JP2003504607A

JP2003504607A - 電子部品の三次元検査装置及び方法

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Publication number: JP2003504607A
Application number: JP2001509934A
Authority: JP
Inventors: ディヴィッドピーモーク
Original assignee: ビーティエルウィンエム
Priority date: 1999-07-13
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2003-02-04
Also published as: WO2001004567A2; WO2001004567A3; ATE322665T1; EP1218688B1; EP1218688A2; EP1218688A4; DE60027175D1

Abstract

(57)【要約】【課題】測定の正確と速度を改良し、全ての大きさ及びピッチのボール格子配列を測定する能力、さらに単一のシステムでガルウイング及びＪリード部分を含む他の装置を測定する能力を改良した電子部品の三次元検査装置を提供する。【解決手段】電子部品（１０４０）の三次元検査装置であり、電子部品（１０４０）の第１光景（１０４６）の映像を取るためのカメラ（１００８）と照明器（１０１７）とを有する。光学要素（１００２）が電子部品（１０４０）の異なる光景（１０４８）を反射してカメラ（１００８）へ入れるために配置されていて、そして電子部品（１０４０）の異なる光景を有する電子部品の映像（１０４４）を与える。映像プロセッサ（１３）は電子部品の少なくとも一部の三次元位置を計算するために異なる光景に対して計算を適用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】関連出願の相互参照本願は、１９９８年１月１６日に出願された係続中の米国特許出願番号０９／
００８，２４３号、発明の名称「電子部品の三次元検査装置及び方法」の一部継
続出願である。

【０００２】著作権に関する注記本特許開示書類の一部は著作権保護を受けるものを含む。著作権所有者はいか
なる人による特許商標庁の特許ファイル及び記録に表されるような特許開示のフ
ァクシミリな複製について異議を有さないが、それ以外はどんなことでも全ての
著作権を留保する。

【０００３】発明の分野本発明は、三次元検査装置及び方法に関し、より詳細には、ウェハ及びダイ上
のハンダ・バンプ及びボール格子配列上のハンダ・ボールの三次元検査装置及び
方法と較正方法に関する。

【０００４】発明の背景従来の三次元検査システムはレーザ距離測定技術、モアレ干渉計、構造化光パ
ターン、又は、２つのカメラを含む。レーザ距離測定方法は、収束されたレーザ
・ビームをボール格子配列、ＢＧＡ、上に指向させて、センサーで反射ビームを
検出する。ＢＧＡのエレメントは、三角測量法を使用してＸ、Ｙ、Ｚの寸法が決
定される。この方法はＢＧＡの寸法を決定するために多数の測定サンプルを必要
とし、より長い検査時間を要する。この方法はまたハンダ・ボールの滑らかな表
面からの鏡反射の影響を受けて、誤ったデータを生ずる。

【０００５】モアレ干渉計は、ＢＧＡの表面上に暗い輪郭パターンを発生するために回折格
子により生成された光波の干渉を利用する。これら輪郭は回折格子からのＺ次元
において知られた距離である。ＢＧＡ上の一つの点からＢＧＡ上の別の点までの
輪郭の数を計算することにより、二つの点間のＺ次元の距離が決定できる。この
方法は、低コントラスト輪郭線の問題をこうむり、輪郭の数の計算を誤り、誤っ
たデータを生ずる。この方法はまた、ＢＧＡ上のボールの側などの急な傾斜の表
面において融合する輪郭線の問題をこうむり、輪郭の数の計算が不正確となり、
誤ったデータを生ずる。

【０００６】構造化光システムは、検査されるべき部分に正確な光のバンドを投影する。直
線からの光バンドの逸脱が参照表面からの距離に比例する。光バンドは部分を横
断して移動されるか、代替的に、部分は光バンドに対して部分を移動して、連続
的な映像を得る。光バンドの最大の逸脱はボールの最大高さを示す。この方法は
光バンドの高収束の性質に起因した鏡反射の影響を受けて、誤ったデータを生ず
る。この方法はさらに必要とする映像の数に起因して増加した検査時間の問題を
有する。

【０００７】２つのカメラ・システムは、一台のカメラがＸ及びＹ次元を決定するために垂
直方向にＢＧＡ装置を見るために使用し、２番目のカメラが角度を持ってボール
の遠端を見るために使用する。２つの映像は三角測量法を使用してＺ次元の各ボ
ールの見かけの高さを決定するために結合される。この方法は第２のカメラから
のボールを見るより高い角度を必要とする問題を有し、細かいピッチを有するＢ
ＧＡのボールの頂点の実質的に下の点を見るという結果を生ずる。この方法はま
た２番目のカメラについての焦点深度の限界の問題を有し、検査できるＢＧＡの
大きさに制限を有する。このシステムはＢＧＡの検査のみができ、ガルウイング
とＪリード装置などの他の装置を検査できない。

【０００８】従来技術は、より大きなＢＧＡの検査を可能にする２つの分離した反対側の光
景、又は、側方透視光景において隣接ボール映像間の分離を強調するための非線
形光学を提供しない。

【０００９】従って、本発明の動機は、測定の正確さ、測定の速度、全ての大きさ及びピッ
チのＢＧＡを測定する能力、及び、単一のシステムでガルウイング及びＪリード
部分を含む他の装置を測定する能力を改良することである。

【００１０】発明の開示本発明は、較正透明レチクル上に堆積されたドット・パターンを有する正確な
パターン・マスクを使用して較正される電子部品の三次元検査装置を提供し、こ
の電子部品の三次元検査装置は、電子部品の映像のためのカメラと照射器とを含
み、カメラは電子部品の第１の光景を得るために置かれ、電子部品の異なる光景
をカメラへ反射するために光反射手段が置かれ、カメラは電子部品の異なる光景
を有する電子部品の映像を与え、そして電子部品の少なくとも一部分の三次元位
置を計算するために映像の異なる光景に計算を適用する電子部品の映像を映像処
理する手段を有する。

【００１１】本発明はさらにリング光源を含む。光反射手段はさらに、鏡、プリズム、又は
曲面鏡を含むことができる。電子部品は、ボール格子配列、ウェハ上のボール、
又は、ダイ上のボールである。

【００１２】映像手段は、映像をフレーム獲得ボードへ送る。フレーム獲得ボードは、部品
の三次元検査を実行するために映像データ出力をプロセッサに与える。

【００１３】この装置は、さらに第２映像を一次元に拡大するための非線形光学要素を含む
。この装置において、側方透視光景の焦点の最大深さは、１つの透視光景が電子
部品の一部を映像し、そして第２の透視光景が電子部品の第２部分を映像するこ
とにより、より大きな電子部品を検査するために固定焦点システムを可能にする
。また、この装置において、側方透視光景はボールの中心行を含む電子部品領域
を含む。さらに、電子部品上の全てのボールは焦点内にあり、各ボールに対して
２つの透視光景を生ずる。

【００１４】本発明は、ガルウイング及びＪリード部品を検査するための手段を含む。本発明はさらに部品上のリードの三次元検査のための方法を提供する。この方
法は、リードの映像を受けるためにカメラを使用し、リードの映像をフレーム獲
得器へ送信し、リードの側方透視光景を得るために固定の光学要素を提供し、リ
ードの側方透視光景をフレーム獲得器へ送信し、カメラから映像のピクセル値を
獲得するためにフレーム獲得器へ命令を送るためにプロセッサを操作し、そして
、リードの三次元位置を計算するためにプロセッサによりピクセル値を処理する
各ステップを含む。状態値は部品自身から決定されてもよい。

【００１５】リードは、曲がった表面リード、ボール、ボール格子配列、形成されたワイヤ
、スタンプされた金属フォーム、又は、２つの離れた方向から映像をとることの
できる同様の対象である。

【００１６】プロセッサは、部品の四つの側の点を見付けることにより世界Ｘ及びＹ座標系
に対する部品の回転、Ｘ位置及びＹ位置を見付けるためにピクセル値を処理する
。

【００１７】本発明はさらに、理想部品に対する測定値を含む部品定義ファイルを使用し、
部品定義ファイル及びＸ位置及びＹ位置からの測定値を使用して底面光景に対す
る部品の書くリードについての予想される位置を計算するステップを提供する。

【００１８】本発明はさらに、リードを探すために映像データ上に探索手続を使用するステ
ップを提供する。

【００１９】本発明はさらに、ピクセル内でリード中心位置及びリード直径を決定し、そし
てメモリ内のリード中心位置及びリード直径を記憶するステップを提供する。

【００２０】本発明はさらに、較正からの各側方光景の既知の位置を使用して映像内の両側
方透視光景内の各リードの中心の予想される位置を計算するステップを提供する
。

【００２１】本発明はさらに、各リード上の参照点を見付けるためにサブ・ピクセル端検出
方法を使用するステップを提供する。

【００２２】本発明はさらに、世界位置が較正中に定義された世界座標系に関してリードの
物理位置を表すという較正中に決定されたパラメータとピクセル値を使用するこ
とにより、ピクセル値を世界位置に変換するステップを提供する。

