專利名稱：檢驗裝置及檢驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用球面凸面的鏡面反射，檢驗球面狀受檢物體的品質(zhì)，特別涉及檢驗具有BGA(ball grid array)(球體格子矩陣)結(jié)構(gòu)的部件上的球體的有效檢驗裝置和檢驗方法。
近年來，隨著多電極化的趨勢、BGA整裝部件引起人們的重視，并在實用化方面取得進(jìn)展。該BGA整裝部件如圖6所示，在部件46的內(nèi)側(cè)表面上形成焊球作為外部端子，而且該焊球的配置形態(tài)呈格子狀或鋸齒狀等，具有①可進(jìn)行表面安裝；②能使球體(凸頭)的間距與非微細(xì)化、多引線相對應(yīng)；③具有不會產(chǎn)生由引線引起的電波，電氣特性良好等特點。
可是，為了檢驗LSI的安裝狀況，雖然使用了圖像處理技術(shù)，可是在將BGA整裝部件在電路板上安裝時，要將BGA整裝部件加重載裝在電路板上，使球體(凸頭)與電路圖案的位置一致，進(jìn)行軟釬焊，安裝后由于看不到連接面，至今沒有有效的檢驗裝置和檢驗方法。
為了檢驗BGA整裝部件上的焊珠(焊接凸頭)的品質(zhì)，采用圖像處理方法，對各球體進(jìn)行攝像，對該圖像的圖形進(jìn)行圖形檢驗，可以判斷球體是否良好。但是，一個整裝部件上的凸頭個數(shù)越多，即使在進(jìn)行圖形檢驗時判為合格，仍然會存在不能徹底進(jìn)行檢驗的問題，例如由于球體的高度不足，安裝時與電路板連接不當(dāng)，一些球體處于斷路狀態(tài)，結(jié)果，只利用圖像處理進(jìn)行的圖形檢驗，做不到為了獲得良好的BGA整裝部件所需的徹底檢驗。
本發(fā)明就是著眼于上述問題而開發(fā)的，其目的是提供一種能利用對球體等球面凸面的鏡面反射，檢驗球面狀受檢物體，從而達(dá)到高精度的檢驗裝置及檢驗方法。
本發(fā)明是一種，例如，利用球面凸面的鏡面反射、以球面狀的物體為受檢對象、自動檢驗在基片上形成的焊球的品質(zhì)的檢驗裝置及檢驗方法，本發(fā)明的一種檢驗裝置設(shè)有將光投射到受檢物體上的光投射裝置；感受被受檢物體反射來的光的受光裝置；根據(jù)受光信號檢驗受檢物體狀態(tài)的檢驗裝置；根據(jù)受光信號計算受檢物體中心位置的中心位置計算裝置；以及檢測受檢物體中心位置處的受檢物體高度的高度檢測裝置。
在本發(fā)明的另一種檢驗裝置中，設(shè)有將光投射到受檢物體上的光投射裝置；感受被受檢物體反射來的光的受光裝置；使受檢物體和受光裝置作相對移動的移動裝置；根據(jù)受光信號檢驗受檢物體狀態(tài)的檢驗裝置；根據(jù)受光信號計算受檢物體中心位置的中心位置計算裝置；以及檢測受檢物體中心位置處的受檢物體高度的高度檢測裝置。
本發(fā)明的又一種的檢驗裝置設(shè)有將光投射到受檢物體上的光投射裝置；感受由受檢物體反射來的光的受光裝置；使受檢物體和受光裝置作相對移動的第1移動裝置；根據(jù)受光信號檢驗受檢物體狀態(tài)的檢驗裝置；根據(jù)受光信號計算受檢物體的中心位置的中心位置計算裝置；檢測受檢物體中心位置處的受檢物體高度的高度檢測裝置；以及承載經(jīng)過狀態(tài)檢驗后的基板、使高度檢測裝置和受檢物體作相對移動的第2移動裝置。
