JPH0727532A - Multi-beam laser sensor for monitoring semiconductor lead - Google Patents

Multi-beam laser sensor for monitoring semiconductor lead

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Publication number
JPH0727532A
JPH0727532A JP5312191A JP31219193A JPH0727532A JP H0727532 A JPH0727532 A JP H0727532A JP 5312191 A JP5312191 A JP 5312191A JP 31219193 A JP31219193 A JP 31219193A JP H0727532 A JPH0727532 A JP H0727532A
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JP
Japan
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height
lead
edge
plane
leads
Prior art date
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Pending
Application number
JP5312191A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
David Fishbaine
デーヴィッド・フィッシュバイン
John P Konicek
ジョン・ピー・コニセック
Steven K Case
スティーヴン・ケイ・ケース
Timothy A Skunes
ティモシー・エイ・スカネス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cyberoptics Corp
Original Assignee
Cyberoptics Corp
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Filing date
Publication date
Priority claimed from US07/989,519 external-priority patent/US5331406A/en
Application filed by Cyberoptics Corp filed Critical Cyberoptics Corp
Publication of JPH0727532A publication Critical patent/JPH0727532A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Supply And Installment Of Electrical Components (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide a method of measuring a component lead at a high speed with a high degree of accuracy, used for a machine for arranging component to be surface-mounted, and a multi-beam laser sensor therefor. CONSTITUTION: The sensor is used for detecting the respective positions and states of many leads of an integrated circuit with accuracy before arranging components such as integrated circuits. The leads 40 of each integrated circuit is passed through a focal point 800 of laser beams 700A to 700D from four laser diodes 60A to 60D, nominally, and accordingly, the positions of the leads can be determined when they blocks entirely or partly the laser beams. With the use of a processor, actual positions of the leads are computed, and then, difference between the actual positions and the nominal positions are computed. Further, the positions of the leads are sorted, and maximum deviations of the leads from optimum adaptable positions or a seating plane are determined. Next, in such a case that the deviation is out of an allowable range, a rejection signal or a rearrangement signal is delivered to the machine.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、表面実装用ピック・ア
ンド・プレース・マシーンによって回路ボード上に集積
回路を配置する前に集積回路で使用されているリードの
位置と状態とを正確に検出するビジョンシステムに関す
る。特に、本発明は、最高度の解像度で、超微細ピッチ
を有するものを含め全ての集積回路部品のリードの横方
向の方向性と共平面性(coplanarity)とを
決定しうる非接触型レーザベースのセンサシステムに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention accurately detects the position and condition of leads used in an integrated circuit by a surface mount pick and place machine before placing the integrated circuit on the circuit board. About the vision system to do. In particular, the present invention is a non-contact laser base capable of determining the lateral orientation and coplanarity of the leads of all integrated circuit components, including those with ultrafine pitch, at the highest resolution. Sensor system.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子デバイスが益々小型化され、かつさ
らに複雑になるにつれて、そのようなデバイスの電子機
能を達成するために相互に接続されている電子部品もサ
イズが小さくなっている。さらに、多様な機能が単一の
ユニット型モノリシック集積回路に組み込まれつつあ
る。半導体パッケージまたはチップとも称されるこれら
の集積回路部品は電気接続を提供する多数のリードすな
わち要素を有している。サイズが小さくなる結果、カッ
ドフラットパック(QFP)あるいはカッドパックと称
され、該カッドパックの各側から近接離隔のリードが出
てくる構成に集積回路が作られている。QFPは特に、
ガルウィングと称される特殊なリードを用いて表面実装
配置(placement)を行うように構成されてい
る。QFPは、ガルウィング・リードにより回路ボード
の表面にピック・アンド・プレース・マシーンにより正
確に配置され、回路ボードあるいは加工物に予定された
回路接続部あるいはパッドと適正に接触させる。同様
に、益々多くのメーカが、テープ自動ボンディング即ち
タブ(TAB)と称されるプロセスにおいて用いられ
る、テープ上に構成されたさらに微細なリードを備えた
集積回路を作っている。
BACKGROUND OF THE INVENTION As electronic devices are becoming smaller and more complex, the electronic components that are interconnected to achieve the electronic functions of such devices are also becoming smaller in size. Furthermore, various functions are being incorporated into a single unitary monolithic integrated circuit. These integrated circuit components, also referred to as semiconductor packages or chips, have numerous leads or elements that provide electrical connections. As a result of the reduction in size, the integrated circuit is made in a structure called a quad flat pack (QFP) or a quad pack, in which leads of close proximity and separation come out from each side of the quad pack. QFP is especially
It is configured to perform a surface mount placement by using a special lead called a gull wing. The QFP is precisely placed by a pick and place machine on the surface of the circuit board by gull wing leads to make proper contact with the intended circuit connections or pads on the circuit board or workpiece. Similarly, more and more manufacturers are making integrated circuits with finer leads constructed on tape used in a process called tape automated bonding or tab (TAB).

【0003】そのような部品におけるいずれかの対の隣
接リードの中心間の距離はピッチと称される。現在のと
ころ、一般的に製造されている部品の前記距離は0.6
35mm(25ミル)ピッチであり、各リードの中心は
0.635mm(1000分の25インチ)の間隔であ
る。しかしながら部品製造技術の進歩により0.381
および0.254mm(15および10ミル)ピッチの
集積回路が製造され、0.1016mm(4ミル)ピッ
チで離隔した数百本のリードを有するTAB部品も作ら
れてきている。
The distance between the centers of adjacent pairs of any pair of such components is called the pitch. Currently, the distance for commonly manufactured parts is 0.6
The pitch is 35 mm (25 mils) and the centers of each lead are 0.635 mm (25/1000 inch) apart. However, due to advances in parts manufacturing technology, 0.381
And 0.254 mm (15 and 10 mil) pitch integrated circuits have been manufactured, and TAB components with hundreds of leads separated by 0.1016 mm (4 mil) pitch have also been made.

【0004】これらのマイクロ電子部品を用いて電子デ
バイスを自動的に製造するためにはそのような部品を位
置決めして配置するのに最高度の精度が要求される。こ
のような微妙な作業を実行するために、精密な表面実装
用部品配置マシーンが開発されてきた。
In order to automatically manufacture electronic devices using these microelectronic components, the highest degree of precision is required in positioning and placing such components. Precise surface mount component placement machines have been developed to perform these delicate tasks.

【0005】今日一般的に使用されている部品配置マシ
ーンには2つの形式がある。その中の一形式はデカルト
座標系システム(cartesian system)
であって、ビンまで移動し、部品を取り上げ、該部品を
適正に方向づけ、回路ボードあるいはその他の加工物ま
で運び、該部品を適正位置に正確に配置するために、1
個以上の真空クイル(quill)が用いられている。
適正位置とは、リードが、回路ボードあるいは加工物上
に予定された回路接続部と適正に接触する位置である。
使用されている別の形式の配置システムはメリーゴーラ
ウンド(carousel)あるいはターレット配置シ
ステムであって、部品がビンから取り上げられ、回路ボ
ード上に配置されるために、円形の部品担持機構の周囲
に位置したステーションを通して段階的に送られる。部
品はその部品ビンにおいて整列されていない。典型的に
はガルウィング形式の部品は±1.27mm(±50ミ
ル)だけ位置が、かつ±5度だけ角度方向がずれる可能
性がある。従って、ビンからの部品の方向性は配置する
前に決定する必要がある。本発明は最高度の速度と精度
でもって部品を正確に配置する必要のある前記双方の形
式のシステムに対しても有用である。
There are two types of component placement machines commonly used today. One of them is a Cartesian coordinate system.
To move to the bin, pick up the component, properly orient the component, carry it to the circuit board or other work piece, and place the component in the correct position.
More than one vacuum quill has been used.
The proper position is the position where the leads make proper contact with the intended circuit connections on the circuit board or work piece.
Another type of placement system used is the carousel or turret placement system, which locates around a circular component-bearing mechanism as the components are picked from the bin and placed on the circuit board. It is sent in stages through the station. The parts are not aligned in their parts bin. Typically, gull wing style components can be misaligned by ± 1.27 mm (± 50 mils) and angularly offset by ± 5 degrees. Therefore, the orientation of the parts from the bin must be determined prior to placement. The present invention is also useful for both types of systems that require precise placement of components with the highest degree of speed and precision.

【0006】表面実装回路ボードは多数の個々の小さい
パッドを有している。各電気部品からの各リードは、適
正な電気接触を保証するために1個の回路ボード上に適
正に配置する必要があり、そのため部品の正確な角度方
向と横方向の位置決めとを要する。配置すべき部品の寸
法は通常0.508mm(0.02インチ)と50.8
mm(2.0インチ)の間で変動する。
Surface mount circuit boards have a large number of individual small pads. Each lead from each electrical component must be properly placed on one circuit board to ensure proper electrical contact, which requires accurate angular and lateral positioning of the component. The dimensions of the parts to be placed are typically 0.508 mm (0.02 inch) and 50.8
Vary between mm (2.0 inches).

【0007】表面実装部品配置マシーンにおいては、搬
送アームが、配置すべき部品を静かに持ち上げる一次工
具として真空クイルを用いて部品ビンから部品を取り上
げ、それを部品ビンと回路ボードの間で搬送する。搬送
アームは部品を前記ビンから加工テーブル上に位置した
回路ボードまで動かす。殆んどの部品配置マシーンは、
配置ヘッドの位置を電気機械的に決定する組込み位置エ
ンコーダを有している。真空クイルが配置ヘッドに取り
付けられ、配置ヘッドによって部品ビンから回路ボード
まで動かされる。従って、部品配置マシーンはエンコー
ダの読取りに基きクイルの位置を知る。エンコーダは一
般的に±4ミクロンの精度で読み取る。エンコーダの精
度が回路ボード上に部品を正確に配置する部品配置マシ
ーンの能力を限定する。搬送の間、部品の角度方向およ
びクイルの中心から部品の偏位とが決定される。また、
何らかの曲げあるいは傾斜があるか否か決定するために
リードの状態も調べられる。次に、配置におけるいずれ
かの必要な修正が計算され、配置ヘッドがそのような修
正に対応するよう調整される。次に、回路ボード上に部
品を適合させるべく真空クイルが正確に降下される。現
在の部品配置マシーンにおいては、搬送アームとクイル
とは概ね1秒当り1メートルの速度で運動する。しかし
ながら、前記運動速度は1秒当り0から8メートルまで
の範囲で変わりうる。この速度においては、現在のシス
テムでは配置すべき部品の微細なピッチと範囲とに対処
し、かつ整合に必要な精度を達成することは難しい。
In surface mount component placement machines, a transport arm picks up a component from a component bin and transports it between the component bin and a circuit board using a vacuum quill as the primary tool to gently lift the component to be placed. . The transfer arm moves the part from the bin to the circuit board located on the working table. Most parts placement machines
It has a built-in position encoder that electromechanically determines the position of the placement head. A vacuum quill is attached to the placement head and moved by the placement head from the component bin to the circuit board. Therefore, the component placement machine knows the position of the quill based on the encoder reading. Encoders typically read with an accuracy of ± 4 microns. The accuracy of the encoder limits the ability of the component placement machine to place components accurately on the circuit board. During transport, the angular orientation of the part and the deviation of the part from the center of the quill are determined. Also,
The condition of the leads is also examined to determine if there is any bend or tilt. Then, any required corrections in placement are calculated and the placement head is adjusted to accommodate such corrections. The vacuum quill is then accurately lowered to fit the components onto the circuit board. In current part placement machines, the transfer arm and quill move at a rate of approximately 1 meter per second. However, the speed of movement can vary from 0 to 8 meters per second. At this speed, it is difficult for current systems to cope with the fine pitch and range of components to be placed and to achieve the precision required for alignment.

【0008】品質の高い製造を行うには、部品リード
は、該リードの少なくとも80%を回路ボードの対応す
るパッドに重ねて配置する必要がある。0.508mm
(20ミル)ピッチを有するデバイスは一般的に0.2
54mm(10ミル)幅のリードを有している。80%
重ねることにより、少なくとも203.2マイクロメー
トル(8ミル)のリード幅は、リード幅をパッドから
5.08マイクロメートル(2ミル)以下のずれでもっ
てパッド上にもって来る必要がある。一般的に、配置す
るための部品を整合させるのに使用する検出システムは
要求精度より5〜10倍良好な解像度を有する必要があ
る。従って、高品質製造法に対して規定される50.8
マイクロメートル(2ミル)の最大配置エラーを達成す
るには5.08〜10.16マイクロメートル(0.2
〜0.4ミル)の解像度が必要とされる。
For high quality manufacturing, the component leads must be placed with at least 80% of the leads overlaid on corresponding pads on the circuit board. 0.508 mm
Devices with (20 mil) pitch are typically 0.2
It has 54 mm (10 mil) wide leads. 80%
By stacking, a lead width of at least 203.2 micrometers (8 mils) must be brought onto the pad with a lead width deviation of 5.08 micrometers (2 mils) or less from the pad. In general, the detection system used to align the components for placement should have a resolution 5-10 times better than required. Therefore, 50.8 specified for high quality manufacturing methods
5.08 to 10.16 micrometers (0.2 mils) to achieve a maximum placement error of 2 micrometers.
~ 0.4 mil) resolution is required.