【００２３】本発明はさらに、底面光景からのリードの中心の位置を側方透視光景からの同
じリードの参照点と組合せることにより、ピクセル値において世界座標系内の各
リードのＺ高さを計算することを提供する。

【００２４】本発明はさらに、理想部品に対する部品座標系を定義するために回転、Ｘ位置
及びＹ位置を使用して世界値を部品値に変換するステップを提供する。ここで、
部品値とはリード直径、Ｘ部品及びＹ部品座標系におけるリード中心、及びＺ世
界座標系におけるリード高さを含むリードの物理的寸法を表す。

【００２５】本発明はさらに、理想位置からリードの中心の逸脱を表す逸脱値を計算するた
めに、部品ファイル内に定義された理想値を比較するステップを提供する。逸脱
値は、Ｘ位置及びＹ位置に関するいくつかの方向のリード直径、Ｘ方向、Ｙ方向
及び径方向のリード中心、Ｘ方向及びＹ方向のリード・ピッチ及び失われた及び
変形したリードを含む。本発明はさらに、Ｚ世界データに基づいてシーテイング
（着席）平面に関してリードのＺ寸法を計算するステップを含む。

【００２６】本発明はさらに、リード検索結果を提供するために部品定義ファイル内に定義
されるような理想部品に関する所定の許容値に対して逸脱値を比較するステップ
を提供する。

【００２７】以下、本発明を好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。発明の好ましい実施の形態の詳細な説明本発明の１つの実施の形態において、ここで開示される方法及び装置は較正レ
チクルの底面上に既知の大きさと間隔の較正ドットのパターンを置くことにより
システムを較正する方法及び装置である。正確ドットからシステムの欠いた状態
値が決定されてダイ上のボール又はウェハ上のボール又はボール格子配列、ＢＧ
Ａ、上のボールの三次元検査を可能にする。本発明の１つの実施の形態では、シ
ステムはまたボール格子配列と同様にガルウイングとＪリード線も検査できる。

【００２８】図１Ａを参照すると、システムの状態値を較正する際に使用される較正レチク
ルと共に較正された本発明の装置が示されている。装置は較正レチクル２０の底
映像５０として知られているものを得る。底映像５０を得るために、装置はレン
ズ１１を持ったカメラ１０と底表面に較正パターン２２を持った較正レチクル２
０を含む。レチクル２０上の較正パターン２２は、正確ドット２２を含む。カメ
ラ１０は、図１Ｂに一緒に描かれた映像５０を受取るために較正レチクル２０の
中心部分の下に置かれる。１つの実施の形態では、カメラ１０は映像センサーを
含む。映像センサーは電荷結合装置配列であってよい。カメラ１０は映像５０を
得るためにフレーム獲得ボード１２に接続されている。フレーム獲得ボード１２
は、図２Ａと一緒に説明されるように二次元較正を実行するためにプロセッサ１
３へ映像データ出力を与える。プロセッサ１３は、メモリ１４内に映像を記憶す
る。本発明の装置は一対の側方透視光景を獲得し、そしてレンズ１６及び較正レ
チクル２０を持ったカメラ１５を使用することを含む。カメラ１５は、図１Ｂと
一緒に説明される一対の側方透視光景を含む映像６０を受取るために配置される
。固定の光学要素３０、３２及び３８は第１側方透視光景を与え、固定光学要素
３４、３６及び３８は第２側方透視光景を与える。固定光学要素は３０、３２、
３４、３６及び３８は鏡又はプリズムである。当業者には理解されるように、追
加の光学要素を組入れることができる。カメラ１５は映像６０を受けるフレーム
獲得ボード１７へ接続されている。フレーム獲得ボード１７は図２Ｂと一緒に説
明されるような二次元検査を実行するためにプロセッサ１３へ映像データ出力を
与える。プロセッサ１３はメモリ１４内に映像を記憶できる。本発明の１つの実
施の形態では、装置は図８Ａに示されるように一次元に側方透視光景６０を拡大
するために非線形光学要素３９を含むことができる。本発明の別の実施の形態で
は、光学要素３８は非線形要素であってよい。非線形光学要素３８及び３９は曲
面鏡又はレンズであってよい。

【００２９】図１Ｂは、システムにより得られたカメラ１５からの映像の一例６０と、カメ
ラ１０からの映像の一例５０を示す。ドット・パターン２２の底光景の映像５０
は、カメラ１０により得られたドット５２を示す。ドット・パターンは、既知の
寸法と間隔の正確ドット２４を含む。正確ドット２４は、較正レチクルの底表面
上に配置される。映像６０はドット・パターン２２の２つの側方透視光景を示す
。映像６０内の第１側方透視光景はドット２４の映像６２を含み、そして較正レ
チクル・ドット・パターン２２の映像が固定光学要素３０、３２及び３８により
反射されてカメラ１５内に入ることにより得られる。映像６０内の第２側方透視
光景はドット２４の映像６６を含み、そして較正レチクル・ドット・パターン２
２の映像が固定光学要素３４、３６及び３８により反射されてカメラ１５内に入
ることにより得られる。

【００３０】光学要素３６は、第２側方透視光景の光学経路長が第１側方透視光景の光学経
路長と等しくなるように調節するために配置される。当業者には理解されるよう
に、どんな数の透視光景も本発明により使用できる。本発明の１つの実施の形態
では、側方透視光景の焦点の最大深さは中心列のドットを含むレチクルの領域を
含む。これは固定焦点システムが、１つの透視光景で部品の半分を映像し、第２
の透視光景で部品の他半分を映像することでより大きな部品を検査することを可
能にする。

【００３１】図２Ａは、システムの底光景の較正のためのフローチャートである。方法は、
ステップ１０１で、既知の寸法と間隔の正確ドット２４から構成されるドット・
パターン２２を含む底表面を有する透明なレチクル２０を与えることにより開始
する。方法はステップ１０２で、映像５０を受取るための透明レチクル２０の下
に配置されたカメラ１０を設ける。ステップ１０３で、プロセッサ１３はカメラ
１０からのピクセル値から構成される映像５０を得るためにフレーム獲得器１２
へ命令を送る。そして方法はステップ１０４へ進み、プロセッサ１３でピクセル
値を処理する。

【００３２】図２Ｂは、システムの底光景の状態値を決定するためのフローチャートを示す
。ステップ１１１で、方法が較正ドット２４に対応した映像５０内のドット５２
を見付けることにより開始する。プロセッサは周知のグレイスケール方法を使用
したサブ・ピクセル値の映像５０内で見える各ドットに対する寸法と位置を見付
け、そしてこれらの値をメモリ１４内に記憶する。これらの結果をメモリ内に記
憶された既知の値と比較することにより、プロセッサはステップ１１２及び１１
３で底較正のために欠けた状態値を計算する。ステップ１１２で、プロセッサ１
３はレンズ１１の光学歪とドット・パターン２２に関するカメラ・ロール角度を
計算する。ステップ１１３で、ドット５２のサブ・ピクセル・データを正確ドッ
ト・パターン２２の既知の寸法と比較することによりピクセル幅とピクセル高さ
を計算する。ピクセル・アスペクト比は、ピクセル幅とピクセル高さから決定で
きる。ステップ１１４で、プロセッサは正確ドット・パターン２２の映像５０か
らＸ及びＹ世界座標系とＺ＝０平面とを定義する。そして、プロセッサはこれら
の結果をメモリ内に記憶する。これらの結果はピクセル値を世界値に変換するた
めに解析の際に使用される変換ファクターを与える。

【００３３】図２Ｃは、システムの側方透視光景の較正のためのフローチャートを示す。こ
の方法は、ステップ１２１で、既知の寸法と間隔の正確ドット２４から構成され
るドット・パターン２２を含む底表面を有する透明レチクル２０を与えることに
より開始される。この方法はステップ１２２で、カメラ１５にドット・パターン
２２の２つの透視映像を反射するために固定光学要素３０、３２、３４、３６及
び３８を設ける。ステップ１２３で方法は、映像６０を受取るために配置された
カメラ１５を設ける。ステップ１２４において、プロセッサ１３はカメラ１５か
らピクセル値により構成される映像６０を獲得するためにフレーム獲得器１２へ
命令を送る。そして方法はステップ１２５へ進み、プロセッサ１３によりピクセ
ル値を処理する。

