JP2002509259A

JP2002509259A - 電子部品の三次元検査のための方法およびその装置

Info

Publication number: JP2002509259A
Application number: JP2000540517A
Authority: JP
Inventors: エルウィンエムビーティ; ディヴィッドピーモーク
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1999-01-13
Publication date: 2002-03-26
Also published as: US7508974B2; US6862365B1; EP1046127A1; CN1287643A; WO1999036881A1; EP1046127A4; US6064756A; US20050189657A1; KR20010040339A; US6072898A; US6064757A

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、測定の正確さ、測定の速度、ＢＧＡの間隔及び全てのサイズを測定する能力、そして単一のシステムでガルウイング及びＪ導線部分を含む他の装置を測定する能力を改良することを目的とする。【解決手段】ボール格子破裂、ＢＧＡ、装置（７０）のための較正及び部品検査方法及び装置。２つのカメラ（１０、１５）が透明なレチクル（２０）上に堆積されたドットパターンを持った正確なパターンマスク（２２）の像を写す。正確なドットパターンマスク（２２）は、システムの較正のために使用される。光源及びオーバーヘッド光反射拡散機（５）が照明を提供する。第１カメラ（１０）が直接下からレチクルの正確なパターンマスク（２２）の像を写す。レチクル（２０）の底面の下に配置された追加の鏡（３２、３６）又はプリズム（３０、３４）は、側方の光景からレチクルパターンマスク（２２）を反射し、プリズム（３０、３４）又は反射表面（３２、３６、３８）を介して第２カメラ（１５）へと入射させ、そしてレチクル（２０）の底面の下に配置された第２の追加の鏡（３２、３６、３８）又はプリズム（３０、３４）は、反対の側方の光景からレチクルパターンマスク（２２）を反射し、プリズム（３０、３４）又は反射表面（３２、３６、３８）を介して第２カメラ（１５）へと入射させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】著作権に関する注意この特許の書類の一部には著作権保護を受ける内容が含まれている。著作権者
は、特許商標庁の特許ファイルまたは記録に現れる形で特許に開示されたものを
複写により再製することについては異議を持たない。しかし、その他については
どんなものでも全ての著作権を留保する。

【０００２】

【発明の属する技術分野】

本発明は、三次元検査のための方法およびその装置に関する。本発明は、より
詳細には、ボール格子配列上の半田ボールおよびダイ及びウェハ上の半田バンプ
の三次元検査方法及び装置、そして較正方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】

従来の三次元検査システムは、レーザ測距技術、モアレ干渉計、構造化された光
パターンまたは２つのカメラを含む。レーザ測距方法は、収束されたレーザビー
ムをボール格子配列（ＢＧＡ）に向けて、そしてセンサーで反射されたビームを
検出する。ＢＧＡの要素は三角測量法を用いて、Ｘ、Ｙ、Ｚ次元で決定される。
この方法は、ＢＧＡの大きさを決定するために多数の測定サンプルを必要とし、
長い検査時間を必要とする。この方法は、半田ボールの滑らかな表面からの鏡面
反射を受けて誤ったデータを発生する。

【０００４】モアレ干渉計は回折格子により発生された光波の干渉を使用して、ＢＧＡの表
面上に暗い輪郭のパターンを作る。これらの輪郭はＺ次元方向に回折格子から既
知の距離にある。ＢＧＡ上の一点からＢＧＡ上の別の点までの輪郭の数を計算す
ることで、２点間のＺ次元の距離が決定できる。この方法は、低いコントラスト
の輪郭線の問題を有し、輪郭の数の数え落としをして誤ったデータを発生する。
また、この方法は、ＢＧＡ上のボールの側面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有し、輪郭線の不正確な計算を生じ誤ったデータを発生する
。

【０００５】構造化された光システムは検査されるべき部分上に正確な光の帯を投影する。
光の帯の直線からの変位が参照表面からの距離に比例する。光の帯は部分上を横
断されるかこの代わりに部分が光の帯に対して移動されて、連続したイメージが
獲得される。光の帯の最大の変位が、ボールの最大の高さを示す。この方法は、
光ビームの高度に収束された性質による鏡面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されるイメージの数に起因して増加した検査時
間を必要とする。

【０００６】２カメラシステムにおいて、１つのカメラがＸ及びＹ次元を決定するためにＢ
ＧＡ装置を垂直方向に見て、２つ目のカメラがある角度からボールの遠い端を見
るのに使用される。２つのイメージは三角測量法を用いてＺ次元の各ボールの見
かけの高さを決定するために組合せられる。この方法は第２カメラからより高い
画角のボールを必要とし、細かい間隔を有するＢＧＡに対してボールの頂点から
顕著に下の点を見てしまう結果を生ずる。この方法はまた第２カメラの制限され
た焦点深さの問題を有し、検査できるＢＧＡの大きさに限界がある。このシステ
ムは、ＢＧＡのみを検査でき、ガルウイングやＪ導線装置などのような他のタイ
プの装置を検査できない。

【０００７】従来技術は、より大きいＢＧＡを検査できるように２つの別個の対向する視野
または側方の透視光景の中の隣接するボールイメージ間の分離を増強する非線形
光学を提供しない。

【０００８】従って、本発明は、測定の正確さ、測定の速度、ＢＧＡの間隔及び全てのサイ
ズを測定する能力、そして単一のシステムでガルウイング及びＪ導線部分を含む
他の装置を測定する能力を改良することを目的とする。

【０００９】

【発明の要約】本発明は、ＢＧＡ装置の検査装置と較正及び部品検査方法を提供する。本発明
は、検査されるべき透明なレチクル上に堆積されたドットパターンを持った正確
なパターンマスクの像を写しそして較正のために必要な情報を提供する２つのカ
メラを含む。光源及びオーバーヘッド光反射拡散器がボール格子配列の輪郭を増
強するための照明を提供する。第１カメラは直接下からレチクル正確パターンマ
スクの像を写す。レチクルの底面の下に位置する追加の鏡又はプリズムは、側方
からレチクルパターンマスクをプリズム又は反射表面を介して第２カメラへと反
射する。レチクルの底面の下に位置する第２の追加の鏡またはプリズムは、反対
の側方からレチクルパターンマスクをプリズム又は鏡を介して第２カメラへと反
射する。１以上のドットパターンの像を写すことにより、システムの欠如した状
態値が三角法を使用して解決される。パターンマスクを持ったレチクルが較正後
に取除かれて、検査されるべきＢＧＡがボールを下向きにして配置され、このよ
うな態様で２つのカメラで像が写される。部分の光景は三角測量されてそしてＢ
ＧＡの大きさが決定される。

【００１０】システム光学系は、追加の収束要素の必要なしに全ての透視光景の像の焦点合
わせをするように設計されている。側方の光学系は、高密度間隔に配されたＢＧ
Ａボールの検査とより低い画角を許容するために隣接ボール間の見かけの間隔を
増加するために像を一方向に引伸ばすための非線形要素を含んでもよい。

【００１１】本発明は、ボール格子配列を検査するための装置において、較正透明レチクル
上に堆積されたドットパターンを持った正確なパターンマスクを使用して較正さ
れる装置を提供する。ボール格子配列を検査するための装置は、ボール格子配列
を搭載する手段と、ボール格子配列の輪郭を提供するためにボール格子配列を証
明する手段とを有する。第１カメラは、ボール格子配列の第１像を提供するため
にボール格子配列の像を写すように配置される。光反射のための第１手段がボー
ル格子配列を反射して、光反射のための第２手段を介して第２カメラに入れるよ
うに配置されている。第２カメラは、ボール格子配列の第２像を提供する。光反
射のための第３手段がボール格子配列の反対側面を反射して、光反射のための第
４手段に入れ、そして第２カメラにボール格子配列の第２像の一部として入れる
ように配置されている。コンピュータ、マイクロプロセッサまたはデジタル信号
プロセッサなどのようなイメージ処理のための手段が、ボール格子配列を検査す
るためにボール格子配列の第１像および第２像を処理する。

【００１２】本発明はまた、レチクル上に搭載されている部分の導線の三次元検査方法を提
供する。この方法は、導線の像を受け取るために第１カメラを配置し、導線の像
を第１フレームグラッバーに送信し、導線の２つの側方透視光景の像を受取るた
めに第２カメラを配置し、導線の２つの側方透視光景の像を第２フレームグラッ
バーに送信し、第１カメラ及び第２カメラから像のピクセル値を獲得するための
命令を第１フレームグラッバー及び第２フレームグラッバーに送るためにプロセ
ッサを操作し、そして、導線に関する三次元データを獲得するためにプロセッサ
によりピクセル値を処理する、各ステップを有する。

