボールであり、前記第２の被検査部位は前記ボールが接合されるボールパッドであるとした。
【００１２】
以下、本発明の「作用」について説明する。
請求項１〜３に記載の発明によると、２種類の照明を切換手段によって選択的に切り換えて検査を行うことができる。また、形状が平面的な被検査部位の場合、照明角度の高い照明から光を照射したほうが、撮像手段側に反射される光の量が多くなる。従って、第１照明のみを作動させることにより、形状が立体的な被検査部位（例えば外部接続用のボール等）の良否を精度よく検査することができる。また、第２照明のみを作動させることにより、形状が平面的な別の被検査部位（例えばボールパッド等）の良否を精度よく検査することができる。また、本発明によると、１つの装置で形状的性質の異なる２種の被検査部位を検査することが可能なため、汎用性の高い外観検査装置とすることができる。
【００１３】
また、請求項１に記載の発明によると、ハーフミラーを反射光の経路上から退避させることが可能なため、ハーフミラーの介在による反射光のロスが解消され、明るくて解像度に優れた鮮明な画像を得ることができる。よって、被検査部位が多数かつ微細なものであっても、その良否を容易にかつ極めて高い精度で検査することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態の外観検査装置１及びそれを用いたプリント配線板２の外観検査方法を、図１〜図４に基づき詳細に説明する。
【００１５】
図１に示されるように、本実施形態の外観検査装置１は、被検査体であるプリント配線板２の表面にある２種の被検査部位（はんだボール３及びそのはんだボールが接合されるボールパッド４）の良否を自動的に検査するためのものである。即ち、このプリント配線板２は、Ｅ−ＢＧＡタイプのパッケージを構成するものである。この外観検査装置１は、撮像手段としてのＣＣＤカメラ５、第１の照明としての低角度リング照明６、第２の照明としての高角度同軸照明７、制御コンピュータ８、Ｘ−Ｙ−Ｚテーブル９、図示しない支持用フレーム等を備えている。
【００１６】
ＣＣＤカメラ５は、レンズ５ａの側を下方に向けた状態でフレームに支持されている。ＣＣＤカメラ５の光軸はプリント配線板２の垂直方向に対して平行になっている。ＣＣＤカメラ５は制御コンピュータ８に電気的に接続されている。従って、ＣＣＤカメラ５により得られた画像データ信号は、制御コンピュータ８内のＣＰＵ８ａ内に取り込まれ、そこで所定のプログラムに基づいて処理されるようになっている。
【００１７】
Ｘ−Ｙ−Ｚテーブル９はＣＣＤカメラ５の下方に設置されている。このテーブル９上には、被検査体であるプリント配線板２が載置される。そして、このテーブル９を所定方向に適宜動かすことにより、撮像位置の調整や焦点の調整等が行われる。なお、プリント配線板２は、例えばこのとき真空引き等によって前記テーブル９側に固定されていてもよい。もっとも、ＣＣＤカメラ５側を適宜移動させて撮像位置等の調整を行っても構わない。
【００１８】
低角度リング照明６は、リング状の発光体をその内部に持つ照明であって、プリント配線板２の上方かつプリント配線板２に近接した位置となるようにフレームに支持されている。また、低角度リング照明６の中心部は、光が通過可能になっている。この低角度リング照明６は、低角度リング照明６用の駆動手段１０を介して制御コンピュータ８に電気的に接続されている。制御コンピュータ８内には、切換手段の一部を構成する第１スイッチ１１が内蔵されている。具体的には、その第１スイッチ１１を介して駆動手段１０側とＣＰＵ８ａ側とが接続されている。そして、この第１スイッチ１１は、切換手段の一部でもあるＣＰＵ８ａからの信号によりオンオフする。その結果、低角度リング照明６が点灯または消灯するようになっている。
【００１９】
高角度同軸照明７は、低角度リング照明６よりも照射角度の高い照明のことをいう。高角度同軸照明７を構成する光源としてのランプ１２は、同じく高角度同軸照明７を構成する光反射ユニット１３の側方において離間した位置に配設されている。このランプ１２は、高角度同軸照明７用の駆動手段１４を介して制御コンピュータ８に電気的に接続されている。制御コンピュータ８内には、切換手段の一部を構成する第２スイッチ１５が内蔵されている。具体的には、その第２スイッチ１５を介して駆動手段１４側とＣＰＵ８ａ側とが接続されている。そして、この第２スイッチ１５は、ＣＰＵ８ａからの信号によりオンオフする。その結果、ランプ１２が点灯または消灯し、高角度同軸照明７が実質的に作動状態または被作動状態に切り換わるようになっている。
【００２０】
高角度同軸照明７を構成する光反射ユニット１３は、低角度リング照明６よりもプリント配線板２から遠い位置（高い位置）となるようにフレームに支持されている。なお、光反射ユニット１３は、ＣＣＤカメラ５の光軸の軸線上に配置されている。
【００２１】
本実施形態の光反射ユニット１３は、プリズム１６、ハーフミラー１７、反射鏡１８、ハーフミラー退避用のアクチュエータ１９、アクチュエータ駆動手段２０を備えている。プリズム１６はガラス等の光透過性材料からなり、その垂直面には反射鏡１８が設けられている。反射鏡１８は、ハーフミラー１７を透過して水平方向から入射してくるランプ１２の光を反射して、再びハーフミラー１７側に戻す役割を果たしている。ハーフミラー１７は、透過率が約５０％程度の光透過性材料からなる板状部材であって、プリズム１６の上斜面に配置されている。従って、このハーフミラー１７は、水平方向に対して４５°の角度をなしている。ハーフミラー１７は、反射鏡１８からの反射光を９０°反射してプリント配線板２側に向かわせるとともに、プリント配線板２側からの反射光を上方に透過させてＣＣＤカメラ５側に到らせる役割を果たしている。
【００２２】
ハーフミラー１７を支持するハーフミラー退避用のアクチュエータ１９は、アクチュエータ駆動手段２０を介して制御コンピュータ８に電気的に接続されている。従って、ＣＰＵ８ａから制御信号が出力されると、アクチュエータ駆動手段２０を介してアクチュエータ１９が動作する。その結果、ハーフミラー１７が使用位置（即ちプリズム１６の上斜面位置）から退避位置（即ちプリズム１６の斜め上方の位置、反射光の経路上から外れた位置）へと駆動されるようになっている。前記アクチュエータ１９としては、例えば流体圧シリンダ等が使用可能である。この場合において前記アクチュエータ駆動手段２０としては、例えば流体圧シリンダへの駆動流体の給排を行う電磁弁等が使用される。勿論、流体圧を利用した機器に代えて、例えばモータ等のように電気を利用した機器を前記アクチュエータ１９として使用してもよい。