【００３４】図２Ｄは、システムの側方透視光景の状態値を決定するためのフローチャート
を示す。この方法はステップ１３１で、較正ドット２４に対応した映像６０中の
ドット６２を見付けることにより開始する。プロセッサはサブ・ピクセル値の第
１側方透視光景に対する映像６０内でドット６２のグループを構成する見える各
ドットに対する寸法と位置を見付け、そして、これらの値をメモリ１４内に記憶
する。これらの結果をメモリ内に記憶された既知の値と比較することにより、プ
ロセッサはステップ１３２及び１３３でドット６２のグループから構成される側
方透視光景に対する欠けた状態値を計算する。ステップ１３２で、プロセッサ１
３はレンズ１６の光学歪及びドット・パターン２２に関するカメラ・ロール角度
を計算する。ステップ１３３において、プロセッサ１３はドット６２のサブピク
セル・データを正確ドット２４の既知の寸法と比較することによりピクセル幅及
び高さを計算する。ピクセル・アスペクト比はピクセル幅とピクセル高さから決
定される。ステップ１３４において、プロセッサがドット・パターン２２の映像
６０内のドット６２からＸ及びＹ世界座標系とＺ＝０平面を定義する。そして、
プロセッサはこれらの結果をメモリ内に記憶する。これらの結果はピクセル値を
世界値に変換するために解析の際に使用される変換ファクターを与える。ステッ
プ１３５で、本発明の方法は側方光景角度を計算する。ステップ１３６で、この
方法は映像６０内のドット６６を使用する第２側方透視光景に対して繰返される
。

【００３５】図２Ｅは透視寸法と非透視寸法の比に対する側方透視角度の関係を示す。点１
８１を定義する光線１７１、１７２及び１７３は点１８２を定義する光線１７４
、１７５及び１７６と平行である。点１８１及び点１８２は平面１８０と平行な
平面１７０上に存在する。光線１７５及び光線１７６の交差は点１８６を定義す
る。光線１７３及び光線１７２の交差は点１８７を定義する。光線１７４及び光
線１７２の交差は点１８３を定義する。角度Ｄで平面１８０と交差する反射平面
１７９は光線１７２及び光線１７５及び反射法則により定義される。光線１７２
及び光線１７５は平面１７０と角度１７７で交差する。

【００３６】図２Ｅを参照すると、以下が理解できる。

【数１】代入すると、

【数２】

【００３７】図２Ｆは、図２Ｅに示されるようなシステムの側方透視光景角度１７７を決定
するための方法に使用される正確ドットの底光景及び側方透視光景を示す。前述
した較正方法から既知の間隔と寸法の正確ドット２０１、２０２及び２０３から
構成された底光景映像２００は、側方透視光景角度１７７を決定するための参照
を与えるのに使用することのできる。値Ｄ_H及びＤ_Bは底光景較正から知ることが
できる。前述の較正方法から既知の間隔及び高さＤ_s及びＤ_hの底光景ドット２０
１、２０２及び２０３にそれぞれ対応した正確ドット２１１、２１２及び２１３
から構成される側方透視光景映像２１０は、側方光景透視角度を決定するのに使
用できる。底映像２００及び側方透視映像２１０からの比（Ｄ_h／Ｄ_H）は、以下
の通り、Ｄ_Bを側方透視光景の同じ単位で較正するために底光景において使用で
きる：Ｄ_Bcal＝Ｄ_B（Ｄ_h／Ｄ_H）

【００３８】前述した側方透視光景角度１７７についての式に代入すると以下を得る。

【数３】

【００３９】図３Ａは、ボール格子配列のボールの三次元検査のための本発明の装置を示す
。本発明の装置は検査されるべき部品７０を含む。装置はさらに図３Ｂと一緒に
説明される部品７０の底映像８０を受取るために部品７０の中心領域の下に配置
されたレンズ１１を持つカメラ１０を含む。カメラ１０は映像８０を受取るため
のフレーム獲得ボード１２に接続されている。フレーム獲得ボード１２は図３Ａ
と一緒に説明されるような二次元検査を実行するためにプロセッサ１３へ映像デ
ータ出力を与える。プロセッサ１３はメモリ１４内に映像を記憶できる。本発明
の装置はカメラ１５及びレンズ１６により一対の側方透視光景の映像を得る。カ
メラ１５は、図３Ｂと一緒に説明される一対の側方透視光景を含む映像９０を受
取るために配置されており、第１側方透視光景のために固定光学要素３０、３２
及び３８を使用し、第２側方透視光景のために固定光学要素３４、３６及び３８
を使用する。本発明の１つの実施の形態では、装置は側方透視光景を図８Ｂに示
されるように一次元方向に拡大するために非線形光学要素３９を含むことができ
る。本発明の別の実施の形態では、光学要素３８は非線形要素であってよい。固
定光学要素３０、３２、３４、３６及び３８は鏡又はプリズムであってよい。当
業者には理解されるように、本発明の範囲と精神から逸脱することなく追加の光
学要素を組込むことができる。カメラ１５は映像９０を受取るためにフレーム獲
得ボード１７へ接続される。フレーム獲得ボード１７は図３Ｂと一緒に説明され
るボールのＺ位置を計算するためにプロセッサ１３へ映像データ出力を与える。
プロセッサ１３はメモリ１４内に映像を記憶することができる。

【００４０】図３Ｂは、システムにより得られるカメラ１５からの映像の一例９０及びカメ
ラ１０からの映像の一例８０を示す。映像８０は、部品７０の底表面上に位置す
るボールの底光景を示す。映像９０は、部品７０上に位置するボールの２つの側
方光景透視を示す。映像９０内の第１側方透視光景はボール９１の映像を含み、
固定光学要素３０、３２及び３８により反射されてカメラ１５内に入る部品７０
の映像により得られる。映像９０内の第２側方透視光景はボール９２の映像を含
み、固定光学要素３４、３６及び３８により反射されてカメラ１５内に入る部品
７０の映像により得られる。光学要素３６は、第１側方透視光景の光学長と等し
くするために第２側方透視光景の光学長を調節するために配置されている。本発
明の１つの実施の形態では、側方透視光景の焦点の最大深さはボールの中心行を
含む部分の領域をちょうど含む。これは固定焦点システムが１つの透視光景で部
品の少なくとも半分を映像し、そして、第２透視光景で部品の少なくとも他の半
分を映像することにより、より大きな部品を検査することを可能にする。当業者
には理解されるように、本発明ではどんな数の透視光景も使用できる。本発明の
別の実施の形態では、全てのボールは両側方透視光景からの焦点内にあり、各ボ
ールに対して２つの透視光景が生ずる。これは図１０Ａ及び１０Ｂと一緒に示さ
れるように、各ボールに対して２つのＺ計算を可能にする。

【００４１】図４はボール格子配列上のボールの三次元検査のためのフローチャートを示す
。この方法はステップ１４１でボールを有する部品を表面を下にして与えること
により開始する。この方法はステップ１４２で映像８０を受取るために部品７０
の下に配置されたカメラ１０を設ける。ステップ１４３で、フレーム獲得器１２
がカメラ１０から映像８０を受取るために設けられる。ステップ１４４で、固定
光学要素が部品７０の２つの側方透視光景を得るために設けられる。第１光学経
路が光学要素３０、３２及び３８により設けられる。第２光学経路が光学要素３
４、３６及び３８により設けられる。第２カメラ１５が、ステップ１４５で２つ
の側方透視光景の映像９０を受け取る。ステップ１４６で、第２フレーム獲得ボ
ード１７がカメラ１５からの映像９０を受取るために設けられる。プロセッサ１
３はカメラ１０及び１５からのピクセル値を含んだ映像８０及び９０を獲得する
ためにフレーム獲得器１２及び１７へ命令を送る。そして方法はステップ１４７
へ進み、部品７０に関しての三次元データを得るためにプロセッサ１３によりピ
クセル値を処理する。

【００４２】本発明は、ボール格子配列としてパッケージされていようがなかろうがボール
形状のリードを有する部品の検査を意図している。本発明はまた、映像センサー
に対して一般に曲線の輪郭を与えるリードを検査することを意図している。