【００１３】本発明はまた、ボール格子配列装置を検査するための方法を提供する。この方
法は、ボール格子配列装置上のボールの中心を通過する底面光景の光線により決
定される世界面の点の位置を決め、ボール上の仮想点において底面光景の光線と
交差しそしてボール参照点を交差する側方透視光景の光線により決定される世界
面上の透視光景点の位置を決め、この仮想点は側方透視光景の光線がプリズムの
後面から反射する側方透視光景光線により決定されるある角度で世界面と交差す
る所で、角度の値は較正工程の際に決定され、Ｚ＝０の世界面と底面光景光線と
の交差により定義される第１世界点とＺ＝０の世界面と側方透視光景光線との交
差により定義される第２世界点の間の差異としての距離Ｌ₁を計算し、ここで値Ｚは第３世界点との間の距離で以下の通りＬ₁と関係を有し：ｔａｎΘ₁＝Ｚ／Ｌ₁ Ｚ＝Ｌ₁ｔａｎΘ₁ ここで、Ｚは角度に基づいて計算され、底面光景光線と側方透視光景光線の交差
により決定される仮想点と底面光景光線とボールの頂点との交差により定義され
る頂点におけるボールの頂点との間の差異としてのオフセットＥを計算し、そし
て角度の知識とボールに対するＺの最終値が次式で表されるところのボールの理
想の大きさから計算できる、ステップを含む。Ｚ_FINAL＝Ｚ−Ｅ

【００１４】本発明はまた、ボール格子配列内のボールの位置と大きさを底面光景から見つ
ける方法を提供する。この方法は、ボールの期待された位置の底面像における興
味ある領域を画定し、ここで興味ある領域の幅及び高さは検査のためのボール格
子配列の位置決め許容差を許すほど十分に大きいく、ボールの像を写し、ここで
ボールの球面形状がドーナッツ形状像を提供できるようにボールを照明して、こ
こで興味ある領域は底面像がより高いグレースケール値のカメラピクセルを含む
ボールの周囲を含みそしてここで底面像の中心はより低いグレースケール値のカ
メラピクセルを含みそして興味ある領域の残余はより低いグレースケール値のカ
メラピクセル値を含み、所定のしきい値よりも大きいピクセル値を持ったピクセ
ルの平均位置を見つけることによりボールのおおよその中心を見付け、ボールの
おおよその中心の座標を用いて低いグレースケールピクセル値の領域を高いグレ
ースケール値に変換し、そしてボールの中心を見付ける、各ステップを含む。

【００１５】本発明はまた、ボール格子配列の側方透視光景の像中のボール上の参照点を見
つけ出す方法を提供する。この方法は、期待されるボールの位置からのイメージ
内の興味ある領域を画定し、ここで興味ある領域の広さ及び高さはボール格子配
列の位置付け許容差を許すほどに十分に大きく、ボールの像を写し、ここでボー
ルの球面形状が三日月形状の像を提供してより高いグレースケール値のカメラピ
クセルを有しそして興味ある領域の残余がより低いグレースケール値のカメラピ
クセルを有するようにボールを照明し、三日月形状像のおおよその中心値を所定
のしきい値よりも大きいピクセル平均位置を見付けることにより計算し、三日月
のおおよその中心の座標を使用し、三日月形状像の頂点の最も高い端を表すシー
ドピクセルとしてカメラピクセルを決定し、そして、シードピクセルについて興
味ある領域の座標を定義するシードピクセルのカメラピクセル座標に基づいて参
照点のサブピクセル位置を決定する、各ステップを含む。

【００１６】本発明を説明するために、添付図面を参照して以下に本発明の好ましい実施例
について説明する。

【００１７】

【発明の実施例】

本発明の一実施例においてここに開示される方法と装置は、較正レチクルの底
面上に既知の間隔と大きさの較正ドットのパターンを置くことによりシステムを
較正する方法および装置である。正確なドットから、システムの欠けた状態値が
決定され、ダイ上のボール又はウエハ上のボール又はボール格子配列装置、ＢＧ
Ａ、上のボールの三次元検査を可能にしている。本発明の一実施例においては、
システムはまたボール格子配列と同様にＪ導線及びガルウイング装置も検査でき
る。

【００１８】図１Ａを参照すると、システムの状態値の較正の際に使用するための較正レチ
クルを持った構成の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
面像５０として知られているものを獲得する。底面像５０を取るために、装置は
レンズ１１を持ったカメラ１０と底表面上に較正パターン２２を持ったレチクル
２０を有する。レチクル２０上の校正パターン２２は正確なドット２４を含む。
カメラ１０は校正レチクル２０の中心部分の下に位置して図１Ｂに関連して説明
される像５０を受け取る。一実施例において、カメラ１０はイメージセンサーを
含む。イメージセンサーは電荷結合素子配列であってもよい。カメラ１０は像５
０を受け取るためにフレームグラッバボード１２に接続されている。フレームグ
ラッバボード１２は図２Ａに関連して説明されるような二次元校正を実行するた
めにプロセッサ１３へイメージデータ出力を供給する。プロセッサ１３はメモリ
１４内にイメージを記憶してもよい。本発明の装置は、レンズ１６を持ったカメ
ラ１５及び校正レチクル２０を含み、そして一対の側方透視光景の像を獲得する
。カメラ１５は、図１Ｂと共に説明される一対の側方透視光景を含む像６０を受
け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の側方透視
光景をそして固定の光学要素３４、３６及び３８は第２の側方透視光景を提供す
る。固定の光学要素３０、３２、３４、３６及び３８は鏡またはプリズムであっ
てよい。当業者には理解されるように追加の光学要素を組み込んでも良い。カメ
ラ１５は像６０を受け取るためにフレームグラッバボード１７に接続されている
。フレームグラッバボード１７は図２Ｂと共に説明される二次元検査を実行する
ためにプロセッサ１３へイメージデータ出力を供給する。プロセッサ１３はイメ
ージをメモリ１４内に記憶してもよい。本発明の一実施例において、装置は図８
Ａに示されるよう一次元方向に側方透視像６０を拡大するために非線形光学要素
３９を含んでもよい。本発明の別の実施例においては、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および３９は曲面鏡またはレンズであって
よい。

【００１９】図１Ｂはシステムにより獲得されたカメラ１０からの例の像５０、カメラ１５
からの例の像６０を示す。像５０、ドットパターン２２の底面光景、はカメラ１
０により獲得されたドット５２を示す。ドットパターンは既知の大きさと間隔の
正確なドット２４を含む。正確なドット２４は、校正レチクル２０の底表面に位
置する。像６０はドットパターン２２の２つの側方透視光景を示す。像６０中の
第１の側方透視図はドット２４の像６２を含み、固定の光学要素３０、３２およ
び３８により校正レチクルドットパターン２２の反射の像がカメラ１５に入るこ
とにより得られる。像６０中の第２の側方透視図はドット２４の像６６を含み、
固定の光学要素３４、３６および３８により校正レチクルドットパターン２２の
反射の像がカメラ１５に入ることにより得られる。

【００２０】光学要素３６は、第二の側方透視光景の光学経路長を第１の側方透視光景の光
学経路長に等しくなるように調節するために置かれる。当業者に理解されるよう
に、本発明によればどんな数の透視光景も使用することができる。本発明の一実
施例では、側方透視光景の最大焦点深さはドットの中心行を含んだレチクルの領
域を含む。これは固定焦点システムが一つの透視光景で半分の部分の像を写し、
そして他の透視光景で他の半分の部分の像を写す、大きな部分の検査を可能にす
る。

【００２１】図２Ａはシステムの底面の光景の校正のフローチャートを示す。方法は、ステ
ップ１０１において既知の大きさと間隔の正確なドットを含んだドットパターン
２２を含む底表面を有する透明なレチクル２０を提供することから開始する。ス
テップ１０２において方法は、像５０を受け取るためにカメラ１０を透明なレチ
クル２０の下に置く。ステップ１０３において、プロセッサ１３がカメラ１０か
らピクセル値を含んだ像５０を獲得するためにフレームグラッバ１２へ命令を送
る。そして、方法はステップ１０４に進みプロセッサ１３でもってピクセル値を
処理する。

