JP3897203B2

JP3897203B2 - ボールグリッドアレイのボール高さ計測方法

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Publication number: JP3897203B2
Application number: JP02861198A
Authority: JP
Inventors: 正治中村; 秀夫高橋; 知行田中; 穂高池田
Original assignee: TECHNO-HOLON CORPORATION
Current assignee: TECHNO-HOLON CORPORATION
Priority date: 1998-02-10
Filing date: 1998-02-10
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2018-02-10
Also published as: JPH11230718A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はボールグリッドアレイのボール高さ計測方法に係り、特に半導体製品を表面実装する際に使用されるボールグリッドアレイの各々のボールの高さ（ボールの精度）を計測するボールグリッドアレイのボール高さ計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボールグリッドアレイは、基板に略球状に形成されたはんだ（以下、単にボールという。）が碁盤の目状に埋め込まれると共に、各ボールの略半球部分が基板表面から露出するように形成されたものである。このように形成されたボールグリッドアレイは、ＩＣチップ等のピンを基板上のボールに当接して熱を加えるだけで回路部品を容易に実装することができる。
【０００３】
ところで、従来、ボールグリッドアレイの品質検査では、各々のボール高さを計測し、全てのボールが略一様の高さで形成されているか否かを判定している。従来のボールグリッドアレイのボール高さ計測手順を図２１のフローチャートに示す。まず、計測対象のボールグリッドアレイ基板を測定テーブル上に載置し、ボールグリッドアレイ基板をアライメントする（ステップＳ１００）。そして、ボールグリッドアレイ基板上の各ボールの並び方向を抽出する（ステップＳ１０２）。各ボールの並び方向を抽出したら、測定テーブル上に配置された非接触型の高さ測定器をＸＹ平面内で移動させて計測対象のボールの位置に移動させ（ステップＳ１０４）、そのボールの高さを、例えばオートフォーカス法やレーザ測距法等を用いて計測する（ステップＳ１０６）。同様の処理をボールグリッドアレイ基板上の全てのボールに対して行い、全てのボールの高さを計測した場合には（ステップＳ１０８）、ボール高さ計測を終了する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のボール高さ計測の方法では計測に要する時間は、（ボールグリッドアレイ基板をロードする時間）＋（アライメントに要する時間）＋（ＸＹの移動時間＋ボールの高さ計測時間）×（ボールの個数）となり、ボールグリッドアレイ基板上のボールの数が１００個を越える（２００〜３００程度）現状からは、計測に大変時間がかかるという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ボールグリッドアレイ基板のボール計測に要する時間のなかで時間的に大変長くかかるボール高さの計測時間、即ち（ＸＹの移動時間＋ボールの高さ計測時間）×（ボールの個数）を画像処理とステレオ光学系の高さ検出機能により、ボールを１つ１つ移動して計測するのではなく、画像データ上に撮影されたボールの全てを一度に計測する方法又は一列に並んだボールを一度に計測する方法により、ボールグリッドアレイ上のボールの総計測時間を大幅に短縮するボールグリッドアレイのボール高さ計測方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、ボールグリッドアレイ基板上に格子状に配列されたボールの高さを計測するボールグリッドアレイのボール高さ計測方法において、前記ボールグリッドアレイ基板上に円筒状の発光面から