【００４３】図５Ａ及び図５Ｂは一緒に本発明の三次元検査方法のフローチャートを示す。
プロセスはステップ１５１で検査信号のために待機することにより開始する。信
号が状態を変化する時、システムは検査を開始する。プロセッサ１３はボール７
１を有する部品７０の映像８０及び９０をそれぞれ獲得するためにフレーム獲得
ボード１２及び１７に命令を送る。ステップ１５２で、カメラ１０はピクセル値
から構成された映像８０を獲得し、カメラ１５はピクセル値から構成された映像
９０を獲得し、そしてプロセッサは映像をメモリ１４内に記憶する。映像は図３
Ｂに示されるように底光景と２つの側方透視光景の両方の情報を含む。ステップ
１５３で、検査システムは図９に示される部品ハンドラーに信号を送り、部品ハ
ンドラーが部品を検査領域外へ移動して、そして次の部品を検査領域内に移動す
ることを可能にする。検査システムが記憶された映像データを処理する間、ハン
ドラーが部品の配置を処理してもよい。

【００４４】検査システムはステップ１５４で、世界Ｘ及びＹ座標系に関して部品の回転、
及びＸ位置及びＹ位置を見付けるために記憶された映像８０のピクセル値を処理
する。プロセッサは、部品本体の四つの側面上の点を見付けることによりこれら
位置の値を決定する。ステップ１５５で、プロセッサは理想部品に対する値を含
んだ部品定義ファイルを使用する。

【００４５】ステップ１５４で決定された位置の値と部品定義ファイルからの測定値を使用
することにより、プロセッサは映像８０内に含まれた底光景に対する部品の各ボ
ールについての予想される位置を計算する。プロセッサはボール８１を探すため
に映像データ上に探索手順を使用する。そして、プロセッサは図７Ａに説明され
るようなグレイスケール・ブロブ技術を使用してピクセル値内で各ボールの中心
位置と直径を決定する。結果はメモリ１４内に記憶される。

【００４６】プロセッサはステップ１５６に進み、較正からの各側方光景の既知の位置を使
用して映像９０内の両側方透視光景内で各ボールの中心の予想位置を計算する。
プロセッサはステップ１５７で各ボール上の参照点を探し出すために図７Ｂに記
載されたサブ・ピクセル端検出方法を使用する。結果はメモリ１４内に記憶され
る。

【００４７】図５Ｂを参照すると、ステップ１５８で、プロセッサがピクセル値と較正中に
決定されたパラメータを使用して、ステップ１５４及び１５７から記憶されたピ
クセル値を世界位置へ変換する。世界位置は較正中に定義された世界座標系に関
するボール位置を表す。

【００４８】ステップ１５９で、各ボールのＺ高さがピクセル値において世界座標系で計算
される。この方法は、図６Ａ及び６Ｂに説明されるように映像９０内の側方透視
光景からのボール参照点と底光景８０からの同じボールの中心位置とを組合せる
ことにより進められる。そして、プロセッサは理想部品に対する部品座標系を定
義するためにステップ１６０で計算された部品回転、及びＸ位置及びＹ位置を使
用して、世界値を部品値に変換する。部品値は、ボール直径、Ｘ部品及びＹ部品
座標系内のボール中心位置、及びＺ世界座標系内のボール高さなどのボールの物
理的寸法を表す。

【００４９】ステップ１６１で、これら部品値を、各ボール中心のその理想位置からの逸脱
を計算するために部品ファイル内に定義された理想値と比較する。本発明の１つ
の例示的な実施の形態では、逸脱値はＸ部品及びＹ部品座標系に関する幾つかの
方向のボール直径、Ｘ方向、Ｙ方向及び径方向のボール中心、Ｘ方向及びＹ方向
のボール・ピッチ、及び欠けた又は変形されたボールを含む。Ｚ世界データは周
知の数学公式を使用してシーテイング（座席）平面を定義するのに使用でき、こ
れからシーテイング平面に関するボールのＺ寸法を計算できる。当業者には理解
できるようにデータからシーテイング平面のためのいくつかの可能な定義が存在
し、本発明の精神及び範囲を逸脱することなくそれらを使用できる。

【００５０】ステップ１６２で、電子的ボール検査結果を与えるため、ステップ１６１の結
果が部品ファイル内に定義されるような理想部品に関する所定のしきい値と比較
される。１つの実施の形態では、所定の許容値は業界の標準からの合格許容値及
び欠陥許容値を含む。もし、測定値が合格許容値と等しい又はより少なければ、
プロセッサはその部品に合格結果を割当てる。もし、測定値が欠陥許容値を越え
ると、プロセッサはその部品に欠陥結果を割当てる。もし、測定値が合格許容値
よりも大きいが、しかし欠陥許容値と等しくない又はより小さい場合は、プロセ
ッサはその部品を再作業と指定する。プロセッサはステップ１６３でその部品に
対する検査結果を報告して、部品検査を完了する。そしてプロセスはステップ１
５１に戻り、次の検査信号を待つ。

【００５１】図６Ａ及び図６Ｂは、ボールのＺ位置を決定するために本発明の方法が使用す
るボール格子配列の例示的なボールと関連した幾何学的配置を示す。この方法は
ボールのＺ位置を較正中に定義された世界座標に関してボールの位置を決定する
。図６Ａ及び図６Ｂに示されるような世界座標原点２５１と世界座標軸Ｘ２５２
、Ｙ２５３及びＺ２５４を有する世界座標平面２５０及び図３Ｂに示されるよう
な一対の映像８０と９０を含む底光景及び２つの側方透視光景のための世界座標
系を定義するために図２Ｂ及び図２Ｄに示されるような較正手順から決定される
パラメータを使用して、プロセッサは三次元位置を計算する。

【００５２】図６Ａを参照すると、プロセッサは部品７０上のボール７１の中心２５７を通
過する底光景光線２５５により決定される世界平面２５０上の点２５８を探し出
す。プロセッサは、ボール７１上のボール参照点２５９を交差し、そして仮想点
２６１で底光景光線２５５と交差する側方透視光景光線２５６により決定される
世界平面２５０上の側方透視光景点２６０を探し出す。光線２５６はプリズム３
０の後表面２６３から反射される光線２５６により決定される角度２６２で世界
平面２５０と交差する。角度２６２の値は、較正手順の際に決定される。

【００５３】図６Ｂを参照すると、距離Ｌ₁がプロセッサにより光線２５５とＺ＝０世界平
面２５０との交差により定義される世界点２５８及び光線２５６とＺ＝０世界平
面２５０との交差により定義される世界点２６０の間の差として計算される。値
Ｚは、世界点２６１及び２５８の間の距離ととして定義され、そして以下に示す
ようにＬ₁と関係する。

【数４】

【００５４】角度２６２は較正から知られるので、Ｚはプロセッサ１３により計算できる。
オフセットＥ２６５は、光線２５５と光線２５６の交差により定義される仮想点
２６１及び光線２５５とボール７１の頂点との交差により定義される点２６４で
のボール７１の頂点の間の距離であり、角度２６２の知識とボール７１の理想的
寸法から計算できる。ボール７１に対するＺの最終値は：Ｚ_Final＝Ｚ−Ｅである。

【００５５】図７Ａは、本発明のグレイスケール・ブロブ方法に使用される映像の一例を示
す。映像処理方法は底映像８１からボール７１の位置及び寸法を見付ける。ボー
ル７１の予想された位置から、映像８０内の興味有る領域が、（Ｘ１、Ｙ１）と
（Ｘ２、Ｙ２）の間に定義される。興味有る領域の幅と高さは検査のために部品
７０の配置許容を許すのに十分に大きい。低光景の照射設計に起因して、部品７
０のボール７１の球面形状はドーナッツ形状映像を与える。ここで、ボール７１
の周辺を含む領域２８１は、より高いグレイスケール値のカメラ・ピクセル値を
含み、中心領域２８２はより低いグレイスケール値のカメラ・ピクセル値を含む
。興味有る領域の残余２８３は、より低いグレイスケール値のカメラ・ピクセル
を含む。

【００５６】本発明の１つの実施の形態では、プロセッサ１３はＣプログラミング言語で書
かれた映像処理機能を実行する。

【００５７】以下に記載されているＣ言語機能“ＦｉｎｄＢｌｏｂＣｅｎｔｅｒ”は、既知
のしきい値よりも大きいピクセルの平均位置を見付けることによりボール７１の
近似中心を見付けるために呼出される。ボール７１の近似中心の座標を使用して
、以下に説明するようなＣ言語機能“ＦｉｌｌＢａｌｌＣｅｎｔｅｒ”を呼出す
ことにより、低いグレイスケール・ピクセル値の領域２８２をより高いグレース
ケール値へ変換できる。ボール７１の正確な中心は、Ｘ世界及びＹ世界座標も戻
すＣ言語機能“ＦｉｎｄＢａｌｌＣｅｎｔｅｒ”を呼出すことにより見付けるこ
とができる。ボール７１の直径はＣ言語機能“Ｒａｄｉｕｓ＝ｓｑｒｔ（Ａｒｅ
ａ／３．１４）”により計算できる。直径計算に使用される領域は、領域２８１
及び２８２内のピクセルの合計を含む。