【００２３】
さて、以上のように構成された外観検査装置１を用いてプリント配線板２を検査する方法について説明する。
まず、はんだボール３の良否を検査したい場合について述べる。図１（ｂ）に示されるように、この場合には第１スイッチ１１がオン状態に切り換えられ、第２スイッチ１５がオフ状態に切り換えられる。従って、低角度リング照明６のみが作動状態となり、高角度同軸照明７は非作動状態となる。なお、アクチュエータ１９の駆動によって、ハーフミラー１７は退避位置に移動される。
【００２４】
低角度リング照明６の発した光は、プリント配線板２の表面にて反射された後、プリズム１６を透過してＣＣＤカメラ５のレンズ５ａに到る。その結果、図２（ａ）に示されるような画像が撮影される。
【００２５】
ここで、はんだボール３は光沢のある金属材料（即ちはんだ）からなる反面、その周囲にある基材の部分は光沢のない樹脂材料からなる。このように金属材料のある場所とない場所とでは反射率が相違する。ゆえに、ＣＣＤカメラ５の画像には、プリント配線板２上のはんだボール３の輪郭が環状の明パターンとして現れ、それ以外の箇所が暗パターンとして現れる。従って、この明暗画像の形状に基づいて所定の画像処理を実施することにより、はんだボール３の良否の検査が行われる。図２（ｂ）のグラフは、Ａ線上における反射強度のチャートである。同チャートによると、はんだボール３の輪郭線のある部分において反射強度が特に強くなることがわかる。
【００２６】
次に、ボールパッド４の良否を検査したい場合について述べる。図１（ａ）に示されるように、この場合には第１スイッチ１１がオフ状態に切り換えられ、第２スイッチ１５がオン状態に切り換えられる。従って、高角度同軸照明７のみが作動状態となり、低角度リング照明６は非作動状態となる。なお、ハーフミラー１７は使用位置に戻される。
【００２７】
ランプ１２の発した光は、いったんハーフミラー１７を透過した後、反射鏡１８によって反射される。反射鏡１８からの光は、ハーフミラー１７によって反射され、プリント配線板２側に到る。そして、この光はプリント配線板２の表面にて反射された後、プリズム１６及びハーフミラー１７を透過してＣＣＤカメラ５のレンズ５ａに到る。その結果、図３（ａ）に示されるような画像が撮影される。
【００２８】
ここで、ボールパッド４は光沢のある金属材料（例えば銅、アルミニウム、金等）からなる反面、その周囲にある基材の部分は光沢のない樹脂材料からなる。このように金属材料のある場所とない場所とでは反射率が相違する。ゆえに、ＣＣＤカメラ５の画像には、プリント配線板２上のボールパッド４が円形状の明パターンとして現れ、それ以外の箇所が暗パターンとして現れる。従って、この明暗画像の形状に基づい所定の画像処理を実施することにより、ボールパッド４の良否の検査が行われる。図３（ｂ）のグラフは、Ｂ線上における反射強度のチャートである。同チャートによると、ボールパッド４のある部分において反射強度が特に強くなることがわかる。
【００２９】
ここで本実施形態に対する比較例として、図４に示されるように照明形態の異なる３種の外観検査装置をそれぞれ用意した。比較例１の外観検査装置は、低角度リング照明６のみを備えている（図４（ａ）参照）。比較例２の外観検査装置は、低角度リング照明６及び高角度同軸照明７を備えているものの、両照明６，７を選択的に切り換える切換手段を備えていない（図４（ｂ）参照）。従って、比較例２では両照明６，７をブレンドした光が照射されるようになっている。なお、比較例２は、ハーフミラー退避用のアクチュエータ１９及びアクチュエータ駆動手段２０も備えていない。比較例３の外観検査装置は、低角度リング照明６に加え、高角度リング照明２１及び光拡散板２２を備えている（図４（ｃ）参照）。
【００３０】
そして、これら４種の外観検査装置１を用いて下記のごとく外観検査を行うとともに、得られた結果について比較を行った（図５の表参照）。ここでは、特に不良の起こっていない良品のサンプルを２２個、はんだボール３に位置ずれの起こっているサンプルを７個、はんだボール３に傷が付いているサンプルを７個用意した。そして、画像処理による判定結果（「ＯＫ」または「ＮＧ」）に基づいて、欠陥検出率及び過検査率を算出した。
【００３１】
実施形態では、良品、ボールずれ及びボール傷の欠陥検出率及び過検査率がそれぞれ０％、１００％、１００％であり、検出精度に極めて優れていることがわかった。なお、ボールパッド４の大きさや位置ずれ等の良否検査を同様に行ったところ、これについても特に問題はなく、検出精度に極めて優れていることがわかった。
【００３２】
比較例１においても、良品、ボールずれ及びボール傷の欠陥検出率及び過検査率がそれぞれ０％、１００％、１００％であり、検出精度に極めて優れていることがわかった。しかしながら、ボールパッド４の大きさや位置ずれ等の良否検査を同様に行ったところ、この場合には誤検出率が高くなり、検出精度が低下する傾向が認められた。それゆえ、形状が平面的なボールパッド４の検査には低角度リング照明６は適していないものと結論付けられた。
【００３３】
比較例２では、良品、ボールずれ及びボール傷の欠陥検出率及び過検査率がそれぞれ９％、１００％、７１％であり、実施形態に比べて明らかに検出精度に劣っていた。
【００３４】
比較例３では、良品、ボールずれ及びボール傷の欠陥検出率及び過検査率がそれぞれ３６％、１００％、１００％であり、実施形態に比べて明らかに検出精度に劣っていた。
【００３５】
従って、本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態の外観検査装置１は、第１照明である低角度リング照明６と、それよりも照射角度の高い高角度同軸照明７と、両照明６，７を被検査部位の形状的性質に応じて選択的に切り換える切換手段とを備えている。よって、これら２種類の照明６，７を、前記切換手段によって適宜選択的に切り換えて外観検査を行うことができる。また、形状が平面的なボールパッド４を検査する場合、高角度同軸照明７から光を照射したほうが、ＣＣＤカメラ５側に反射される光の量が多くなる。従って、低角度リング照明６のみを作動させることにより、はんだボール３の良否を精度よく検査することができる。一方、高角度同軸照明７のみを作動させることにより、ボールパッド４の良否を精度よく検査することができる。