光を照射すると共に、前記ボールグリッドアレイ基板上を２つの撮像手段により異なる方向から撮像して撮像方向が異なる２つの画像データを取得するステレオ画像データ取得工程と、前記ステレオ画像データ取得工程により取得された２つの画像データ上において、各ボールの像として前記円筒状の発光面の幾何学的大きさ及び形状に依存して円環状に明るく撮像される領域とその内側に暗く撮像される領域を検出するボール像検出工程と、前記ボール像検出工程により検出された各ボールの暗く撮像される領域に基づいて前記ステレオ画像データ取得工程により取得された２つの各画像データ上における各ボールの頂点の座標を検出するボール頂点座標検出工程と、前記ボール頂点座標検出工程により検出された各ボールの頂点の座標に基づいて各ボールの高さを算出するボール高さ算出工程と、からなることを特徴としている。
【０００８】
本発明によれば、ステレオ光学系によって得られる画像データを画像処理で解析することにより、画像データ上に撮像されたすべてのボールの高さを一回の撮像で測定することができ、ボールグリッドアレイの各々のボール高さ計測に要する時間を大幅に短縮する効果がある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係るボールグリッドアレイのボール高さ計測方法の好ましい実施の形態を詳述する。
図１は、本発明が適用されたボールグリッドアレイのボール高さ測定装置の概略構成を示した構成図である。同図に示すようにこの高さ測定装置は、ボールグリッドアレイ基板１０が載置される測定テーブル１４を有し、この測定テーブル１４は、図示しない制御部の制御によって左右（Ｘ）、前後（Ｙ）、上下（Ｚ）、回転（θ）方向に移動できるようになっている。尚、ボールグリッドアレイ基板１０上には半球状に露出したはんだのボール１２、１２、１２、…が格子状に配列されている。
【００１０】
測定テーブル１４の周辺部には、円筒状の発光面が内周側に設けられた円筒状面発光照明装置１６が配設される。この円筒状面発光照明装置１６は、ボールグリッドアレイのボール高さを測定する際に円筒状の面発光によって一様の明るさで照明光を発光し、この照明光によって測定テーブル１４上のボールグリッドアレイ基板１０を照明する。尚、円筒状面発光照明装置１６は、後述の左右のステレオ光学系１８の光軸を妨げない範囲でできるだけ大きくするのが望ましいが、本実施の形態では、直径１８０ｍｍで高さ１５０ｍｍの形状を有している。
【００１１】
測定テーブル１４の上方には測定テーブル１４上に載置されたボールグリッドアレイ基板１０を左右から撮像するステレオ光学系１８が配設される。このステレオ光学系１８は、左側の撮像装置１８Ａと右側の撮像装置１８Ｂとから構成され、これらの撮像装置１８Ａ、１８Ｂは、交差角度が３０〜６０度となるように設置される。尚、高さ方向の精度を高くする場合にはできるだけ交差角度を大きくするように設置することが望ましい。また、ステレオ光学系１８の倍率は、測定対象物の大きさにより変える必要があるが、ボールグリッドアレイ基板１０の大きさが１０ｍｍ×１０ｍｍ程度であれば、０．５倍から０．８倍に設定される。
【００１２】
これらのステレオ光学系１８の撮像装置１８Ａ、１８Ｂによって撮像された画像（画像データ）は、図示しない画像処理用のコンピュータに入力され、このコンピュータによって以下に示す処理に基づきボールグリッドアレイ基板１０上の各ボール１２の高さが計測されるようになっている。
また、測定テーブル１４の上方には、アライメント用照明装置２０が配設され、ボールグリッドアレイ基板１０を所定位置にアライメントする場合にはこのアライメント用照明装置２０から照明光が照射されるようになっている。尚、このアライメント用照明装置２０とボール高さ計測時に使用される上記円筒状面発光照明装置１６とは、図示しない制御部の制御によって自動で切り換えられるようになっている。
【００１３】