【００５８】図７Ｂは、ボール参照点のサブピクセル測定を実行するために本発明の方法に
より使用される映像の一例を示す。本発明の方法は、図３Ｂに示すような側方透
視光景の映像９０内のボール７１上の参照点を見付ける。ボール７１の予想され
る位置から、映像８０内の興味ある領域２９０が、（Ｘ３、Ｙ３）と（Ｘ４、Ｙ
４）として定義される。興味ある領域の幅と高さは検査のために部品７０の位置
付け許容を許すほどに十分に大きい。側方透視光景に対する照明の設計に起因し
て、部品７０のボール７１の球面形状は、より高いグレイスケール値のカメラ・
ピクセル及びより低いグレイスケール値のカメラ・ピクセルを含む興味ある領域
２９０の残余２９３を含んだ三日月形状映像２９１を表す。

【００５９】Ｃ言語機能“ＦｉｎｄＢｌｏｂＣｅｎｔｅｒ”が、既知のしきい値よりも大き
いピクセルの平均位置を見付けることにより三日月映像２９１の近似中心を計算
するために呼出される。三日月映像２９１の近似中心の座標を使用して、三日月
の頂上の最も高い端を表すカメラ・ピクセル又はシード・ピクセル２９２を決定
するためにＣ言語機能“ＦｉｎｄＣｒｅｓｃｅｎｔＴｏｐ”が呼出される。シー
ド・ピクセルのカメラ・ピクセル座標は、側方透視ボール参照点のサブピクセル
位置を決定するために興味ある領域の座標として使用される。

【００６０】Ｃ言語で実現されたグレイスケール・ブロブ解析及び参照点決定の一例が以下
に示される。／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／ＦｉｎｄＢｌｏｂＣｅｎｔｅｒ−領域（Ｘ１、Ｙ１）と（Ｘ２、Ｙ２）の中／／のＴＨＲＥＳＨＯＬＤよりも大きい値を有するピクセルのＸ、Ｙ中心を見付／／る。／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／

【００６１】

【表１】

【００６２】／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／ＦｉｌｌＢａｌｌＣｅｎｔｅｒ−ＢＧＡドーナッツ”の中心を満た／／す。／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／

【００６３】

【表２】

【００６４】／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／ＦｉｎｄＢａｌｌＣｅｎｔｅｒ−グレイスケール値を使用してＢＧＡボール／／の中心のＸ、Ｙを見付ける。／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／

【００６５】

【表３】

【００６６】／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／ＦｉｎｄＣｒｅｓｅｎｔＴｏｐ−ＢＧＡ三日月の頂上位置のＸ、Ｙを見付／／る。／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／

【００６７】

【表４】

【００６８】図８Ａは、一次元方向に拡大された較正パターンの側方透視映像を示す。図８
Ａは、レチクル較正パターンの側方透視映像３００を示し、ここでドット３０１
及びドット３０２の間の空間３０３は拡大されて、非拡大映像と比較する時、よ
り低い値のグレイスケール・ピクセルの数を増加している。

【００６９】図８Ｂは、一次元方向に拡大されたＢＧＡ上のボールの側方透視映像を示す。
図８Ｂにおいて、２つの光景の側方透視映像３１０が示されており、ここでボー
ル映像３１１及びボール映像３１２の間の空間３１３が拡大されて、非拡大映像
と比較した時、より低い値のグレイスケール・ピクセルの数が増加している。よ
り低いグレイスケール値ピクセルの増加された数は、サブピクセル・アルゴリズ
ムの成功的な適用を可能にする。

【００７０】本発明の別の実施の形態でここに開示される方法及び装置は、較正レチクルの
底平面上に既知の間隔と寸法の較正ドットのパターンを置くことによりシステム
を較正し、そして部品の三次元検査のために各ボールの２つの側方透視光景を与
える方法及び装置である。正確ドットから、システムの欠けた状態値が決定され
て、ダイ上のボール又はウェハ上のボール又はＢＧＡ装置上のボールの三次元検
査を可能にする。

【００７１】図９は、検査のためにシステムにＢＧＡを提示する例示的な装置を示す。オー
バヘッド光反射拡散器５は、真空カップ集合体６を含む。真空カップ集合体はボ
ール７１を有するＢＧＡ部品７０を取付けて、オーバーヘッド光反射拡散器５の
下にＢＧＡ部品７０を吊り下げる。

【００７２】図１０Ａ及び図１０Ｂは、各ボールに対して２つの透視光景を使用して、較正
中に定義された世界座標系に関するボールのＺ位置を決定するための本発明の方
法に使用されるボール格子配列上の例示的ボールと関連した幾何学的構成を示す
。図１０Ａ及び図１０Ｂに示されるような世界座標軸Ｘ７０２、Ｙ７０３及びＺ
７０４及び世界座標原点７０１を有する世界座標平面７００を含む、底光景及び
２つの側方透視光景に対する世界座標系を定義するために図２Ｂ及び図２Ｄに示
されるような較正手順から決定されるパラメータ及び図３Ｂに示されるような一
対の映像８０及び９０を使用して、プロセッサは三次元位置を計算する。

【００７３】図１０Ａを参照すると、プロセッサがボール７１７の中心７０８を通過する底
光景光線７０５により決定される世界平面７００上の点を見付ける。プロセッサ
が、ボール７１７上のボール参照点７１０と交差しそして仮想点７１４において
底光景光線７０５と交差する側方光景光線７０６により決定される世界平面７０
０上の第１側方透視光景点７１１を見付ける。光線７０６は、プリズム３０の後
表面からの光線７０６の反射により決定される角度７１５で世界平面７００と交
差する。角度７１５の値は較正手続中で決定される。プロセッサが、ボール７１
７上のボール参照点７１２と交差しそして仮想点７１８において底光景光線７０
５と交差する側方光景光線７０７により決定される世界平面７００上の第１側方
透視光景点７１３を見付ける。光線７０７は、プリズム３４の後表面からの光線
７０７の反射により決定される角度７１６で世界平面７００と交差する。角度７
１６の値は較正手続中で決定される。

【００７４】図１０Ｂを参照すると、距離Ｌ₁が世界点７０９と世界点７１１の間の距離と
してプロセッサにより計算される。距離Ｌ₂が世界点７１３と世界点７０９の間
の距離としてプロセッサにより計算される。値Ｚ₁が、世界点７１４と７０９の
間の距離として定義され、Ｌ₁と以下のような関係を有する。

【００７５】

【数５】値Ｚ₂が、世界点７１８と７０９の間の距離として定義され、Ｌ₂と以下のような
関係を有する。

【００７６】

【数６】Ｚ₁とＺ₂の平均が計算されて、ボールのＺに対する値として使用される。この
方法は、ボール当り１つの透視光景のみを使用する方法よりもより繰返し可能で
ありより正確である。

【００７７】本発明の別の実施の形態では、ここに開示される方法及び装置は、較正レチク
ルの底平面上に既知の間隔と寸法の較正ドットのパターンを置くことによりシス
テムを較正し、そして部品の三次元検査のために１つの側方透視光景を与える方
法及び装置である。正確ドットから、システムの欠けた状態値が決定されて、ダ
イ上のボール又はウェハ上のボール又はＢＧＡ装置上のボールの三次元検査を可
能にする。

【００７８】図１１Ａは、１つの側方透視光景を使用するシステム較正のための本発明の装
置を示す。底面光景の較正のための装置及び方法は、２つの側方透視光景のため
の図２Ａ及び図２Ｂで前述した装置及び方法と同一である。側方透視光景の１つ
の映像のための装置は、レンズ１８を持ったカメラ１５と較正レチクル２０を含
む。カメラ１５は、図１１Ｂと一緒に説明されるドット６５を含む側方透視光景
の映像６４を受取るために位置し、そして固定光学要素４０及び４２を使用する
。固定光学要素４０は鏡又はプリズムであってよい。固定光学要素４２は、一次
元に映像を拡大する非線形要素である。別の実施の形態では固定光学要素４０は
この非線形要素であってよい。当業者にはりかいされるように、追加の光学要素
を含んでも良い。カメラ１５は映像６４を受取るためにフレーム獲得ボード１７
に接続されている。フレーム獲得ボード１７は、図２Ｂと一緒に説明したような
二次元検査を実行するためにプロセッサ１３へ映像データ出力を与える。プロセ
ッサ１３は、メモリ１４内に映像を記憶できる。

