专利名称：检验装置及检验方法
技术领域：
本发明涉及利用球面凸面的镜面反射，检验球面状受检物体的品质，特别涉及检验具有BGA(ball grid array)(球体格子矩阵)结构的部件上的球体的有效检验装置和检验方法。
近年来，随着多电极化的趋势、BGA整装部件引起人们的重视，并在实用化方面取得进展。该BGA整装部件如图6所示，在部件46的内侧表面上形成焊球作为外部端子，而且该焊球的配置形态呈格子状或锯齿状等，具有①可进行表面安装；②能使球体(凸头)的间距与非微细化、多引线相对应；③具有不会产生由引线引起的电波，电气特性良好等特点。
可是，为了检验LSI的安装状况，虽然使用了图像处理技术，可是在将BGA整装部件在电路板上安装时，要将BGA整装部件加重载装在电路板上，使球体(凸头)与电路图案的位置一致，进行软钎焊，安装后由于看不到连接面，至今没有有效的检验装置和检验方法。
为了检验BGA整装部件上的焊珠(焊接凸头)的品质，采用图像处理方法，对各球体进行摄像，对该图像的图形进行图形检验，可以判断球体是否良好。但是，一个整装部件上的凸头个数越多，即使在进行图形检验时判为合格，仍然会存在不能彻底进行检验的问题，例如由于球体的高度不足，安装时与电路板连接不当，一些球体处于断路状态，结果，只利用图像处理进行的图形检验，做不到为了获得良好的BGA整装部件所需的彻底检验。
本发明就是着眼于上述问题而开发的，其目的是提供一种能利用对球体等球面凸面的镜面反射，检验球面状受检物体，从而达到高精度的检验装置及检验方法。
本发明是一种，例如，利用球面凸面的镜面反射、以球面状的物体为受检对象、自动检验在基片上形成的焊球的品质的检验装置及检验方法，本发明的一种检验装置设有将光投射到受检物体上的光投射装置；感受被受检物体反射来的光的受光装置；根据受光信号检验受检物体状态的检验装置；根据受光信号计算受检物体中心位置的中心位置计算装置；以及检测受检物体中心位置处的受检物体高度的高度检测装置。
在本发明的另一种检验装置中，设有将光投射到受检物体上的光投射装置；感受被受检物体反射来的光的受光装置；使受检物体和受光装置作相对移动的移动装置；根据受光信号检验受检物体状态的检验装置；根据受光信号计算受检物体中心位置的中心位置计算装置；以及检测受检物体中心位置处的受检物体高度的高度检测装置。
本发明的又一种的检验装置设有将光投射到受检物体上的光投射装置；感受由受检物体反射来的光的受光装置；使受检物体和受光装置作相对移动的第1移动装置；根据受光信号检验受检物体状态的检验装置；根据受光信号计算受检物体的中心位置的中心位置计算装置；检测受检物体中心位置处的受检物体高度的高度检测装置；以及承载经过状态检验后的基板、使高度检测装置和受检物体作相对移动的第2移动装置。
本发明的另一种检验装置设有将光投射到受检物体上的光投射装置；感受由受检物体反射的光的受光装置；使受检物体和受光装置作相对移动的第1移动装置；根据受光信号检验受检物体状态的检验装置；根据受光信号，计算受检物体中心位置的中心位置计算装置；检测受检物体中心位置处的受检物体高度的高度检测装置；承载经过状态检验后的受检物体、使高度检测装置和受检物体作相对移动的第2移动装置；以及将受检物体从第1移动装置移送到第2移动装置上的移送装置。
本发明的又一种检验装置设有利用球面凸面的镜面反射，检验球面受检物体品质的检验装置；将光投射到受检物体上的光投射装置；感受由受检物体反射的光的受光装置；使受检物体和受光装置作相对移动的第1移动装置；根据受光信号检验受检物体状态的检验装置；根据受光信号计算受检物体中心位置的中心位置计算装置；检测受检物体中心位置的物体高度计算装置；使经过状态检验后的受检物体和高度检测装置作相对移动的第2移动装置；根据利用检验装置检出的受检物体的状态及利用高度检测装置检测的受检物体的高度，判断受检物体是否合格的判断装置；以及输出检验结果及判断结果的装置。