次に上述の如く構成されたボールグリッドアレイのボール高さ計測装置のボール高さ計測方法について説明する。まず、測定前に行われるステレオ光学系１８の撮像位置及び撮像方向の標定手順について図２のフローチャートに従って説明する。図３はステレオ光学系１８の撮像位置、撮像方向を示した説明図である。図３に示すようにまず左右のステレオ光学系１８（撮像装置１８Ａ、１８Ｂ）の撮像位置ＦＡ、ＦＢから左右の撮像面ＰＡ、ＰＢまでの距離、即ち投影距離（焦点距離）ｆａ、ｆｂをキャリブレーションにより求める（ステップＳ１０、ステップＳ１２）。ここでｆａ、ｆｂは対象物までの距離が十分長い時には、焦点距離に一致するため、以降投影距離を焦点距離と表現する。そして、このキャリブレーションの後、正確な間隔をもつ格子を撮像し、この格子の画像データから図３に示す上記撮像位置ＦＡ、ＦＢの座標（ｘａ，ｙａ，ｚａ）、（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）と撮像方向ＤＡ、ＤＢのベクトル（ωａ，ψａ，κａ）、（ωｂ，ψｂ，κｂ）を求める（ステップＳ１４）。
【００１４】
この標定を行うことにより、図３に示すように、空間上のＡ点（ＸA ，ＹA ，ＺA ）をステレオ光学系１８で撮像した場合に、左撮像面ＰＡ上でのＡ点の座標（ｘｌａ，ｙｌａ）と右撮像面ＰＢ上でのＡ点の座標（ｘｒａ，ｙｒａ）から対象物であるＡ点の３次元座標値（ＸA ，ＹA ，ＺA ）を算出することができる。具体的には、左撮像面ＰＡ上のＡ点（ｘｌａ，ｙｌａ）と左光学系の撮像位置ＦＡ（ｘａ，ｙａ，ｚａ）を通る空間直線ｌと、右撮像面ＰＢ上のＡ点（ｘｒａ，ｙｒａ）と右光学系の撮像位置ＦＢ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）を通る空間直線ｍとの交点としてＡ点の３次元座標値（ＸA ，ＹA ，ＺA ）が求められる。
【００１５】
尚、上記ステレオ光学系１８の標定は一度実施した後、光学系を固定した状態に保てば、次回の計測前に実施する必要はない。
以上のステレオ光学系１８の標定が終了すると、次にボール高さ計測処理を実行する。図４は、ボール高さ計測処理の手順を示したフローチャートである。まず、測定対象となるボールグリッドアレイ基板１０を測定テーブル１４にロードし、ステレオ光学系１８の計測位置に移動させる。次にアライメント用照明装置２０の照明を点灯させ、予め登録してあるボールグリッドアレイ基板１０の四隅位置の画像データをリファレンスパターンとしてパターンマッチングの方法によりボールグリッドアレイ基板１０のアライメントを行う（ステップＳ２０）。図５にアライメントに使用するリファレンスパターンの領域を示す。ボールグリッドアレイ基板１０の四隅周辺に回路パターンのような特徴のある領域がある場合は同図実線ｅで示す領域をリファレンスパターンとし、四隅周辺に特徴のある領域がない場合には、破線ｆで示すボールグリッドアレイ基板１０の四隅位置をリファレンスパターンとする。
【００１６】
アライメントによりボールグリッドアレイ基板１０がＸＹ軸に対して傾いている角度をθ軸方向で調整し、ボールグリッドアレイ基板１０をＸＹ軸と平行にした後、アライメント用パターンの左右の画像データ上での検出位置データから基板面の高さを求め、ボールグリッドアレイ基板１０のアライメント位置の３次元座標値を求める（ステップＳ２２）。そして、ボールグリッドアレイ基板１０上の基準のボールを所定の位置に移動させる（ステップＳ２４）。
【００１７】
このようにしてアライメントが終了すると、アライメント用照明装置２０を消灯させ、次に円筒状面発光照明装置１６を点灯させる。そして予め登録してあるボールのパターン画像データをリファレンスとして各ボールの位置をパターンマッチングにより求める（ステップＳ２６）。
ここで、円筒状面発光照明装置１６によってボールグリッドアレイ基板１０上のボール１２を照射した場合に得られるボール１２の画像について図６乃至図９を用いて説明する。図６は、簡単のためにボールグリッドアレイ基板１０上の１つのボール１２に着目してそのボール１２に円筒状面発光照明装置１６から照明光を照射した状況を示した断面図であり、図７（Ａ）、（Ｂ）は、図６においてステレオ光学系１８の左右の撮像装置１８Ａ、１８Ｂで撮像されるボール１２の画像を示した図である。これらの図に示すように、円筒状面発光照明装置１６から一様に光線が照射されると、ボール表面で反射された光線の中でステレオ光学系１８の光軸方向に反射された光線が存在する場合にボール表面の位置は明るく撮像され、そのような光線が存在しない場合は暗く撮像される。即ち、図７に示すようにボール１２の頂点付近は、円筒状面発光照明装置１６からステレオ光学系１８の左右の光軸方向に反射する光線が存在しないため暗く撮像される。一方、ボール１２の頂点から離れた部分は、円筒状面発光照明装置１６からの反射する光線が存在するため明るく撮像される。