【００７９】図１１Ｂは、較正パターンの一例及び本発明の単一の側方透視光景を使用して
システムにより獲得された較正パターンの映像の一例とを示す。図１１Ｂは、シ
ステムにより得られたカメラ１０からの映像の一例５０とカメラ１５からの映像
の一例６４とを示す。カメラ１０により獲得されたドット５２を示す映像５０は
、較正レチクル２０の底表面上に位置する既知の寸法と間隔の正確ドット２４を
含む、ドット・パターン２２の底光景を含む。映像６４は、較正レチクル２０の
底表面上に位置する既知の寸法と間隔の正確ドット２４を含む、ドット・パター
ン２２の側方透視光景を含む。映像６４の側方透視光景はドット６５の映像を含
み、非線形素子４２を通過してカメラ１５内に入る固定光学要素４０からの較正
レチクル・ドット・パターン２２の映像の反射から得られる。

【００８０】側方透視較正は、固定光学要素が異なる性質を有することができることを除い
て、図２Ｃに示される方法と同一である。

【００８１】側方透視光景の状態値の決定は、固定光学要素が異なりそして１つの側方透視
光景のみが存在することを除いて、図２Ｄに示される方法と同一である。図２Ｅ
と図２Ｆに示される原理と関係が適用される。

【００８２】単一の側方透視光景を使用するさらに別の実施の形態では、本発明は非線形要
素４２を含まない。

【００８３】図１２Ａは、単一の側方透視光景を使用したボール検査のための本発明の装置
を示す。本発明の装置は、検査される部品７０を含む。装置はさらに図１２Ｂと
一緒に説明される部品７０の底映像８０を受取るために部品７０の中心領域下に
位置するレンズ１１を持ったカメラ１０を含む。カメラ１０は、映像８０を受取
るためにフレーム獲得ボード１２に接続される。フレーム獲得ボード１２は、図
１２Ｂと一緒に説明されるように二次元検査を実行するためにプロセッサ１３へ
映像データ出力を与える。プロセッサ１３はメモリ１４内に映像を記憶できる。
単一の側方透視光景の映像のための装置は、レンズ１８を持ったカメラ１５を含
む。カメラ１５は、図１２と一緒に説明されるような単一の側方透視光景を含む
映像９４を受取るために位置して、固定光学要素４０及び一次元に側方透視光景
を拡大するための非線形、固定光学要素４２を使用する。本発明の別の実施の形
態では、光学要素４０は非線形要素であってよい。固定光学要素４０は鏡又はプ
リズムであってよい。当業者には理解されるように、追加の光学要素を含んでも
良い。カメラ１５は、映像９４を受取るためにフレーム獲得ボード１７に接続さ
れる。フレーム獲得ボード１７は、図１２Ｂと共に説明されるボールのＺ位置を
計算するためにプロセッサ１３へ映像データ出力を与える。プロセッサ１３はメ
モリ１４内に映像を記憶することができる。

【００８４】図１２Ｂは、ボール格子配列の一例及び単一の側方透視光景を使用した三次元
検査のためのボール格子配列の映像の一例を示す。図１２Ｂは、システムにより
得られたカメラ１０からの映像の例８０とカメラ１５からの映像９４の例とを示
す。映像８０は部品７０の底表面上に位置するボール７１の底光景を示す。映像
９４は部品７０上に位置するボール７１の側方透視光景を示す。映像９４内の側
方透視光景はボール９５の映像を含み、非線形固定要素４２を通過してカメラ１
５内に入る固定光学要素４０から反射された部品７０の映像の反射により得られ
る。

【００８５】本発明の代替的な実施の形態では、システムはガルウイング及びＪリード装置
などの他のタイプの電子部品を三次元で検査するために使用される。１つのカメ
ラのみを使用し、そしてレチクル４００上の追加のプリズムの組を追加すること
により、これらの他の装置も検査できる。同じシステムにより異なる装置を検査
することがてきる利点はコストの節約と工場の床スペースの節約を含む。さらに
、この設計は製造計画と資源管理においてより柔軟性を可能にする。

【００８６】図１３は、ボール格子配列装置、ガルウイング装置、及びＪリード装置の三次
元検査のための本発明の装置を示す。図１３に説明される装置は、同じシステム
上でＢＧＡ、ガルウイング及びＪリード装置の検査を可能にする。装置は、透明
レチクル４００の中心領域上に置かれた検査されるべき部品４０２を含む。透明
レチクルの上表面上には部品４０２の側方透視光景を受取るためのプリズム４０
１が接着されている。ガルウイング及びＪリード検査装置２１は、ボール格子配
列検査装置に組み込むことができる。このようなガルウイング及びＪリード検査
装置の１つの例は、米国ミネソタ州ミネトンカのスキャナー・テクノロジーから
の“ＵｌｔｒａＶｉｍ”である。装置はさらに、部品４０２の底光景及び側方透
視光景を受取るために部品４０２及びレチクル４００の中心領域下に配置される
レンズ１１Ａを持ったカメラ１０Ａを含む。カメラ１０Ａは映像を受取るために
フレーム獲得ボード１２Ａに接続されている。フレーム獲得ボード１２Ａは、部
品４０２の三次元検査を実行するために映像データ出力をプロセッサ１３Ａに与
える。プロセッサ１３Ａはメモリ１４Ａ内に映像を記憶できる。これらの部品は
、ガルウイング及びＪリード検査装置２１のハードウエアを構成し、ここに説明
するようにボール格子配列検査装置により共有される。

【００８７】ＵｌｔｒａＶｉｍは、１９９７年５月５日にビーティ等により出願された米国
特許出願シリアル番号０８／８５０，４７３号、発明の名称「三次元検査システ
ム」に記載されている。

【００８８】図１４を参照すると、本発明のさらに別の実施の形態が示されている。このシ
ステムは図１４に示すように底光景及び２つの側方透視光景を直接に映像するた
めに３つのカメラを使用できる。図１４は、ＢＧＡのボールの三次元検査のため
の本発明の装置を示す。本発明の装置は検査されるべきボール７１を持った部品
７０を含む。装置はさらに図１２Ｂと一緒に説明される部品７０の底映像８０を
受取るために部品７０の中心領域の下に位置するレンズ１１を持ったカメラ１０
を含む。カメラ１０は、映像８０を受取るためにフレーム獲得ボード１２に接続
されている。フレーム獲得ボード１２は図１２Ｂと一緒に説明されるような二次
元検査を実行するためにプロセッサ１３へ映像データ出力を与える。プロセッサ
１３は、メモリ１４内に映像を記憶できる。第１の側方透視光景の映像のための
装置は、レンズ１９を持ったカメラ１５を含む。カメラ１５は、図１２Ｂと一緒
に説明された単一の側方透視光景を含んだ映像９４を受取るために配置され、側
方透視光景を一次元に拡大するために固定光学要素３８を使用する。カメラ１５
は、映像９４を受取るためにフレーム獲得ボード１７に接続されている。フレー
ム獲得ボード１７は、図１２Ｂと一緒に説明されたようなボールのＺ位置を計算
するためにプロセッサ１３へ映像データ出力を与える。プロセッサ１３はメモリ
１４内に映像を記憶できる。第２側方透視光景の映像のための装置はレンズ１９
を持ったカメラ１５を含む。カメラ１５は、図１２Ｂと一緒に説明されたような
単一の側方透視光景を含む９４に似た映像を受取るために配置され、この側方透
視光景を一次元に拡大するために固定光学要素３８を使用する。カメラ１５は、
９４に似た映像を受取るためにフレーム獲得ボード１７に接続されている。フレ
ーム獲得ボード１７は、図１２Ｂと一緒に説明されたようなボールのＺ位置を計
算するためにプロセッサ１３へ映像データ出力を与える。プロセッサ１３はメモ
リ１４内に映像を記憶できる。別の実施の形態では、非線形固定光学要素３８は
なくてもよい。本発明の別の実施の形態では、１つの側方透視光景のみが使用で
きる。

【００８９】本発明の別の実施の形態では、ここに開示された方法及び装置は、較正レチク
ル底平面上の既知の間隔及び寸法の較正ドット・パターンを置くことによりシス
テムを構成するための単一のカメラを使用する方法及び装置である。正確ドット
から、システムの欠けた状態値が決定されて、ダイ上のボール又はウェハ上のボ
ール又はボール格子配列装置、ＢＧＡ装置、上のボールの三次元検査を可能にす
る。

