JP2010185784A - 基板検査装置及びその位置合せ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板の電気検査ＰＡＳＳ位置の変化に追随する基板検査装置の提供。
【解決手段】 基板位置決めマーク２０１，２０２を有する基板２の配線パターン２１を検査するための位置合せ機能を有する基板検査装置１であって、
プローブ３４と、プローブ保持板３５に設けられた治具位置決めマーク３１１，３１２を備えて基板検査装置１に搭載される検査治具３と、検査治具３を移動させるための検査治具移動部１６２、プレス機構１６６と、基板２を保持する基板保持部３３と、基板位置決めマーク２０１，２０２と治具位置決めマーク３１１，３１２とをプレス状態においてカメラ１５で認識し、基板２と検査治具３とを位置合せする制御部１１を備え、該制御部１１は、上記の光学的位置合せ位置と電気検査に適合する位置との差を統計計算し、該差に基づいて位置合せして検査することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリント配線基板に形成された配線パターンに接触子を接触させて当該配線パターンを検査する位置合せ機能を有する基板検査装置に関する。

なお、ここにおいてはＩＣやコンデンサー、抵抗を既に実装された実装基板を回路基板とし、ＩＣやコンデンサー、抵抗等が未だ実装されていない状態の裸基板をプリント配線基板とする。
そして、本発明は、プリント配線基板に限らず、例えば、フレキシブル基板、多層配線基板、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ用の電極板、及び半導体パッケージ用のパッケージ基板やフィルムキャリアなど種々の基板や半導体ウエハなどに形成される電気的配線の検査に適用できる。この明細書では、それら種々の配線基板を総称して「基板」と称する。

特許文献１は、基板の検査対象の配線パターンの検査点に検査治具の接触子の先端を当接させた状態で、基板上の基準マークと検査治具の基準孔とをカメラで読み込んでそれらの位置のずれを検出し、当接を解除してその位置ずれを補正し再当接して検査する構成を開示する。

特許文献２は、基板の表面と検査部の接触子が植設されている面との間に一対のカメラを挿入し、その一対のカメラによって、基板の表面上の位置決めマークと検査部のその面上の位置決めマークとを同時に観察して、それらが光学的同軸上にない場合には位置ずれがあるとして、検査治具を移動して位置ずれを補正する構成を開示する。

特許文献３は、主カメラで、テーブル位置決めマークを読み取って座標の基準を定め、さらに、基板位置決めマークを読み取ることで基板の位置を認識し、さらに、搬送テーブルに保持された補助カメラによって治具位置決めマークを読み取って検査治具の位置を認識する構成を開示する。それによると、主カメラと補助カメラとの位置関係が基板検査装置の固有定数ということを利用して、基板と検査治具との位置関係を計算して位置ずれを算出し、それを補正して一致させることにより、基板上の検査点と検査治具の接触子との位置の整合を図っている。そして、上記の特許文献１で述べた当接させた状態で、位置ずれを検出し補正する機能も開示している。
上記の特許文献による位置合せ方式では、共通して、基板の位置決めマークと検査治具の位置決めマークとを使用し、基板検査装置の本体のカメラが各々のマークを読み、基板と検査治具との相対的位置関係を認識することにより位置ずれを補正している。

この方式では、検査治具に位置決めマークを持たずに基板の位置決めマークのみを読み込んで位置合せをする方式よりも、検査治具の位置が認識できるので簡単で正確に光学位置合わせをすることができる。

実登第２５１７２７７号公報 特開平５−３０２９５２号公報 特許第３３１３０８５号公報

しかしながら、特許文献１乃至３の位置合せの方式では、位置合わせをした位置から少しシフトした位置に電気検査に適合するＰＡＳＳが出易い基板の検査点と検査治具の接触子とが整合する位置が存在することがある。その為に、光学位置合わせをした位置の周辺を探査してそのような電気検査の適合位置を確認し、その適合位置が光学位置合わせの位置と相違している場合には、適合位置が位置合せの目標位置になるように、基板検査装置の検査データを修正して対処する必要があった。