【００１８】
図８は、この状況を単純化して示した図である。図８では、ステレオ光学系１８の右側の撮像装置１８Ｂにおいてボール１２の表面で明るく撮像される部分を白く、暗く撮像される部分を黒く示している。同図に示すようにボール表面に、略水平方向から照射される光線が一番角度の低い光線で、このような水平方向からの光線で照射される位置Ｌ１、Ｌ２よりボール１２の高い部分が明るい部分となる。円筒状面発光照明装置１６の一番高い位置から照射される光線が最も高い角度の光線となり、この光線が反射されて、ステレオ光学系１８の右側の光軸方向と一致する位置Ｌ３、Ｌ４までが明るく撮像される領域となる。ボール表面でこの位置より高い部分は、暗く撮像される。
【００１９】
図９は、ステレオ光学系１８の右側の撮像装置１８Ｂで撮像される画像データを図８と対応させて模式的に示したもので、図面上の横方向の線が図８の断面と一致する。図８、９はボールの半球が基板面より突出した状態を示したものであるため図９に示す輪郭Ｃ１はボール外周を表し、この輪郭Ｃ１は円のように見えるが厳密には円とはならない。図８、図９で示されるＬ５の位置はボールの外径上の位置であるが、Ｌ６の位置はステレオ光学系１８の右光学系で撮像した時にボール１２の外径上の位置ではないため、Ｌ５とＬ６の距離はボールの直径とはならない。図８では、単純化し、見やすくするためにボール１２を大きく描いたが、実際のボール１２は大変小さいため、ボール表面を照射する最も高い角度の光線は、図で示される光線より大きい角度となり、ボールの頂点付近の暗く撮像される領域Ｄ１は小さくなる。
【００２０】
上述のように図４のステップＳ２６においてパターンマッチングにより各ボールの位置を求めると、次に、各ボール１２の座標値を２次元的にソートすることにより、ステレオ光学系１８の左右の撮像装置１８Ａ、１８Ｂで得られた画像データ上で各ボール１２の対応をとる（ステップＳ２８）。
次いで、各ボール頂点付近の暗く撮像されている領域Ｄ１（図９参照）の大きさを画像処理により解析し、ボール１２の頂点位置を算出する。図６、図７及び図９に示したように左右の画像で暗く撮像される領域は一致していないが、ボールの頂点は、ボール１２のＸＹ座標値と円筒照明の位置と大きさが既知であれば暗く撮像された領域Ｄ１から求めることができる。ボール１２のＸＹ座標値と円筒照明の位置と大きさからボール１２の頂点を求める計算は、予めボール１２の位置と間隔に対応するように計算して、データベースとして画像処理用のコンピュータの中に格納しておく。尚、データベースの作成手順については後述する。測定時にはこの作成したデータベースを参照して暗く撮像された領域Ｄ１からボール１２の頂点の画像上の位置を検出する。尚、上記ステップＳ２４において基準となる１つのボール位置をデータベースとして格納されている基準位置と一致する位置に移動させておくことにより、撮像されている全てのボール１２に対して即座に頂点の画像上の位置を検出することができる。
【００２１】
そして、ボール頂点の画像上の位置からボール頂点の３次元座標値を算出し（ステップＳ３０）、すべてのボールについて頂点の位置を算出すると（ステップＳ３２）、測定を終了し、次のボールグリッドアレイ基板１０を測定テーブル１４にロードする。
以上のように、円筒状の照明光によってボールグリッドアレイ基板１０を照明し、ステレオ光学系１８で画像データを取得し、この取得した画像データ上で所定の解析を行うことにより、ボールグリッドアレイ基板１０上のボールの高さを一度の撮像で多数同時に求めることができ、ボール高さ計測に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００２２】