【００９０】図５を参照すると、システムの状態値を構成する際に使用される較正レチクル
１０２０と一緒に構成された本発明の装置の一例を示す。較正レチクル１０２０
は、カメラ１００８により見えるように配置される。カメラ１００８はさらに、
レンズ１００６を含む。カメラ１００８は、一部は鏡１００２を介しての映像で
あり、そして別の部分は直接な映像である、較正レチクル１０２０の合成映像を
受取る。フレーム獲得器１０１０は、カメラ１００８から映像情報を受取り、そ
してプロセッサ１０１２に較正レチクル１０２０の映像情報を与える。映像情報
及び他の検査情報はメモリ１０１４内に記憶できる。装置は、図１６Ａに示され
るような較正レチクル１０２０の正確ドット１０３２の映像を含む側方光景１０
２８及び正確ドット１０３０の映像を含んだ底光景１０２６を示す映像１０２４
を得る。この映像１０２４は、図１６Ｂに示される。映像１０２４を取るため、
装置は照射手段１０１７、オーバーヘッド光拡散器１０１５、レンズ１００６を
持ったカメラ１００８及び較正レチクル１０２０の底表面上の較正パターン１０
２１を持った較正レチクル１０２０を含む。別の光学要素１００２が、較正レチ
クル１０２０の正確ドット１０３２の映像を含んだ追加の透視又は側方光景１０
２８を与えるために較正レチクル１０２０の下に配置される。

【００９１】本発明の１つの実施の形態において、光学要素１００２はプリズムを含んでも
良い。本発明の別の実施の形態では、光学要素１００２は鏡を含んでも良い。当
業者には理解されるように、本発明はどんな数の側方光景で動作する。レチクル
１０２０上の較正パターン１０２１は正確ドット１０２２を含む。カメラ１００
８は、図１６Ａ及び図１６Ｂと一緒に説明されるような映像１０２４を受取るた
めに較正レチクル１０２０の中心部分の下に位置される。本発明の１つの実施の
形態では、カメラ１００８は映像センサーを含む。映像センサーは電荷結合素子
配列であってよい。カメラ１００８は、映像１０２４を受取るためにフレーム獲
得ボード１０１０に接続されている。フレーム獲得ボード１０１０は図１６Ｂと
一緒に説明されるような三次元較正を実行するためにプロセッサ１０１２へ映像
データ出力を与える。図２Ｅ及び図２Ｆに示されるような原理及び関係が適用さ
れる。プロセッサ１０１２はメモリ１０１４内に映像を記憶できる。

【００９２】図１６Ａ及び図１６Ｂを参照すると、正確ドット１０２２を有する較正レチク
ル１０２０が示される。図１６Ｂは、較正レチクル１０２０の合成映像１０２４
を示す。底光景１０２６は、第１透視光景を持った正確ドット１０３０を示し、
そして側方光景１０２８は第２透視光景を持った正確ドット１０３０を示す。シ
ステム・プロセッサはここに説明される方程式のシステムに従って合成映像１０
２４を底光景１０２６及び側方光景１０２８と共に処理して、方程式のシステム
の解についての情報を与える。図２Ｅ及び図２Ｆに示された原理及び関係が適用
される。

【００９３】本発明の別の実施の形態において、ここに開示された方法及び装置は、ダイ上
のボール又はウェハ上のボール又はボール格子配列装置、ＢＧＡ／ＣＳＰ装置、
上のボールの三次元検査のために単一のカメラを使用する方法及び装置である。

【００９４】図１７を参照すると、システムにより検査されるべき部品１０４０と共に較正
された本発明の装置が示される。装置は、部品１０４０のボール１０５２の映像
を含んだ側方光景１０４８とボール１０５０の映像を含んだ底光景１０４６を示
す映像１０４４を得る。映像１０４４を取るため、装置はリング灯であってよい
照明手段１０１７、レンズ１００６を持ったカメラ１００８、及び底表面上のボ
ール１０４２を持った部品１０４０を含む。本発明の１つの実施の形態では、照
明手段１０１７は部品１０４０の周辺の映像を可能にするために部品１０４０の
底表面を照明する。本発明の別の実施の形態では、オーバーヘッド拡散器１０１
５が部品１０４０の周辺の映像をとるための照明を与える。

【００９５】別個の光学要素１００２が、部品１０４０のボール１０５２の映像を含んだ部
品１０４０の追加の透視又は側方光景１０４８を与えるために部品１０４０の底
平面の下に配置される。本発明の１つの実施の形態では、光学要素１００２はプ
リズムを含む。本発明の別の実施の形態では、光学要素１００２は鏡を含む。当
業者には理解されるように、本発明はどんな数の側方光景と共に動作する。カメ
ラ１００８は図１８Ａ及び図１８Ｂと一緒に説明される映像１０４４を受取るた
めに部品１０４０の中心部分の下に配置される。本発明の１つの実施の形態では
、カメラ１００８は映像センサーを含む。映像センサーは電荷結合素子配列であ
ってよい。カメラ１００８は、映像１０４４を受取るためにフレーム獲得ボード
１０１０へ接続される。フレーム獲得ボード１０１０は、図１８Ａ及び図１８Ｂ
と一緒に説明されるような部品１０４０の三次元検査を実行するために映像デー
タ出力をプロセッサ１０１２に与える。図６Ａ及び図６Ｂに示される原理及び関
係が適用される。プロセッサ１０１２はメモリ１０１４内に映像を記憶できる。

【００９６】図１８Ａ及び図１８Ｂを参照すると、ボール１０４２を有するボール格子配列
１０４０が示される。図１８Ｂは、ボール格子配列１０４０の合成映像１０４４
を示す。底光景１０４６は、第１透視光景によるボール１０５０を示し、そして
側方光景１０４８は第２透視光景により三日月形状１０５２を持ったボール１０
５０を示す。システム・プロセッサは、ここに記載された方程式のシステムに従
い合成映像１０４４を底光景１０４６及び側方光景１０４８と共に処理して、方
程式のシステムの解に対する情報を与える。図６Ａ及び図６Ｂに示される原理及
び関係が適用される。

【００９７】以上、本発明がかなり詳細に説明されて、特許法の規定を満足し、そして当業
者が必要に応じて新規な原理を適用してこのような特別な要素を構成及び使用す
るに必要な情報が与えられた。しかし、本発明は、特に異なった装置により実行
でき、本発明の範囲から逸脱することなく装置の詳細及び操作手順に関してさま
ざまな修正が達成できることが理解される。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】システム較正のための本発明の装置を示す図。