【0009】集積回路のリードは、例えば打抜きやエッ
チングのような種々の方法により作られる。異なる製造
法により作られたリードの形状は変動する。リードを形
成する一方法は金属の表面にフォトレジストを付与し、
それを光線に露光させることである。光線に露光される
とフォトレジストは金属を通して化学的にエッチングし
てリードを作り出す。エッチング速度はリードに概ね垂
直方向の壁が形成されないようなものでよい。むしろ壁
は貝柱形状(scalloped shape)とな
り、リードの断面が概ね台形となる。例えばリードが上
から下へエッチングされる場合、それらの側部はぎざぎ
ざが付き、下面すなわち底面は上面より大きくなる。リ
ードの形状のこのような不規性のためリード検出装置は
種々の形状に対応するよう特別に構成する必要がある。
The leads of the integrated circuit are made by various methods such as stamping and etching. The shape of leads made by different manufacturing methods varies. One method of forming leads is to apply photoresist to the surface of the metal,
To expose it to light. When exposed to light, the photoresist chemically etches through the metal to create leads. The etch rate may be such that the leads do not form generally vertical walls. Rather, the wall has a scalloped shape, and the lead has a substantially trapezoidal cross section. For example, if the leads are etched from top to bottom, their sides are jagged and the bottom or bottom surface is larger than the top. Due to such irregularities in the shape of the leads, the lead detection device needs to be specially configured to accommodate various shapes.

【0010】部品の各隅部および部品のリードを越えて
外方に延びる複数のバンパ(bumpers)をカッド
フラットパック(QFP)を作ることができる。バンパ
は、リードが曲げられて適所から外れないよう保護する
のを助ける。バンパを備えるQFPはリード検出装置に
新しい問題を発生させている。リードが曲げられないよ
うにするための物理的な保護を提供するためにバンパは
従来のビジョン検出システムの邪魔をする。バンパはリ
ードを越えて8ミクロンにわたり延在しうる。
A quad flat pack (QFP) can be made with a plurality of bumpers extending outwardly at each corner of the component and beyond the leads of the component. Bumpers help protect the leads from bending and falling out of place. QFPs with bumpers are creating new problems for lead detection devices. Bumpers interfere with conventional vision detection systems to provide physical protection to keep the leads from bending. The bumper can extend 8 microns beyond the lead.

【0011】リードの決定に対して部品配置マシーンと
関連して用いられる従来のビジョンシステムは、512
×512画素すなわちピクセルの解像度を有するソリッ
ドステートテレビカメラを用いている。50.8mm
(2インチ)の部分と512の画素を備えた対応する5
0.8mm(2インチ)の視野が0.1016mm(4
ミルすなわち1インチの1000分の4)の基本的に解
像度を発生させる。これは十分な解像度ではなく、事
実、前に指摘したように、少なくとも1オーダ大きい解
像度を達成することが必要である。提案されてきた一解
決法は多数のレンズを用いることである。必要な倍率を
達成させるために種々のレンズを用いることにより多数
の視野を提供する。しかしながらレンズ系を変更すれば
時間がかかり、配置過程を遅くし、そのため精度のため
に速度を犠牲にする。
A conventional vision system used in conjunction with a component placement machine for lead determination is 512.
A solid state television camera with a resolution of x512 pixels or pixels is used. 50.8 mm
(2 inch) portion and corresponding 5 with 512 pixels
The 0.8 mm (2 inch) field of view is 0.1016 mm (4
It produces essentially a mil or four thousandths of an inch) resolution. This is not a sufficient resolution, and in fact, as pointed out earlier, it is necessary to achieve a resolution that is at least one order of magnitude higher. One solution that has been proposed is to use multiple lenses. Multiple fields of view are provided by using different lenses to achieve the required magnification. However, changing the lens system is time consuming and slows down the placement process, thus sacrificing speed for accuracy.

【0012】提案されてきた別の解決法は超解像度を使
用することである。背面照射により、影が検出器アレイ
のソリッドステートのピクセル部品に投影され、検出器
アレイ上に投影された影縁部の強度情報にグレイスケー
ルの像処理アルゴリズムを適用することにより超解像度
を達成することができ、これはバイナリ処理により達成
しうる解像度の約4倍である。
Another solution that has been proposed is to use super resolution. Back-illumination casts shadows onto the solid-state pixel components of the detector array and achieves super-resolution by applying a gray-scale image processing algorithm to the shadow edge intensity information projected onto the detector array. , Which is about four times the resolution achievable with binary processing.

【0013】提案されたさらに別の解決法は2000×
2000画素を有する二次元の検出器アレイである。そ
のような製品はニューヨーク州ローチェスタのイースト
マンコダック社(Eastman Kodak of
Rochester,Newyork)によって製造さ
れている。しかしながらこの解決法は極めて高価であ
る。
Yet another proposed solution is 2000 ×
A two-dimensional detector array with 2000 pixels. Such products are available from Eastman Kodak of Rochester, NY
Manufactured by Rochester, New York). However, this solution is extremely expensive.

【0014】最後に、1000〜2000個の検出器要
素を有するリニア・アレイの使用も可能である。そのよ
うなシステムを用いることにより、部品(part)の
動きがアレイからの連続的に読み取られた一連のコマと
同期化され二次元の像を構成する。超解像度を用いるこ
とにより0.508mm(20ミル)ピッチのデバイス
に対して必要とされるものと等しい解像精度が達成され
る。
Finally, it is also possible to use a linear array with 1000 to 2000 detector elements. By using such a system, the movement of the part is synchronized with a series of sequentially read frames from the array to form a two-dimensional image. By using super-resolution, a resolution accuracy equal to that required for a 0.508 mm (20 mil) pitch device is achieved.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題および課題を解決するた
めの手段】必要とされるものは、3.756,0.25
4mm(15,10ミル)、さらには0.1016mm
(4ミル)のピッチさえ有するリードを正確に配置しう
る経済的なシステムである。これらのシステムは少なく
とも0.508マイクロメートル(0.02ミル)の範
囲の精度の解像度を有する必要がある。必要とされるも
のは種々の形状およびサイズのリードを正確に配置する
ことのできるシステムである。必要とされるものはリー
ドが曲げられないようにする物理的保護を提供するバン
パにより光線がリードに到達しないように邪魔されない
検出システムである。本発明はこれらのニーズを満足さ
せることを指向する。
What is needed to be solved by the invention and means for solving the problems are: 3.756,0.25
4 mm (15,10 mils) and even 0.1016 mm
It is an economical system that allows accurate placement of leads with even a (4 mil) pitch. These systems must have a resolution with an accuracy in the range of at least 0.508 micrometers (0.02 mils). What is needed is a system that can accurately position leads of various shapes and sizes. What is needed is a detection system that is unobstructed to prevent light rays from reaching the lead by a bumper that provides physical protection that prevents the lead from bending. The present invention is directed to satisfying these needs.

【0016】本発明は、その基本的実施例において0.
508マイクロメートル(0.02ミル)の解像度で集
積回路(IC)アレイのリードの横方向位置を検出しう
るマルチビームのレーザベースの検出システムである。
複数のレーザビームを用いた好適実施例はまたリードの
高さ、共直線性(colinearity)、および共
平面性を計算することができる。本発明は必要に応じ、
バンパが全てのリードの全ての四隅を検出する必要な光
線を遮えぎることなくバンパを有する集積回路のリード
を検査する能力を提供する。
The present invention in its basic embodiment,
A multi-beam laser-based detection system capable of detecting lateral positions of integrated circuit (IC) array leads with a resolution of 508 micrometers (0.02 mils).
The preferred embodiment with multiple laser beams can also calculate lead height, colinearity, and coplanarity. The present invention optionally
It provides the ability for the bumper to inspect the leads of an integrated circuit with the bumper without blocking the necessary rays that detect all four corners of all leads.

【0017】好適実施例は空間における同じ点に集光
(focus)するレーザ光線の4本の個別のビームを
投影する4個のレーザダイオードを組み込んでいる。前
記の点からレーザビームは分流し2個の検出器上に来
る。レーザ間の干渉を排除するために4本のレーザが順
次付勢され、その結果1個のみのダイオードがいずれか
の所定の時間に作用している。いずれかの所定のときに
単一のレーザダイオードのみが付勢されるものの、多重
化速度は、配置ヘッドの速度に対して、全ての4本のレ
ーザビームが殆んどの計算に対して同時に存在するもの
として考えることができるほど十分速い。
The preferred embodiment incorporates four laser diodes that project four separate beams of laser light that focus to the same point in space. From that point, the laser beam is shunted onto the two detectors. The four lasers are energized sequentially to eliminate interference between the lasers, so that only one diode is active at any given time. Although only a single laser diode is energized at any given time, the multiplexing speed is such that with respect to the speed of the placement head, all four laser beams are present simultaneously for most calculations. Fast enough to think of as something to do.

【0018】好適実施例は特定のレーザビームの遮断間
にスキャン軸に沿って移動した横方向距離に基いてリー
ドの高さを計算する。スキャン軸は、検出システムと部
品との間の相対運動の軌道(path)である。スキャ
ン軸に沿った横方向位置の測定解像度が計算された高さ
の解像度に直接影響する。ピック・アンド・プレース・
マシーンのエンコーダの解像度は補間法あるいはフェイ
ズ・ロックド・ループの速度(rate)乗算器によっ
て増すことができる。
The preferred embodiment calculates the lead height based on the lateral distance traveled along the scan axis during the interruption of a particular laser beam. The scan axis is the path of relative motion between the detection system and the part. The measured resolution of the lateral position along the scan axis directly affects the calculated height resolution. Pick and place
The resolution of the machine encoder can be increased by interpolation methods or phase locked loop rate multipliers.

【0019】好適実施例の4個のレーザは2対として配
置されており、各対は共に作動してリードの断面の特定
の隅を検出する。通過しているリードの特定の隅に導か
れるよう4個のレーザが対で配置されているため、本シ
ステムは各リードの断面における4隅の各々の位置を検
出し、測定することができる。このように、本システム
は集積回路のリードの横方向位置、共直線性および共平
面性を正確に決定することができる。
The four lasers of the preferred embodiment are arranged in two pairs, each pair working together to detect a particular corner of the lead cross section. Since the four lasers are arranged in pairs so that they are directed to a particular corner of the lead being passed, the system can detect and measure the position of each of the four corners in the cross section of each lead. Thus, the system can accurately determine lateral position, co-linearity and co-planarity of integrated circuit leads.

【0020】本発明の1目的は、集積回路部品のリード
を分析してリードのいずれかが曲げられているか否かを
決定することである。本発明の1目的は、集積回路の各
リードの横方向位置を検知して、リードの位置が通常の
位置からずれているか否かを決定することである。本発
明の1目的は、集積回路部品のリードの共直線性を決定
することである。本発明の1目的は、集積回路部品のリ
ード共平面性を決定することである。本発明の1目的
は、集積回路部品のリード底部の隅の位置と高さを決定
して、それらの横方向位置、共直線性および共平面性を
決定することである。本発明の1目的は、バンパを有す
る集積回路部品のリードの底部の隅の位置と高さとを決
定し、それらの横方向位置、共直線性および共平面性を
決定することである。本発明の1目的は、横方向位置に
対しては0.254マイクロメートル(0.01ミル)
の範囲で、かつ共直線性と共平面性とに対しては1.5
24マイクロメートル(0.06ミル)の範囲の精度で
集積回路部品のリードの横方向位置と、共直線性と共平
面性とを検査することである。本発明の1目的は、横方
向位置に対しては0.254マイクロメートル(0.0
1ミル)の範囲で、かつ共直線性と共平面性とに対して
は1.524マイクロメートル(0.06ミル)の範囲
の精度で、バンパを有する集積回路部品のリードの横方
向位置と、共直線性と共平面性とを検査することであ
る。本発明の前記およびその他の目的や利点は以下の説
明、添付図面および特許請求の範囲を検討すれば当該技
術分野の専門家には明らかとなる。
One object of the present invention is to analyze the leads of an integrated circuit component to determine if any of the leads are bent. One object of the present invention is to detect the lateral position of each lead of an integrated circuit and determine if the lead position is offset from its normal position. One object of the present invention is to determine the co-linearity of the leads of integrated circuit components. One object of the present invention is to determine the lead coplanarity of integrated circuit components. One object of the present invention is to determine the position and height of the bottom corners of leads of integrated circuit components and their lateral position, co-linearity and co-planarity. One object of the present invention is to determine the position and height of the bottom corners of the leads of an integrated circuit component having bumpers and their lateral position, co-linearity and co-planarity. One object of the present invention is 0.254 micrometer (0.01 mil) for lateral position.
And 1.5 for co-linearity and co-planarity.
Inspecting lateral position of leads of integrated circuit components and co-linearity and co-planarity with an accuracy in the range of 24 micrometers (0.06 mils). One object of the present invention is to provide 0.254 micrometers (0.0
1 mil) and with a lateral accuracy of 1.524 micrometers (0.06 mils) for co-linearity and co-planarity with the lateral position of leads of integrated circuit components having bumpers. , Co-linearity and co-planarity. These and other objects and advantages of the invention will be apparent to those skilled in the art upon examination of the following description, accompanying drawings and claims.