【００２２】図２Ｂは、システムの底面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において、方法は校正ドット２４に対応する像５０中のドッ
ト５２を見つけることにより開始する。プロセスは、周知のグレースケール方法
を用いてサブピクセル値内で像５０中に見える各ドットについての大きさと位置
を見つけて、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
記憶されている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１１３において底面校正のための欠けている状態値を計算する。ステップ１１
２において、プロセッサ１３はレンズ１１の光学歪み及びドットパターン２２に
関してのカメラの横角度を計算する。ステップ１１３は、正確なドットパターン
２２の既知の大きさとサブピクセルデータのドット５２を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
クセル高さにより決定される。ステップ１１４において、プロセッサは正確なド
ットパターン２２の像５０からＸ及びＹ世界座標及びＺ＝０平面を定義する。そ
して、プロセッサこれらの結果をメモリに記憶する。これらの結果は、ピクセル
値を世界値に変換するための解析の際に使用される変換ファクターを提供する。

【００２３】図２Ｃはシステムの側方透視光景を校正するためのフローチャート図を示す。
方法は、ステップ１２１において既知の大きさと間隔の正確なドット２４を有す
るドットパターン２２を含む底表面を持った透明なレチクル２０を提供すること
により開始する。方法はステップ１２２において、正確なドットパターン２２の
２つの透視像をカメラ１５内に反射するために固定の光学要素３０、３２、３４
、３６及び３８を提供する。方法はステップ１２３において、像６０を受け取る
ためにカメラ１５を提供する。ステップ１２４において、プロセッサ１３はカメ
ラ１５からのピクセル値を含んだ像６０を獲得するためにフレームグラッバ１２
に命令を送る。そして方法はステップ１２５に進んで、プロセッサ１３でもって
ピクセル値を処理する。

【００２４】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。ステップ１３１において、方法は較正ドット２４に対応する像６０中の
ドット６２を見つ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の側方透視光景に対する像６０内においてドット６２のグループを含む各可視
的なドットについての大きさと位置を見つけ、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の既知の値と比較することにより、ステップ１３
２及び１３３において、プロセッサはドット６２のグループを含む側方透視光景
について欠けた状態値を計算する。ステップ１３２において、プロセッサ１３は
レンズ１６の光学歪み及びドットパターン２２に関するカメラロール（横方向）
角度を計算する。ステップ１３３において、プロセッサ１３は正確なドット２４
の既知の大きさとドット６２のサブピクセルデータを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
ル高さから決定される。ステップ１３４において、プロセッサはドットパターン
２２の像６０中のドット６２からＸ及びＹ世界座標と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の解析の際に使用される変換ファクターを提供する。
ステップ１３５において、本発明の方法は側方視角を計算する。ステップ１３６
において、この方法は像６０内のドット６６を使用して第２の側方透視光景に対
して繰り返される。

【００２５】図２Ｅは、非透視大きさに対する透視大きさの比と側方透視角度との関係を示
す。点１８１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
に平行な平面１７０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１７６及び光線１７２の交差は点１８４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と交差する反射面１７９は光線１７
２及び光線１７５および反射法則により定義される。光線１７２および光線１７
５は角度１７７で平面１７０と交差する。図２Ｅを参照すると、以下の関係が示
される。ｔａｎΘ＝Ｃ／Ｄ_B Ｃ／ｓｉｎＡ＝Ｌ／ｓｉｎＡ従ってＣ＝ＬｃｏｓΘ＝Ｄ_S／Ｌ＝Ｄ_S／ＣＣ＝Ｄ_S／ｃｏｓΘ このＣで上式を置き換えるとｔａｎΘ＝（Ｄ_S／ｃｏｓΘ）／Ｄ_B＝Ｄ_S／Ｄ_BｃｏｓΘ （ｔａｎΘ）（ｃｏｓΘ）＝Ｄ_S／Ｄ_B＝ｓｉｎΘ Θ＝ａｒｃｓｉｎ（Ｄ_S／Ｄ_B）

【００２６】図２Ｆは、図２Ｅのシステムに示されるような側方透視視角度１７７を決定す
るための方法に使用される正確なドットの底面光景と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大きさの正確なドット２０１、２０２および２０
３を含んだ底面光景像２００は、側方透視視角度１７７を決定するための参照を
与えるために使用できる。値Ｄ_HおよびＤ_Bは、底面光景較正から知られる。前述
した較正方法から既知の間隔および大きさＤ_SおよびＤ_hの底面光景ドット２０１
、２０２および２０３のそれぞれに対応する正確なドット２１１、２１２および
２１３を含む側方透視光景像２１０は、側方光景透視角度を決定するために使用
できる。底面像２００および側方透視像２１０からの比（Ｄ_h／Ｄ_H）は、以下の
通りに底面像において側方透視光景と同じ単位にＤ_Bを較正するために使用できる：Ｄ_Bcal＝Ｄ_B（Ｄ_h／Ｄ_H）

【００２７】前述した側方透視視角度１７７に対する式に置換すると以下の通りになる。 Θ＝ａｒｃｓｉｎ（Ｄ_S／Ｄ_B）＝ａｒｃｓｉｎ（Ｄ_S／Ｄ_Bcal） Θ＝ａｒｃｓｉｎ（Ｄ_SＤ_H／Ｄ_BＤ_h）

【００２８】図３Ａは、ボール格子配列のボールの三次元検査をする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
共に説明される部品７０の底面像８０を受取るために、部品７０の中心領域の下
に配置されるレンズ１１を持ったカメラ１０を含む。カメラ１０は像８０を受取
るためにフレームグラッバボード１２に接続されている。フレームグラッバボー
ド１２は図３Ａと共に説明される二次元検査を実行するためにプロセッサ１３に
像データ出力を供給する。プロセッサ１３はメモリ１４内に像を記憶してもよい
。本発明の装置は、レンズ１６およびカメラ１５でもって一対の側方透視光景を
得る。カメラ１５は、図３Ｂと共に説明される第１の側方透視光景のための固定
の光学要素３０、３２および３８を使用してそして第２の側方透視光景のための
固定の光学要素３４、３６、３８を使用して、一対の側方透視光景を含んだ像９
０を受取るために配置されている。本発明の一実施例においては、図８Ｂに示さ
れるように一次元方向に側方透視像６０を拡大するために非線形光学要素３９を
使用してもよい。本発明の別の実施例においては、光学要素３８は非線形要素で
あってもよい。固定の光学要素３０、３２、３４、３６および３８は鏡またはプ
リズムであってもよい。当業者に理解できるように本発明の範囲及び精神を逸脱
することなく他の光学要素を組み込むことができる。カメラ１５は像９０を受取
るためにフレームグラッバボード１７に接続されている。フレームグラッバボー
ド１７は、図３Ｂと共に説明されるようにボールのＺ位置を計算するためにプロ
セッサ１３へ像データ出力を供給する。プロセッサ１３は像をメモリ１４に記憶
することができる。

【００２９】図３Ｂは、システムにより獲得されたカメラ１０からの例の像８０およびカメ
ラ１５からの例の像９０を示す。像８０は部品７０の底表面上に配置されるボー
ルの底面光景である。像９０は部品７０上に位置するボールの二つの側方透視光
景を示す。像９０内の第１の側方透視光景はボール９１の像を含みそして固定の
光学要素３０、３２及び３８から反射されてカメラ１５に入る部品７０の像から
得られる。像９０内の第２の側方透視光景はボール９ふの像を含みそして固定の
光学要素３４、３６及び３８から反射されてカメラ１５に入る部品７０の像から
得られる。光学要素３６は、第２の側方透視光景の光学経路長を第１の側方透視
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。本発明の一実
施例では、側方透視光景の最大焦点深さはドットの中心行を含んだ部品の領域を
ちょうど含む。これは固定焦点システムが一つの透視光景で半分の部品の像を写
し、そして他の透視光景で他の半分の部品の像を写して、より大きい部品の検査
を可能にする。当業者に理解されるように、本発明ではどんな数の透視光景も使
用することができる。本発明の別の実施例において、全てのボールを両方の側方
透視光景から焦点を合わせて、各ボールに対して二つの透視光景を生ずる。これ
は、図１０Ａ及び１０Ｂに関して示されるように各ボールに対して二つのＺ計算
を可能にする。