本發(fā)明的另一種檢驗裝置設(shè)有將光投射到受檢物體上的光投射裝置；感受由受檢物體反射的光的受光裝置；使受檢物體和受光裝置作相對移動的第1移動裝置；根據(jù)受光信號檢驗受檢物體狀態(tài)的檢驗裝置；根據(jù)受光信號，計算受檢物體中心位置的中心位置計算裝置；檢測受檢物體中心位置處的受檢物體高度的高度檢測裝置；承載經(jīng)過狀態(tài)檢驗后的受檢物體、使高度檢測裝置和受檢物體作相對移動的第2移動裝置；以及將受檢物體從第1移動裝置移送到第2移動裝置上的移送裝置。
本發(fā)明的又一種檢驗裝置設(shè)有利用球面凸面的鏡面反射，檢驗球面受檢物體品質(zhì)的檢驗裝置；將光投射到受檢物體上的光投射裝置；感受由受檢物體反射的光的受光裝置；使受檢物體和受光裝置作相對移動的第1移動裝置；根據(jù)受光信號檢驗受檢物體狀態(tài)的檢驗裝置；根據(jù)受光信號計算受檢物體中心位置的中心位置計算裝置；檢測受檢物體中心位置的物體高度計算裝置；使經(jīng)過狀態(tài)檢驗后的受檢物體和高度檢測裝置作相對移動的第2移動裝置；根據(jù)利用檢驗裝置檢出的受檢物體的狀態(tài)及利用高度檢測裝置檢測的受檢物體的高度，判斷受檢物體是否合格的判斷裝置；以及輸出檢驗結(jié)果及判斷結(jié)果的裝置。
本發(fā)明的檢驗方法是由光投射裝置將光投射到受檢物體上，用受光裝置感受由受檢物體反射來的光，根據(jù)該受光信號檢驗受檢物體的狀態(tài)，同時根據(jù)受光信號算出受檢物體的中心位置，再在該中心位置處利用高度檢測裝置檢測受檢物體的高度。
利用本發(fā)明的上述檢驗裝置及檢驗方法，是由光投射裝置將光投射到應(yīng)接受檢驗的物體上(例如球體上)，利用受光裝置(例如攝像裝置)感受受檢物體的反射光，根據(jù)該受光信號檢驗受體物體的狀態(tài)。另外，根據(jù)受光信號算出受檢物體的中心位置。然后用高度檢測裝置檢測該中心位置處受檢物體的高度。由于除了檢驗受檢物體的形狀外，還檢測受檢物體的高度，所以如果利用這些測量結(jié)果，就能高精度地判斷受檢物體(例如球體)是否合格。


圖1是本發(fā)明的一個實施例中的檢驗裝置的總體結(jié)構(gòu)圖。
圖2是該實施例中的檢驗裝置的光投射部及攝像部的說明圖。
圖3是說明用該攝像部攝得的球體圖像的正常與不良狀態(tài)用的示例圖形。
圖4是上述實施例中的檢驗裝置的高度檢測部所用的傳感器之一示例框圖。
圖5是微量位移傳感器的高度檢測運(yùn)作說明圖。
圖6是用上述實施例中的檢驗裝置檢驗BGA的一個示例的說明圖。
圖7是該實施例中的檢驗裝置的攝像部的攝像視野說明圖。
圖8是該實施例中的檢驗裝置計算球體圖形的說明圖。
圖9是該實施例中的檢驗裝置檢出的球體圖形的正常狀態(tài)和其它狀態(tài)的示例圖。
圖10是說明該實施例中的檢驗裝置的總體運(yùn)作流程圖。
圖中1托盤2x—y工作臺3光投射部
4攝像部5檢驗工作臺6高度檢測部下面通過實施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。
圖1表示本發(fā)明的一個實施例中的檢驗裝置的總體結(jié)構(gòu)。
該檢驗裝置是用來檢測放置在托盤1上的BGA部件上裝配好的各個球狀體的形狀和高度、檢查BGA部件是否合格用的裝置，它備有x—y工作臺2、光投射部3、攝像部4、檢查工作臺5、高度檢測部6、控制處理部7及移送部8等。
x—y工作臺2具有根據(jù)來自控制處理部7的控制信號使承載BGA部件的托架1作前后左右(在x—y平面內(nèi))移動的功能。