この光学位置合せの光学位置と電気検査に適合する適合位置の差は僅かであるが検査治具の個々に拠って異なり、同じ基板の製品名であっても複数の検査治具で異なることがあり、ＰＡＳＳが出ない場合もあり、適合位置の探査をして修正していた。
そのため、複数の基板検査装置と複数の検査治具とを用いる場合には、それらの組み合わせを変更するたびに適合位置とのずれを修正する必要があるため、検査基板の製品名の変更の際のセットアップ時間が長くなっていた。
上記の観点から、各々の検査治具の誤差の修正値を記憶し読み出すこが、好ましい。

そしてまた、その適合位置は基板の製造ロット等に拠り、僅かであるが異なることがある。これは前工程の複数の基板製造装置の各々の特性の差と条件を引き継いだものと考えられる。
本発明は、電気検査のプレス時の基板と検査治具との相対位置を認識する基板検査装置において、良否判定結果に元図いて相対位置を統計処理して、検査の適合位置に利用するものである。

請求項１の発明は、基板位置決めマークを有する基板の配線パターン上の複数の検査点にプローブを接触させて該配線パターンを検査するための位置合せ機能を有する基板検査装置であって、前記プローブを保持するためのプローブ保持板と、該プローブ保持板に設けられた治具位置決めマークを備えて基板検査装置に搭載される検査治具と、該基板検査装置は、検査治具を移動させるための検査治具移動部、プレス機構と、基板を保持する基板保持部と、基板位置決めマークと治具位置決めマークとをプレス状態においてカメラで認識し、基板と検査治具とを位置合せする制御部を備え、該制御部は、上記の光学的位置合せ位置と電気検査に適合する位置との差を統計計算し、該差に基づいて位置合せして検査することを特徴とする。

請求項２項の発明は、請求項１の基板検査装置において、統計計算は直近の良品判定の位置データを使用することを特徴とする。
請求項３項の発明は、請求項１の基板検査装置において、カメラは検査治具に装着されたことを特徴とする。
請求項４項の発明は、請求項１の基板検査装置において、基板保持部は下側検査治具のプローブ保持板に装着された複数の基板保持ピンからなることを特徴とする。

請求項５項の発明は、基板位置決めマークを有する基板の配線パターン上の複数の検査点にプローブを接触させて該配線パターンを検査する基板検査装置のための位置合せ方法であって、プローブを保持するためのプローブ保持板と、該プローブ保持板に設けられた治具位置決めマークを備えて基板検査装置に搭載される検査治具と、検査治具を移動させるための検査治具移動部、プレス機構と、基板を保持する基板保持部と、基板位置決めマークと治具位置決めマークとをプレス状態においてカメラで認識し、基板と検査治具とを位置合せする制御部を備え、該制御部は、上記の光学的位置合せ位置と電気検査に適合する位置との差を統計計算し、該差に基づいて位置合せして検査することを特徴とする基板検査装置の位置合せ方法である。

請求項６の発明は、請求項５の基板検査装置の位置合せ方法において、統計計算は直近の良品判定の位置データを使用することを特徴とする。
これらの発明を提供することによって、上記課題を悉く解決する。

請求項１、２、５および６の発明によれば、基板の製造ロット等に拠り、電気検査時にＰＡＳＳの出易い適合位置が変化しても追随ができる。そして複数の基板からデータをサンプリングするので最新の適合位置ので、ＰＡＳＳの確率が高く、良否の判定の信頼性が上がり、生産性を向上させる。
また、適合位置を探査する場合、直近のＰＡＳＳ位置の記録と統計計算を自動的に行なうので、適合位置に収束させることが容易でかつ正確にできる。そしてセットアップ時間の短縮にもなる。