本发明的检验方法是由光投射装置将光投射到受检物体上，用受光装置感受由受检物体反射来的光，根据该受光信号检验受检物体的状态，同时根据受光信号算出受检物体的中心位置，再在该中心位置处利用高度检测装置检测受检物体的高度。
利用本发明的上述检验装置及检验方法，是由光投射装置将光投射到应接受检验的物体上(例如球体上)，利用受光装置(例如摄像装置)感受受检物体的反射光，根据该受光信号检验受体物体的状态。另外，根据受光信号算出受检物体的中心位置。然后用高度检测装置检测该中心位置处受检物体的高度。由于除了检验受检物体的形状外，还检测受检物体的高度，所以如果利用这些测量结果，就能高精度地判断受检物体(例如球体)是否合格。
图1是本发明的一个实施例中的检验装置的总体结构图。
图2是该实施例中的检验装置的光投射部及摄像部的说明图。
图3是说明用该摄像部摄得的球体图像的正常与不良状态用的示例图形。
图4是上述实施例中的检验装置的高度检测部所用的传感器之一示例框图。
图5是微量位移传感器的高度检测运作说明图。
图6是用上述实施例中的检验装置检验BGA的一个示例的说明图。
图7是该实施例中的检验装置的摄像部的摄像视野说明图。
图8是该实施例中的检验装置计算球体图形的说明图。
图9是该实施例中的检验装置检出的球体图形的正常状态和其它状态的示例图。
图10是说明该实施例中的检验装置的总体运作流程图。
图中1托盘2x—y工作台3光投射部
4摄像部5检验工作台6高度检测部下面通过实施例进一步详细说明本发明。
图1表示本发明的一个实施例中的检验装置的总体结构。
该检验装置是用来检测放置在托盘1上的BGA部件上装配好的各个球状体的形状和高度、检查BGA部件是否合格用的装置，它备有x—y工作台2、光投射部3、摄像部4、检查工作台5、高度检测部6、控制处理部7及移送部8等。
x—y工作台2具有根据来自控制处理部7的控制信号使承载BGA部件的托架1作前后左右(在x—y平面内)移动的功能。
光投射部3由两个直径不同的环状光源9、10构成，这2个光源能根据来自控制部7的控制信号，同时照射绿光和红光，使各光源9、10与检验位置的正上方的中心位置同心，而且从检验位置看，其位置处于和不同仰角相对应的方向上。
摄像部4使用彩色摄像机，将其位置定在检验位置的正上方镜头朝下。因此，由摄像部4摄取作为检验对象的BGA整装部件的表面反射光，并供给控制处理部7。
检验工作台5是为了检测各个球体的高度而设置的，在x—y工作台2上经过形状检验之后，托盘1被移动转放在该工作台上。
高度检测部6是由检测球体高度用的位移传感器12和使该位移传感器12沿前后方向移动用的传感器驱动部11构成的。传感器驱动部11根据来自控制处理部7的控制信号，使位移传感器12沿图中箭头方向移动。示例中所用的位移传感器12是线路传感器，它与后面详细说明的一个微量位移传感器沿一条直线并排设置。
控制处理部7由A/D变换部13、存储器14、教学表15、图像处理部16、判断部17、x—y工作台控制部18、摄像控制器19、显示球体形态等状态图形的第1监视器20、显示检验结果、对操作人员的提示及显示错误信息等用的第2监视器21、打印机22、键盘23、软盘装置24、检测部控制器25、移动控制器26、控制部27等构成。
移送部8等到在x—y工作台2上进行的球体形状的检验结束后，用来将承放在x—y工作台2上的托盘1移送到检验台5上，由来自控制处理部7的控制信号进行控制。