光投射部3由兩個直徑不同的環(huán)狀光源9、10構(gòu)成，這2個光源能根據(jù)來自控制部7的控制信號，同時照射綠光和紅光，使各光源9、10與檢驗位置的正上方的中心位置同心，而且從檢驗位置看，其位置處于和不同仰角相對應(yīng)的方向上。
攝像部4使用彩色攝像機(jī)，將其位置定在檢驗位置的正上方鏡頭朝下。因此，由攝像部4攝取作為檢驗對象的BGA整裝部件的表面反射光，并供給控制處理部7。
檢驗工作臺5是為了檢測各個球體的高度而設(shè)置的，在x—y工作臺2上經(jīng)過形狀檢驗之后，托盤1被移動轉(zhuǎn)放在該工作臺上。
高度檢測部6是由檢測球體高度用的位移傳感器12和使該位移傳感器12沿前后方向移動用的傳感器驅(qū)動部11構(gòu)成的。傳感器驅(qū)動部11根據(jù)來自控制處理部7的控制信號，使位移傳感器12沿圖中箭頭方向移動。示例中所用的位移傳感器12是線路傳感器，它與后面詳細(xì)說明的一個微量位移傳感器沿一條直線并排設(shè)置。
控制處理部7由A/D變換部13、存儲器14、教學(xué)表15、圖像處理部16、判斷部17、x—y工作臺控制部18、攝像控制器19、顯示球體形態(tài)等狀態(tài)圖形的第1監(jiān)視器20、顯示檢驗結(jié)果、對操作人員的提示及顯示錯誤信息等用的第2監(jiān)視器21、打印機(jī)22、鍵盤23、軟盤裝置24、檢測部控制器25、移動控制器26、控制部27等構(gòu)成。
移送部8等到在x—y工作臺2上進(jìn)行的球體形狀的檢驗結(jié)束后，用來將承放在x—y工作臺2上的托盤1移送到檢驗臺5上，由來自控制處理部7的控制信號進(jìn)行控制。
在該實施例中的檢驗裝置中，如圖2所示，球體形狀檢驗進(jìn)行的方式是來自光投射部3的綠色圓環(huán)狀光源9的光被球體45的較上側(cè)部分反射后，進(jìn)入攝像部4的彩色攝像機(jī)中，另外，來自紅色圓環(huán)狀光源10的光被球體45的較下側(cè)部分反射后，被彩色攝像機(jī)4感受。其結(jié)果是如為正常球體，如圖3(a)所示，呈紅色和綠色同心圓狀的圖形。如果存有異物等，如圖3(b)所示，圖形就不是真正的同心圓。此外，如果球體異常，則會呈現(xiàn)各種各樣的圖案形狀。
現(xiàn)在說明球體形狀檢驗方法。在上述實施例裝置中，雖然圖中未示出，但在托盤1中呈矩陣(4個×5個)方式容納多個應(yīng)檢驗的BGA整裝部件。各部件上的球體45如圖6(a)所示，以等間隔按矩陣方式配置在部件基板46的背面，其尺寸如圖6(b)所示，球體底部直徑為0.7mm，高為0.5mm，間距為1.5mm。當(dāng)然，其具體尺寸大小當(dāng)然可以隨BGA整裝部件產(chǎn)品的不同有所不同。球體45是由膏狀釬焊料熔成的球狀物，表面呈仁丹暗紅色，并有光澤，用光照射時，反射光中有漫射成分。部件基板46用陶瓷、塑料、膠片等制成。
圖1所示實施例裝置的攝像部4的視野不能覆蓋BGA整裝部件45上的全部球體，如圖7(a)所示，最初使照像部4的視野47與BGA整裝部件45的左上端的位置吻合，使視野按順序從左到右，再從上到下一邊掃描邊攝像。作為一個示例，進(jìn)入攝像部4的視野47中的球的個數(shù)為4×4左右，如圖7(b)所示。
在攝像部4中選取具有代表性的球體(凸頭)的形狀和選定的圖案的形狀示于圖9。圖中，圖9(1)是正常凸頭的情況，其外周為紅色環(huán)、內(nèi)周為綠色環(huán)、中心部分逐漸變暗。圖9(2)至(8)分別是凸頭的頂端有平頂缺損的凸頭、傾斜平頂缺損的凸頭、傾斜平頂缺損大的凸頭、直徑小的凸頭、焊料少的凸頭、無焊料或焊料微小的凸頭、以及帶尖頂?shù)耐诡^。選取的圖像圖形也明顯與圖6(1)中的正常球體(凸頭)不同。因此，通過對圖像圖形進(jìn)行比較，就能判斷出正常球體和有疵點的球體。