【図１Ｂ】較正パターンの例及びシステムにより得られた較正パターンの映像の例を示す
図。

【図２Ａ】底面光景を較正するために使用される本発明の方法のフローチャートを示す図
。

【図２Ｂ】システムの底面光景の状態値、及びＸ及びＹ世界座表系を決定するために使用
される本発明の方法のフローチャート。

【図２Ｃ】側方透視光景の較正のために使用される本発明の方法のフローチャート。

【図２Ｄ】システムの側方透視光景の状態値を決定するために使用される本発明の方法の
フローチャート。

【図２Ｅ】透視寸法に対する非透視寸法の比に関する側方透視角度の関係を示す図。

【図２Ｆ】側方透視光景角度を決定するための方法に使用される正確ドットの底面光景及
び側方透視光景を表す図。

【図３Ａ】部品の検査のための本発明の装置を示す図。

【図３Ｂ】このシステムにより得られた部品の映像の例を示す図。

【図４】ボール格子配列上のボールの三次元検査のための本発明の方法を示す図。

【図５Ａ】図５Ｂと共に本発明の三次元検査方法を示すフローチャート。

【図５Ｂ】図５Ａと共に本発明の三次元検査方法を示すフローチャート。

【図６Ａ】ボールのＺ位置を決定するための本発明の方法に使用されるボール格子配列上
のボールの例と関連する幾何学的配置を示す図。

【図６Ｂ】ボールのＺ位置を決定するための本発明の方法に使用されるボール格子配列上
のボールの例と関連する幾何学的配置を示す図

【図７Ａ】本発明のレイスケール・ブロブ方法に使用される映像の一例を示す図。

【図７Ｂ】ボール参照点のサブ・ピクセル測定を実行するために本発明の方法に使用され
る映像の一例を示す図。

【図８Ａ】一次元に拡大された較正パターンの側方透視映像を示す図。

【図８Ｂ】一次元に拡大された、ＢＧＡ上のボールの側方透視映像を示す図。

【図９】検査のためにＢＧＡを提示する装置を示す図。

【図１０Ａ】２つの側方投資光景を使用してボールのＺ位置を決定するために本発明の方法
に使用される関連した幾何学的配置と共にボール格子配列のボールの例を示す図
。

【図１０Ｂ】２つの側方投資光景を使用してボールのＺ位置を決定するために本発明の方法
に使用される関連した幾何学的配置と共にボール格子配列のボールの例を示す図
。

【図１１Ａ】単一の側方透視光景を使用する、システム較正のための本発明の装置を示す図
。

【図１１Ｂ】本発明の単一の側方透視光景を使用する、システムにより得られた較正パター
ンの映像の例及び較正パターンの例を示す図。

【図１２Ａ】単一の側方透視光景を使用するボール検査のための本発明の装置を示す図。

【図１２Ｂ】単一の側方透視光景を使用して、三次元検査のためのボール格子配列の映像の
例及びボール格子配列の例を示す図。

【図１３】ボール格子配列装置、ガルウイング装置、及びＪリード装置の三次元検査のた
めの本発明の装置を示す図。

【図１４】３つのカメラを使用した部品の三次元検査のための本発明の装置を示す図。

【図１５】システムの状態値の較正の際に使用する較正レチクル１０２０と共に構成され
た本発明の装置を示す図。

【図１６Ａ】単一カメラで得られた較正パターンの映像の例と較正パターンの例を示す図。

【図１６Ｂ】単一カメラで得られた較正パターンの映像の例と較正パターンの例を示す図。

【図１７】システムにより検査されるべき部品１０４０と共に構成された本発明の装置を
示す図。

【図１８Ａ】システムにより得られた部品の映像の例及び部品を示す図。

【図１８Ｂ】システムにより得られた部品の映像の例及び部品を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｚ // Ｈ０５Ｋ 3/00 Ｈ０５Ｋ 3/00 ＱＦターム(参考） 2F065 AA03 AA04 AA17 AA24 AA26 BB07 BB12 CC19 CC26 CC27 EE00 FF05 FF09 FF42 FF61 GG17 HH07 HH12 HH14 JJ03 JJ05 JJ26 LL10 LL12 LL19 LL46 QQ00 QQ23 QQ24 QQ25 QQ26 QQ28 QQ42 4M106 AA01 AA02 AD26 DB04 DB19 DH03 5B057 AA03 BA02 BA15 CA08 CA12 CA16 CB08 CB12 CB16 CD03 CD12 CD20 DA03 DA07 DB03 DB09 DC03 DC34 5C022 AB11 AB15 AB21 AC41 AC51 AC69 AC78 5F067 AA19 AB04 BC08 DB10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子部品（１０４０）の三次元検査の装置であって、該装置
が較正透明レチクル（２０）上に配置されたドット・パターンを持った正確パタ
ーン・マスクを使用して較正されるものにおいて、（ａ）電子部品（１０４０）の映像を取るためのカメラ（１００８）及び照明
器（１０１７）、カメラ（１００８）は電子部品（１０４０）の第１光景（１０
４６）を得るために配置されており、（ｂ）カメラ（１００８）内に電子部品（１０４０）の異なる光景（１０４８
）を反射するために配置された光反射手段（１００２）、カメラ（１００８）は
異なる光景（１０４６、１０４８）を有する電子部品（１０４０）の映像（１０
４４）を与え、及び（ｃ）電子部品（１０４０）の少なくとも一部の三次元位置を計算するために
映像（１０４４）の異なる光景（１０４６、１０４８）に計算を適用する電子部
品（１０４０）の映像（１０４４）を映像処理する手段（１３）、を備えた装置。
【請求項２】照明器（１０１７）がさらにリング灯を含む請求項１に記載
の装置。
【請求項３】光反射手段（３２、３６、３８）がさらに鏡を含む請求項１
に記載の装置。
【請求項４】光反射手段（３０、３４）がさらにプリズムを含む請求項１
に記載の装置。
【請求項５】光反射手段（３２、３６、３８）がさらに曲面鏡を含む請求
項１に記載の装置。
【請求項６】電子部品（１０４０）がさらにボール格子配列を含む請求項
１に記載の装置。
【請求項７】電子部品（１０４０）がさらにウェハ上のボールを含む請求
項６に記載の装置。
【請求項８】電子部品（１０４０）がさらにダイ上のボールを含む請求項
６に記載の装置。
【請求項９】映像を取る手段（１０８０）が映像をフレーム獲得ボード（
１０１０）へ与える請求項１に記載の装置。
【請求項１０】フレーム獲得ボード（１０１０）が部品の三次元検査を実
行するためにプロセッサ（１０１２）へ映像データを与える請求項９に記載の装
置。
【請求項１１】映像を一次元に拡大するために非線形光学要素をさらに含
む請求項１に記載の装置。
【請求項１２】側方透視光景の焦点の最大深さが、固定焦点システムで電
子部品（１０４０）の１つの部分を映像する１つの透視光景（１０２６）及び電
子部品（１０４０）の第２部分を映像する第２透視光景（１０２８）により、よ
り大きな電子部品を検査することを可能にする請求項１に記載の装置。
【請求項１３】側方透視光景の焦点の最大深さが、ボールの中心行を含む
電子部品（１０４０）の領域を含む請求項１に記載の装置。
【請求項１４】電子部品（１０４０）上の全てのボールが、各ボールに対
して２つの透視光景において焦点内にある請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】ガルウイング及びＪリード装置を検査するための手段をさ
らに含む請求項１に記載の装置。
【請求項１６】部品上のリードの三次元検査の方法において、（ａ）リードの映像を受取るためにカメラを使用し（１４２）、（ｂ）リードの映像をフレーム獲得器へ送信し（１４３）、（ｃ）リードの側方透視光景を得るために固定光学要素を設け（１４４）、（ｄ）リードの側方透視光景をフレーム獲得器へ送り（１４６）、（ｅ）カメラからの映像のピクセル値を得るためにフレーム獲得器へ命令を送
るためにプロセッサを操作し（１４７）、及び（ｆ）リードの三次元位置を計算するためにプロセッサによりピクセル値を処
理する（１４７）、各ステップを含む方法。
【請求項１７】ピクセル値を処理するステップがさらに、部品自身から状
態値を決定する（１０４）ことをさらに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】リードが曲面リードである請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】リードがボール（７１）である請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】部品がボール格子配列（７０）である請求項１６に記載の
方法。
【請求項２１】部品（２０）の４つの側上の点を見付けるために世界Ｘ及
びＹ座標系に関する部品の回転、Ｘ位値、及びＹ位置を見付けるためにプロセッ
サがピクセル値を処理する請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】（ａ）理想部品に対する測定値を含む部品定義ファイルを
使用し、（ｂ）部品定義ファイルからの測定値及びＸ位置及びＹ位置を使用して底光景に
対する部品の各リードについての予想位置を計算する各ステップをさらに含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】リードを見付けるために映像上に探索手順を用いるステッ
プをさらに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】各リード上の参照点を見付けるためにサブピクセル端検出
方法を使用するステップをさらに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】ピクセルでリード中心位置及びリード直径を決定し、そし
てメモリ内にリード中心位置及びリード直径を記憶するステップをさらに含む請
求項１６に記載の方法。
【請求項２６】較正から知られている側方透視光景の位置を使用して映像
内で側方透視光景内の各リードの中心の予想位置を計算するステップをさらに含
む請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】ピクセル値及び較正中に決定されたパラメータを使用する
ことによりピクセル値を世界位置（１５８）に変換するステップをさらに含み、
ここで世界位置は較正中に定義された世界座標系に関するリードの物理的位置を
表す請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】各リードのＺ高さが、底光景からのリードの中心の位置を
側方透視光景からの同じリードの参照点と組合せることにより、ピクセル値で世
界座標系（１５９）内で計算される請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】理想部品に対する部品座標系を定義するために回転、Ｘ位
置及びＹ位置を使用して、世界座標を部品値（１６０）へ変換するステップをさ
らに含み、ここで部品値は、リード直径、Ｘ部品及びＹ部品座表系におけるリー
ド中心位置、及びＺ世界座標系におけリード高さを含むリードの物理的寸法を表
す請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】リードの中心のその理想位置からの逸脱を表す逸脱値を計
算するために部品ファイル（１６２）内に定義された理想値と比較するステップ
をさらに含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】逸脱値は、Ｘ位置及びＹ位置に関するいくつかの方向のリ
ード直径、Ｘ方向、Ｙ方向及び径方向のリード中心、Ｘ方向及びＹ方向のリード
・ピッチ、及び欠けた及び変形したリードを含み、Ｚ世界データに基づいてシー
テイング平面に関するリードのＺ寸法を計算するステップをさらに含む請求項３
０に記載の方法。
【請求項３２】リード検査結果を与えるために、逸脱値を部品定義ファイ
ルとして定義されている理想部品に関して所定の許容値と比較するステップをさ
らに含む請求項３１に記載の方法。