在该实施例中的检验装置中，如图2所示，球体形状检验进行的方式是来自光投射部3的绿色圆环状光源9的光被球体45的较上侧部分反射后，进入摄像部4的彩色摄像机中，另外，来自红色圆环状光源10的光被球体45的较下侧部分反射后，被彩色摄像机4感受。其结果是如为正常球体，如图3(a)所示，呈红色和绿色同心圆状的图形。如果存有异物等，如图3(b)所示，图形就不是真正的同心圆。此外，如果球体异常，则会呈现各种各样的图案形状。
现在说明球体形状检验方法。在上述实施例装置中，虽然图中未示出，但在托盘1中呈矩阵(4个×5个)方式容纳多个应检验的BGA整装部件。各部件上的球体45如图6(a)所示，以等间隔按矩阵方式配置在部件基板46的背面，其尺寸如图6(b)所示，球体底部直径为0.7mm，高为0.5mm，间距为1.5mm。当然，其具体尺寸大小当然可以随BGA整装部件产品的不同有所不同。球体45是由膏状钎焊料熔成的球状物，表面呈仁丹暗红色，并有光泽，用光照射时，反射光中有漫射成分。部件基板46用陶瓷、塑料、胶片等制成。
图1所示实施例装置的摄像部4的视野不能覆盖BGA整装部件45上的全部球体，如图7(a)所示，最初使照像部4的视野47与BGA整装部件45的左上端的位置吻合，使视野按顺序从左到右，再从上到下一边扫描边摄像。作为一个示例，进入摄像部4的视野47中的球的个数为4×4左右，如图7(b)所示。
在摄像部4中选取具有代表性的球体(凸头)的形状和选定的图案的形状示于图9。图中，图9(1)是正常凸头的情况，其外周为红色环、内周为绿色环、中心部分逐渐变暗。图9(2)至(8)分别是凸头的顶端有平顶缺损的凸头、倾斜平顶缺损的凸头、倾斜平顶缺损大的凸头、直径小的凸头、焊料少的凸头、无焊料或焊料微小的凸头、以及带尖顶的凸头。选取的图像图形也明显与图6(1)中的正常球体(凸头)不同。因此，通过对图像图形进行比较，就能判断出正常球体和有疵点的球体。
各球体图像图形的选取方法如图8所示，设有与各凸头(球体)的外周圆外接的矩形窗口49，在该窗口49内算出绿色、红色图形的面积和凸头的中心。图形面积是分别将各色图形分离之后，利用另外预先设定的二进制的阈值求出各色图形双值化后的图形面积。球的中心位置是利用上述各图形另外的双值图像获得的环，沿X方向和Y方向求出环的二维双值图像的平均重心位置，以此作为球体的中心位置。
检测球体高度用的微量位移传感器12如图4所示，是由传感部31和微机32构成，传感部31是由发光二极管33和晶体管34的串联电路、透镜35及36、PSD37、以及放大器38及39构成。在微机32中装有将来自放大器38、39的输出信号V1、V2变换成数字信号的A/D变换器40、41；对这两个A/D变换器40、41的输出进行加法运算的电路42；以及求出该加法运算值V1＋V2与A/D变换器41的输出V2的比值用的电路43。
该微量位移传感器12使从发光二极管33发出的光照射到受检物体44上，由PSD37接收反射光。PSD37中接收光的位置随发光二极管33与受检物体44之间的距离的不同而有所不同，因此根据光的接收位置信号算出V2/(V1＋V2)的值，即可检测受检物体44沿横向位移的信号。
利用该微量位移传感器12测量BGA整装部件上的球体高度时，如图5所示，使发光二极管33的位置与球体中心位置吻合，从发光二极管33发出光。此光在球体45的上侧表面上产生漫射，射向PSD37的方向，如球45a所示，高度为正常值L1，又如球45b所示，由于焊料不足而出现比正常高度低的L2，由于高度不同，则由PSD37接收到的光点的位置d1、d2也不同。因此，根据该位置信号，并利用三角测量原理，就能测出球体高度。