【0021】[0021]

【実施例】例えばオーディオ装置やビデオ装置並びにコ
ンピュータシステムのような電子製品の現在のメーカ
は、そのような製品を現在の技術を用いてできる限り小
さいパッケージあるいは面積内にパッケージ化したいと
思っている。このような目的を達成し、そのような電子
装置を経済的に製造するためには製造工程を自動化する
ことも必要であった。その結果として、表面実装エレク
トロニクスが開発されてきた。ピック・アンド・プレー
ス・マシーンを用いて、表面実装電子部品24を受け入
るように特に構成された回路ボード28に前記電子部品
が配置される。そのような自動化した製造方法に対して
は、品質管理に対して、かつ作動可能装置を作るには各
部品24は回路ボード28上の適正位置に正確に配置さ
れることが必須である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Current manufacturers of electronic products such as audio and video devices and computer systems desire to package such products in as small a package or area as possible using current technology. . It has also been necessary to automate the manufacturing process in order to achieve these objectives and economically manufacture such electronic devices. As a result, surface mount electronics have been developed. Using a pick and place machine, the electronic components are placed on a circuit board 28 that is specifically configured to receive the surface mount electronic components 24. For such automated manufacturing methods, it is essential for quality control and to make an actuatable device that each component 24 be accurately placed in proper position on a circuit board 28.

【0022】図1は、配置用ヘッド30が懸架され、か
つレール32から駆動され、配置すべき電子部品24を
真空クイル34により取り上げ、可及的速い速度で前記
部品24を回路ボード28まで運び、リード40を回路
ボード28上の対応する回路パッドあるいはライン上に
正確に配置させることにより、電子部品24を適正位置
に正確に配置させる典型的な部品配置マシーン・システ
ムを示している。「高精度部品整合センサシステム(H
igh Precision Component A
lignment Sensor System)」と
いう名称で、1991年2月22日出願された同時係属
米国特許出願第07/659,983号は、配置ヘッド
30に担持され、配置に対して部品24のX−Y平面に
おける正しい角度方向を発生させるために使用され、ま
た、部品24を回路ボード28まで運ぶ真空クイル34
の中心に対する部品24の中心の何らかの偏位を電子的
に決定する非接触レーザベースの整合センサ42を開示
している。この開示は参考のため本明細書に含めてい
る。
In FIG. 1, a placement head 30 is suspended and driven from a rail 32 to pick up an electronic component 24 to be placed by a vacuum quill 34 and carry the component 24 to a circuit board 28 at the fastest possible speed. , A typical component placement machine system for accurately placing electronic components 24 in the proper position by accurately placing leads 40 on corresponding circuit pads or lines on circuit board 28. "High-precision parts matching sensor system (H
high Precision Component A
ligence sensor system), filed February 22, 1991, co-pending U.S. patent application Ser. Vacuum quill 34 used to generate the correct angular orientation at and also carries the component 24 to the circuit board 28.
A non-contact laser-based alignment sensor 42 is disclosed that electronically determines any deviation of the center of the component 24 relative to the center of the. This disclosure is included herein for reference.

【0023】上記先行発明による高速のレーザベースの
システム42は、その整合度が検出されつつある部品2
4によって通されたり、遮断されるレーザ光線のストラ
イプ(図示せず)を利用している。部品24によって投
影された影がリニア・アレイ検出器(図示せず)によっ
て検出され、該検出器のデータが影の先導縁と後行縁と
を検出するために分析される。この影縁部の検出情報は
部品24を角度方向に方向づけ、かつ横方向に整合させ
のを達成するために分析される。角度方向の方向づけは
0.03度より良好な精度で達成でき、横方向位置決め
は0.0254mm(0.001インチ)より良好な精
度で達成しうるものの、上記システムは部品24のリー
ド40の各々を正確に配置するように構成されていな
い。
The high speed laser-based system 42 according to the prior invention described above is part 2 whose alignment is being detected.
A stripe of laser light (not shown) that is passed or blocked by 4 is utilized. The shadow projected by component 24 is detected by a linear array detector (not shown), and the detector data is analyzed to detect the leading and trailing edges of the shadow. This shadow edge detection information is analyzed to achieve angular and lateral alignment of component 24. Although angular orientation can be achieved with an accuracy of better than 0.03 degrees and lateral positioning can be achieved with an accuracy of better than 0.0254 mm (0.001 inch), the system described above uses each of the leads 40 of component 24. Is not configured to be placed exactly.

【0024】従来のセンサシステム42は、リード無し
の部品24や、本発明50を用いて検出し、かつ配置さ
れる部品24を含むその他の全ての部品24に対しては
適している。前記センサシステム42と本発明のセンサ
システム50とは、表面実装用部品ピック・アンド・プ
レース・マシーンが従来から使用されている全ての電子
部品24のサイズを扱うのに適している。通常、これら
の電子部品24は、サイズが0.508mm(0.02
インチ)と50.8mm(2.0インチ)の間である。
もっともそれより大きいサイズでも対応できる。
The conventional sensor system 42 is suitable for leadless components 24 and all other components 24 including components 24 that are detected and placed using the present invention 50. The sensor system 42 and the sensor system 50 of the present invention are suitable for handling the size of all electronic components 24 conventionally used for surface mount component pick and place machines. Generally, these electronic components 24 have a size of 0.508 mm (0.02 mm).
Between 5 inches and 50.8 mm (2.0 inches).
However, larger sizes can be accommodated.

【0025】通常、正確に配置するのが最も難しいのは
最大の部品24である。より大きい部品24は多くの微
妙なリード40を備えて集積回路化する傾向がある。こ
れらは最も高価な部品24であって、平均$100〜$
500につく。さらに、コンパクトさを保証するために
は、モノリシック集積回路24に対してリード40のサ
イズとリード40の間隔は常に縮小されている。0.6
35mm(25ミル)のピッチ、即ち0.635mm
(0.025インチ)のリード間距離のある現在の部品
24はカッドフラットパック部品としては一般的であ
る。しかしながら、0.1016mm(0.004イン
チ)から0.508mm(0.020インチ)(4〜2
0ミル)の間隔を有する部品24が市場に出廻り始めて
いる。これらの部品24は数百のリード40を有してい
るが、該リードの各々は回路ボード28上の対応するパ
ッドあるいは回路ラインに正確に配置され、かつボンデ
ィングされる必要がある。最小の部品24に対しては、
必要な間隔は人間の毛髪の直径と概ね同じである。その
ような配置を達成する解像度の精度は、前記部品24の
配置において許容される最大誤差より大きいオーダでな
ければならない。
It is usually the largest component 24 that is the most difficult to place accurately. Larger components 24 tend to be integrated circuits with many subtle leads 40. These are the most expensive parts 24, on average $ 100- $
Get to 500. Further, to ensure compactness, the size of leads 40 and the spacing between leads 40 are constantly reduced relative to monolithic integrated circuit 24. 0.6
35 mm (25 mil) pitch, or 0.635 mm
Current component 24, with a lead-to-lead distance of (0.025 inches), is common for quad flat pack components. However, from 0.1016 mm (0.004 inch) to 0.508 mm (0.020 inch) (4-2
Parts 24 with a spacing of 0 mils) are beginning to appear on the market. These components 24 have hundreds of leads 40, each of which needs to be precisely located and bonded to corresponding pads or circuit lines on the circuit board 28. For the smallest part 24,
The required spacing is approximately the same as the diameter of human hair. The resolution accuracy to achieve such placement must be on the order of greater than the maximum error allowed in placement of the component 24.

【0026】ピック・アンド・プレース・マシーンを用
いて対応する回路ボード28上に集積回路24あるいは
その他の半導体デバイス24のリード40を正確に配置
するときに発生する、あるいは発生する可能性のある問
題に対する解決を提供する多数の実施例50が本明細書
において開示され、かつ特許請求されている。前記実施
例50の各々は、半導体デバイス24のリード40を正
確に配置させ、部品24に対する設計規則内にあれば部
品24を最も正確に配置するように、あるいはセンサ5
0が、1本以上のリード40が該リード40の垂直方向
平面あるいは水平方向平面において曲げられているため
に短絡あるいは開回路の可能性があることを決定したと
すれば部品24を拒絶するよう配置マシーンに信号を提
供するように特に構成されている。
Problems that may occur or may occur when the leads 40 of the integrated circuit 24 or other semiconductor device 24 are accurately placed on the corresponding circuit board 28 using a pick and place machine. A number of embodiments 50 that provide solutions to are disclosed and claimed herein. In each of the above-described embodiments 50, the leads 40 of the semiconductor device 24 are accurately arranged, and the component 24 is arranged most accurately if it is within the design rule for the component 24, or the sensor 5 is used.
If 0 determines that there is a potential for a short circuit or an open circuit because one or more leads 40 are bent in the vertical or horizontal plane of the leads 40, then reject component 24. It is specifically configured to provide a signal to the placement machine.

【0027】リード40を配置し、かつ共直線性と共平
面性とを決定することの主要な目的は、リード40の底
部が回路ボード28のどこに位置しているかを決定する
ことである。共直線性とは、集積回路部品24の一方の
側におけるリード40の計算された高さが十分、ライン
に適合しているかを測定することである。好適実施例に
おいては、使用されたラインは最良の適合ラインであ
る。この場合、最良の適合ライン(best fit
line)とは、リード40の高さの平方偏差(squ
ares deviation)の和が最小となるライ
ンである。最良の適合ラインからの1本のリード40の
正あるいは負の偏差を計算することができる。殆んどの
場合、共直線性測定試験では共平面性試験にも不合格と
される集積回路部品24を拒絶する。
The primary purpose of placing leads 40 and determining co-linearity and co-planarity is to determine where the bottom of leads 40 are located on circuit board 28. Co-linearity is the measurement of whether the calculated height of the lead 40 on one side of the integrated circuit component 24 is sufficient to fit the line. In the preferred embodiment, the line used is the best fit line. In this case, the best fit line (best fit)
line is the square deviation (squ) of the height of the lead 40.
It is a line where the sum of ares division) is the minimum. The positive or negative deviation of one lead 40 from the best fit line can be calculated. In most cases, the co-linearity measurement test rejects integrated circuit components 24 that also fail the co-planarity test.

【0028】共平面性測定を実行するには、二方法すな
わち「シーティング平面(Seating Plai
n)」と「最良の適合平面(Best Fit Pla
in)」とを採用しうる。共平面性に対する産業界での
標準的な試験は、ワシントンデイーシーの合同電子装置
技術協議会(Joint Electron Devi
ce Engineering Counsel,Wa
shington,D.C.)−JEDECが設定した
シーティング平面法を用いている。JEDECは表面実
装部品(part)のシーティング平面を規定する、1
991年11月付けの表面実装半導体デバイス用共平面
試験Coplanarity Test for S
urface−Mount Semiconducto
r Devices)という名称の規格(JESD22
−B108)を発行している。JEDECの標準シーテ
ィング平面は、デバイス24が平坦面の上に位置された
とき当該デバイスを支持する3本以上のリード40の接
触点によって設定される平面と定義されている。共平面
からの偏差は、リード40の予定された接触点と設定さ
れたシーティング平面との間の距離として定義されてい
る。共平面からの特定の偏差を上廻る1本以上のリード
40を備えたいずれのデバイスも不合格とされる。他
方、最良の適合平面とは、その平面からの各リード40
の高さの差の平方の和が最小となる(最小平方適合)よ
うに定義されている。
There are two methods for performing coplanarity measurements: the Seating Plan.
n) ”and“ best fit plane (Best Fit Pla)
in) ”can be adopted. The industry standard test for coplanarity is the Joint Electronic Device Technology Council of Washington Dacy.
ce Engineering Counsel, Wa
Shinton, D.M. C. ) -Using the sheeting plane method set by JEDEC. JEDEC defines the seating plane of surface mount parts, 1
Coplanar surface mount semiconductor device dated November 991
Test ( Coplanarity Test for S
urface-Mount Semiconductor
r Devices ) standard (JESD22)
-B108) is issued. The JEDEC standard seating plane is defined as the plane set by the contact points of three or more leads 40 that support the device 24 when it is placed on a flat surface. The deviation from the coplanar plane is defined as the distance between the predetermined contact point of the lead 40 and the set sheeting plane. Any device with one or more leads 40 that exceed a certain deviation from the coplanar plane is rejected. On the other hand, the best fitting plane is the leads 40 from that plane.
It is defined so that the sum of the squares of the height differences is minimized (minimum square fit).