各球體圖像圖形的選取方法如圖8所示，設(shè)有與各凸頭(球體)的外周圓外接的矩形窗口49，在該窗口49內(nèi)算出綠色、紅色圖形的面積和凸頭的中心。圖形面積是分別將各色圖形分離之后，利用另外預(yù)先設(shè)定的二進(jìn)制的閾值求出各色圖形雙值化后的圖形面積。球的中心位置是利用上述各圖形另外的雙值圖像獲得的環(huán)，沿X方向和Y方向求出環(huán)的二維雙值圖像的平均重心位置，以此作為球體的中心位置。
檢測球體高度用的微量位移傳感器12如圖4所示，是由傳感部31和微機(jī)32構(gòu)成，傳感部31是由發(fā)光二極管33和晶體管34的串聯(lián)電路、透鏡35及36、PSD37、以及放大器38及39構(gòu)成。在微機(jī)32中裝有將來自放大器38、39的輸出信號V1、V2變換成數(shù)字信號的A/D變換器40、41；對這兩個A/D變換器40、41的輸出進(jìn)行加法運(yùn)算的電路42；以及求出該加法運(yùn)算值V1＋V2與A/D變換器41的輸出V2的比值用的電路43。
該微量位移傳感器12使從發(fā)光二極管33發(fā)出的光照射到受檢物體44上，由PSD37接收反射光。PSD37中接收光的位置隨發(fā)光二極管33與受檢物體44之間的距離的不同而有所不同，因此根據(jù)光的接收位置信號算出V2/(V1＋V2)的值，即可檢測受檢物體44沿橫向位移的信號。
利用該微量位移傳感器12測量BGA整裝部件上的球體高度時，如圖5所示，使發(fā)光二極管33的位置與球體中心位置吻合，從發(fā)光二極管33發(fā)出光。此光在球體45的上側(cè)表面上產(chǎn)生漫射，射向PSD37的方向，如球45a所示，高度為正常值L1，又如球45b所示，由于焊料不足而出現(xiàn)比正常高度低的L2，由于高度不同，則由PSD37接收到的光點的位置d1、d2也不同。因此，根據(jù)該位置信號，并利用三角測量原理，就能測出球體高度。
也可以利用微小量位移傳感器的布置方式，替代上述微量位移傳感器12，即將LED光投射部和PSD光接收部配置在通過球心的垂線的兩側(cè)，并使兩者與球心的連線所構(gòu)成的夾角被該垂線平分。
其次，參照圖10所示的流程圖，說明上述實施例中的檢測裝置的總體運(yùn)作。
首先，將容納BGA整裝部件的托盤1放置在x—y工作臺2上，移動x—y工作臺2，以使應(yīng)該最先檢驗的BGA整裝部件與攝像基準(zhǔn)位置吻合(步ST1)。然后進(jìn)行攝像(步ST2)，檢驗各球體圖形的形狀(步ST3)。圖中所說的形狀檢驗，除了圖9所示的典型的圖形外，還包括大小、光澤度、附著的異物、變形、有無球體等全部狀態(tài)。通常檢驗，判斷全部球體是否良好(步ST4)，即使有一個球體形狀不良，也不合格，將該BGA整裝部件作為廢品處理(步ST14)。
當(dāng)該圖像中的全部球體的形狀良好時，將與各球體(凸頭)的基準(zhǔn)位置相對應(yīng)的位置存入存儲器中(步ST5)，同時判斷是否是最后的圖像(步ST6)。只要未對該BGA整裝部件上的全部球體檢驗完畢，該判斷就不作結(jié)束，在攝像范圍內(nèi)移動x—y工作臺2(步ST7)，返回步ST2，對移動后的視野與上述一樣，進(jìn)行步ST2、…步ST6所述的處理。將此處理過程反復(fù)進(jìn)行，如果在步4中判定球體為不合格品則將其排除，否則要直到在步ST6中斷定是最后的圖像為止。