【００３０】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であ
る。方法はステップ１４１において、ボール７１を有する部品７０を表面を下に
して提供する。方法はステップ１４２において、像８０を受取るために部品７０
の下にカメラ１０を配置する。ステップ１４３において、フレームグラッバ１２
がカメラ１０から像８０を受取るために提供される。ステップ１４４において、
部品７０の２つの側方透視光景を得るために固定の光学要素が提供される。第１
光学経路が光学要素３０、３２および３８により設けられる。第２光学経路が光
学要素３４、３６および３８により設けられる。第２のカメラ１５がステップ１
４５において２つの側方透視光景を受取る。ステップ１４６において、カメラ１
５から像９０を受取るために第２のフレームグラッバボード１７が提供される。
プロセッサ１３はフレームグラッバ１２および１７へ命令を送って、カメラ１０
および１５からのピクセル値を含んだ像８０および９０を得る。そして方法は、
ステップ１４７に進み、部品７０ついて三次元データを得るためにプロセッサ１
３でもってピクセル値を処理する。

【００３１】本発明は、ボール格子配列として実装されまたはされないボール形状導線を有
する部品の検査を意図している。本発明はまたイメージセンサーに対して一般的
に曲線輪郭を提供する導線の検査を意図している。

【００３２】図５Ａおよび図５Ｂは、一体として本発明の三次元検査方法のフローチャート
を示す。方法はステップ１５１において検査信号を待つことにより開始する。信
号が状態を変化させる時、システムは検査を開始する。プロセッサ１３はフレー
ムグラッバボード１２および１７に命令を送り、ボール７１を持った部品７０の
像８０および９０をそれぞれ獲得する。ステップ１５２において、カメラ１０は
ピクセル値を含んだ像８０をとらえ、カメラ１５はピクセル値を含んだ像９０を
とらえ、そしてプロセッサは像をメモリ１４内に記憶する。像は図３Ｂに示され
るような底面光景及び２つの側方透視光景の両方からの情報を含む。ステップ１
５３において、検査システムは図９に示される部品取扱い機に信号を送って、部
品取扱い機が部品を検査領域から取り出しそして次の部品を検査領域に入れるよ
うにする。取扱い機は、検査システムが記憶された像データを処理している間に
部品の配置を進めてもよい。

【００３３】検査システムはステップ１５４で記憶された像８０のピクセル値を処理して、
部品の世界Ｘ及びＹ座標に関してのＸ位置及びＹ位置そして回転を見付ける。プ
ロセッサは部品の本体の四つの側の点を見つけることによりこれらの配置につい
ての値を決定する。ステップ１５５において、プロセッサは理想部品の値を含ん
でいる部品定義フアイルを使用する。

【００３４】部品定義フアイルからの測定値およびステップ１５４において決定された配置
についての値を使用して、プロセッサは像８０内に含まれる底面光景に対して部
品の各ボールの期待される位置を計算する。プロセッサは像データについて探索
手法を使用して、像８０内のボール８１を見つける。そして、プロセッサは図７
Ａに説明されるグレースケールブロッブ技術を使用してピクセル値において各ボ
ールの中心位置および直径を決定する。結果はメモリ１４内に記憶される。

【００３５】プロセッサはステップ１５６に進み、較正から知られている各側方光景の位置
を用いて像９０中の両側方透視光景内の各ボールの予想される中心位置を計算す
る。プロセッサはステップ１５７において各ボール上の参照点を見つけるために
図７Ｂに記載されている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。

【００３６】図５Ｂを参照すると、ステップ１５８において、プロセッサは較正の際に決定
されたパラメータとピクセル値を使用して、ステップ１５４および１５７から記
憶されたピクセル値を世界位置に変換する。世界位置は、較正の際に定義される
世界座標に関するボールの物理的位置を表す。

【００３７】ステップ１５９において、ピクセル値において各ボールの世界座標でのＺ高さ
が計算される。方法は、図６Ａ及び図６Ｂに示されるような像９０内の側方透視
光景から同じボールの参照点と底面光景８０からのボールの中心位置を結合する
ことにより進む。そしてプロセッサはステップ１６０で計算された部品の回転、
Ｘ位置およびＹ位置を用いて世界値を部品値に変換し、理想部品についての部品
座標を定義する。部品値は、ボール直径、Ｘ部品及びＹ部品座標におけるボール
中心位置およびＺ世界座標におけるボール高さなどのボールの物理的大きさを表
す。

【００３８】ステップ１６１において、これら部品値は部品ファイル内に定義されている理
想値と比較されて、各ボール中心位置のその理想位置からの逸脱を計算する。本
発明の一実施例においては、逸脱値はＸ及びＹ部品座標に関するいくつかの方向
におけるボール直径、Ｘ方向、Ｙ方向及び放射方向におけるボール中心、Ｘ方向
及びＹ方向におけるボール間隔、および欠けた及び変形したボールを含むことが
できる。Ｚ世界データは周知の数学公式を用いて台座面を定義するのに使用する
ことができ、これから台座面に関するボールのＺ大きさが計算できる。当業者は
データから台座面についてのいくつかの可能な定義がありことを理解でき、そし
て、本発明の範囲と精神を逸脱することなくそれらも使用できる。

【００３９】ステップ１６２において、ステップ１６１の結果が部品ファイル内に定義され
た理想部品に関する所定のしきい値と比較されて、電子的ボール検査結果を提供
する。一実施例において、所定の許容値は業界標準による合格許容値と不合格許
容値を含む。もし測定値が合格許容値に等しいかそれ以下の場合は、プロセッサ
はその部品に対して合格の結果を与える。もし測定値が不合格許容値を越える場
合は、プロセッサはその部品に対して不合格の結果を与える。もし測定値が合格
許容値をより大きいが不合格許容値に等しくないかまたはそれより小さい場合は
、プロセッサはその部品を再加工されるべきの結果を与える。プロセッサはステ
ップ１６３においてその部品の検査結果を報告し、部品検査を完了する。そして
プロセッサはステップ１５１に戻り次の検査信号を待つ。

【００４０】図６Ａ及び図６Ｂは、ボール格子配列の例のボールと、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関連する幾何学的関係を示す。方法は、較
正の時に定義された世界座標に関してボールのＺ位置を決定する。図２Ａ及び図
２Ｂに示されるような較正工程から決定されたパラメータを用いて、図６Ａに示
される世界座標原点２５１及び世界座標軸Ｘ２５２、Ｙ２５３及びＺ２５４を持
った世界座標平面２５０および図３Ｂに示されるような一対の像８０及び９０を
含む底面光景及び２つの側方透視光景のための世界座標を決定するめために、プ
ロセッサは三次元位置を計算する。

【００４１】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
過する底面光景光線２５５により決定される世界面２５０上の点２５８の位置を
見つける。プロセッサは仮想点２６１において底面光景光線２５５と交差しそし
てボール７１上のボール参照点２５９と交差する側方透視光景光線２５６により
決定される世界面２５０上の側方透視光景点２６０の位置を見つける。光線２５
６は、プリズム３０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で世界面２５０と交差する。

【００４２】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世界面２５０の交差により定義される世界点２５８および光線２５６とＺ＝０世界面
２５０の交差により定義される世界点２６０との間の差異として計算される。値
Ｚは、世界点２６１及び２５８の間の距離として定義され、そしてＬ１と以下の
ような関係を有する。ｔａｎΘ₁＝Ｚ／Ｌ₁ Ｚ＝Ｌ₁ｔａｎΘ₁

【００４３】Ｚは、角度２６２が較正から知られているので、プロセッサ１３により計算で
きる。オフセットＥは、光線２５６及び光線２５５の交差により定義される仮想
点２６１と光線２５５及びボール７１の頂点の交差により定義される点２６４に
おけるボール７１の頂点との間の差異であり、ボール７１の理想大きさと角度２
６２の知識から計算できる。ボール７１に対するＺの最終値は以下の通りである
。Ｚ_Final＝Ｚ−Ｅ

【００４４】図７Ａは、本発明のグレースケールブロッブ方法に使用される像の一例を示す
。像処理方法は底面像８０からボール７１の位置及び大きさを見つける。ボール
７１の期待される位置から、像８０の興味ある領域は（Ｘ１、Ｙ１）と（Ｘ２、
Ｙ２）で画定される。興味ある領域の幅及び高さは検査のために部品７０の位置
付け許容差を許すほどに十分に大きい。底面光景の照明設計のため、部品７０の
ボール７１の球面形状はドーナッツ形状の像を提供する。ここで、ボール７１の
周辺を含む領域２８１はより高いグレースケール値のカメラピクセルを含み、そ
して中央領域２８２はより低いグレースケール値のカメラピクセルを含む。興味
ある領域２８０の残り２８３はより低いグレースケール値のカメラピクセルを含
む。