【0029】再び図1を参照すれば、本発明の教示に従
って構成された1個以上のレーザベースのセンサを有し
ているステーション50が示されている。図1に示すよ
うに、部品のリード40は、本発明50の一部であり各
リード40の横方向位置または共平面性あるいはこれら
双方を分析するレーザビーム70を通すことができる。
当該技術分野の専門家には、レーザビーム70の焦点6
6を通じてのリード40の運動は関係があり、かつ部品
24はセンサステーション50において停止させられ、
そこで安定し、センサ50は平行移動テーブル(tra
nslation table)(図示せず)等におい
てリード40によって動かされることが理解される。ま
た、センサ50と部品24の双方は測定の間同時に運動
することも理解される。
Referring again to FIG. 1, a station 50 is shown having one or more laser-based sensors constructed in accordance with the teachings of the present invention. As shown in FIG. 1, the component leads 40 are part of the present invention 50 and are capable of passing a laser beam 70 which analyzes the lateral position and / or coplanarity of each lead 40.
For a person skilled in the art, the focus 6 of the laser beam 70
The movement of the lead 40 through 6 is relevant and the component 24 is stopped at the sensor station 50,
There, it stabilizes and the sensor 50 moves to the translation table (tra
It is understood that it is moved by the lead 40 in an nslation table (not shown) or the like. It is also understood that both sensor 50 and component 24 move simultaneously during the measurement.

【0030】図2においては、(a)はレーザセンサ5
0の基本要素を示し、(b)と(c)とは本発明50の
一物理的構成の側面図と上面図である。前記構成は単一
の光源60と、レーザダイオードとを含み、当該レーザ
ダイオードは集光レンズ62を介して集光され、直径が
約25.4マイクロメートル(約1ミル)であるレーザ
ビーム70の焦点66がセンサシステム50を通過する
リード40の平面に集光される。レーザビーム70が、
検出されつつあるリード40によって遮断されないと、
レーザビーム70は単一の検出器74に衝突する。
In FIG. 2, (a) shows a laser sensor 5.
0 shows the basic elements, and (b) and (c) are a side view and a top view of one physical configuration of the present invention 50. The arrangement includes a single light source 60 and a laser diode, which is focused through a condenser lens 62 and is of a laser beam 70 having a diameter of about 25.4 micrometers (about 1 mil). A focal point 66 is focused on the plane of the lead 40 that passes through the sensor system 50. The laser beam 70
If not blocked by the lead 40 being detected,
The laser beam 70 strikes a single detector 74.

【0031】図2の(a)には単一のレーザビーム70
を示しているが、本図および後続の図においては、図2
の(b)に示すように集光されたレーザビーム70を示
すものとして理解すべきで、ビーム70は、分析されつ
つあるリード40の公称平面即ち名目平面に約25.4
マイクロメートル(約1ミル)の焦点66を位置させて
おり焦点深度は約0.508mm(約20ミル)であ
る。また、検出器74は図2の(a)においてレーザ源
が見える直接の遮断されない線として示しているが、実
際にはレーザビームはミラー76、レンズあるいはプリ
ズム(図示せず)を用いて曲げられ、下記する理由から
部品24の上方への介入が最小とされる。レーザのパワ
ーを一定に保つよう制御回路90(図4に示す)と共に
単一の光源60を用いているので、一定の照射が保証さ
れる。単一の検出器74を用いることにより、検出器7
4からの応答の均一性が保証される。その他の提案され
た方法において共通であったピクセル間の変動は無い。
リード40を検出するための距離センサとして集光され
たレーザビーム70を用いることも可能ではあるが、そ
のような実施例はリード面のミクロ構造の問題や、リー
ドの表面の刻み目や掻き傷の問題をもたらす。図示実施
例を用いることにより、レーザビーム70は検出可能の
影を検出器74に投影するための背面照射源として使用
され、表面のミクロ構造の問題の可能性を排除する。最
後に、リード40自体に直接集光されたレーザビーム7
0を用いることにより、全てのデータがリードの構造に
対応しているためデータの最大限の利用が可能であり、
現在利用されているソリッドステートのTVシステムに
おいて一般的であるようにチップ24を囲む環境や、あ
るいはデバイス24のプラスチックパッケージ化に関す
るデータを検討したり、あるいは拒絶する必要はない。
A single laser beam 70 is shown in FIG.
However, in this figure and the subsequent figures, FIG.
It should be understood as showing a focused laser beam 70 as shown in FIG. 2 (b), which is about 25.4 in the nominal or nominal plane of the lead 40 being analyzed.
A micrometer (about 1 mil) focal point 66 is located and the depth of focus is about 0.508 mm (about 20 mil). Also, the detector 74 is shown in FIG. 2 (a) as a direct uninterrupted line through which the laser source is visible, but in practice the laser beam is bent using a mirror 76, lens or prism (not shown). Upward intervention of component 24 is minimized for the reasons described below. Since a single light source 60 is used with the control circuit 90 (shown in FIG. 4) to keep the laser power constant, a constant illumination is guaranteed. By using a single detector 74, the detector 7
Uniformity of response from 4 is guaranteed. There are no pixel-to-pixel variations that were common in the other proposed methods.
It is also possible to use a focused laser beam 70 as a distance sensor to detect the leads 40, but such an embodiment would have problems with the microstructure of the lead surface, nicks and scratches on the surface of the lead. Bring problems. Using the illustrated embodiment, the laser beam 70 is used as a backside illumination source to project a detectable shadow onto the detector 74, eliminating the possibility of surface microstructure problems. Finally, the laser beam 7 focused directly on the lead 40 itself
By using 0, it is possible to maximize the use of the data because all the data correspond to the read structure.
There is no need to review or reject the data surrounding the environment surrounding the chip 24 or the plastic packaging of the device 24 as is common in currently used solid state TV systems.

【0032】複数リード集積回路チップ24はソースト
レイ33においてテープ等の帯片に全体的に解放可能で
あるが接着状態に保持されている。従って、一般には、
ICチップ24上のリード40は良好な共平面性を有
し、すなわち、リード40の最下面が全体的に同じ平面
にある。しかしながら、パッケージ化、搬送、およびソ
ーストレイ33への装荷の間、リード40が、僅かに折
れ曲がり、あるいは傾斜するため全てのリード40は回
路ボードパッド上に配置する上で常に平行ではない。図
3の(a)は全体的に、リード40を有する部品24を
示しており、リード40の中の2個、401,402は
曲げられ、1個401は負の方向に偏位し、公称位置即
ち名目位置より後行し、1個402は正の方向に偏位し
ている。各リード40の少なくとも80%を、リード4
0を受け入れるために作られた回路パッド41上に正確
に配置させる必要があるのは品質保証の一般的な設計ル
ールである。この配置を図3の(b)に示す。リード4
0の影が検出器74に投影されるにつれて、ICチップ
24の各リード40の先行縁404と後行縁405とを
正確に表わすデータが記憶される。
The multi-lead integrated circuit chip 24 is entirely releasable on a strip of tape or the like in the source tray 33, but is held in an adhesive state. Therefore, in general,
The leads 40 on the IC chip 24 have good coplanarity, that is, the bottom surfaces of the leads 40 are generally coplanar. However, during packaging, shipping, and loading of the source tray 33, all leads 40 are not always parallel for placement on the circuit board pads because the leads 40 are slightly bent or tilted. FIG. 3 (a) generally shows a component 24 having a lead 40, two of which 40, 401, 402 are bent and one 401 is biased in the negative direction, Subsequent to the position or nominal position, one 402 is offset in the positive direction. At least 80% of each lead 40, lead 4
It is a general design rule of quality assurance that it is necessary to accurately arrange the circuit pad 41 made to receive 0. This arrangement is shown in FIG. Lead 4
As the 0 shadow is projected onto the detector 74, data is stored that accurately represents the leading edge 404 and trailing edge 405 of each lead 40 of the IC chip 24.

【0033】次に、(図4において94で示す)プロセ
ッサ手段が使用され、各リード40の先行縁404と後
行縁405との検出された位置を平均化して各リード4
0の中心を見つける。次に、リード40の測定された中
心とリード40の公称位置との間の差が計算される。各
リード40の位置が、公称位置からのそのリード40の
偏位により分類される。
Processor means (94 in FIG. 4) is then used to average the detected positions of the leading edge 404 and trailing edge 405 of each lead 40 to average each lead 4.
Find the center of 0. The difference between the measured center of lead 40 and the nominal position of lead 40 is then calculated. The position of each lead 40 is classified by the deviation of that lead 40 from its nominal position.

【0034】最後に、最も負の偏位と最も正の偏位とが
平均化されて回路ボード28上の受け入れパッド41上
にリード40を配置させるための推奨された調整を行
う。前述した80%の設計ルール内で調整を行いえない
場合、拒絶信号を発生させることができ、部品24は拒
絶されメーカへ戻される。さらに、部品24の方向およ
び対角方向の位置を調整することができる。
Finally, the most negative and most positive excursions are averaged to make the recommended adjustments to place the lead 40 on the receiving pad 41 on the circuit board 28. If no adjustment can be made within the 80% design rule described above, a reject signal can be generated and the component 24 is rejected and returned to the manufacturer. Moreover, the orientation and diagonal position of the component 24 can be adjusted.

【0035】本実施例において用いられる電気回路を図
4で概略図示する。リード位置探査装置測定および検出
計器50によるリード位置40の決定は、正確に導かれ
かつ集光されたレーザ光源60の光線を遮断するICリ
ード40に基いている。各ICリード40は、導かれか
つ集光されたレーザビーム70の焦点66を通る。各リ
ード40の位置は、それがレーザビーム70の光線の全
てあるいは一部を遮えぎるとき決定される。焦点66に
おけるレーザビーム70の直径は典型的には0.254
mm(0.001インチ)でリード40がビーム70へ
入り、そして出ていくときを極めて正確に指示すること
ができる。
The electric circuit used in this embodiment is schematically shown in FIG. The determination of the lead position 40 by the lead position probe measurement and detection instrument 50 is based on the IC lead 40 which intercepts the accurately guided and focused laser light source 60 beam. Each IC lead 40 passes through the focal point 66 of the guided and focused laser beam 70. The position of each lead 40 is determined when it blocks all or part of the beam of laser beam 70. The diameter of the laser beam 70 at the focal point 66 is typically 0.254.
The mm (0.001 inch) can very accurately indicate when the lead 40 enters and exits the beam 70.

【0036】レーザビーム70の遮断は、感光検出器7
4の出力をモニタし、基準電圧との比較を行うことによ
り決定される。各ICリード40の各縁部404,40
5が検出されると、真空クイル34の位置が記録され
る。次に、プロセッサ94は通信インタフェース112
を介して、部品24のリード40が加工物28上で配置
すべき位置を決定するために部品配置マシーンに出力を
提供する。
The laser beam 70 is cut off by the photosensitive detector 7
4 output is monitored and compared with a reference voltage to determine. Edge portions 404, 40 of each IC lead 40
When 5 is detected, the position of the vacuum quill 34 is recorded. Next, the processor 94 uses the communication interface 112.
Via the leads 40 of the component 24 provide an output to the component placement machine to determine where to place it on the workpiece 28.

【0037】リード位置検出計器50の電気回路は検出
器74と比較器81とを含む。検出器74は、該検出器
74に衝突する光線の量に対応する電圧出力レベルを増
幅器106を介して比較器81へ提供する。検出器74
の出力電圧は従ってレーザビーム70の遮断量に反比例
して関連する。比較器81は、検出器の出力電圧を、ス
レッショルド調整論理84とデジタル/アナログ変換器
85とによって制御される段階的な基準電圧と比較する
ことによりビーム遮断のデジタル出力測定値を提供す
る。比較器81からのビーム遮断信号は2つの状態、す
なわち遮断されたビームと遮断されないビームとを有し
ている。
The electrical circuit of the lead position detecting instrument 50 includes a detector 74 and a comparator 81. Detector 74 provides a voltage output level corresponding to the amount of light rays striking detector 74 to comparator 81 via amplifier 106. Detector 74
Output voltage is therefore inversely related to the amount of interruption of the laser beam 70. Comparator 81 provides a digital output measurement of beam intercept by comparing the detector output voltage with a stepped reference voltage controlled by threshold adjustment logic 84 and digital-to-analog converter 85. The beam cutoff signal from the comparator 81 has two states: a blocked beam and an unblocked beam.