請求項３の発明によれば、カメラが検査治具に装着されるので、位置合せのために検査治具が移動しても、カメラも一緒に移動するので視野は移動せず、基板位置決めマークが移動して認識ができる。そしてプレス状態の実検査時の基板と検査治具との相対的位置をサンプリングできるので、位置補正が正確である。
請求項４の発明によれば、下側検査治具のプローブ保持板に基板保持ピンを植設して基板の基準ホールに先端を挿入して係止するので、基板の下側面は簡単な構造で機械的に位置あわせができる。そして、上側面の上側検査治具は前回検査の位置合せ完了の位置にあり、１回目のプレス時にＰＡＳＳを出すことも期待できる。これは、検査時間の短縮に寄与する。

上記の様に光学的位置合せの位置と電気検査の適合位置との差が基板の製造上の特性で変化しても適合位置を統計的処理に拠り求めることで検査の信頼性を向上させることができる。
以下に、添付図面に基づいて、本発明の望ましい実施形態に係る基板検査装置について説明を行う。
なお、各添付図において、各部材の厚さ、長さ、形状、部材同士の間隔等は、理解の容易のために、拡大・縮小・変形・簡略化等を行っている。

本発明の一実施例に係る基板検査装置の概略構成を示す正面図である。尚、点線で示している部分は、内部に配置されている部分を示す。 図１の基板検査装置の検査の基本動作を示すフローチャートである。 （ａ）は図１の基板検査装置における１回目プレス時のカメラ画像を示し、（ｂ）は、図１の基板検査装置における光学的位置合せ後のカメラ画像を示し、（ｃ）は図１の基板検査装置における電気検査の適合位置のカメラ画像を示す。 電気検査の適合位置の移動例を示す。 図１の基板検査装置のブロック図を示す。 従来の基板検査装置の検査の基本動作を示すフローチャートである。

［基板検査装置の概略の構成］
図１は、本発明の一実施例に係る基板検査装置１の概略構成を示す正面図である。その図には、基板２を保持し下側面に当接する下側検査治具３２、基板２の上側面に当接する上側検査治具３１、その各々の検査治具３を保持する検査治具保持部１６３、該く検査治具保持部１６３を駆動するプレス機構１６６とＸＹθ移動部１６２に機械本体１６１から機構部１６は構成されている。

下側検査治具３２は、治具ベース板３７に複数の支柱３６を立ててその上にプローブ保持板３５を連結する。プローブ保持板３５には、基板２の配線パターン２１を検査する為の検査点２２に接触接続する複数のプローブ３４が対応する位置に植設されて、電気検査部１３と接続している。
そして、４本以上の基板保持ピン３３１が基板２の基準ホール２３に対応する位置に植設されて、基板保持ピン３３１の先端が基板２の基準ホール２３に係合して基板２を保持して基板保持部３３を構成している。この基板保持ピン３３１は図の上から押されると下側基板検査治具３２の内部方向に収納される構造になっている。下側面は製作時に機械的位置合せがなされていることになる。

上側検査治具３１は、治具ベース板３７に複数の支柱３６を立ててその先にプローブ保持板３５を連結する。プローブ保持板３５には下側検査治具３２と同様に複数のプローブ３４と２ヶ所の基板位置決めマーク２０１，２０２に対応する位置に治具位置決めマーク３０１，３０２が植設されている。
この治具位置決めマーク３０１，３０２はリング状の形状をした金属で、基板位置決めマーク２０１，２０２と同じ仕上げの表面処理がされていることがカメラ１５で位置認識する為に好ましい。
上側検査治具３１には、カメラ１５を着脱自在に装着するカメラレール３１３が治具ベース板３７に固定されて、基板位置決めマーク２０１，２０２と治具位置決めマーク３０１，３０２を同軸に撮影することができる。そして上側検査治具３１がＸＹθ移動部１６２に拠って移動しても治具位置決めマーク３０１，３０２は動かずに、基板位置決めマーク２０１，２０２が相対的に移動して見える。
検査治具３を検査治具保持部１６３に搭載した時の、機械的位置を定める位置決めピン１６４が検査治具保持部１６３と治具ベース板３７の定位置にある位置決め穴を同軸に貫通している。そして検査治具保持部１６３には図示してないが治具ベース板３７を保持する機構を有して検査治具３を固定している。