也可以利用微小量位移传感器的布置方式，替代上述微量位移传感器12，即将LED光投射部和PSD光接收部配置在通过球心的垂线的两侧，并使两者与球心的连线所构成的夹角被该垂线平分。
其次，参照图10所示的流程图，说明上述实施例中的检测装置的总体运作。
首先，将容纳BGA整装部件的托盘1放置在x—y工作台2上，移动x—y工作台2，以使应该最先检验的BGA整装部件与摄像基准位置吻合(步ST1)。然后进行摄像(步ST2)，检验各球体图形的形状(步ST3)。图中所说的形状检验，除了图9所示的典型的图形外，还包括大小、光泽度、附着的异物、变形、有无球体等全部状态。通常检验，判断全部球体是否良好(步ST4)，即使有一个球体形状不良，也不合格，将该BGA整装部件作为废品处理(步ST14)。
当该图像中的全部球体的形状良好时，将与各球体(凸头)的基准位置相对应的位置存入存储器中(步ST5)，同时判断是否是最后的图像(步ST6)。只要未对该BGA整装部件上的全部球体检验完毕，该判断就不作结束，在摄像范围内移动x—y工作台2(步ST7)，返回步ST2，对移动后的视野与上述一样，进行步ST2、…步ST6所述的处理。将此处理过程反复进行，如果在步4中判定球体为不合格品则将其排除，否则要直到在步ST6中断定是最后的图像为止。
图中所说的各球体的基准位置，是指利用各球体所摄得的环状图形算出的圆环的中心位置(重心位置)。另外，在存储器中所存的各球体的基准位置是指从BGA的左上方的球体的中心位置开始的相对应的位置。在该存储器中所存的各球体的基准位置也可以是在存储器中存入的每个球体在BGA的固定x—y工作台上的绝对位置的坐标值。
当在步ST6中判定是最后的图像后，移到ST8，为了检测高度，经过移送部8将托盘1转移到检验台5上。接着，将微量位移传感器12对准存储器14中所存的基准位置，检测各个凸头的高度(步ST9)。然后判断高度是否合格(步ST10)，如果高度未达到规定值，或者高度超过了该规定值时(过高)，则将该BGA整装部件作为不合格品，进行报废处理(步ST14)。
在步ST10中，若高度合格，再判断是否是最后的球体(步ST11)，如果不是最后的球体，便转移到对下一个球体的高度检测(步ST12)。如该实施例中的装置所示，当微量位移传感器12构成线路传感器时，可沿各球体的每一条配置线，同时分别检测各球体的高度，但当只有一个微量位移传感器时，则沿检验台5的前后左右方向移动该微量位移传感器，测量各球体的高度。
当在步ST10中判定为高度合格判断、且在步ST11中判定不是最后的球体时，便按顺序继续进行对各球体的高度的测量。如果在步ST11中判定是最后的一个球体，并且各球体的形状及高度都表明正常时，该BGA整装部件便被定为合格品(步ST13)。
如果采用本发明，不仅可以通过图像处理对受检物体的状态检验，而且还能检测受检物体的高度，因此即使形状等并无异常，但高度不够时也能加以判断，所以能进行比以往更加精确的检验。因此能实现(例如)BGA检验的自动化。
权利要求
1.一种利用球面凸面的镜面反射检验球面受检物体品质的自动检验装置，其中设有将光投射到受检物体上的光投射装置；感受由受检物体反射来的光、并由此输出受光信号的受光装置，根据受光信号检验受光物体状态的检验装置；根据上述受光信号，计算受检物体中心位置的中心位置计算装置；以及检测受检物体中心位置处的受检物体高度的高度检测装置。
2.权利要求1所述的检验装置，上述利用球面凸面的镜面反射的球面受检物体是在基板上形成的焊珠。