【0038】スレッショルド調整論理84は、デジタル
/アナログ(D/A)変換器85を駆動して段階的な基
準電圧を比較器81に提供し、またスレッショルド調整
論理84は、比較器81に供給された基準電圧を自動的
に調整して、レーザビーム70の光路におけるダストに
よるレーザビーム70の遮断を補償し、かつ長時間のレ
ーザパワードリフトの補償を提供する較正論理を含む。
スレッショルド調整論理84からの出力はD/A変換器
85を介して提供され比較器81へ入力される。
Threshold adjustment logic 84 drives a digital to analog (D / A) converter 85 to provide a stepped reference voltage to comparator 81, and threshold adjustment logic 84 is provided to comparator 81. And a calibration logic that automatically adjusts the reference voltage to compensate for blockage of the laser beam 70 due to dust in the optical path of the laser beam 70 and to provide long-term laser power drift compensation.
The output from the threshold adjustment logic 84 is provided via the D / A converter 85 and input to the comparator 81.

【0039】スレッショルド調整論理84のシーケンス
の間、遮断されていないレーザ70によって照射される
と検出器74の出力電圧が決定される。次に、スレッシ
ョルド電圧は、例えば好適実施例においては50%であ
る、遮断されないレーザの検出器74の電圧出力の選定
したパーセントを採用して計算される。このように設定
されたスレッショルド値は、リード位置探査装置50の
作動の間リード40によってあるパーセントのレーザビ
ーム70が遮断されるときを決定するために使用され
る。従って、「ビームの遮断」は、検出器74によって
検出された光線の量が、リード40が全体的にレーザビ
ーム70から外れているとき検出器74に衝突する光線
70の量の望ましいパーセントであるとき比較器81に
よって決定される。
During the sequence of threshold adjustment logic 84, the output voltage of the detector 74 is determined when illuminated by the uninterrupted laser 70. The threshold voltage is then calculated using a selected percentage of the voltage output of the detector 74 of the uninterrupted laser, which is, for example, 50% in the preferred embodiment. The threshold value thus set is used to determine when a certain percentage of the laser beam 70 is blocked by the lead 40 during operation of the lead position probe 50. Thus, "beam interception" is the desired percentage of the amount of light rays 70 detected by detector 74 that impinge detector 74 when lead 40 is generally out of laser beam 70. When it is determined by the comparator 81.

【0040】電気回路の決定論理はプロセッサ94に基
いている。プロセッサ94への入力は部品配置マシーン
のエンコーダ99からのクイル34の瞬間的な位置に関
するビーム遮断位置記録器98から受け取ったビーム遮
断位置を含む。ビーム遮断位置情報はビーム遮断信号が
状態を変える毎に記録される。代替的に、部品24およ
びそのリード40の位置をより正確に決める動的信号9
8を図12に関連して説明する本発明の実施例50を用
いて発生させることができる。部品24が静止してお
り、レーザが相対運動を提供している場合、ビーム70
の位置を記録する必要がある。プロセッサ94は、部品
配置マシーンへの通信インタフェース112を介して、
図2から図13までに関連した本発明の種々の実施例と
関連して説明する計算を実行することができる。プロセ
ッサ94はリードの位置、リードの高さ、リードの幅、
共平面性、拒絶のための等式、再位置決めのための等
式、統計情報および種々のその他の関連情報を計算する
ようプログラム化することができる。また、プロセッサ
ユニット94内には、部品トレイの部品24のライブラ
リ、および部品24を回路ボード28に配置するため部
品24の偏位を計算するための十分な情報を含めること
が好ましい。プロセッサ94の出力は、部品24を正確
に位置決めしうるよう通信インタフェース112を介し
て部品配置マシーンの制御モジュールに提供される。当
該技術分野の専門家には、プロセッサ94と、部品配置
マシーンへの通信インタフェース112とに対する多く
のハードウェアおよびソフトウェアの可能性があること
は明らかである。
The decision logic of the electrical circuit is based on the processor 94. Inputs to processor 94 include the beam intercept position received from beam intercept position recorder 98 regarding the instantaneous position of quill 34 from component placement machine encoder 99. The beam cutoff position information is recorded every time the beam cutoff signal changes state. Alternatively, a dynamic signal 9 that more accurately positions the component 24 and its leads 40.
8 can be generated using the embodiment 50 of the invention described in connection with FIG. When the component 24 is stationary and the laser is providing relative motion, the beam 70
It is necessary to record the position of. The processor 94, via the communication interface 112 to the parts placement machine,
The calculations described in connection with the various embodiments of the invention associated with FIGS. 2-13 may be performed. The processor 94 determines the position of the lead, the height of the lead, the width of the lead,
It can be programmed to calculate coplanarity, equations for rejection, equations for repositioning, statistics and various other relevant information. Also preferably included within the processor unit 94 is a library of components 24 in the component tray and sufficient information to calculate the displacement of the components 24 for placement of the components 24 on the circuit board 28. The output of the processor 94 is provided to the control module of the component placement machine via the communication interface 112 so that the component 24 can be accurately positioned. It will be apparent to those skilled in the art that there are many hardware and software possibilities for the processor 94 and the communication interface 112 to the component placement machine.

【0041】レーザ制御ダイオード90はレーザダイオ
ード60と共にパッケージ化されたフォトダイオード1
60を採用している。フォトダイオード160は、レー
ザダイオード60の光学的強度をモニタし、レーザパワ
ー制御回路90からの一定の光学パワー出力を保持す
る。
The laser control diode 90 is a photodiode 1 packaged with the laser diode 60.
60 is adopted. The photodiode 160 monitors the optical intensity of the laser diode 60 and holds a constant optical power output from the laser power control circuit 90.

【0042】検出器74は、該検出器74のフォトダイ
オード108上に照射される光線の量に比例する電圧を
発生させるトランスインピーダンス(transimp
edance)増幅器106を含む。比較器81は、検
出器74の増幅器106の出力を受け取り、D/A変換
器85の出力により供給される基準電圧と検出器の出力
とを比較する。D/A変換器85はスレッショルド調整
論理からデジタル入力を受け取り、基準電圧を比較器8
1に供給する。
The detector 74 has a transimpedance (transimpimp) that generates a voltage proportional to the amount of light rays incident on the photodiode 108 of the detector 74.
edance) amplifier 106 is included. The comparator 81 receives the output of the amplifier 106 of the detector 74 and compares the reference voltage provided by the output of the D / A converter 85 with the output of the detector. The D / A converter 85 receives the digital input from the threshold adjustment logic and compares the reference voltage with the comparator 8
Supply to 1.

【0043】本発明の繰返し性(repeatabil
ity)と精度とは主として3つの要素によって影響を
受ける。まず、レーザパワー出力強度を正確に制御する
能力、第2に、検出器の電子信号対雑音比、第3に集光
されたレーザビーム70の直径である。縁部の精確に検
出する、あるいはビーム70の半分が遮断されたときを
正確に検出する能力は三要素を変えることにより著しく
影響を受ける。このように、必要時、レーザパワー制御
回路90を、一定のレーザパワー出力強度をより精確に
制御し、かつ保持するように改良すればよい。また検出
器の電子信号対雑音比は検出器回路を精密にすることに
より改良することができる。本発明の性能を高めるため
に、集光されたレーザビーム70の直径を小さくするこ
とができるものの、これにはレーザビームの焦点深度の
長さにマイナスに作用する技術上の犠牲を含む。レーザ
ビーム70の直径が減少するにつれて、装置の精度が向
上するが、対応して焦点深度が低減するとセンサの測定
繰返し性にマイナスに影響する。焦点深度が浅いとある
リード40はレーザビーム70の最良の集光領域の外へ
出てしまう。好ましいビームの直径と焦点深度とは、そ
れぞれ約33.02マイクロメートル(約1.3ミル)
と±0.635mm(±25ミル)とである。好適なビ
ーム直径と焦点深度とを用いることにより、好適実施例
における測定繰返し性は0.508マイクロメートル
(0.02ミル)である。この性能は前述の三要素を変
えることにより向上させることができる。
Repeatability of the present invention
It) and accuracy are mainly influenced by three factors. First, the ability to accurately control the laser power output intensity, second, the detector's electronic signal to noise ratio, and third, the diameter of the focused laser beam 70. The ability to accurately detect the edge, or accurately when half of the beam 70 is blocked, is significantly affected by changing the three factors. Thus, when necessary, the laser power control circuit 90 may be modified to more accurately control and maintain a constant laser power output intensity. Also, the electronic signal to noise ratio of the detector can be improved by refinement of the detector circuit. To enhance the performance of the present invention, the diameter of the focused laser beam 70 can be reduced, but this involves a technical sacrifice that negatively impacts the depth of focus of the laser beam. As the diameter of the laser beam 70 decreases, the accuracy of the device improves, but a corresponding decrease in depth of focus negatively affects the measurement repeatability of the sensor. The lead 40, which has a shallow depth of focus, goes out of the best focus area of the laser beam 70. The preferred beam diameter and depth of focus are about 33.02 micrometers (about 1.3 mils) each.
And ± 0.635 mm (± 25 mil). With the preferred beam diameter and depth of focus, the measurement repeatability in the preferred embodiment is 0.508 micrometer (0.02 mil). This performance can be improved by changing the above three factors.

【0044】本発明の一実施例を試験し、0.7ミクロ
ンの解像精度を有することが判明した。ミル当り25ミ
クロン、すなわち1000分の1インチ当たり25ミク
ロンであるので、本発明は今日使用されている市販のビ
ジョンシステムより約25倍高い解像度を示している。
An embodiment of the invention was tested and found to have a resolution accuracy of 0.7 micron. With 25 microns per mil, or 25 microns per thousandth of an inch, the present invention provides about 25 times higher resolution than the commercial vision systems used today.

【0045】横方向平面におけるレーザベースのリード
位置探査装置50を図2の(a)において検出器74を
リード40の個所の直接ラインに位置させて示している
が、実際の好適実施例においては集光レンズ62とレー
ザダイオード60とを用いており、レーザビーム70を
曲げて部品配置マシーンの物理的構造を収容しうるよう
にしている。配置精度のため、また加速による振動や変
形を最小にするために、部品配置マシーンの真空クイル
34の長さを出来るだけ短くすることが望ましい。従っ
てセンサ50の検出アーム120を、それが部品24と
配置ヘッド30との間に適合(fit)し、かつ配置ヘ
ッド30と接触しないか、あるいは阻害しないように出
来る限り薄く、あるいは狭くする必要がある。その結
果、多数の物理的実施例が図2の(b)と図5の(a)
から(c)までに示されており、それらは適切な焦点距
離を可能としているが検出アーム120の物理的寸法は
最小にしている。図2の(b)に示すように、レーザビ
ーム70を検出器74の方に曲げる単一の反射ミラー7
6が示されている。図5の(a)に示すように、2個の
反射ミラー76,761が用いられており、検出器74
をセンサ50の下方ハウジングに配置させることができ
る。図5の(b)に示すように、センサの空洞124
は、遮断されたレーザビーム70あるいは通されたレー
ザビームを受け取るようセンサ50に孔を開けた開口に
検出器74を正確に位置させることができるような深さ
に構成することができる。最後に、図5の(c)に示す
ように、原始レーザビームと反射レーザビームとは、レ
ーザビーム70を反射させるよう平坦な水平ミラー76
を介装させてセンサハウジングの適当に開設した孔に位
置させることができる。精確に構成された部品配置マシ
ーンにおいては、図5の(c)に示すミラー76を配置
ヘッド30の底面あるいは整合センサ42に接着させる
かあるいは他の方法で固定し配置ヘッド30と部品24
との間の空間への進入を最小にすることができる。
A laser-based lead location probe 50 in the lateral plane is shown in FIG. 2A with the detector 74 positioned directly in line with the location of the lead 40, but in an actual preferred embodiment. A condenser lens 62 and a laser diode 60 are used to bend the laser beam 70 to accommodate the physical structure of the component placement machine. For placement accuracy and to minimize vibration and deformation due to acceleration, it is desirable to make the vacuum quill 34 of the component placement machine as short as possible. Therefore, the detection arm 120 of the sensor 50 needs to be as thin or narrow as possible so that it fits between the component 24 and the placement head 30 and does not contact or interfere with the placement head 30. is there. As a result, a number of physical implementations are shown in FIGS. 2 (b) and 5 (a).
Through (c), which allow for an adequate focal length but minimize the physical dimensions of the detection arm 120. As shown in FIG. 2B, a single reflecting mirror 7 that bends the laser beam 70 towards a detector 74.
6 is shown. As shown in FIG. 5A, two reflection mirrors 76 and 761 are used, and the detector 74
Can be located in the lower housing of the sensor 50. As shown in FIG. 5B, the sensor cavity 124
Can be configured to a depth such that the detector 74 can be accurately positioned in the aperture pierced by the sensor 50 to receive the blocked laser beam 70 or the passed laser beam. Finally, as shown in FIG. 5C, the primitive laser beam and the reflected laser beam are flat horizontal mirrors 76 for reflecting the laser beam 70.
Can be placed in an appropriately opened hole in the sensor housing. In a precisely configured component placement machine, the mirror 76 shown in FIG. 5 (c) may be adhered to the bottom of the placement head 30, the alignment sensor 42, or otherwise secured to place the placement head 30 and the component 24.
The entry into the space between and can be minimized.