【００４５】本発明の一実施例において、プロセッサ１３はＣプログラミング言語により書
かれた像処理機能を実行する。

【００４６】以下に説明されるＣ言語機能“ＦｉｎｄＢｌｏｂＣｅｎｔｅｒ”は、既知のし
きい値より大きなピクセルの平均位置を見つけることによりボール７１のおおよ
その中心を見つけるためにコールされる。ボール７１のおおよその中心の座標を
用いて、より低いスケールピクセル値の領域２８２を以下に説明されるＣ言語機
能“ＦｉｎｄＢｌｏｂＣｅｎｔｅｒ”をコールすることによりより高いグレース
ケール値に変換できる。ボール７１の正確な中心はＸ世界及びＹ世界座標を戻す
Ｃ言語機能“ＦｉｎｄＢｌｏｂＣｅｎｔｅｒ”をコールすることにより見つける
ことができる。ボール７１の直径はＣ言語機能“Ｒａｄｉｕｓ＝ｓｑｒｔ（Ａｒ
ｅａ／３．１４）により計算できる。直径計算において使用される領域は領域２
８１及び２８２のピクセルの合計を含む。

【００４７】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の本発明の方法に
使用される像の一例である。本発明の方法は、図３Ｂに示されるような側方透視
光景の像９０内においてボール７１上の参照点を見つける。ボール７１の期待さ
れる位置から、像８０の興味ある領域２９０は（Ｘ３、Ｙ３）と（Ｘ４、Ｙ４）
で画定される。興味ある領域の幅及び高さは検査のために部品７０の位置付け許
容差を許すほどに十分に大きい。側方透視光景の照明設計のため、部品７０のボ
ール７１の球面形状はより高いグレースケール値のカメラピクセルを含む三日月
形状の像２９１を提供する。ここで、興味ある領域の２９０の残り２９３はより
低いグレースケール値のカメラピクセルを含む。

【００４８】Ｃ言語機能“ＦｉｎｄＢｌｏｂＣｅｎｔｅｒ”は、既知のしきい値より大きな
ピクセルの平均位置を見つけることにより三日月像２９１のおおよその中心を計
算するためにコールされる。三日月像２９１のおおよその中心の座標を用いて、
三日月の頂点の最高端を表すシードピクセル２９２又はカメラピクセルを決定す
るためにＣ言語機能“ＦｉｎｄＢｌｏｂＣｅｎｔｅｒ”がコールされる。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。

【００４９】Ｃ言語によるグレースケールブロッブ解析及び参照点決定の一例が次の表のプ
ログラムに示される。

【表１】

【００５０】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像を示す。図８Ａ
は、ドット３０１及びドット３０２間の空間３０３が拡大されて、非拡大像と比
較してより低い値のグレースケールピクセルの数を増加させたレチクル較正パタ
ーンの側方透視像３００を示す。

【００５１】図８Ｂは、一次元方向に拡大したＢＧＡ上のボールの側方透視像を示す。図８
Ｂにおいて、２つの光景の側方透視像３１０が示されている。ここで、ボール像
３１１及びボール像３１２間の空間３１３が拡大されて、非拡大像と比較した時
により低い値のグレースケールピクセル値の数が増大している。増大した数のよ
り低い値のグレースケールピクセル値は、サブピクセルアルゴリズムの適用を成
功させることができる。

【００５２】本発明の別の実施例において、ここに開示される方法及び装置は較正レチクル
の底表面上に既知の間隔と大きさ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
提供する方法及び装置である。正確なドットから、システムの欠けた状態値が決
定されて、ダイ上のボールまたはウエハ上のボールまたはＢＧＡ装置上のボール
の三次元検査を可能にする。

【００５３】図９は、ＢＧＡを検査のためにシステムに提供するための装置の例を示す。オ
ーバーヘッド光反射拡散機５は、真空キャップ集合体６を有する。真空キャップ
集合体はボール７１を有するＢＧＡ部品７０を取りつけて、ＢＧＡ部品７０をオ
ーバーヘッド光反射拡散機５の下に吊り下げる。

【００５４】図１０Ａ及び図１０Ｂは、較正の際に定義された世界座標に関してボールのＺ
位置を各ボールに対して２つの透視光景を用いて決定する本発明の方法により使
用されるボール格子配列上の例のボールと関連した幾何学位置関係を示す。図２
Ｂ及び図２Ｄに示されるような較正工程から決定されたパラメータを用いて、図
１０Ａ及び図１０Ｂに示される世界座標原点７０１及び世界座標軸Ｘ７０２、Ｙ
７０３及びＺ７０４を持った世界座標平面７００および図３Ｂに示されるような
一対の像８０及び９０を含む底面光景及び２つの側方透視光景のための世界座標
システムを定義するめために、プロセッサが三次元位置を計算する。

【００５５】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
面光景光線７０５により決定される世界面７００上の点７０９の位置を見つけ出
す。プロセッサは、ボール７１７上のボール参照点７１０と交差しそして仮想点
７１４において底面光景光線７０５と交差する側方光景光線７０６により決定さ
れる世界面７００上の第１側方透視光景点７１１を見つける。光線７０６は、プ
リズム３０の後表面から反射される光線７０６により決定される角度７１５で世
界面７００と交差する。角度７１５の値は、較正工程の間に決定される。プロセ
ッサは、ボール７１７上のボール参照点７１２と交差しそして仮想点７１８にお
いて底面光景光線７０５と交差する側方光景光線７０７により決定される世界面
７００上の第２側方透視光景点７１３を見つける。光線７０７は、プリズム３４
の後表面から反射される光線７０７により決定される角度７１６で世界面７００
と交差する。

【００５６】図１０Ｂを参照すると、距離Ｌ₁が、プロセッサにより世界点７０９及び世界点７１１の間の距離として計算される。距離Ｌ₂が、プロセッサにより世界点７１３及び世界点７０９の間の距離として計算される。値Ｚ₁が、世界点７１４及び７０９間の距離として定義され、Ｌ₁と次式の関係を有する。ｔａｎΘ₁＝Ｚ₁／Ｌ₁ Ｚ₁＝Ｌ₁ｔａｎΘ₁ 値Ｚ₂は、世界点７１８及び７０９間の距離として定義され、Ｌ₂と次式の関係を
有する。ｔａｎΘ₂＝Ｚ₂／Ｌ₂ Ｚ₂＝Ｌ₂ｔａｎΘ₂

【００５７】Ｚ₁及びＺ₂の平均値が計算されて、そしてボールのＺ値として使用される。子
の方法はより反復可能でそしてボールについて１つの透視光景のみを使用する方
法よりも正確である。

【００５８】本発明のさらに別の実施例において、ここに開示される方法及び装置は較正レ
チクルの底表面上に既知の間隔と大きさ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提供
する方法及び装置である。正確なドットから、システムの欠けた状態値が決定さ
れて、ダイ上のボールまたはウエハ上のボールまたはＢＧＡ装置上のボールの三
次元検査を可能にする。

【００５９】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つの側方透視光景方法に
対して図２Ａ及び図２Ｂにおいて前述した装置及び方法と同一である。１つの側
方透視光景の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２
０を含む。カメラ１５は、図１１Ｂと共に説明されるドット６５を含んだ１つの
側方透視光景の像６４を受取るように配置され、そして固定の光学要素４０及び
４２を使用する。固定の光学要素は鏡またはプリズムであってよい。固定の光学
要素４２は像を一次元方向に拡大する非線形要素である。別の実施例においては
、固定の光学要素４０がこの非線形要素である。当業者には理解できるように追
加の光学要素を組込んでも良い。カメラ１５は像６４を受取るためにフレームグ
ラッバボード１７に接続される。フレームグラッバボード１７は、プロセッサ１
３へ図２Ｂと共に説明した二次元検査を実行するために像データ出力を提供する
。プロセッサ１３は、メモリ１４内に像を記憶する。

【００６０】図１１Ｂは、例の較正パターン及び本発明の１つの側方透視光景を利用するシ
ステムにより得られた例の較正パターンの像を示す。図１１Ｂは、システムによ
り得られた、カメラ１０からの例の像５０及びカメラ１５からの例の像６４を示
す。像５０は、カメラ１０により得られたドット５２を示し、較正レチクル２０
の底表面上に位置する既知の大きさ及び間隔の正確なドット２４を含むドットパ
ターン２２の底面光景を含む。像６４は、ドットパターン２２の側方透視光景を
示し、較正レチクル２０の底表面上に位置する既知の大きさ及び間隔の正確なド
ット２４を含む。像６４内の１つの側方透視光景はドット６５の像を含み、固定
の光学要素４０から反射した較正レチクルドットパターン２２の像が非線形要素
４２を介してカメラ１５へ入ることにより得られる。