【００３６】
また、本実施形態によると、１つの外観検査装置１で形状的性質の異なる２種の被検査部位を検査することが可能となる。このため、汎用性の高い外観検査装置１とすることができる。つまり、外観検査装置１の流用が可能になることにより、パッケージ生産設備に対する投資が少なくて済み、結果的にパッケージの低価格化を図ることができる。
【００３７】
（２）この外観検査装置１における高角度同軸照明７は、ランプ１２からの入射光をプリント配線板２の方向に反射するとともに、プリント配線板２からの反射光をＣＣＤカメラ５側に透過させるハーフミラー１７を備えている。また、そのハーフミラー１７は、ハーフミラー退避用のアクチュエータ１９及びアクチュエータ駆動手段２０によって２位置間を移動することができる。よって、必要に応じて、ハーフミラー１７を反射光の経路上から退避させることができる。このため、ハーフミラー１７の介在による反射光のロスが解消され、明るくて解像度に優れた鮮明な画像を得ることができる。よって、はんだボール３やボールパッド４が多数かつ微細なものであっても、その良否を容易にかつ極めて高い精度で検査することができる。
【００３８】
（３）この外観検査装置１は、低角度リング照明６をオンオフする第１スイッチ１１と、高角度同軸照明７をオンオフする第２スイッチ１５と、それらのスイッチ１１，１５を制御するＣＰＵ８ａとからなる切換手段を備えている。このため、被検査部位の形状的性質に応じた両照明６，７の切り換えを容易にかつ確実に行うことができる。
【００３９】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・形状が立体的な被検査部位としては、必ずしもはんだボール３に限られず、はんだ以外の導電性金属からなるボール、例えば金ボール等であってもよい。また、ボール状（完全な球状）の端子部ばかりでなく、例えば不完全球状（半球状）の端子部を被検査部位としてもよい。さらには、端子部以外の立体的構造物、例えばマッシュルーム形状のバンプ等や端子ピン等を、被検査部位とすることも可能である。
【００４０】
・切換手段は、第１スイッチ１１と第２スイッチ１５とＣＰＵ８ａとからなるものに限定されず、例えば両スイッチ１１，１５を一体化した１つのスイッチを用いてもよい。また、制御コンピュータ８内のＣＰＵ８ａによって電気的に切り換えられるスイッチ１１，１５に代え、手動切換用のスイッチを用いて装置１を構成しても構わない。
【００４１】
・形状が平面的な被検査部位としては、必ずしもボールパッド４に限られず、例えばプリント配線板２の表面に形成された配線パターン等であってもよい。
・被検査部位は必ずしも光沢を有するもののみに限定されることはなく、交代の少ないものまたは無いものであってもよい。
【００４２】
・被検査体は実施形態にて示したようなプリント配線板２に限定されることはなく、端子部等を備えるそれ以外の電子部品であってもよい。さらには、電子部品以外のものを被検査体とすることも勿論可能である。
【００４３】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
（１）請求項１において、前記両被検査部位は、ともに光沢のある金属材料からなること。
【００４４】
（２）請求項１において、前記両被検査部位は、ともに光沢のある金属材料からなる端子部であること。
（３）請求項１において、前記切換手段は、前記第１照明をオンオフするための第１スイッチと、前記第２照明をオンオフするための第２スイッチと、それらのスイッチを制御する制御手段と備えること。
【００４５】
（４）請求項１において、前記ハーフミラーを前記反射光の経路上から退避させるためのハーフミラー退避用のアクチュエータを設けたこと。
【００４６】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に記載の発明によれば、汎用性が高くてしかも検査精度に優れた外観検査装置を提供することができる。また、ハーフミラーを反射光の経路上から退避させることが可能なため、ハーフミラーの介在による反射光のロスが解消され、明るくて解像度に優れた鮮明な画像を得ることができる。よって、被検査部位が多数かつ微細なものであっても、その良否を容易にかつ極めて高い精度で検査することができる。
【００４７】
請求項２，３に記載の発明によれば、プリント配線板の外観検査を精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ）は本発明を具体化した一実施形態における外観検査装置の要部を示す概略斜視図。
【図２】（ａ）は実施形態の外観検査装置によるボールの撮像例の図、（ｂ）はそのときの反射強度を示すグラフ。
【図３】（ａ）は実施形態の外観検査装置によるボールパッドの撮像例の図、（ｂ）はそのときの反射強度を示すグラフ。
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、比較例の外観検査装置の要部を示す概略斜視図。
【図５】実施形態及び各比較例の比較結果を示したグラフ。
【符号の説明】
１…外観検査装置、２…被検査体としてのプリント配線板、３…第１の被検査部位としての（はんだ）ボール、４…第２の被検査部位としてのボールパッド、５…撮像手段としてのＣＣＤカメラ、６…第１照明としての低角度リング照明、７…第２照明としての高角度同軸照明、８ａ…切換手段を構成するＣＰＵ、１１…切換手段を構成する第１スイッチ、１５…切換手段を構成する第２スイッチ、１７…ハーフミラー。