圖中所說的各球體的基準(zhǔn)位置，是指利用各球體所攝得的環(huán)狀圖形算出的圓環(huán)的中心位置(重心位置)。另外，在存儲器中所存的各球體的基準(zhǔn)位置是指從BGA的左上方的球體的中心位置開始的相對應(yīng)的位置。在該存儲器中所存的各球體的基準(zhǔn)位置也可以是在存儲器中存入的每個球體在BGA的固定x—y工作臺上的絕對位置的坐標(biāo)值。
當(dāng)在步ST6中判定是最后的圖像后，移到ST8，為了檢測高度，經(jīng)過移送部8將托盤1轉(zhuǎn)移到檢驗臺5上。接著，將微量位移傳感器12對準(zhǔn)存儲器14中所存的基準(zhǔn)位置，檢測各個凸頭的高度(步ST9)。然后判斷高度是否合格(步ST10)，如果高度未達(dá)到規(guī)定值，或者高度超過了該規(guī)定值時(過高)，則將該BGA整裝部件作為不合格品，進(jìn)行報廢處理(步ST14)。
在步ST10中，若高度合格，再判斷是否是最后的球體(步ST11)，如果不是最后的球體，便轉(zhuǎn)移到對下一個球體的高度檢測(步ST12)。如該實施例中的裝置所示，當(dāng)微量位移傳感器12構(gòu)成線路傳感器時，可沿各球體的每一條配置線，同時分別檢測各球體的高度，但當(dāng)只有一個微量位移傳感器時，則沿檢驗臺5的前后左右方向移動該微量位移傳感器，測量各球體的高度。
當(dāng)在步ST10中判定為高度合格判斷、且在步ST11中判定不是最后的球體時，便按順序繼續(xù)進(jìn)行對各球體的高度的測量。如果在步ST11中判定是最后的一個球體，并且各球體的形狀及高度都表明正常時，該BGA整裝部件便被定為合格品(步ST13)。
如果采用本發(fā)明，不僅可以通過圖像處理對受檢物體的狀態(tài)檢驗，而且還能檢測受檢物體的高度，因此即使形狀等并無異常，但高度不夠時也能加以判斷，所以能進(jìn)行比以往更加精確的檢驗。因此能實現(xiàn)(例如)BGA檢驗的自動化。
權(quán)利要求
1.一種利用球面凸面的鏡面反射檢驗球面受檢物體品質(zhì)的自動檢驗裝置，其中設(shè)有將光投射到受檢物體上的光投射裝置；感受由受檢物體反射來的光、并由此輸出受光信號的受光裝置，根據(jù)受光信號檢驗受光物體狀態(tài)的檢驗裝置；根據(jù)上述受光信號，計算受檢物體中心位置的中心位置計算裝置；以及檢測受檢物體中心位置處的受檢物體高度的高度檢測裝置。
2.權(quán)利要求1所述的檢驗裝置，上述利用球面凸面的鏡面反射的球面受檢物體是在基板上形成的焊珠。
3.權(quán)利要求1所述的檢驗裝置，上述光投射裝置是環(huán)狀照明裝置。
4.權(quán)利要求1所述的檢驗裝置，上述受光裝置是攝像裝置。
5.權(quán)利要求4所述的檢驗裝置，是根據(jù)利用上述攝像裝置攝得的環(huán)狀圖形，了解受檢物體形狀的裝置。
6.權(quán)利要求1所述的檢驗裝置，上述高度檢測裝置是位移傳感器。
7.權(quán)利要求3所述的檢驗裝置，上述受光裝置是攝像裝置，上述中心位置計算裝置是將用攝像裝置攝得的環(huán)狀圖形的圓心位置作為受檢物體中心位置的裝置。