【0046】共平面性の測定は、全てのリード40の最
下面が全て同じ水平面にあり電子的に欠陥のある回路を
確実に排除する上で重要である。リード40を回路ボー
ド28に接続するよう製造する共通の方法は回路ボード
28の頂部においてステンシルを用いることを含む。ス
テンシルを介して回路ボード28のパッド41にはんだ
ペーストが付与される。集積回路24がはんだペースト
上に正確に配置された後、回路ボード28は炉中でから
焼き(bake)される。から焼きされると、はんだは
溶けて、部品24が電気的および機械的に回路ボード2
8に取り付けられる。典型的にははんだペーストは付与
されるときの厚さは約0.2032mm(約1000分
の8インチ)である。はんだが溶けると、厚さが約0.
1016mm(約4ミルすなわち1000の4インチ)
である。1個以上のリード40が0.1016mm(1
000分の4インチ)以上他のリードの公称平面の上あ
るいは下に曲げられた場合、それらははんだペーストを
介して回路ボード28には接続されず、その結果開回路
となる。
Coplanarity measurements are important to ensure rejection of electronically defective circuits, with all the bottoms of all leads 40 in the same horizontal plane. A common method of making leads 40 to connect to circuit board 28 involves using a stencil on the top of circuit board 28. Solder paste is applied to the pads 41 of the circuit board 28 via the stencil. After the integrated circuit 24 is properly placed on the solder paste, the circuit board 28 is baked in an oven. When fired, the solder melts and the component 24 becomes electrically and mechanically
It is attached to 8. Typically, the solder paste has a thickness when applied of about 0.2032 mm (about 8 in 1000). When the solder melts, the thickness is about 0.
1016 mm (about 4 mils or 1000 4 inches)
Is. One or more leads 40 are 0.1016 mm (1
If bent more than four thousandths of an inch) above or below the nominal plane of the other leads, they will not be connected to the circuit board 28 via solder paste, resulting in an open circuit.

【0047】図6に示す本発明の好適実施例は、いずれ
かの曲がっているリード40の横方向ずれ、部品チップ
24の一方の側におけるリード40の共直線性、リード
40の厚さ、および所定のチップ24のリード40の共
平面性とを検査するために利用しうる。図6は2対のレ
ーザダイオード60A〜60Dを示し、双方の対のレー
ザダイオード60A〜60Dは単一の点800に集光さ
れ、各対は独自の光検出器74A〜74Bを有してい
る。各対のレーザダイオードは、法線(normal)
からβの角度802である第1のビーム700B,70
0Cと、法線からβ(802)プラスα(804)の角
度である第2のビーム700A,700Dを発生させ
る。前記ビームは全体的に同じ垂直平面に位置している
ので、2対のレーザダイオードから最も近いビームはβ
(802)の各度を形成する。このような構成において
は、各対のレーザビームは、リードの断面積の一方の下
方隅と、リードの断面積の一方の上方隅を検出すること
ができる。
The preferred embodiment of the invention shown in FIG. 6 is the lateral offset of any bent lead 40, the co-linearity of lead 40 on one side of component chip 24, the thickness of lead 40, and It can be used to test the co-planarity of the leads 40 of a given chip 24. FIG. 6 shows two pairs of laser diodes 60A-60D, both pairs of laser diodes 60A-60D being focused at a single point 800, each pair having its own photodetector 74A-74B. . Each pair of laser diodes is normal
From the first beam 700B, 70 at an angle 802 from β to
Second beams 700A, 700D are generated which are at an angle of 0 (C) and β (802) plus α (804) from the normal. Since the beams are generally located in the same vertical plane, the closest beam from two pairs of laser diodes is β
Form each degree of (802). In such a configuration, each pair of laser beams can detect one lower corner of the cross-sectional area of the lead and one upper corner of the cross-sectional area of the lead.

【0048】ビームの好ましい角度方向分離は二要素を
考慮して決定することができる。角度方向分離(α(8
04))を増すことにより高さ測定におけるより大きい
解像度と精度とを提供するが、角度方向分離は、ビーム
が最大0.127mm(0.005インチ)までの隣接
するリードの共平面性誤差を有する部分を含む最も微細
なピッチ部分を阻害されずに通るようにするに十分小さ
くなければならない。好ましい角度β(802)は20
度であり、5から40度の範囲にある。角度β(80
2)プラスα(804)は35度において最適である
が、約25度から50度まで変わりうる。精度の点から
は角度α(804)は出来るだけ大きいことが好まし
い。しかしながら角度β(802)はリード40の底面
と共に台形のリードの側部により形成された角度によっ
て限定される。角度β(802)プラスα(804)は
隣接するリード40によって遮断されるレーザビームに
よって制限される。
The preferred angular separation of the beam can be determined in consideration of two factors. Angular direction separation (α (8
04)) provides greater resolution and accuracy in height measurement, but the angular separation allows co-planarity errors of adjacent leads up to 0.127 mm (0.005 inch) in beam. It must be small enough to pass unimpeded through the finest pitch portion, including that which it has. The preferred angle β (802) is 20
The degree is in the range of 5 to 40 degrees. Angle β (80
2) Plus α (804) is optimal at 35 degrees, but can vary from about 25 degrees to 50 degrees. From the point of accuracy, it is preferable that the angle α (804) is as large as possible. However, the angle β (802) is limited by the angle formed by the sides of the trapezoidal lead with the bottom surface of the lead 40. The angle β (802) plus α (804) is limited by the laser beam intercepted by the adjacent lead 40.

【0049】本実施例は、特定のビームの対の遮断の、
スキャン軸に沿った横方向位置の測定された差からリー
ドの高さを計算する。これらの位置の測定解像度は、計
算された高さの解像度に直接影響する。リードの高さ計
算において実行される幾何学は約3の解像乗数を提供す
る。従って、(配置マシーンにおける)エンコーダ99
が例えば5ミクロンの解像度を有している場合、その結
果の最高の解像度は約15μmである。多くのQFPは
100μm以下の共平面性公差を有しているので、この
15μmの高さ解像度は粗すぎることが多い。ビーム遮
断の位置測定の解像度を増大する(もっと微細にする)
ために補間法が用いられる。
The present embodiment is designed to cut off a specific pair of beams.
Calculate the lead height from the measured difference in lateral position along the scan axis. The measurement resolution at these locations directly affects the calculated height resolution. The geometry implemented in the lead height calculation provides a resolution multiplier of about 3. Therefore, the encoder 99 (in the placement machine)
Has a resolution of, for example, 5 microns, the resulting maximum resolution is about 15 μm. Since many QFPs have coplanarity tolerances of 100 μm or less, this 15 μm height resolution is often too coarse. Increase the resolution of the beam intercept position measurement (make it finer)
The interpolation method is used for this.

【0050】本実施例は、測定されたリードの高さか
ら、シーティング平面と、シーティング平面の上方の全
てのリード40の高さとを計算する。このような装置の
殆んどの消費者は、最良適合平面法よりもこの計算方法
を好む。要約すれば、シーティング平面は、(測定され
つつある)部品が平坦な面上に静かに位置された場合に
着座する平面であると定義される。部品24の最小3本
のリード40がこの平面と接触し、部品の重心は3本の
リード40によって形成される三角形によって囲まれ
る。
This embodiment calculates the seating plane and the heights of all leads 40 above the seating plane from the measured lead heights. Most consumers of such devices prefer this method of calculation over the best-fit plane method. In summary, the seating plane is defined as the plane on which the part (under measurement) sits when it is gently placed on a flat surface. A minimum of three leads 40 of component 24 make contact with this plane, and the center of gravity of the component is surrounded by the triangle formed by the three leads 40.

【0051】図6は、各対のレーザビーム700A〜7
00B、700C〜700D用の光検出器74A,74
Bを示す。好適実施例は、各対のビームに対して1個の
光検出器を有しているが、本システムは全て4個のビー
ムに対して1個の光検出器あるいは4個の検出器、すな
わち各ビームに対して1個の光検出器を用いて構成する
ことができる。光検出器のサイズが大きくなるにつれ
て、その応答時間は減少し、これはセンサシステム50
0に対してマイナス効果を有している。光検出器の表面
積を規制し、かつ合理的な応答時間を維持するために、
適正な形状およびサイズに単一の光検出器を専用化する
必要がある。このため、2個の検出器からなるシステム
に対して本システムのコストを増大させる。各ビームに
対して1個と4個の個別の光検出器も本システムのコス
トを増大させる。
FIG. 6 illustrates each pair of laser beams 700A-7.
00B, 700C-700D photodetectors 74A, 74
B is shown. Although the preferred embodiment has one photodetector for each pair of beams, the present system all uses one photodetector or four detectors for every four beams, i.e. It can be configured with one photodetector for each beam. As the size of the photodetector increases, its response time decreases, which means that the sensor system 50
It has a negative effect on zero. To regulate the surface area of the photodetector and to maintain a reasonable response time,
There is a need to dedicate a single photodetector to the proper shape and size. This adds to the cost of the system over the two detector system. One and four separate photodetectors for each beam also add to the cost of the system.

【0052】センサ50が作動すると、リード40の影
によってどのレーザビームが遮断されているかを検出
し、隣接ビームからの干渉を排除できることが重要であ
る。光線の種々の波長の使用を含み、前記のことを達成
しうる数種の方法がある。4本のビーム700A〜70
0Dは図6においては同時に存在するものの好適実施例
はいづれの時においても一本のみのビームが存在するよ
うにビームを多重化することである。ビーム700A〜
700Dを順次多重化することは最も経済的な解決法で
あることが判明している。
When the sensor 50 is activated, it is important to be able to detect which laser beam is blocked by the shadow of the lead 40 and eliminate interference from adjacent beams. There are several ways in which the above can be achieved, including the use of different wavelengths of light. Four beams 700A-70
Although 0D exists simultaneously in FIG. 6, the preferred embodiment is to multiplex the beams so that there is only one beam at any one time. Beam 700A ~
Sequential multiplexing of 700D has proven to be the most economical solution.

【0053】図7の(a)から(d)まではセンサの4
本のビーム700A〜700Dを通るリード40の軌道
を示す。図7の(a)は部品を遮断するビーム4の先行
縁404を示す。図7の(a)と(b)とは先行縁検出
システムの作動を示す。図7の(c)と(d)とは後行
縁検出システムを示す。先行縁レーザ光源60A,60
Bは2本のレーザビーム700A,700Bを先行縁検
出器74B上に投影する。図7の(b)はビーム3を遮
断し始め、かつビーム4を遮断し続けているリード40
を示す。このとき、ビーム3および4から光線を受け取
る光検出器74Bはレーザビーム光線を何ら受け取らな
い。
7A to 7D show the sensor 4
4 shows the trajectory of the lead 40 through the book beams 700A-700D. FIG. 7 (a) shows the leading edge 404 of the beam 4 blocking the component. 7 (a) and 7 (b) show the operation of the leading edge detection system. 7C and 7D show a trailing edge detection system. Leading edge laser light source 60A, 60
B projects two laser beams 700A, 700B onto the leading edge detector 74B. FIG. 7B shows a lead 40 that starts blocking the beam 3 and continues to block the beam 4.
Indicates. At this time, photodetector 74B, which receives rays from beams 3 and 4, receives no laser beam rays.

【0054】図7の(c)と(d)とは後行縁検出シス
テムの作動を示す。後行縁レーザ光源60C,60Dは
2本のレーザビーム700C,700Dを後行縁検出器
74A上に投射する。図7の(c)はビーム2を避け、
ビームが光検出器74Aまで通るようにする部品24の
後行縁405を示す。図7の(c)において、ビーム1
は依然としてリード部品40によって遮断されたままで
ある。図7の(d)はビーム1を遮断せず、ビーム1の
光線が光検出器74Aに衝突するようにするリード40
を示す。
FIGS. 7C and 7D show the operation of the trailing edge detection system. The trailing edge laser light sources 60C and 60D project two laser beams 700C and 700D onto the trailing edge detector 74A. In FIG. 7C, the beam 2 is avoided,
A trailing edge 405 of component 24 is shown that allows the beam to pass to photodetector 74A. In FIG. 7C, the beam 1
Remains blocked by the lead component 40. FIG. 7 (d) shows the lead 40 that does not block the beam 1 and allows the rays of the beam 1 to strike the photodetector 74A.
Indicates.