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an appearance inspection apparatus for inspecting the quality of a region to be inspected by processing an image of an object to be inspected obtained by an imaging means, and a method for inspecting a printed wiring board using the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a package called a so-called BGA (Ball Grid Array), which is formed by bonding a large number of conductive balls to pads formed on the surface of a printed wiring board for semiconductor mounting, is well known. This type of package has a demand for higher density, higher functionality, finer and more terminals, and therefore the number of conductive balls as external connection terminals tends to increase year by year. Therefore, it can be said that efficiently inspecting the quality of the conductive ball at the time of manufacturing the package is a very important issue in improving the productivity. Recently, an appearance inspection using an image processing technique has been carried out in place of the conventional visual inspection.
[0003]
An appearance inspection apparatus that performs such an appearance inspection includes a CCD camera that captures an image of a solder ball that is a region to be inspected, and a low-angle ring illumination that irradiates light on a printed wiring board. In such an apparatus, the image obtained by the CCD camera is processed to check the quality of the solder ball shape and the like. More specifically, for example, the presence / absence of misalignment, the presence / absence of scratches or dents, the presence / absence of size variation, and the like are inspected.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional appearance inspection apparatus is effective for inspecting a conductive ball having a three-dimensional shape, but is not suitable for inspecting a region to be inspected having a different shape. For example, when the apparatus is used as it is for the inspection of a ball pad having a planar shape, there is a drawback that the inspection accuracy is lowered, and the versatility of the apparatus is poor. Therefore, there has been a problem that a visual inspection apparatus dedicated to ball pad inspection has to be purchased separately.
[0005]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an appearance inspection apparatus having high versatility and excellent inspection accuracy.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The inventor of the present application conducted intensive research to solve the above-mentioned problems. At first, paying attention to the form of illumination used in the apparatus, the illumination suitable for it changes when the shape property of the region to be inspected changes. I got new knowledge. In addition, it was also found that only one type of illumination is not sufficient when the shape of the region to be inspected is greatly different. Therefore, the inventor of the present application has further developed this based on the above knowledge, and finally came up with the following invention.