次に、上記データベースの作成手順について図１０のフローチャートを用いて説明する。まず、ボール１２の直径と間隔のパラメータを設定する（ステップＳ４０）。そして、基準となるボール位置を決定し（ステップＳ４２）、この基準となるボール位置とボール間隔から暗く撮像される領域Ｄ１（図９参照）とボール頂点の位置を算出するボール中心の座標値を求める（ステップＳ４４）。次いでボール中心の座標値に対して極座標系を設定し、適当な角度間隔を求め、各角度で円筒照明の最上端からステレオ光学系１８の左右光学系の光軸方向に反射する半径方向の長さを求める（ステップＳ４６）。これにより、頂点付近の暗い領域Ｄ１が求まる。
【００２３】
そして、頂点周辺の暗く撮像される領域Ｄ１とボール頂点の位置関係をボール座標値と半径をパラメータとしてデータベースに格納する（ステップＳ４８）。この後、ボールの直径と間隔の設定を換えて上記処理を繰り返す（ステップＳ５０、ステップＳ５２）。これにより、ボール１２の暗く撮像された領域Ｄ１からボール１２の頂点位置を検出するためのデータベースが作成される。
【００２４】
次に上記ボールグリッドアレイ基板１０のアライメントにおいて誤差がある場合について考察すると、図１１に示す状況においてボール１２の中心付近で例えば、０．１ｍｍの差異があると照明の照射角度は最大０．０５度（以下）の差異となる。０．０５度の照射角の差異は、ボール表面で暗く撮像される範囲を２倍の角度（０．１度）に広げる。１ｍｍ直径のボールの場合暗く撮像される領域Ｄ１は、２μｍ（以下）ずれることとなる。しかしながら２μｍ（以下）はボールの大きさから考慮すると十分に小さい値であり、また、アライメントも０．１ｍｍ以内の精度を確保することは十分可能であることから、この測定方法ではアライメントの誤差は問題とならない。
【００２５】
次に本発明に係るボールグリッドアレイの高さ測定方法の第２の実施の形態について説明する。図１２は、本発明が適用されるボールグリッドアレイのボール高さ測定装置の概略構成を示した構成図である。尚、図１に示したボールグリッドアレイのボール高さ測定装置と同一又は類似構成部材には同一番号を付し、その説明は省略する。同図に示すように、測定テーブル１４の上方に光源２４Ａ、シリンドリカルレンズ２４Ｂ及び固定反射ミラー２４Ｃから構成される線照明装置２４が配置される。この線照明装置２４は、レーザ又は通常のランプを光源２４Ａとし、光源２４Ａから出射された光をシリンドリカルレンズ２４Ｂでライン化し、測定テーブル１４の中央真上の固定ミラー２４Ｃで反射させてライン状の照明光を測定テーブル１４上に載置されたボールグリッドアレイ基板１０に照射する。
【００２６】
図１３は、上記ボール高さ測定装置におけるボール高さ計測処理の手順を示したフローチャートである。まず、測定に先立ち、上記図２のフローチャートに示したようにステレオ光学系１８の焦点距離をキャリブレーションし、次に精度の高い格子を使用してステレオ光学系１８の撮像位置、撮像方向を標定する。上記実施の形態でも示したようにこのステレオ光学系１８の標定は、一度実施した後、光学系を固定した状態に保てば次回の計測前に実施する必要はない。
【００２７】
次に測定対象となるボールグリッドアレイ基板１０を測定テーブル１４にロードし、ステレオ光学系１８の測定位置に移動させる。次いでアライメント用照明装置２０を点灯させ、予め登録してあるボールグリッドアレイ基板１０の四隅位置の画像データをリファレンスパターンとしてパターンマッチングの方法によりボールグリッドアレイ基板１０のアライメントを行う（ステップＳ６０）。尚、アライメントについては上記図５を用いて説明した通りである。
【００２８】
また、アライメント用パターンの左右画像データ上での検出位置データから基板面の高さを求め、ボールグリッドアレイ基板１０のアライメント位置の３次元座標値を算出する（ステップＳ６２）。
アライメントが終了すると、第１列目のボール位置に測定テーブル１４を移動させる（ステップＳ６４）。そして、アライメント用照明装置２０の照明を消灯させると共に線照明装置２４を点灯させ、第１列目のボールのラインデータをステレオ光学系１８の左右の撮像装置１８Ａ、１８Ｂで取得する（ステップＳ６６）。
【００２９】