【００６１】側方透視較正は、固定光学要素が異なる性能を有してもよいことを除いて図２
Ｃに示される方法と同一である。側方透視光景に対する状態値の決定は、固定光学要素が異なりそして単に１つ
の側方透視光景が有ることを除いて図２Ｄに示される方法と同一である。図２Ｅ
及び図２Ｆに示される原理及び関係が適用される。単一の側方透視光景を使用したさらに別の実施例において、本発明は非線形４
２を含まない。

【００６２】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べき部品７０を含む。装置はさらにレンズ１
１を持ったカメラ１０を有し、図１２Ｂと共に説明される部品７０の底面像８０
を受取るために部品７０の中央領域の下に配置される。カメラ１０は像８０を受
取るためにフレームグラッバボード１２に接続される。フレームグラッバボード
１２は、図１２Ｂと共に説明される二次元検査を実行するためにプロセッサ１３
へ像データを提供する。プロセッサ１３はメモリ１４内に像を記憶してもよい。
単一の側方透視光景の像のための装置は、レンズ１８を持ったカメラ１５を含む
。カメラ１５は図１２Ｂと共に説明される単一の側方透視光景を含む像９４を受
取るように配置されていて、固定光学要素４０及び側方透視光景を一次元方向に
拡大するために非線形の固定光学要素４２を使用する。本発明の別の実施例にお
いて、光学要素４０は非線形要素であってもよい。固定の光学要素は鏡またはプ
リズムであってもよい。当業者に理解されるように、追加の光学要素を組込んで
も良い。カメラ１５は、像９４を受取るためにフレームグラッバボード１７に接
続されている。フレームグラッバボード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へ像データ出力を提供する。プロセ
ッサ１３は像をメモリ１４内に記憶してもよい。

【００６３】図１２Ｂは、例のボール格子配列及び単一の側方透視光景を使用して三次元検
査をするためのボール講師配列の像の例を示す。図１２Ｂは、システムにより得
られたカメラ１０からの例の像８０及びカメラ１５からの例の像９４を示す。像
８０は、部品７０の底表面に位置しているボール７１の底面光景を示す。像９４
は、部品７０に位置するボール７１の側方透視光景を示す。像９４内の側方透視
光景はボール９５の像を含み、固定の光学要素４０から反射した部品７０の像が
非線形固定要素４２を介してカメラ１５へ入ることにより得られる。

【００６４】本発明の別の実施例において、ガルウイング及びＪ導線装置などの他のタイプ
の電子部品を三次元検査するためにシステムを使用することができる。１つのカ
メラのみを使用し、レチクル４００上にプリズムの他の組を追加することにより
、これら他のタイプの装置も検査できる。同じシステムで異なる装置を検査でき
ることの長所は、コストが節約でき、工場の床スペースを節約できることである
。さらに、この設計は製造計画と資源配分により柔軟性を可能にする。

【００６５】図１３は、ボール格子配列装置、ガルウイング装置及びＪ導線装置の三次元検
査のための装置を示す。図１３に示される装置は、同じシステム上でボール格子
配列装置、ガルウイング装置及びＪ導線装置の全ての検査を可能にする。装置は
検査されるべき部品４０２を透明レチクル４００の中心領域に配置して、レチク
ル４００の上表面にプリズム４０１を接着させて部品４０２の側方透視光景を受
取る。ガルウング及びＪ導線検査装置２１はボール格子配列検査装置に組込んで
も良い。このようなガルウイングおよびＪ導線検査装置の一例が、ミネソタ州ミ
ネトンカのスキャナーテクノロジーズからの「ウルトラビム」スャナーである。
装置は、レンズ１１Ａを持ったカメラ１０Ａを有し、部品４０２及びレチクル４
００の中央領域の下に配置されて、部品４０２の底面光景及び側方透視光景を受
取る。カメラ１０Ａはフレームグラッバボード１２Ａに接続されて、像を受取る
。フレームグラッバボード１２Ａは部品４０２の三次元検査を実行するためにプ
ロセッサ１３Ａへ像データ出力を提供する。プロセッサ１３Ａは像をメモリ１４
Ａに記憶してもよい。これらの要素は、ガルウイング及びＪ導線検査装置２１の
ハードウェアを構成し、ここに説明されるボール格子配列検査装置により共有さ
れる。

【００６６】ウルトラビムは１９９７年５月５日にビーティ等に出願された米国特許出願番
号０８／８５０，４７３号「三次元検査装置」に記載されていて、全てをここに
参照のために組込む。

【００６７】図１４を参照すると、本発明のさらに別の実施例が示される。図１４において
示すように、システムは３つのカメラを使用して底面光景及び２つの側方透視光
景の像を直接に写すようにしてもよい。図１４は、本発明のＢＧＡのボールの三
次元検査のための装置を示す。本発明の装置は、検査されるべきボールを持った
部品７０を含む。装置は、レンズ１１を持ったカメラ１０をさらに含み、図１２
Ｂと共に説明した部品７０の底面像８０を受取るために部品７０の中心領域の下
に配置される。カメラ１０は像８０を受取るためにフレームグラッバボード１２
に接続される。フレームグラッバボード１２は、図１２Ｂと共に説明した二次元
検査を実行するためにプロセッサ１３へ像データ出力を提供する。プロセッサ１
３はメモリ１４内に像を記憶してもよい。第１側方透視光景の像のための装置は
レンズ１９を持ったカメラ１５を有する。カメラ１５は、図１２Ｂと共に説明し
た単一の側方透視光景を含む像９４を受取るように配置され、そして固定光学要
素３８を使用して一次元方向に側方透視光景を拡大する。カメラ１５は像９４を
受取るためにフレームグラッバボード１７に接続されている。フレームグラッバ
ボード１７は、図１２Ｂと共に説明されたボールのＺ位置を計算するためにプロ
セッサ１３へ像データ出力を提供する。プロセッサ１３は像をメモリ１４に記憶
してもよい。第２側方透視光景の像のための装置はレンズ１９を持ったカメラ１
５を有する。カメラ１５は、図１２Ｂと共に説明した単一の側方透視光景を含む
９４と類似した像を受取るように配置され、そして固定光学要素３８を使用して
一次元方向に側方透視光景を拡大する。カメラ１５は像９４を受取るためにフレ
ームグラッバボード１７に接続されている。フレームグラッバボード１７は、図
１２Ｂと共に説明されたボールのＺ位置を計算するためにプロセッサ１３へ像デ
ータ出力を提供する。プロセッサ１３は像をメモリ１４に記憶してもよい。別の
実施例においては、非線形固定光学要素３８はなくても良い。さらに別の実施例
においては、１つの側方透視光景のみが使用されても良い。

【００６８】ここに本発明が、特許法の規定を満足するためそして当業者に新しい原理を適
用し必要に応じて特別部品を作成するのに必要な情報を提供するために、かなり
詳細に記述された。しかし、本発明は異なる装置で実行することができ、そして
装置詳細や操作手順についてもさまざまな変形が本発明の範囲から逸脱すること
なく達成できることが理解できる。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】本発明によるシステム較正のための装置を示す図

【図１Ｂ】較正パターンの例とシステムにより獲得された較正パターンの例
の像を示す図

【図２Ａ】底面の光景の較正ために使用される本発明の方法によるフローチ
ャート図

【図２Ｂ】システムの底面の光景のＸ及びＹ世界座標値および状態値を決定
するために使用される本発明の方法によるフローチャート図

【図２Ｃ】側方透視光景の較正ために使用される本発明の方法によるフロー
チャート図

【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
発明の方法によるフローチャート図

【図２Ｅ】側方透視角度の透視大きさの非透視大きさに対する比についての
関係を示す図

【図２Ｆ】側方透視角度光景角度を決定する方法に使用される正確なドット
の側方透視光景および底面光景を示す図

【図３Ａ】部品検査のための本発明の装置を示す図

【図３Ｂ】システムにより獲得された部品の像の例を示す図

【図４】ボール格子配列上のボールの三次元検査ための発明の方法を示す図

【図５Ａ】本発明による三次元検査方法のフローチャート図

【図５Ｂ】本発明による三次元検査方法のフローチャート図

【図６Ａ】ボール格子配列のボールの例およびボールのＺ位置を決定するた
めに本発明の方法で使用される関連する幾何学的配置を示す図

【図６Ｂ】ボール格子配列のボールの例およびボールのＺ位置を決定するた
めに本発明の方法で使用される関連する幾何学的配置を示す図

【図７Ａ】本発明の方法によるグレースケールのブロブ方法に使用される像
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の本発明の方法
に使用される像の一例を示す図