[0007]
That is, in order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 includes an imaging unit that images a region to be inspected on the surface of the object to be inspected, and illumination that irradiates light to the region to be inspected. In an appearance inspection apparatus that processes an image obtained by the imaging unit to inspect the quality of the inspected part, a first illumination that is a low-angle ring illumination, and a position farther from the object to be inspected than the first illumination high angle and a second illumination high irradiation angle is coaxial illumination, the two illumination and a switching means for selectively switching according to the shape properties of the examination site, the second illumination flop rhythm in When, reflecting the half mirror disposed on the slope on the same prism, and a reflection mirror disposed in a vertical plane of the prism, the horizontal direction of the incident light from the light source transmitted through the half mirror by the reflection mirror And again Returning to the mirror side, the reflected light from the reflecting mirror is reflected by 90 ° to be directed toward the inspected object side, and the reflected light from the inspected object is transmitted through the prism and the half mirror to the imaging means side. The half mirror is configured to be retractable from the reflected light path by being driven from the upper slope position of the prism to the obliquely upper position of the prism via the drive means connected to the switching means. In the state where only the first illumination is activated , the gist of the appearance inspection apparatus is characterized in that the half mirror is moved to the retracted position .
[0010]
In the invention according to claim 2, claim together using an appearance inspection apparatus according to 1, it examines the second examination site with the second illumination only by operating on the printed wiring board, the first What is claimed is: 1. A printed wiring board visual inspection method comprising: actuating only illumination to inspect a first inspected part having a three-dimensional shape than the second inspected part on the printed wiring board; The gist.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect , the first inspected portion is a ball for external connection, and the second inspected portion is a ball pad to which the ball is joined. .
[0012]
The “action” of the present invention will be described below.
According to the first to third aspects of the invention, the inspection can be performed by selectively switching the two types of illumination by the switching means. Further, in the case of an inspection site having a flat shape, the amount of light reflected toward the imaging means increases when light is irradiated from illumination with a high illumination angle. Therefore, by operating only the first illumination, it is possible to accurately inspect the quality of a three-dimensional inspected part (for example, a ball for external connection). Further, by operating only the second illumination, it is possible to accurately inspect the quality of another part to be inspected (for example, a ball pad) having a flat shape. In addition, according to the present invention, since two types of inspected parts having different shape properties can be inspected with one apparatus, a highly versatile appearance inspection apparatus can be provided.
[0013]
According to the first aspect of the invention, since the half mirror can be retracted from the reflected light path, the loss of reflected light due to the half mirror is eliminated, and the image is bright and clear with excellent resolution. An image can be obtained. Therefore, even if there are many parts to be inspected and are fine, it is possible to inspect the quality easily and with extremely high accuracy.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an appearance inspection apparatus 1 according to an embodiment of the present invention and an appearance inspection method for a printed wiring board 2 using the same will be described in detail with reference to FIGS.
[0015]
As shown in FIG. 1, an appearance inspection apparatus 1 according to the present embodiment includes two types of test sites (a solder ball 3 and a ball to which the solder ball is bonded) on the surface of a printed wiring board 2 that is a test object. This is for automatically inspecting the quality of the pad 4). That is, the printed wiring board 2 constitutes an E-BGA type package. The appearance inspection apparatus 1 includes a CCD camera 5 as an imaging unit, a low-angle ring illumination 6 as a first illumination, a high-angle coaxial illumination 7 as a second illumination, a control computer 8, and an XYZ table 9. And a support frame (not shown).
[0016]
The CCD camera 5 is supported by the frame with the lens 5a facing downward. The optical axis of the CCD camera 5 is parallel to the vertical direction of the printed wiring board 2. The CCD camera 5 is electrically connected to the control computer 8. Therefore, the image data signal obtained by the CCD camera 5 is taken into the CPU 8a in the control computer 8 and processed there based on a predetermined program.
[0017]
The XYZ table 9 is installed below the CCD camera 5. On this table 9, the printed wiring board 2 which is a to-be-inspected object is mounted. The table 9 is appropriately moved in a predetermined direction to adjust the imaging position, the focus, and the like. The printed wiring board 2 may be fixed to the table 9 side, for example, by evacuation at this time. Of course, the image pickup position and the like may be adjusted by appropriately moving the CCD camera 5 side.
[0018]
The low-angle ring illumination 6 is an illumination having a ring-shaped light emitter therein, and is supported by the frame so as to be positioned above the printed wiring board 2 and close to the printed wiring board 2. Moreover, light can pass through the center of the low-angle ring illumination 6. The low-angle ring illumination 6 is electrically connected to the control computer 8 via the driving means 10 for the low-angle ring illumination 6. The control computer 8 incorporates a first switch 11 that constitutes a part of the switching means. Specifically, the driving means 10 side and the CPU 8a side are connected via the first switch 11. The first switch 11 is turned on / off by a signal from the CPU 8a which is also a part of the switching means. As a result, the low-angle ring illumination 6 is turned on or off.
[0019]
The high angle coaxial illumination 7 refers to illumination having an irradiation angle higher than that of the low angle ring illumination 6. The lamp 12 as a light source constituting the high angle coaxial illumination 7 is disposed at a position spaced apart on the side of the light reflection unit 13 constituting the high angle coaxial illumination 7. This lamp 12 is electrically connected to the control computer 8 via a driving means 14 for the high-angle coaxial illumination 7. The control computer 8 incorporates a second switch 15 that constitutes a part of the switching means. Specifically, the drive means 14 side and the CPU 8a side are connected via the second switch 15. The second switch 15 is turned on / off by a signal from the CPU 8a. As a result, the lamp 12 is turned on or off, and the high-angle coaxial illumination 7 is substantially switched to the operating state or the operated state.