ここで、線照明装置２４によってボールグリッドアレイ基板１０のボール１２を照射した場合に得られる画像について図１４乃至図１７を用いて説明する。図１４は、１つのボール１２に着目してボール１２に線照明を照射した状況を斜め方向から示した図であり、図１５は、この状況を断面で示した図である。図１５に示すように、ボールグリッドアレイ基板１０上のＡ点がステレオ光学系１８の左右の光学系で撮像されると、撮像される画像データ上の位置は同図に示すＡ′点（左画像データ上）とＡ″点（右画像データ上）となる。これに対しボール１２の頂点位置Ｂは、画像データ上のＢ′点（左画像データ）とＢ″点（右画像データ）の位置に撮像される。このように線状の照明光を照射すると、照射した照明光を垂直の平面として対象物との断面が撮像され、平面上に照射された位置は直線となり、断面の中で最も高い位置が、この直線から最もずれた位置に撮像される。
【００３０】
線照明の照明線と平行になるようにボールグリッドアレイ基板１０をアライメントし、ＸＹ位置を調整して図１６に示すように線照明を一列に並んだ各ボール１２の頂点付近に照射すると、図１７（Ａ）、（Ｂ）に示すように直線の中に曲線がある画像データが得られる。尚、図１７（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれステレオ光学系１８の左撮像装置１８Ａと右撮像装置１８Ｂで得られる画像データを示している。線照明をほぼ真上から照射すると、画像データ上で直線から最も離れている点（図１７上のＡとＡ′、ＢとＢ′、ＣとＣ′等）は、ボール表面で線照明により照射された最も高い位置であり、左右の画像データ上で対応する位置となる。
【００３１】
このように、線照明によって図１７に示すような１列のボールのラインデータを得ると、左右の画像データ上で同一のボール１２を示す曲線部分の対応を取る。この対応は、予めボール１２の個数を登録しておけば容易に行うことができる。そして、各曲線部分でベースとなる直線から最も離れた位置を抽出する。この処理は、画像データのＹ軸方向と線照明の方向を一致させておくことによって、画像データ上でＸ軸方向に最も離れた位置を抽出するだけで簡単に行うことができる。このようにして左右の画像データ上で線照明された位置の対応に基づき、線照明で照射されたライン上のボールの最も高い位置の３次元座標を求める（ステップＳ６８）。
【００３２】
次いで、上記線照明によってボールの頂点が照射されていない場合を避けるため（アライメントの精度に依存する。）、Ｘ方向に微小距離（０．１ｍｍ内程度）移動させて、２〜３回測定して各ボール位置で最も高いものを求める（ステップＳ７０）。
このようにして第１列目のボールの高さ測定が終了した後、第２列目のボール位置に測定用テーブルを移動させ、上述と同様の計測を行う。以下最後のボール列まで計測し、ステップＳ７２において全てのボール列が計測されたと判定した場合には、測定を終了する。
【００３３】
以上説明した第２の実施の形態のように、線照明光によってボールグリッドアレイ基板１０上の一列に並んだボールを照明し、ステレオ光学系１８でこの線照明の部分の画像データを取得してこの取得した画像データ上で所定の解析を行うことにより、ボールグリッドアレイ基板１０上の一列に並んだ複数のボールの高さを一度の撮像で求めることができ、ボール高さ計測に要する時間を短縮することができる。
【００３４】
次に本発明に係るボールグリッドアレイのボール高さ計測方法の第３の実施の形態について説明する。図１８は、本発明が適用されるボールグリッドアレイのボール高さ計測装置の概略構成を示した構成図である。尚、図１２に示したボールグリッドアレイのボール高さ測定装置と同一又は類似構成部材には同一番号を付し、その説明は省略する。同図に示すように、測定テーブル１４の上方に上記線照明装置２４の他に光源２６Ａ、シリンドリカルレンズ２６Ｂ及び可動ミラー２６Ｃから構成される線照明装置２６が配設される。この線照明装置２６は、レーザ又は通常のランプを光源２６Ａとし、光源２６Ａから出射された光をシリンドリカルレンズ２６Ｂでライン化し、測定テーブル１４の斜め上の可動ミラー２６Ｃで反射させ、ライン状の照明光を測定テーブル１４上に載置されたボールグリッドアレイ基板１０に照射する。この線照明は、上記線照明装置２４によって照射される照明光と直交する方向に照射され、また、可動ミラー２６Ｃによって照射される位置が移動するようになっている。
【００３５】
尚、上記線照明装置２４による線照明を測定用線照明と称し、上記線照明装置２６による照明を補助線照明と称する。