【0055】図7の(a)と(b)とはレーザ3および
4によって検出される部品の先行縁404の下面414
を示している。先行縁404によって発生し、レーザ
3,4を遮断する影を検出することにより、センサ50
はリード40の高さを決定することができる。センサシ
ステム50は、高さを決定するため、数式:高さ=d・
cos(φ)cos(φ+α)/sin(φ)を用い
る。ここで、dはビーム3およびビーム4の遮断の間部
品24が移動する横方向距離であり、角度β(802)
とα(804)とはセンサ50が構成されるとき工場に
おいてセットされる。好適な角度α(804)とβ(8
02)とはそれぞれ15度および20度である。従っ
て、高さと移行する横方向距離との間の関係は選択した
角度に基く定数である。好ましい角度を前述の式に代入
することにより定数は2.97(h=2.97d)とな
る。
FIGS. 7A and 7B show the lower surface 414 of the leading edge 404 of the component detected by the lasers 3 and 4.
Is shown. By detecting the shadow generated by the leading edge 404 and blocking the lasers 3, 4, the sensor 50
Can determine the height of the lead 40. The sensor system 50 determines the height by the mathematical formula: height = d ·
cos (φ) cos (φ + α) / sin (φ) is used. Where d is the lateral distance traveled by the component 24 during the interruption of the beams 3 and 4, and the angle β (802)
And α (804) are set at the factory when the sensor 50 is configured. The preferred angles α (804) and β (8
02) is 15 degrees and 20 degrees, respectively. Thus, the relationship between height and lateral distance traveled is a constant based on the selected angle. By substituting the preferred angle into the above equation, the constant becomes 2.97 (h = 2.97d).

【0056】図8は4本のビーム700A〜700Dを
多重化しうる態様を示す。図示した多重化サイクルは
2.0マイクロ秒である。この場合、各レーザビームは
0.5マイクロ秒付勢される。ビーム700A〜700
Dは、先のビームが消勢されると同時に各ビームが付勢
されるように順次多重化される。好適実施例において
は、ビーム700A〜700Dは、同じ対のビーム間の
時間間隔が最小とされるように順次付勢され、消勢され
る。換言すれば、ビーム3,4は順次追従し、またビー
ム1と2が順次追従することが好ましい。このため、所
定の対のレーザビーム内の状態変化の間をリード40が
移行しうる時間を最小とする。一対のビーム内でこの時
間を最小とすることにより、システムは双方共常にオン
であるかの如くビームを扱うことができる。ビーム70
0A〜700Dを多重化する合計サイクル時間は2マイ
クロ秒である。このサイクル時間は理想的であることが
判明しており、本システムにおけるマイクロプロセッサ
・チップがセンサの精度を低下させることなく最大50
0メートル/秒で運動できるようにする。2マイクロ秒
のサイクルは電子回路においては通常問題を呈しない。
サイクルは殆んどの計算に対して常に4本のビームがオ
ンと考えることができるほど十分迅速である。
FIG. 8 shows a mode in which the four beams 700A to 700D can be multiplexed. The multiplexing cycle shown is 2.0 microseconds. In this case, each laser beam is energized for 0.5 microseconds. Beam 700A-700
D is sequentially multiplexed such that each beam is energized at the same time that the previous beam is deenergized. In the preferred embodiment, the beams 700A-700D are sequentially activated and de-energized such that the time interval between the same pair of beams is minimized. In other words, it is preferable that the beams 3 and 4 follow sequentially, and that the beams 1 and 2 follow sequentially. This minimizes the time that lead 40 can transition between state changes within a given pair of laser beams. By minimizing this time within a pair of beams, the system can treat the beams as if both were always on. Beam 70
The total cycle time for multiplexing 0A-700D is 2 microseconds. This cycle time has been found to be ideal, with microprocessor chips in the system up to 50 without compromising sensor accuracy.
Be able to exercise at 0 meters / second. The 2 microsecond cycle usually does not present a problem in electronic circuits.
The cycle is fast enough that four beams can always be considered on for most calculations.

【0057】既述のように、スキャン軸に沿った横位置
測定の解像度は、計算された高さの解像度に直接影響す
る。エンコーダ99の解像度を増大するための数種の方
法があるものの、時間補間法が好ましい方法である。図
9は、エンコーダ99の位置対時間のプロットを示す。
好適実施例は、エンコーダ位置と時間との値が、レーザ
ビームの1つにおいて状態の変化がある毎に記録され
る。例えば、8個のビーム状態の変化に対して8個のエ
ンコーダの値と8個の時間値とが記録される。さらに、
補間を実行するためにより多くのデータポイントが必要
とされる場合、エンコーダの位置は専らデータポイント
の数を増加させるために時折記録しうる。時間補間法の
精度は速度の変動によりマイナスに影響される。特に、
図9は時間対エンコーダの位置の軸において最良の適合
ラインを補間する試みを示す。好適実施例において、時
間補間は10ミクロンから1ミクロンまでエンコーダの
解像度を増加させるために使用される。
As already mentioned, the resolution of the lateral position measurement along the scan axis directly influences the calculated height resolution. Although there are several ways to increase the resolution of the encoder 99, the time interpolation method is the preferred method. FIG. 9 shows a plot of encoder 99 position versus time.
In the preferred embodiment, encoder position and time values are recorded for each state change in one of the laser beams. For example, eight encoder values and eight time values are recorded for eight beam state changes. further,
If more data points are needed to perform the interpolation, the encoder position may occasionally be recorded exclusively to increase the number of data points. The accuracy of the time interpolation method is negatively affected by speed fluctuations. In particular,
FIG. 9 shows an attempt to interpolate the best fit line in the axis of time versus encoder position. In the preferred embodiment, temporal interpolation is used to increase the resolution of the encoder from 10 microns to 1 micron.

【0058】好適実施例においては、センサ50は、部
品ピック・アンド・プレース・マシーンの位置決めヘッ
ドが一定速度でセンサを通してチップを運動させる。エ
ンコーダの解像度は一般に約10ミクロンである。移動
した横方向距離の計算と高さ計算との間には約3対1の
比があるので、エンコーダの位置の10ミクロンのエラ
ーは高さの決定において約30ミクロンのエラーをもた
らす。エンコーダの解像度が満足である場合(1ミクロ
ン)、補間は必要でない。
In the preferred embodiment, the sensor 50 is such that the positioning head of the component pick and place machine moves the chip through the sensor at a constant speed. The resolution of the encoder is typically about 10 microns. Since there is a ratio of about 3 to 1 between the lateral distance traveled and the height calculation, a 10 micron error in encoder position results in an error of about 30 micron in the height determination. If the encoder resolution is satisfactory (1 micron) then no interpolation is needed.

【0059】好適実施例においては、補間法はエラーを
検査する能力を有している。エラーの検査により、補間
された位置から計算された高さをエンコーダの元の(r
aw)位置から計算された高さと比較し、前記高さの間
の喰違いが予め設定したスレッショルド値を上廻る場
合、本システムは速度が一定に保たれていないことを示
す。もしチップ24が一定速度で移動していることが判
明しない場合、LEDランプが点灯し補間のエラーの可
能性を示す。
In the preferred embodiment, the interpolation method has the ability to check for errors. By checking for errors, the height calculated from the interpolated position is converted to the original (r
aw) Compared with the height calculated from the position, if the crossing between the heights exceeds a preset threshold value, the system indicates that the speed is not kept constant. If the tip 24 is not found to be moving at a constant speed, the LED lamp will illuminate, indicating a possible interpolation error.

【0060】好適実施例においては、チップ24は一定
速度で動いているものの、本発明は、もしチップの速度
プロフィルが既知であるとすれば非一定速度と同等に作
用する。センサ50を介してチップ24の最高速度を得
るためには、チップ24はセンサ50の中心に達するま
で加速され、次に減速されなければならない。減速の
後、チップ24は該チップ24の別の側におけるリード
50を検査するように回転しうる。
Although in the preferred embodiment the tip 24 is moving at a constant velocity, the present invention works equally well with a non-constant velocity if the velocity profile of the tip is known. To obtain the maximum speed of the tip 24 through the sensor 50, the tip 24 must be accelerated until it reaches the center of the sensor 50 and then decelerated. After deceleration, the tip 24 can rotate to inspect the leads 50 on the other side of the tip 24.

【0061】また、フェイズ・ロックド・ループ法もエ
ンコーダの解像度を増大させるために利用しうる。フェ
イズ・ロックド・ループ(PLL)114は、パルス速
度(rate)乗算器として作用することによりエンコ
ーダの解像度を増大させることができる。フェイズ・ロ
ックド・ループ乗算器は所定速度においてパルストレイ
ンを取り入れ、入力速度のある倍数でパルストレインを
出力する。例えば、フェイズ・ロックド・ループ114
はエンコーダ99からエンコーダパルスを受け取り、同
じ時間内でこれらパルスの数の10倍のパルスを発生さ
せることにより解像度を増大させる。しかしながら、フ
ェイズ・ロックド・ループによる方法は、時間補間法と
比較してより好ましくなくするある制限を有している。
周知のように、フェイズ・ロックド・ループ114は、
潜在的に非一貫性の速度プロフィルで、広範囲の周波数
にわたって十分作用しない。従って時間補間法は、最も
正確で、より安価で、エンコーダの解像度を増大させる
上で最も限定的でない方法であることが判明した。
The phase locked loop method can also be used to increase the resolution of the encoder. Phase locked loop (PLL) 114 can increase the resolution of the encoder by acting as a pulse rate multiplier. Phase locked loop multipliers take the pulse train at a given rate and output the pulse train at some multiple of the input rate. For example, Phase Locked Loop 114
Receives encoder pulses from encoder 99 and increases the resolution by producing ten times the number of these pulses in the same time. However, the phase locked loop method has certain limitations that make it less preferred compared to the temporal interpolation method.
As is well known, the phase locked loop 114
Potentially inconsistent velocity profile that does not work well over a wide range of frequencies. Therefore, the time interpolation method has been found to be the most accurate, cheaper, and least restrictive in increasing the resolution of the encoder.

【0062】補間のためのLEDエラー点灯の他に、好
適実施例はソフトウェアエラーとハードウェアエラーと
に対するLEDエラー点灯を有している。
In addition to LED error lighting for interpolation, the preferred embodiment has LED error lighting for software and hardware errors.

【0063】図10および図11は好ましい4本レーザ
ビーム実施例の基本電子回路を示す。1個の多重化制御
装置200は、レーザビーム700A〜700Dを多重
化するのを助け、かつ光検出器74A,74Bから同期
化信号を発生する。
10 and 11 show the basic electronic circuitry of the preferred four laser beam embodiment. One multiplexing controller 200 assists in multiplexing the laser beams 700A-700D and produces synchronization signals from the photodetectors 74A, 74B.

【0064】ビーム付勢システムが作動すると、信号A
は、レーザ電源がレーザAからレーザBに切り換えられ
るにつれてレジスタにサンプリングされる。同様に、レ
ーザBは、マルチプレクサ202がレーザビームBから
レーザCに切り換えるにつれてレジスタにサンプリング
される。このサンプリング過程はレーザDを通して順次
進行し、次にレーザAに戻る。信号は、特定のレーザが
一定時間にオンとされた後最も安定しているので、各レ
ーザはオフとなる、すなわち消勢される前の瞬間にサン
プリングされる。
When the beam energizing system is activated, signal A
Are sampled into the register as the laser power supply is switched from laser A to laser B. Similarly, laser B is sampled into a register as multiplexer 202 switches from laser beam B to laser C. This sampling process proceeds sequentially through laser D and then returns to laser A. The signal is most stable after a particular laser has been turned on for a period of time, so each laser is sampled at the moment before it is turned off, ie de-energized.

【0065】各光検出器74A,74Bから1個の電気
信号が受け取られるものの、本システムは各レーザビー
ムに対して個別のスレッショルド電圧、すなわち基準電
圧を保持する。4個の比較器220が4個の基準電圧の
各々に対応することが好ましい。4個の基準電圧が比較
器220に提供され、各基準電圧は、汚れたレンズや長
時間のレーザドリフトを補償するよう独立して調整でき
る。各比較器は、検出器の出力電圧を特定の基準電圧と
比較して特定ビームの遮断についてデジタル出力測定を
提供する。4本のレーザビーム700A〜700Dがあ
るので、対応する4個のバイナリ出力がある。
Although one electrical signal is received from each photodetector 74A, 74B, the system maintains a separate threshold voltage, or reference voltage, for each laser beam. Preferably, four comparators 220 correspond to each of the four reference voltages. Four reference voltages are provided to the comparator 220, and each reference voltage can be independently adjusted to compensate for dirty lenses or long-term laser drift. Each comparator compares the detector output voltage to a particular reference voltage to provide a digital output measurement for a particular beam break. Since there are four laser beams 700A-700D, there are four corresponding binary outputs.