[0020]
The light reflection unit 13 constituting the high angle coaxial illumination 7 is supported by the frame so as to be farther (higher position) from the printed wiring board 2 than the low angle ring illumination 6. The light reflecting unit 13 is disposed on the axis of the optical axis of the CCD camera 5.
[0021]
The light reflecting unit 13 of this embodiment includes a prism 16, a half mirror 17, a reflecting mirror 18, an actuator 19 for retracting the half mirror, and an actuator driving means 20. The prism 16 is made of a light-transmitting material such as glass, and a reflecting mirror 18 is provided on the vertical surface thereof. The reflecting mirror 18 plays a role of reflecting the light of the lamp 12 which is transmitted through the half mirror 17 and incident from the horizontal direction and returns it to the half mirror 17 side again. The half mirror 17 is a plate-like member made of a light transmissive material having a transmittance of about 50%, and is disposed on the upper slope of the prism 16. Accordingly, the half mirror 17 forms an angle of 45 ° with respect to the horizontal direction. The half mirror 17 reflects the reflected light from the reflecting mirror 90 by 90 ° and directs it toward the printed wiring board 2 side, and transmits the reflected light from the printed wiring board 2 side upward to reach the CCD camera 5 side. It plays a role.
[0022]
The half mirror retracting actuator 19 that supports the half mirror 17 is electrically connected to the control computer 8 via an actuator driving means 20. Accordingly, when a control signal is output from the CPU 8a, the actuator 19 operates via the actuator driving means 20. As a result, the half mirror 17 is driven from the use position (that is, the upper slope position of the prism 16) to the retracted position (that is, a position obliquely above the prism 16 and a position that is off the reflected light path). Yes. For example, a fluid pressure cylinder can be used as the actuator 19. In this case, as the actuator driving means 20, for example, an electromagnetic valve for supplying and discharging the driving fluid to and from the fluid pressure cylinder is used. Of course, instead of a device using fluid pressure, a device using electricity such as a motor may be used as the actuator 19.
[0023]
Now, a method for inspecting the printed wiring board 2 using the appearance inspection apparatus 1 configured as described above will be described.
First, the case where it is desired to inspect the quality of the solder ball 3 will be described. As shown in FIG. 1B, in this case, the first switch 11 is switched to the on state and the second switch 15 is switched to the off state. Accordingly, only the low-angle ring illumination 6 is activated, and the high-angle coaxial illumination 7 is deactivated. The half mirror 17 is moved to the retracted position by driving the actuator 19.
[0024]
The light emitted from the low-angle ring illumination 6 is reflected by the surface of the printed wiring board 2, then passes through the prism 16 and reaches the lens 5 a of the CCD camera 5. As a result, an image as shown in FIG.
[0025]
Here, the solder ball 3 is made of a glossy metal material (that is, solder), while the base material portion around the solder ball 3 is made of a non-glossy resin material. Thus, the reflectance differs between the place where the metal material is present and the place where the metal material is not present. Therefore, in the image of the CCD camera 5, the outline of the solder ball 3 on the printed wiring board 2 appears as an annular bright pattern, and other portions appear as a dark pattern. Therefore, the quality of the solder ball 3 is inspected by performing predetermined image processing based on the shape of the bright and dark image. The graph of FIG. 2B is a chart of the reflection intensity on the A line. According to the chart, it can be seen that the reflection intensity is particularly strong at a portion where the outline of the solder ball 3 is present.
[0026]
Next, a case where it is desired to inspect the quality of the ball pad 4 will be described. As shown in FIG. 1A, in this case, the first switch 11 is switched to the off state and the second switch 15 is switched to the on state. Accordingly, only the high-angle coaxial illumination 7 is activated, and the low-angle ring illumination 6 is deactivated. The half mirror 17 is returned to the use position.
[0027]
The light emitted from the lamp 12 is once transmitted through the half mirror 17 and then reflected by the reflecting mirror 18. The light from the reflecting mirror 18 is reflected by the half mirror 17 and reaches the printed wiring board 2 side. The light is reflected on the surface of the printed wiring board 2 and then passes through the prism 16 and the half mirror 17 to reach the lens 5 a of the CCD camera 5. As a result, an image as shown in FIG.
[0028]
Here, the ball pad 4 is made of a glossy metal material (for example, copper, aluminum, gold, etc.), while the portion of the base material around it is made of a non-glossy resin material. Thus, the reflectance differs between the place where the metal material is present and the place where the metal material is not present. Therefore, in the image of the CCD camera 5, the ball pad 4 on the printed wiring board 2 appears as a circular bright pattern, and other portions appear as a dark pattern. Therefore, the quality of the ball pad 4 is inspected by performing predetermined image processing based on the shape of the bright and dark image. The graph of FIG. 3B is a chart of the reflection intensity on the B line. According to the chart, it can be seen that the reflection intensity is particularly strong at a certain portion of the ball pad 4.