図の基板２の配線パターン２１には、上側に２点の検査点２２と下側に１点の検査点２２がある。基板位置決めマーク２０１，２０２（パターン）と基準ホール２３（機械加工穴）との間には誤差があるので、検査点２２が小さくなると各基板２毎に位置合せが必要になる。

図５の基板検査装置のブロック図において、装置の制御について説明をする。
一実施例の装置は制御部１１を中心に電気検査部１３は検査治具３１，３２を通して基板２の検査点２２に接触導通して基板２の導通と絶縁検査を行なう。
機構部１６は機械本体部１６１、ＸＹθ移動部１６２、プレス機構１６６、検査治具保持部１６３等から成っている。カメラ１５は画像処理部１４に接続されてＸ，Ｙデータに変換されて制御部１１に認識される。
操作パネル１２は、作業者と基板検査装置１との対話の手段として機能する。

図２において、基板検査装置１の検査の基本動作を説明する。
始めにステップ５１で基板２を下側検査治３２の基板保持ピン３３１の上、基板保持部３３にセットする。次にステップ５２では、操作パネル１２からプレスを開始する。
ステップ５３では、プレス動作が完了して基板２と検査治具３が当接状態になると、電気検査部１３は導通と絶縁検査して良否判定する。そして同時にステップ５３１でカメラ１５は基板位置決めマーク２０１，２０２と治具位置決めマーク３０１，３０２を撮影して画像を読み込む。
検査が完了したら、ステップ５４でプレスを解除する。そして同時にステップ５４１で読み込んだ画像を処理し、ＰＡＳＳ位置を統計処理する。
ステップ５５において、良品判定であれば判定を確定し基板１をステップ５７で排出する。

不良判定した場合、基板２は良品であるが位置合せが悪く不良判定になることがあるので、次はステップ５６の位置補正をして電気検査の適合位置に位置合せを行なった後に再検査する為に、上記のステップ５２のプレス駆動に戻る。このステップ５６の位置補正の動作時間は短時間でステップ５４のプレス解除駆動とステップ５２のプレス駆動の動作内に完了して検査時間には影響がない。
そして、ステップ５３で再度導通と絶縁検査し、良否を判定する。この判定結果が不良であっても位置合せがされているので、基板２が不良であるとステップ５５において判定しステップ５７の基板を搬出する。以上が本発明の位置合せの動作の流れである。

この検査の基本動作はフェイル・リトライ（不良時の再検査）と呼ばれて、不良判定時に位置合せをして再プレスして良否を再確認する流れになって、1回目の検査でＰＡＳＳであれば位置合せも行なわないので判定の時間が早い。そして、ＰＡＳＳ位置を統計処理しているので、良否判定の信頼性も高い特色がある。
本発明の従来からの改良点は、ステップ５４１のＰＡＳＳ位置の統計処理を追加して、ＰＡＳＳ時の位置データを利用して統計的に適合位置に活用している。

図３において、検査（当接）時のカメラ画像について説明を行なう。
図３Ａは、ステップ５２の１回目のプレス駆動が完了し、ステップ５３の導通と絶縁検査時のカメラ１５の画像でカメラ１５は２台が上側検査治具３１に装着されて、プローブ保持板３５の治具位置決めマーク３０１，３０２と基板２の基板位置決めマーク２０１，２０２を同時に撮像している。
図の外枠がカメラ１５のＣＣＤの撮像範囲である。図の右側の治具位置決めマーク３０２はプローブ保持板３５の穴に圧入固定されている。リングの内側の中心と基板位置決めマーク２０２と同軸になるように加工と組立されているが、各々のマークの中心のずれが位置ずれとしてＸ，Ｙ軸方向の成分として△Ｘ２＝（２０２ｘ−３０２ｘ）と△Ｙ２＝（２０２ｙ−３０２ｙ）に算出する事ができる。そして、図の左側は同様に△Ｘ１＝（２０１ｘ−３０１ｘ）と△Ｙ１＝（２０１ｙ−３０１ｙ）に算出する事ができる。