8.一種利用球面凸面的鏡面反射檢驗球面受檢物體品質(zhì)的檢驗裝置，其中設(shè)有將光投射到受檢物體上的光投射裝置；感受由受檢物體反射來的光、并由此輸出受光信號的受光裝置；使受檢物體和受光裝置作相對移動的移動裝置；根據(jù)受光信號檢驗受檢物體狀態(tài)的檢驗裝置；根據(jù)受光信號，計算受檢物體中心位置的中心位置計算裝置；以及檢測受檢物體中心位置處的受檢物體高度的高度檢測裝置。
9.一種利用球面凸面的鏡面反射檢驗球面受檢物體品質(zhì)的檢驗裝置，其中設(shè)有將光投射到受檢物體上的光投射裝置；感受由受檢物體反射來的光、并由此輸出受光信號的受光裝置；使受檢物體和受光裝置作相對移動的第1移動裝置；根據(jù)受光信號檢驗受檢物體狀態(tài)的檢驗裝置；根據(jù)受光信號，計算受檢物體中心位置的中心位置計算裝置；檢測受檢物體中心位置處的受檢物體高度的高度檢測裝置；以及承載經(jīng)過狀態(tài)檢驗后的受檢物體、使高度檢測裝置和受檢物體作相對移動的第2移動裝置。
10.一種利用球面凸面的鏡面反射檢驗球面受檢物體品質(zhì)的檢驗裝置，其中設(shè)有將光投射到受檢物體上的光投射裝置；感受由受檢物體反射來的光、并由此輸出受光信號的受光裝置；使受檢物體和受光裝置作相對移動的第1移動裝置；根據(jù)受光信號檢驗受檢物體狀態(tài)的檢驗裝置；根據(jù)受光信號，計算受檢物體中心位置的中心位置計算裝置；測量受檢物體的中心位置處的受檢物體高度的高度檢測裝置；承載經(jīng)過狀態(tài)檢驗后的受檢物體、使高度檢測裝置與受檢物體作相對移動的第2移動裝置；以及將受檢物體從第1移動裝置移送到第2移動裝置上的移送裝置。
11.一種利用球面凸面的鏡面反射檢驗球面受檢物體品質(zhì)的檢驗裝置，其中設(shè)有將光投射到受檢物體上的光投射裝置；感受由受檢物體反射來的光、并由此輸出受光信號的受光裝置；使受檢物體和受光裝置作相對移動的第1移動裝置；根據(jù)受光信號檢驗檢物體狀態(tài)的的檢驗裝置，根據(jù)受光信號，計算受檢物體中心位置的中心位置計算裝置；測量受檢物體中心位置處的受檢物體高度的高度檢測裝置；使經(jīng)過狀態(tài)檢驗后的受檢物體和高度測量裝置作相對移動的第2移動裝置；根據(jù)經(jīng)過上述檢驗裝置檢驗的受檢物體的狀態(tài)以及經(jīng)過高度檢測裝置檢出的受檢物體的高度，判斷受檢物體是否合格的判斷裝置；以及輸出上述檢驗結(jié)果及判斷結(jié)果的裝置。
12.一種利用球面凸面的鏡面反射檢驗球面受檢物體品質(zhì)的檢驗方法，該檢驗方法是由光投射裝置將光投射到受檢物體上，由受光裝置感受由受檢物體反射來的光，根據(jù)該受光信號，檢驗受檢物體的狀態(tài)，同時根據(jù)受光信號計算受檢物體的中心位置，再利用高度檢測裝置檢測該中心位置處的受檢物體的高度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能更為精確地檢驗BGA上的球體的檢驗裝置。從光投射部3將光投射到置于x-y工作臺2上的托盤1中的BGA上的球體上，用攝像部4攝取球體，根據(jù)攝得圖形的形狀，判斷BGA上的球體是否合格，同時求出球體的中心位置，由移送部8將形狀被判為合格的BGA移送到檢驗臺5上，由高度測量部6檢測球體的高度，再根據(jù)高度判斷球是否合格。
文檔編號G01N21/55GK1126833SQ95107760
公開日1996年7月17日 申請日期1995年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月1日
發(fā)明者鈴木俊之 申請人:歐姆龍株式會社