図１９は、ボール高さ計測処理の処理手順を示したフローチャートである。まず、測定に先立ち、上記図２のフローチャートに示したようにステレオ光学系１８の焦点距離をキャリブレーションし、次に精度の高い格子を使用してステレオ光学系１８の撮像位置、撮像方向を標定する。上記第１、第２の実施の形態でも示したようにこのステレオ光学系の標定は、一度実施した後、光学系を固定した状態に保てば次回の計測前に実施する必要はない。
【００３６】
次に測定対象となるボールグリッドアレイ基板１０を測定テーブル１４にロードし、ステレオ光学系１８の測定位置に移動させる。次いでアライメント用照明装置２０を点灯させ、予め登録してあるボールグリッドアレイ基板１０の四隅位置の画像データをリファレンスパターンとしてパターンマッチングの方法によりボールグリッドアレイ基板１０のアライメントを行う（ステップＳ８０）。尚、アライメントについては上記図５で説明した通りである。
【００３７】
また、アライメント用パターンの左右の画像データ上での検出位置データから基板面の高さを求め、ボールグリッドアレイ基板１０のアライメント位置の３次元座標値を算出する（ステップＳ８２）。
アライメントが終了すると、第１列目のボール位置に測定テーブル１４を移動させた後（ステップＳ８４）、アライメント用照明装置２０の照明を消灯させ、線照明装置２４の測定用線照明を点灯させる。そして、第１列目のボールのラインデータをステレオ光学系１８の左右の撮像装置１８Ａ、１８Ｂで取得し、この画像をコンピュータのメモリに格納しておく（ステップＳ８６）。
【００３８】
次に線照明装置２４の測定用線照明を消灯させ、線照明装置２６の補助線照明を点灯させる。そして、補助線照明を可動ミラー２６ＣでＹ軸方向に動かし、複数の照明位置で画像データをステレオ光学系１８から取得し、コンピュータ内のメモリに格納する（ステップＳ８８）。そして、コンピュータのメモリに格納された画像データを左右別々に全て足し合わせた画像データを求める（ステップＳ９０）。
【００３９】
図２０（Ａ）、（Ｂ）は、取得した画像データを全て足し合わせた画像データを示した図である。同図に示すように、測定用線照明で照射する範囲をボールグリッドアレイ基板１０内に収まるように調整しておくと、ＯとＯ′及びＥとＥ′が左右の画像データで対応する位置となる。また、測定用照明とそれと直交する補助線照明との交点は、対象物上で同一の点であり、左画像データから交点間を切り出した線図形（例えばＢとＣの間のデータ）は、右画像データの同一交点間を切り出した線図形（例えばＢ′とＣ′の間のデータ）と対応する。
【００４０】
このようにして測定用線照明と補助線照明の交点間の区間を切り出した後、次にエピポーラ線を用いて左右画像データの対応をとり、第１列のボールの３次元座標値を算出する（ステップＳ９４）。
尚、エピポーラ線を用いて左右画像データの対応をとる方法については、特願平８−２１１６５２号明細書に記載されたボンディングワイヤの３次元位置を求める方法と同じ手法によるものである。簡単に説明すると、左右画像データ上で対応する交点間をそれぞれ所定比で分割して、分割した点を通るエピポーラ線と上記補助線照明のデータとの交点を左右画像データ上でそれぞれ求める。このようにした求めた交点は、左右画像データの対応する点であり、これらの交点の画像データ上の座標値から３次元座標を求めることができる。
【００４１】
上記ステップＳ９４の後、ボールの頂点が測定用線照明で照射されない場合を避けるため、Ｘ方向に微小距離（０．１ｍｍ以内程度）移動させて、２、３回同一の測定を行い、各ブール位置で最も高いものを求める（ステップＳ９４）。
第１列目のボールの高さ測定が終了したら、第２列目のボール位置に測定テーブル１４を移動させ、第２列目のボールに対しても同様の計測を行う。以下最後のボール列まで計測すると（ステップＳ９６）、この処理を終了する。
【００４２】