図３Ｂは、基板位置決めマーク２０１，２０２の中心に治具位置決めマーク３０１，３０２を整合するように位置合せをした２回目のプレスした場合のカメラ１５の画像である。各マークの中心が一致している。この位置が設計上の光学位置合せの位置（光学位置）であるが、この周辺に電気検査の適合するＰＡＳＳが出易い適合位置があることがあるので、周辺を探査して適合位置を確定したのが図３Ｃである。
治具位置決めマーク３０１，３０２中心からの修正量としてＡｊ１（ＡｊＸ１，ＡｊＹ１），Ａｊ２（ＡｊＸ２，ＡｊＹ２）を適合位置としている。

この光学位置からのずれの主な要因は上検査治具３１の治具位置決めマーク３０１，３０２とプローブ３４との製作時の誤差で上側検査治具３１の個々の固有の修正量として光学位置に加算することが好ましい。そして記憶手段に書込みと読出しをすることで利用することができる。

図４はＰＡＳＳの適合位置が基板２の製造ロット等によって変わることがある様子をＸ軸成分について示している。ＰＡＳＳの中心がＡｊＸｍａｘからＡｊＸｍｉｎまで移動している。この様な場合、現在検査している基板２の特性に合わせて位置合せの適合位置の目標を固定せず変更して追跡させた方が、効率が良い。
本発明は、基板２と検査治具３１の位置読込みと検査判定とが同じステップ５３の状態で行なわれることを利用して、ＰＡＳＳ判定時の位置を複数記憶して統計処理して適合位置を再算出する。そしてその再算出の位置を目標にする。

具体的な実施例としては、サンプル数ｎ＝１０として検査中の基板２の直近の１０個の良品の位置に適合位置を修正していく。この機能が有効な時に、基板２の特性が図４のＡｊＸｍａｘからＡｊＸｍｉｎに変わっても自動的に適合位置を変えて追跡することができる。

図６の従来の検査の基本動作を示すフローチャートも、基本的な機械動作は同じで、ステップ６６の位置補正で修正量を固定値として入れも良い。しかし以降も変わらずにＰＡＳＳの中心かは定期的に作業者が周辺を走査して確認して処置する必要があり、作業の負担になる。

その他の実施例として、上記した光学位置の周辺を走査して適合位置を探査する時に、ＰＡＳＳ位置の記憶と統計処理を自動的行なうので、適合位置に収束させることが容易でかつ正確にできる。そして、セットアップ時間も早くなる。

適合位置の統計処理について、具体的に説明すると、光学位置合せは２個のカメラ１５で基板２と上側検査治具３１との２箇所の位置ずれ（△Ｘ１，△Ｙ１）と（△Ｘ２，△Ｙ２）図３（ａ）から平面の位置ずれ（△Ｘ，△Ｙ，△θ）に変換する。これで補正量が算出されるので、上側検査治具３１を制御部１１からＸＹθ移動部１６２を駆動して補正すると、各々の平面を一致（Ｘ０，Ｙ０，θ０）図３Ｂにさすことができる。
次に、ＰＡＳＳが出易い電気検査の適合位置が周辺ある場合があるので、周辺を走査して適合位置を探査して、光学位置でない位置に適正位置があれば、修正値（ＡｊＸ，ＡｄＹ，Ａｄθ）図３（ｃ）を設定し目標値とする。

そして、基板２の製造ロット等で修正値（ＡｊＸ，ＡｄＹ，Ａｄθ）が変わることがあっても、本発明は修正値（ＡｊＸ，ＡｄＹ，Ａｄθ）を固定値から直近のｎ回のＰＡＳＳの平均値とするので、直近の基板２の特性に合わせて自動的に修正値（ＡｊＸ，ＡｄＹ，Ａｄθ）は書き換えられる。
［他の実施形態］