【図８Ａ】一次元に拡大した較正パターンの側方透視像を示す図

【図８Ｂ】一次元に拡大したＢＧＡ上のボールの側方透視像を示す図

【図９】検査のためのＢＧＡを提供する装置を示す図

【図１０Ａ】２つの側方透視光景を用いてボールのＺ位置を決定するために
本発明の方法として使用される関連した幾何学配置を持ったボール格子配列のボ
ールの例を示す図

【図１０Ｂ】２つの側方透視光景を用いてボールのＺ位置を決定するために
本発明の方法として使用される関連した幾何学配置を持った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本発明のシステム較正のための
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較正パターンの例及び
システムにより獲得された較正パターンの像の例を示す図

【図１２Ａ】単一の側方透視光景を使用してボールを検査するための本発明
の装置を示す図

【図１２Ｂ】単一の側方透視光景を使用するボール格子配列の例及びボール
格子配列の像の例を示す図

【図１３】ボール格子配列装置、ガルウイング及びＪ導線装置の三次元検査
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て部品の三次元検査をするための本発明の
装置を示す図

【符号の説明】

１０第１カメラ１１レンズ１２フレームグラッバ１３プロセッサ１４メモリ１５第２カメラ１６レンズ１７フレームグラッバ２０レチクル７０ボール格子配列７１ボール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA04 AA61 CC26 DD06 FF05 JJ05 JJ08 JJ09 JJ26 LL12 LL19 QQ24 QQ25 RR08 UU05 2G051 AA51 AA56 AB14 AB20 AC21 CA04 CA07 CC20 EA08 EB01 5B057 AA03 BA02 BA19 CA12 CA16 CB13 CB17 CD14 DA03 DA07 DB03 DC02 DC03 DC34 【要約の続き】プリズム（３０、３４）は、反対の側方の光景からレチクルパターンマスク（２２）を反射し、プリズム（３０、３４）又は反射表面（３２、３６、３８）を介して第２カメラ（１５）へと入射させる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ボール格子配列（７０）を検査するための装置であって、較
正透明レチクル（２０）上に堆積されたドットパターン（２４）を持った正確な
パターンマスク（２２）を使用して較正される装置において、（ａ）ボール格子配列（７０）を搭載する手段と、（ｂ）ボール格子配列（７０）の輪郭を提供するためにボール格子配列を照明
する手段と、（ｃ）ボール格子配列（７０）の第１像（８０）を提供するためボール格子配
列の像を写すように配置された第１カメラ（１０）と、（ｄ）ボール格子配列を反射するように配置された光反射（３４）のための第
１手段および第１手段からの反射を受けて第２カメラ（１５）へ入射する光反射
（３６）のための第２手段と、これにより第２カメラ（１５）がボール格子配列
（７０）の第２像（９０）を提供し、（ｅ）ボール格子配列の反対側を反射するように配置された光反射（３０）の
ための第３手段および第３手段からの反射を受けて第２カメラ（１５）へ入射す
る光反射（３２）のための第４手段と、これにより第２カメラ（１５）へボール
格子配列（７０）の第２像（９０）の一部として提供し、（ｆ）ボール格子配列（７０）を検査するためにボール格子配列（７０）の第
１像（８０）及び第２像（９０）をイメージ処理（１３）するための手段と、を備えたボール格子配列（７０）を検査するための装置。
【請求項２】ボール格子配列（７０）を照明するための手段がさらに、ボ
ール格子配列（７０）を照明するための光源と、光源からボール格子配列の照明
を提供するオーバーヘッド光反射拡散機（５）と、を有する請求項１記載の装置
。
【請求項３】光反射のための第１手段がさらに鏡（３２、３６）を有する
請求項１記載の装置。
【請求項４】光反射のための第１手段がさらにプリズム（３０、３４）を
有する請求項１記載の装置。
【請求項５】光反射のための第１手段がさらに曲面鏡（３８）を有する請
求項１記載の装置。
【請求項６】光反射のための第２手段がさらに鏡（３２、３６）を有する
請求項１記載の装置。
【請求項７】光反射のための第２手段がさらにプリズム（３０、３４）を
有する請求項１記載の装置。
【請求項８】光反射のための第２手段がさらに曲面鏡（３８）を有する請
求項１記載の装置。
【請求項９】ボール格子配列（７０）がウェハ上にボールを含む請求項１
記載の装置。
【請求項１０】ボール格子配列（７０）がダイ上にボールを含む請求項１
記載の装置。
【請求項１１】第１カメラ（１０）が第１像（８０）を受取るためにフレ
ームグラッバボード（１２）に接続されている請求項１記載の装置。
【請求項１２】フレームグラッバボード（１２）が二次元検査のためにプ
ロセッサ（１３）へ像データ出力を提供する請求項１記載の装置。
【請求項１３】一次元において第２像を拡大するために非線形光学要素（
３９）をさらに含む請求項１記載の装置。
【請求項１４】第２の側方透視光景の光学経路長（３４、３６、３８）が
第１の側方透視光景の光学経路長（３０、３２、３８）と等しい請求項１記載の
装置。
【請求項１５】側方透視光景の最大焦点深度が固定焦点システムでもって
より大きなボール格子配列を検査することを可能にするように、１つの透視光景
（８０）がボール格子配列の一部分の像を写しそして第２の透視光景光景（９０
）がボール格子配列（７０）の第２部分の像を写す請求項１記載の装置。
【請求項１６】ボール格子配列の一部分がボール格子配列の少なくとも第
１半分であり、そしてボール格子配列の第２部分がボール格子配列の少なくとも
第２半分である（９０）請求項１５記載の装置。
【請求項１７】側方透視光景の最大焦点深度が、ボールの中央列を含んだ
ボール格子配列の領域を含む（９０）請求項１記載の装置。
【請求項１８】各ボール（９０）に対して２つの透視光景を生じる両側方
透視光景からボール格子配列のボールの全てに焦点が合う請求項１記載の装置。
【請求項１９】第３カメラをさらに有し、第１カメラ（１０）がボール格
子配列（７０）の中央領域に下に配置されて、底面光景の像を直接に写すことが
でき、第３カメラ（１５）が単一の側方透視光景の像を受取るように配置されそ
して固定光学要素（１９、３８）を用いて一次元方向に単一の側方透視光景を拡
大し、第２カメラ（１５）が第２の側方透視光景の像を受取るように配置されそ
して固定光学要素（１９、３８）を用いて一次元方向に第２の側方透視光景を拡
大し、そしてイメージ処理（１３）のための手段が底面光景、第１の側方透視光
景及び第２の側方透視光景からボール格子配列上のボールのＺ位置を計算する請
求項１記載の装置。
【請求項２０】ガルウイング及びＪ導線装置（４０２）を検査するための
手段を含む請求項１記載の装置。
【請求項２１】レチクルに搭載された部品上の導線の三次元検査方法方法
において、（ａ）導線の像を受取るために第１カメラを配置し（１４２）、（ｂ）第１フレームグラッバへ導線の像を送信し（１４３）、（ｃ）導線の２つの側方透視光景を得るために固定光学要素を提供し（１４４
）、（ｄ）導線の２つの側方透視光景の像を受取るために第２カメラを配置し（１
４５）、（ｅ）第２フレームグラッバへ導線の２つの側方透視光景を送信し（１４６）
、（ｆ）プロセッサを操作して第１フレームグラッバ及び第２フレームグラッバ
へ命令を送って第１及び第２カメラから像のピクセル値を獲得し（１４７）、（ｇ）プロセッサでもってピクセル値を処理して導線の三次元データを得る（
１４７）、各ステッブを有する方法。
【請求項２２】導線が曲面導線である請求項２１記載の方法。
【請求項２３】導線がボール（７１）である請求項２１記載の方法。
【請求項２４】部品がボール格子配列（７０）である請求項２１記載の方
法。
【請求項２５】プロセッサでもってピクセル値を処理するステップ（１４
４）がさらに、部品取扱い機に信号を送って部品取扱い機が部品を検査領域から