以上第３の実施の形態によっても第２の実施の形態と同様に、ボールグリッドアレイ基板１０上の一列に並んだ複数のボールの高さを一度の撮像で求めることができ、ボール高さ計測に要する時間を短縮することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るボールグリッドアレイのボール高さ計測方法によれば、ステレオ光学系によって得られる画像データを画像処理で解析することにより、画像データ上に撮像されたすべてのボール、又は一列に並んだボールの高さを一回の撮像で処理することができ、ボールグリッドアレイの各々のボール高さ計測に要する時間を大幅に短縮する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明が適用されるボールグリッドアレイの高さ測定装置の概略構成を示した構成図である。
【図２】図２は、ステレオ光学系の撮像位置及び撮像方向の標定手順を示したフローチャートである。
【図３】図３は、ステレオ光学系の撮像位置、撮像方向を示した説明図である。
【図４】図４は、ボール高さ計測処理の手順を示したフローチャートである。
【図５】図５は、ボールグリッドアレイ基板のアライメントに使用するリファレンスパターンの領域を示した図である。
【図６】図６は、ボールに円筒状面発光照明装置から照明光を照射した状況を示した断面図である。
【図７】図７（Ａ）、（Ｂ）は、ステレオ光学系で撮像されるボールの画像を示した図である。
【図８】図８は、円筒状面発光装置から右光学系の光軸方向に反射される光線の分布を示した図である。
【図９】図９は、ステレオ光学系の右光学系で撮像される画像データを図８と対応させて模式的に示した図である。
【図１０】図１０は、データベースの作成手順を示したフローチャートである。
【図１１】図１１は、ボールグリッドアレイ基板のアライメントにおいて誤差がある場合の説明に用いた説明図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施の形態が適用されるボールグリッドアレイのボール高さ測定装置の概略構成を示した構成図である。
【図１３】図１３は、ボール高さ計測処理の手順を示したフローチャートである。
【図１４】図１４は、ボールに線照明を照射した状況を斜め方向から示した図である。
【図１５】図１５は、図１４の状況を断面で示した図である。
【図１６】図１６は、一列に並んだボールに線照明を照射した状況を示した図である。
【図１７】図１７（Ａ）、（Ｂ）は、図１６の状況をステレオ光学系で撮像した場合に左右の光学系で得られる画像を示した図である。
【図１８】図１８は、本発明の第３の実施の形態が適用されるボールグリッドアレイのボール高さ計測装置の概略構成を示した構成図である。
【図１９】図１９は、ボール高さ計測処理の処理手順を示したフローチャートである。
【図２０】図２０（Ａ）、（Ｂ）は、測定用線照明と補助線照明によって得られた画像データを全て足し合わせた画像データを示した図である。
【図２１】図２１は、従来のボールグリッドアレイのボール高さ計測手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１０…ボールグリッドアレイ基板
１２…ボール
１４…測定テーブル
１６…円筒状面発光照明装置
１８…ステレオ光学系
１８Ａ、１８Ｂ…撮像装置
２０…アライメント用照明装置
２４、２６…線照明装置
２４Ａ、２６Ａ…光源
２４Ｂ、２６Ｂ…シリンドリカルレンズ
２４Ｃ、２６Ｃ…固定ミラー

Claims

ボールグリッドアレイ基板上に格子状に配列されたボールの高さを計測するボールグリッドアレイのボール高さ計測方法において、
前記ボールグリッドアレイ基板上に円筒状の発光面から光を照射すると共に、前記ボールグリッドアレイ基板上を２つの撮像手段により異なる方向から撮像して撮像方向が異なる２つの画像データを取得するステレオ画像データ取得工程と、
前記ステレオ画像データ取得工程により取得された２つの画像データ上において、各ボールの像として前記円筒状の発光面の幾何学的大きさ及び形状に依存して円環状に明るく撮像される領域とその内側に暗く撮像される領域を検出するボール像検出工程と、
前記ボール像検出工程により検出された各ボールの暗く撮像される領域に基づいて前記ステレオ画像データ取得工程により取得された２つの各画像データ上における各ボールの頂点の座標を検出するボール頂点座標検出工程と、
前記ボール頂点座標検出工程により検出された各ボールの頂点の座標に基づいて各ボールの高さを算出するボール高さ算出工程と、
からなることを特徴とするボールグリッドアレイのボール高さ計測方法。