上記の図１の説明において、上側のみの片面位置合せの説明をしたが、ＸＹθ移動部１６２、カメラ１５、治具位置決めマークを下側にも配置して、基板保持部３３を移動することで両面位置合せも可能である。
また、機構部１６の検査治具３の移動部を下からプレス機構１６６、ＸＹθ移動部１６２しているが各機能の機械構成の順序を設計の都合で変えても良い。
また、治具位置決めマーク３０１，３０２をプローブ保持板３５に植設したが、プローブ３４と位置関係が固定していれば、検査治具３内に別途設けても良い。
また、治具位置決めマーク３０１，３０２として金属リングが好ましいが、カメラ１５で位置が認識できるものであれば、プローブ保持板３５の穴などでも良い。

上記のステップ５４１のＰＡＳＳ位置の統計処理の機能を有効と無効の選択機能を付けても良い。従来の機能で十分な場合もある。
本発明の機能は従来の装置でも上記の図１の構成であれば、制御プログラム等の制御方法を改造することで改良することが出来る。

以上、本発明に係る基板検査装置１のいくつかの実施形態について説明したが、本発明はそれらの実施形態に拘束されるものではなく、当業者が容易になしえる追加、削除、改変等は、本発明に含まれるものであり、また、本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められることを承知されたい。

１・・・・基板検査装置
１１・・・制御部
１３・・・電気検査部
１５・・・カメラ
１６２・・ＸＹθ移動部
１６３・・検査治具保持部
１６６・・プレス機構
２・・・・基板
２０１，２０２・・基板位置決めマーク
２１・・・配線パターン
２２・・・検査点
２３・・・基準ホール
３・・・・検査治具
３０１，３０２・・治具位置決めマーク
３１・・・上側検査治具
３２・・・下側検査治具
３３・・・基板保持部
３３１・・基板保持ピン
３４・・・プローブ
３５・・・プローブ保持板

Claims (6)

1. 基板位置決めマークを有する基板の配線パターン上の複数の検査点にプローブを接触させて該配線パターンを検査するための位置合せ機能を有する基板検査装置であって、
   前記プローブを保持するためのプローブ保持板と、該プローブ保持板に設けられた治具位置決めマークを備えて前記基板検査装置に搭載される検査治具と、
   該基板検査装置は、前記検査治具を移動させるための検査治具移動部、プレス機構と、
   前記基板を保持する基板保持部と、
   前記基板位置決めマークと前記治具位置決めマークとをプレス状態においてカメラで認識し、前記基板と前記検査治具とを位置合せする制御部を備え、
   該制御部は、上記の光学的位置合せ位置と電気検査に適合する位置との差を統計計算し、該差に基づいて位置合せして検査することを特徴とする基板検査装置。
2. 請求項１の基板検査装置において、前記統計計算は直近の良品判定の位置データを使用することを特徴とする基板検査装置。
3. 請求項１の基板検査装置において、前記カメラは前期検査治具に装着されたことを特徴とする基板検査装置。
4. 請求項１の基板検査装置において、前記基板保持部は下側検査治具のプローブ保持板に装着された複数の基板保持ピンからなることを特徴とする基板検査装置。
5. 基板位置決めマークを有する基板の配線パターン上の複数の検査点にプローブを接触させて該配線パターンを検査する基板検査装置のための位置合せ方法であって、
   前記プローブを保持するためのプローブ保持板と、該プローブ保持板に設けられた治具位置決めマークを備えて前記基板検査装置に搭載される検査治具と、前記検査治具を移動させるための検査治具移動部、プレス機構と、前記基板を保持する基板保持部と、前記基板位置決めマークと前記治具位置決めマークとをプレス状態においてカメラで認識し、前記基板と前記検査治具とを位置合せする制御部を備えてなり、
   該制御部は、上記の光学的位置合せ位置と電気検査に適合する位置との差を統計計算し、該差に基づいて位置合せして検査することを特徴とする基板検査装置の位置合せ方法。
6. 請求項５の基板検査装置の位置合せ方法において、前記統計計算は直近の良品判定の位置データを使用することを特徴とする基板検査装置の位置合せ方法。

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