取り去りそして検査領域に次の部品を入れさせるステップ（１５３）を有する請
求項２１記載の方法。
【請求項２６】プロセッサが、部品の四つの側面上の点を見つけることに
より世界Ｘ及びＹ座標に関して部品の回転、Ｘ変位値及びＹ変位値を見つけるよ
うにピクセル値処理する（１５４）請求項２１記載の方法。
【請求項２７】（ａ）理想部品のための測定値を含んだ部品定義ファイル
を使用し（１５５）、（ｂ）Ｘ変位値及びＹ変位値および部品定義ファイルからの測定値を用いて、
底面光景について部品の各リードに対する予想された位置を計算する（１５５）
、各ステップをさらに有する請求項２６記載の方法。
【請求項２８】導線を見つけ出すに像データ上に探索手順（図７Ａ）を使
用するステップ（１５５）をさらに含む請求項２１記載の方法。
【請求項２９】ピクセル値において導線中心位置及び導線直径を決定しそ
してメモリ内に導線中心位置及び導線直径を記憶するステップ（１５５）をさら
に含む請求項２１記載の方法。
【請求項３０】較正からの各側方光景の既知の位置を使用して両側方透視
光景の像内の各導線の中心の予想される位置を計算するステップ（１５６）をさ
らに含む請求項２９記載の方法。
【請求項３１】各導線上の参照点を見つけ出すためにサブピクセル端検出
方法（図７Ｂ）を使用するステップ（１５７）をさらに含む請求項２１記載の方
法。
【請求項３２】較正時に決定されたパラメータ及びピクセル値を用いてピ
クセル値を世界位置に変換し、ここで世界位置は較正時に定義された世界座標に
関して導線の物理的位置を表すステップ（１５）をさらに含む請求項２７記載の
方法。
【請求項３３】底面光景からの導線の中心位置を側方透視光景からの同じ
導線の参照点と結合させることによりピクセル値で世界座標中において、各導線
のＺ高さを計算する（１５９）請求項３２記載の方法。
【請求項３４】理想部品のための部品座標を定義するため回転、Ｘ変位値
及びＹ変位値を使用して世界値を部品値に変換し、ここで部品値が導線直径、Ｘ
部品及びＹ部品座標における導線中心位置、およびＺ世界座標中の導線高さを含
む導線の物理的大きさを表すステップ（１６０）をさらに含む請求項３３記載の
方法。
【請求項３５】部品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中に定義された理想値と比較するステップ（１６１）を
さらに含む請求項３４記載の方法。
【請求項３６】逸脱値が、Ｘ位置及びＹ位置に関するいくつかの方向の導
線の直径と、Ｘ方向、Ｙ方向及び放射方向における導線中心と、Ｘ方向及びＹ方
向における導線間隔と、および欠けた及び変形した導線を含み、Ｚ世界データに
基づいて着座面に関する導線のＺ大きさを計算するステップ（１６１）をさらに
含む請求項３６記載の方法。
【請求項３７】逸脱値を、部品定義ファイルに定義されるような理想部品
に関する所定の許容値と比較して、導線検査結果を提供するステップ（１６２）
をさらに含む請求項３５記載の方法。
【請求項３８】所定の許容値が、業界標準から合格許容値および不合格許
容値を含む（１６２）請求項３７記載の方法。
【請求項３９】（ａ）逸脱値が合格許容値に等しい又はそれ以下かを決定
し、ここでプロセッサが部品に合格結果を与え（１６２）、（ｂ）逸脱値が不合格許容値を越えたかを決定し、ここでプロセッサが部品に
不合格結果を与え（１６２）、（ｃ）逸脱値が合格許容値より大きく、しかし、不合格値に等しいかまたは少
ないかを決定し、プロセッサがその部品を再加工すべきと指定する（１６２）、各ステップをさらに有する請求項３８記載の方法。
【請求項４０】部品（１６３）の検査結果を部品に報告するステップ（１
６３）をさらに有する請求項３８記載の方法。
【請求項４１】ボール格子配列装置を検査する方法において、（ａ）ボール格子配列装置（７０）上のボール（７１）の中心（２５７）を通
過する底面光景光線（２５５）により決定される世界面（２５０）上の点（２５
８）を見つけ、（ｂ）ボール（７１）上のボール参照点（２５９）と交差し、そして側方透視
光景光線（２５６）が世界面（２５０）とプリズム（３０）の後表面（２６３）
から反射される側方透視光景光線（２５６）により決定される角度（２６２）で
交差する場所の仮想点（２６１）において底面光景光線（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面（２５０）上の側方透視光景
点（２６０）を見つけ、ここで前記角度（２６２）の値は較正工程時に決定され
、（ｃ）距離Ｌ₁を、底面光景光線（２５５）とＺ＝０世界面（２５０）との交差により定義される第１世界点（２５８）及び側方透視光景光線（２５６）とＺ
＝０世界面（２５０）との交差により定義される第２世界点（２６０）の間の差
異として計算し、ここでＺ値は第３世界点（２６１）と第１世界点（２５８）の
間の距離として定義されてＬ１と以下の関係を有し、ｔａｎΘ₁＝Ｚ／Ｌ₁ Ｚ＝Ｌ₁ｔａｎΘ₁ ここで、Ｚは角度に基づいて計算される、（ｄ）オフセットＥを、底面光景光線（２５５）と側方透視光景光線（２５６
）との交差により定義される仮想点（２６１）および底面光景光線（２５５）と
ボール（７１）の頂点との交差により定義される頂点（２６４）でのボール（７
１）の頂点との間の差異として計算し、そしてボール（７１）の理想大きさ及び
角度（２６２）の知識から計算でき，ここでボール（７１）のＺの最終値は、Ｚ_Final＝Ｚ−Ｅである、各ステップを有する方法。
【請求項４２】底面像からボール格子配列内のボールの大きさ及び位置を
見つける方法において、（ａ）ボール（７１）の期待された位置の底面像内の興味有る領域（２８０）
を定義し、興味有る領域の高さ及び幅は検査のためのボール格子配列（７０）の
位置付け許容差を許すほど十分に大きく、（ｂ）ボール（７１）の像を写し、ここでボール（７１）はボール（７１）の
球面形状がドーナッツ形状の像を提供するように照明され、そして興味有る領域
（２８０）がより高いグレースケール値のカメラピクセルを有する底面像のボー
ル（７１）の周辺（２８１）を含み、底面像の中心（２８２）はより低いグレー
スケール値のカメラピクセルを含み、そして興味有る領域（２８３）の残りの領
域はより低いグレースケール値のカメラピクセルを含み、（ｃ）ボールのおおよその中心を、所定のしきい値より大きいピクセル値を持
ったピクセルの平均位置を見つけることにより見つけ、（ｄ）ボール（７１）のおおよその中心の座標を使用して、より低いグレース
ケールピクセル値の領域を高いグレースケール値に変換し、（ｅ）ボール（７１）の中心を見つける、各ステップを有する方法。
【請求項４３】ボール（７１）の直径を決定するステップをさらに有する
請求項４２記載の方法。
【請求項４４】ボール（７１）の直径が（２＊ｓｑｒｔ（Ａｒｅａ／３．
１４））に等しく、そしてＡｒｅａが領域のピクセルの和に等しい請求項４３の
方法。
【請求項４５】ボール格子配列の側方透視光景の像（９０）内のボール（
７１）上の参照点を見つける方法において、（ａ）ボールの期待された位置から像（８０）内の興味有る領域（２８０）を
定義し、興味有る領域の高さ及び幅はボール格子配列（７０）の位置付け許容差
を許すほど十分に大きく、（ｂ）ボール（７１）の像を写し、ここでボール（７１）はボール（７１）の
球面形状がより高いグレースケール値のカメラピクセルを有する三日月形状像（
２９１）を提供するように照明され、そして興味有る領域（２９０）の残りの領
域（２９３）はより低いグレースケール値のカメラピクセルを含み、（ｃ）三日月形状像（２９１）のおおよその中心を、所定のしきい値より大き
いピクセル値を持ったピクセルの平均位置を見つけることにより計算し、（ｄ）三日月（２９１）のおおよその中心の座標を使用し、（ｅ）三日月形状像（２９１）の頂上の最も高い端を表すシードピクセル（２
９２）としてカメラピクセルを決定し、（ｆ）シードピクセルのための興味有る領域（２９０）の座標を決定するシー
ドピクセル（２９２）のカメラピクセル座標値に基づいて参照点のサブピクセル
位置を決定する、各ステップを有する方法。
【請求項４６】レチクル較正パターン（２２）の側方透視像（９０）にお
いて、ドット像の間隔が拡大されて、非拡大像と比較した時により高い値のグレ
ースケールピクセルの数を増加させた請求項４５記載の方法。