3.权利要求1所述的检验装置，上述光投射装置是环状照明装置。
4.权利要求1所述的检验装置，上述受光装置是摄像装置。
5.权利要求4所述的检验装置，是根据利用上述摄像装置摄得的环状图形，了解受检物体形状的装置。
6.权利要求1所述的检验装置，上述高度检测装置是位移传感器。
7.权利要求3所述的检验装置，上述受光装置是摄像装置，上述中心位置计算装置是将用摄像装置摄得的环状图形的圆心位置作为受检物体中心位置的装置。
8.一种利用球面凸面的镜面反射检验球面受检物体品质的检验装置，其中设有将光投射到受检物体上的光投射装置；感受由受检物体反射来的光、并由此输出受光信号的受光装置；使受检物体和受光装置作相对移动的移动装置；根据受光信号检验受检物体状态的检验装置；根据受光信号，计算受检物体中心位置的中心位置计算装置；以及检测受检物体中心位置处的受检物体高度的高度检测装置。
9.一种利用球面凸面的镜面反射检验球面受检物体品质的检验装置，其中设有将光投射到受检物体上的光投射装置；感受由受检物体反射来的光、并由此输出受光信号的受光装置；使受检物体和受光装置作相对移动的第1移动装置；根据受光信号检验受检物体状态的检验装置；根据受光信号，计算受检物体中心位置的中心位置计算装置；检测受检物体中心位置处的受检物体高度的高度检测装置；以及承载经过状态检验后的受检物体、使高度检测装置和受检物体作相对移动的第2移动装置。
10.一种利用球面凸面的镜面反射检验球面受检物体品质的检验装置，其中设有将光投射到受检物体上的光投射装置；感受由受检物体反射来的光、并由此输出受光信号的受光装置；使受检物体和受光装置作相对移动的第1移动装置；根据受光信号检验受检物体状态的检验装置；根据受光信号，计算受检物体中心位置的中心位置计算装置；测量受检物体的中心位置处的受检物体高度的高度检测装置；承载经过状态检验后的受检物体、使高度检测装置与受检物体作相对移动的第2移动装置；以及将受检物体从第1移动装置移送到第2移动装置上的移送装置。
11.一种利用球面凸面的镜面反射检验球面受检物体品质的检验装置，其中设有将光投射到受检物体上的光投射装置；感受由受检物体反射来的光、并由此输出受光信号的受光装置；使受检物体和受光装置作相对移动的第1移动装置；根据受光信号检验检物体状态的的检验装置，根据受光信号，计算受检物体中心位置的中心位置计算装置；测量受检物体中心位置处的受检物体高度的高度检测装置；使经过状态检验后的受检物体和高度测量装置作相对移动的第2移动装置；根据经过上述检验装置检验的受检物体的状态以及经过高度检测装置检出的受检物体的高度，判断受检物体是否合格的判断装置；以及输出上述检验结果及判断结果的装置。
12.一种利用球面凸面的镜面反射检验球面受检物体品质的检验方法，该检验方法是由光投射装置将光投射到受检物体上，由受光装置感受由受检物体反射来的光，根据该受光信号，检验受检物体的状态，同时根据受光信号计算受检物体的中心位置，再利用高度检测装置检测该中心位置处的受检物体的高度。
全文摘要
本发明提供一种能更为精确地检验BGA上的球体的检验装置。从光投射部3将光投射到置于x-y工作台2上的托盘1中的BGA上的球体上，用摄像部4摄取球体，根据摄得图形的形状，判断BGA上的球体是否合格，同时求出球体的中心位置，由移送部8将形状被判为合格的BGA移送到检验台5上，由高度测量部6检测球体的高度，再根据高度判断球是否合格。
文档编号G01N21/55GK1126833SQ95107760
公开日1996年7月17日 申请日期1995年6月30日 优先权日1994年7月1日
发明者铃木俊之 申请人:欧姆龙株式会社