[0029]
Here, as a comparative example with respect to the present embodiment, three types of appearance inspection apparatuses having different illumination forms as shown in FIG. 4 were prepared. The appearance inspection apparatus of Comparative Example 1 includes only the low-angle ring illumination 6 (see FIG. 4A). The appearance inspection apparatus of Comparative Example 2 includes the low-angle ring illumination 6 and the high-angle coaxial illumination 7, but does not include a switching unit that selectively switches both the illuminations 6 and 7 (see FIG. 4B). . Therefore, in the comparative example 2, the light which blended both the illuminations 6 and 7 is irradiated. The comparative example 2 does not include the half mirror retracting actuator 19 and the actuator driving means 20. The appearance inspection apparatus of Comparative Example 3 includes a high-angle ring illumination 21 and a light diffusion plate 22 in addition to the low-angle ring illumination 6 (see FIG. 4C).
[0030]
And while performing the external appearance inspection as follows using these 4 types of external appearance inspection apparatuses 1, it compared about the obtained result (refer the table | surface of FIG. 5). Here, 22 non-defective samples were prepared, 7 samples were misaligned on the solder balls 3, and 7 samples were damaged on the solder balls 3. Then, based on the determination result (“OK” or “NG”) by the image processing, the defect detection rate and the over-inspection rate were calculated.
[0031]
In the embodiment, the defect detection rate and over-inspection rate for non-defective products, ball deviation and ball scratches were 0%, 100%, and 100%, respectively, and it was found that the detection accuracy was extremely excellent. In addition, when quality inspections such as the size and displacement of the ball pad 4 were performed in the same manner, it was found that there was no particular problem with this and the detection accuracy was extremely excellent.
[0032]
Also in Comparative Example 1, the defect detection rate and over-inspection rate for non-defective products, ball displacement and ball scratches were 0%, 100%, and 100%, respectively, indicating that the detection accuracy was extremely excellent. However, when the quality inspection of the size and displacement of the ball pad 4 was performed in the same manner, in this case, the false detection rate increased and the detection accuracy tended to decrease. Therefore, it was concluded that the low-angle ring illumination 6 was not suitable for the inspection of the ball pad 4 having a flat shape.
[0033]
In Comparative Example 2, the defect detection rate and over-inspection rate for non-defective products, ball displacement and ball scratches were 9%, 100% and 71%, respectively, which were clearly inferior in detection accuracy compared to the embodiment.
[0034]
In Comparative Example 3, the defect detection rate and over-inspection rate for good products, ball slippage and ball scratches were 36%, 100% and 100%, respectively, which were clearly inferior in detection accuracy compared to the embodiment.
[0035]
Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The appearance inspection apparatus 1 according to this embodiment includes a low-angle ring illumination 6 that is a first illumination, a high-angle coaxial illumination 7 having a higher irradiation angle, and both illuminations 6 and 7 in the shape of a region to be examined. Switching means for selectively switching according to the physical properties. Therefore, it is possible to perform an appearance inspection by selectively switching the two types of illuminations 6 and 7 appropriately by the switching means. When the ball pad 4 having a flat shape is inspected, the amount of light reflected toward the CCD camera 5 increases when light is irradiated from the high-angle coaxial illumination 7. Therefore, the quality of the solder ball 3 can be accurately inspected by operating only the low-angle ring illumination 6. On the other hand, the quality of the ball pad 4 can be accurately inspected by operating only the high-angle coaxial illumination 7.
[0036]
Moreover, according to this embodiment, it becomes possible to test | inspect two types of to-be-tested parts from which a shape property differs with the one external appearance inspection apparatus 1. FIG. For this reason, it can be set as the highly versatile appearance inspection apparatus 1. That is, since the appearance inspection apparatus 1 can be diverted, investment in the package production facility can be reduced, and as a result, the price of the package can be reduced.
[0037]
(2) The high-angle coaxial illumination 7 in the appearance inspection apparatus 1 reflects incident light from the lamp 12 in the direction of the printed wiring board 2 and transmits reflected light from the printed wiring board 2 to the CCD camera 5 side. A half mirror 17 is provided. The half mirror 17 can be moved between two positions by an actuator 19 and actuator driving means 20 for retracting the half mirror. Therefore, the half mirror 17 can be retracted from the reflected light path as necessary. For this reason, the loss of reflected light due to the intervention of the half mirror 17 is eliminated, and a bright and clear image with excellent resolution can be obtained. Therefore, even if the solder balls 3 and the ball pads 4 are many and fine, the quality can be easily inspected with extremely high accuracy.
[0038]
(3) The appearance inspection apparatus 1 includes a first switch 11 for turning on / off the low-angle ring illumination 6, a second switch 15 for turning on / off the high-angle coaxial illumination 7, and a CPU 8 a that controls the switches 11, 15. Switching means is provided. For this reason, it is possible to easily and reliably switch between the two illuminations 6 and 7 according to the shape property of the region to be inspected.
[0039]
In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
The part to be inspected in three dimensions is not necessarily limited to the solder ball 3, but may be a ball made of a conductive metal other than solder, such as a gold ball. Further, not only the ball-shaped (completely spherical) terminal portion but also, for example, an incompletely spherical (hemispherical) terminal portion may be used as the part to be inspected. Furthermore, a three-dimensional structure other than the terminal part, for example, a mushroom-shaped bump or the like, a terminal pin, or the like, can be used as a part to be inspected.
[0040]
-Switching means is not limited to what consists of 1st switch 11, 2nd switch 15, and CPU8a, For example, you may use one switch which integrated both switches 11 and 15. FIG. Further, instead of the switches 11 and 15 that are electrically switched by the CPU 8a in the control computer 8, the device 1 may be configured using a manual switching switch.
[0041]
The inspected portion having a planar shape is not necessarily limited to the ball pad 4 and may be, for example, a wiring pattern formed on the surface of the printed wiring board 2.
-The region to be inspected is not necessarily limited to a glossy one, and may be one with little or no alternation.
[0042]
-A to-be-inspected object is not limited to the printed wiring board 2 as shown in embodiment, Other electronic components provided with a terminal part etc. may be sufficient. Furthermore, it is of course possible to use an object other than an electronic component as an object to be inspected.
[0043]
Next, in addition to the technical ideas described in the claims, the technical ideas grasped by the embodiment described above are listed below.
(1) Oite to claim 1, wherein both the examination site may be made of a metal material both shiny.
[0044]
(2) It Oite to claim 1, wherein both the examination site is a terminal portion made of a metal material both shiny.
(3) Oite to claim 1, wherein the switching means, wherein a first switch for turning on and off the first illumination and a second switch for turning on and off the second illumination control for controlling these switches With means.
[0045]
(4) In Claim 1 , an actuator for retracting the half mirror is provided for retracting the half mirror from the path of the reflected light.
[0046]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the first aspect of the present invention, it is possible to provide an appearance inspection apparatus that is highly versatile and excellent in inspection accuracy. Moreover, since the half mirror can be retracted from the path of the reflected light, the loss of reflected light due to the half mirror is eliminated, and a bright image with excellent resolution can be obtained. Therefore, even if there are many parts to be inspected and are fine, it is possible to inspect the quality easily and with extremely high accuracy.
[0047]
According to invention of Claim 2 , 3 , the external appearance inspection of a printed wiring board can be performed accurately.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are schematic perspective views showing a main part of an appearance inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a diagram of an example of imaging a ball by the appearance inspection apparatus according to the embodiment, and FIG. 2B is a graph showing the reflection intensity at that time.
FIG. 3A is a diagram of an example of imaging a ball pad by the appearance inspection apparatus according to the embodiment, and FIG. 3B is a graph showing the reflection intensity at that time.
FIGS. 4A, 4B, and 4C are schematic perspective views illustrating a main part of an appearance inspection apparatus according to a comparative example.
FIG. 5 is a graph showing a comparison result between the embodiment and each comparative example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Appearance inspection apparatus, 2 ... Printed wiring board as a to-be-inspected object, 3 ... (solder) ball | bowl as 1st to-be-inspected part, 4 ... Ball pad as 2nd to-be-inspected part, 5 ... As imaging means CCD camera, 6 ... low angle ring illumination as first illumination, 7 ... high angle coaxial illumination as second illumination, 8a ... CPU constituting switching means, 11 ... first switch constituting switching means, 15 ... Second switch constituting switching means, 17... Half mirror.

Claims

An imaging means for imaging a region to be inspected on the surface of the object to be inspected, and an illumination for irradiating light to the region to be inspected, and processing the image obtained by the imaging means to inspect the quality of the region to be inspected In the appearance inspection device to
A first illumination that is a low-angle ring illumination; a second illumination that is a high-angle coaxial illumination that is farther from the object to be inspected than the first illumination; Switching means for selectively switching according to the shape property,
The second illumination, and flop rhythm, a half mirror disposed on the slope on the same prism, and a reflection mirror disposed in a vertical plane of the prism, the horizontal direction from the light source transmitted through the half mirror The incident light is reflected by the reflecting mirror and returned to the half mirror side again, the reflected light from the reflecting mirror is reflected by 90 ° and directed to the inspected object side, and the reflected light from the inspected object is reflected. The prism and the half mirror are configured to pass through to the imaging means side, and the half mirror is driven from the upper slope position of the prism to the obliquely upper position of the prism via the drive means connected to the switching means. provided so as to be retracted from the path of the reflected light by Rukoto, visual inspection in the state in which only the first illumination is activated, the half mirror, characterized in that it is moved to the retracted position Location.

The visual inspection apparatus according to claim 1 is used, only the second illumination is operated to inspect a second inspection site on the printed wiring board, and only the first illumination is operated to activate the printed wiring. A method for inspecting an appearance of a printed wiring board, comprising: inspecting a first inspected part having a three-dimensional shape as compared to the second inspected part on the board.

The external appearance of the printed wiring board according to claim 2 , wherein the first part to be inspected is a ball for external connection, and the second part to be inspected is a ball pad to which the ball is joined. Inspection method.