【0066】増幅電子回路からデータ処理装置230ま
でビームデータを搬送するために単一のケーブルを利用
すべく、スイッチ204が、4個のバイナリ出力値を多
重化するよう利用される。次に多重化された信号は、デ
ータを処理する前に多重化制御装置200によって制御
されて同期化信号を用いて別のスイッチ206により多
重化が戻される(demultiplex)。第2ケー
ブルが、同期化信号をデータプロセッサ230まで搬送
する。
Switch 204 is used to multiplex the four binary output values to utilize a single cable to carry the beam data from the amplification electronics to the data processor 230. The multiplexed signal is then demultiplexed by another switch 206 under the control of the multiplexing controller 200 and using the synchronization signal before processing the data. The second cable carries the synchronization signal to the data processor 230.

【0067】データ処理ハードウェアおよびソフトウェ
ア230が補間および高さ計算を実行する。さらに、デ
ータがいずれかのエラーがあるか決定するために処理さ
れる。データプロセッサ230は先行縁と後行縁との差
をとることによりリードの幅を決定することができる。
各隅の横位置と高さとによりリード40の厚さや捩れを
計算することができる。データ処理ハードウェアおよび
ソフトウェア230はいずれかの側の上縁と、またいず
れかの側の底縁との高さの差をとることによりリードの
厚さを計算することができる。データ処理ハードウェア
およびソフトウェア230も4個の縁隅の検出された高
さに基きリード40の捩れを計算することができる。
Data processing hardware and software 230 performs interpolation and height calculations. Further, the data is processed to determine if there are any errors. The data processor 230 can determine the width of the lead by taking the difference between the leading and trailing edges.
The thickness and twist of the lead 40 can be calculated from the lateral position and height of each corner. The data processing hardware and software 230 can calculate the lead thickness by taking the height difference between the top edge on either side and the bottom edge on either side. The data processing hardware and software 230 can also calculate the twist of the lead 40 based on the detected heights of the four corners.

【0068】当該技術分野の専門家は本発明のシテスム
によれば多数の代替的計算が可能となることを認識す
る。プロセッサ230に関連した利用可能メモリは、セ
ンサ50によって検出され、かつ分析すべき全ての部品
24のリード幅と間隔とを規定するダウンロード可能の
部品ライブラリを可能にする。先行縁データのみ検出
し、かつ分析し、そして部品ライブラリ情報を用いて各
リード40の中心線と適正位置を発生させることが可能
である。さらに正確な測定値のためには、横方向位置お
よび高さの双方の分析に対しても後行縁データを用いる
ことができる。
Those skilled in the art will recognize that the system of the present invention allows for many alternative computations. The available memory associated with processor 230 enables a downloadable component library that defines the lead width and spacing of all components 24 to be analyzed and detected by sensor 50. It is possible to detect and analyze only the leading edge data and use the component library information to generate the centerline and proper position for each lead 40. For more accurate measurements, trailing edge data can be used for both lateral position and height analysis.

【0069】図6あるいは後続の図には示していない
が、当該技術分野の専門家には複数のビームシステムの
ビームは物理的に交差する必要のないことも明らかであ
る。ビームを既知の偏位量だけ相互にずらせてレーザビ
ームAからの光線が検出器Bへ散入する可能性のないこ
とを確認することができる。ビーム間に何ら干渉のない
ことを確認する別の方法は、光線の多数の波長を用いて
検出器の前に適当な光帯域通過ろ波器を介装させて一方
の光源からの光線のみが検出されるようにすることであ
る。たとえばバッフル(図示せず)のような他の手段を
ビーム間に置くことも可能である。
Although not shown in FIG. 6 or subsequent figures, it will be apparent to those skilled in the art that the beams of multiple beam systems need not physically intersect. It can be seen that the beams are offset from each other by a known amount of deviation and that the rays from laser beam A are not likely to diverge into detector B. Another way to make sure that there is no interference between the beams is to use multiple wavelengths of the beam and insert an appropriate optical bandpass filter in front of the detector so that only the beam from one source To be detected. Other means such as baffles (not shown) can be placed between the beams.

【0070】単一焦点の光ビーム70ではなく、レーザ
光線のストライプを用いてもよい。ストライプはソース
レンズとストライプ投影光学要素とを用いて単一のレー
ザ光源60から発生する。ソースレンズとストライプ投
影光学要素とを組み合わせて単一の光学要素を形成する
ことができる。
Instead of a single focus light beam 70, a stripe of laser light may be used. The stripes are generated from a single laser light source 60 using a source lens and stripe projection optics. The source lens and the stripe projection optical element can be combined to form a single optical element.

【0071】図12には、図2および図3に関連して示
し、かつ説明したものと概ね同様の構成の二次レーザセ
ンサ50’が示されており、これは最高の精度と解像度
とにより部品配置マシーンの配置ヘッド30をより正確
に位置づけ、かつヘッド40の位置をより正確に識別す
るために本発明50と共に有利に使用しうる。
FIG. 12 shows a secondary laser sensor 50 'having a configuration generally similar to that shown and described in connection with FIGS. 2 and 3, which provides maximum accuracy and resolution. It may be advantageously used with the present invention 50 to more accurately position the placement head 30 of the component placement machine and to more accurately identify the position of the head 40.

【0072】検出においてより高い解像度が達成され、
ピッチのより細かい部品24が構成されるにつれて若干
の別の問題が発生する可能性がある。エンコーダ99か
らの部品配置マシーン、配置ヘッド30がその上に担持
されているレールフレーム32、配置ヘッド30および
真空クイル36は明確な剛性を有している。すなわち、
それらは限りなく剛性というのではない。関連のクイル
位置エンコーダ99は配置ヘッド30と真空クイル32
の位置を静状態において比較的正確にモニタすることに
よってエンコーダ99を読み取ることによりヘッド30
を正確に位置決めすることができる。動的な場合は、特
に配置ヘッド30が加速されている間、さらに問題が発
生し、ピッチが益々細かくなるにつれて、移動の間この
問題はさらに顕著になる。本発明のセンサ50の目的
は、部品24とそのリード40とがクイル34に対して
どこにあるかを測定することであるので、配置ヘッド3
0と関連のクイル34とを正確に位置決めするには1ミ
クロン程度の精密な解像度を要する。
A higher resolution is achieved in detection,
Some other problems may occur as the finer pitch components 24 are constructed. The component placement machine from the encoder 99, the rail frame 32 on which the placement head 30 is carried, the placement head 30 and the vacuum quill 36 have a definite rigidity. That is,
They are not infinitely stiff. The associated quill position encoder 99 includes a placement head 30 and a vacuum quill 32.
Head 30 by reading encoder 99 by relatively accurately monitoring the position of
Can be accurately positioned. In the dynamic case, further problems occur, especially while the placement head 30 is being accelerated, and become more pronounced during movement as the pitch becomes increasingly finer. Since the purpose of the sensor 50 of the present invention is to measure where the component 24 and its leads 40 are with respect to the quill 34, the placement head 3
Accurate positioning of 0 and the associated quill 34 requires a fine resolution of the order of 1 micron.

【0073】配置ヘッド30の正確な位置決めは、当該
配置ヘッド30の底部に固定された光学ターゲット15
0を検出するように構成された、図12の(a)に示す
ような類似のセンサ50’を用いることにより達成しう
る。図12の(b)と(c)とに示すように、光学ター
ゲット150は透明部分152と不透明部分154とを
交互にさせることにより処理機構50’はサブミクロン
の精度で配置ヘッド30の位置を検出することができ、
これが本発明の特徴とするところである。図12の
(c)には配置ヘッド30の運動と干渉しないよう構成
された代替実施例が示されている。図12の(c)に示
す実施例を構成するために、光学ターゲット150はガ
ラス152上のクローム154から構成されることによ
って反射性のクローム面154からのレーザビーム7
0’の反射を検出器74’で検出して配置ヘッド30
と、関連のクイル34、部品24および部品のリード4
0の極めて正確な決定をすることが好ましい。
The accurate positioning of the placement head 30 is performed by the optical target 15 fixed to the bottom of the placement head 30.
This can be achieved by using a similar sensor 50 'as shown in FIG. 12 (a) configured to detect zero. As shown in FIGS. 12B and 12C, the optical target 150 alternates the transparent portions 152 and the opaque portions 154 so that the processing mechanism 50 ′ positions the placement head 30 with sub-micron accuracy. Can be detected,
This is the feature of the present invention. An alternative embodiment configured to not interfere with the movement of placement head 30 is shown in FIG. In order to construct the embodiment shown in FIG. 12 (c), the optical target 150 is composed of chrome 154 on the glass 152 so that the laser beam 7 from the reflective chrome surface 154.
The placement head 30 detects the 0'reflection by the detector 74 '.
And associated quill 34, component 24 and component lead 4
It is preferable to make a very accurate determination of 0.

【0074】前述してきた本発明の種々実施例のいずれ
かを用いることによりICあるいはその他の半導体デバ
イス24上の種々リード40の横方向ずれの位置や高さ
を極めて正確かつ精密に決定することができる。図13
を参照すれば、部品配置マシーンにおいて、リード40
の4組全て1〜4を順に検査し、かつ決定しうる単一セ
ンサ50を用いることができる。部品24は停止し、4
回センサ50を通す必要があるので、これが最も時間の
かかる過程であることは勿論である。同様に、第1の組
のリード、すなわち図13の(b)の側部2を検査する
ために部品24がセンサ50を通され、かつ反対側のリ
ード40の組、すなわち図13の(a)の側部1を読み
取るために部品ライブラリに応じて所定の距離(c)だ
け、配置ヘッド30を用いて図13の(b)に示す軌道
170に沿って移動させるために2個のセンサ50を用
いることができる。次に、部品24は90度回転し、2
個のセンサシステム50を通して図13の(a)に示す
側部3および4のリード40を検査することができる。
同様に、図13の(c)に示す3個のセンサシステム5
0を用いることができ、第1のセンサ50が側部1のリ
ード40の組を検査し、第2のセンサ50が側部2のリ
ード40の組を検査し、続いて配置ヘッド30が90度
方向回転し第2のセンサ50が側部4のリード40を、
第3のセンサ50が側部3のリード40を検査できるよ
うにする。4個の独立したセンサを用いることも可能な
ことは明らかである。メリーゴーラウンド配置システム
あるいはターレット配置システムに対しては、1個以上
のステーションに1個以上のセンサシステム50を収容
させることが可能である。高速デカルト座標系配置シス
テムに対しては、最大サイズの部品24を収容するよう
101.6〜152.4mm(4〜6インチ)の間隔を
おいて1個以上のレーザセンサを同じハウジングすなわ
ち包囲体(enclosure)に収容することが可能
である。
By using any of the various embodiments of the present invention described above, the lateral offset position and height of various leads 40 on an IC or other semiconductor device 24 can be determined very accurately and accurately. it can. FIG.
Refer to the lead 40 in the component placement machine.
It is possible to use a single sensor 50 capable of inspecting and determining all four sets 1 through 4 in turn. Part 24 stopped, 4
Of course, this is the most time consuming process since it is necessary to pass the sensor 50 once. Similarly, component 24 is passed through sensor 50 to inspect the first set of leads, side 2 of FIG. 13 (b), and the opposite set of leads 40, FIG. 13 (a). 2) two sensors 50 for moving the side 1 by a predetermined distance (c) according to the parts library, along the trajectory 170 shown in FIG. Can be used. Next, the part 24 is rotated 90 degrees, and
Through the individual sensor system 50, the leads 40 on the sides 3 and 4 shown in FIG.
Similarly, the three sensor system 5 shown in FIG.
0 can be used, the first sensor 50 inspects the set of leads 40 on the side 1, the second sensor 50 inspects the set of leads 40 on the side 2, followed by the placement head 30 90. The second sensor 50 rotates the lead 40 of the side portion 4
Allows the third sensor 50 to inspect the lead 40 on the side 3. Obviously, it is also possible to use four independent sensors. For a merry-go-round placement system or a turret placement system, one or more stations can contain one or more sensor systems 50. For a fast Cartesian coordinate placement system, one or more laser sensors may be spaced in the same housing or enclosure at 101.6 to 152.4 mm (4 to 6 inches) to accommodate the largest size component 24. (Enclosure).

【0075】1ミクロン以下の解像度で集積回路チップ
24の曲ったリード40を検出しうる基本的なレーザセ
ンサを図2に関連して開示してきた。ビルディングブロ
ックとして基本レーザセンサ50を用いた種々の代替実
施例を示し、かつ説明してきたが、これらは組み合わさ
れると、半導体デバイスのリード40の最下面を正確に
水平方向および垂直方向に1ミクロン以下の水平方向お
よび垂直方向解像度で配置し、これにより部品を概ね部
品配置マシーンの精度および解像度内で配置させること
ができる。共直線性、共平面性、リードの捩れおよびリ
ードの幅を計算しうる代替実施例を説明してきた。多数
の代替実施例を開示してきたが、当該技術分野の専門家
にはその他の修正や変更が可能なことは明らかである。
本発明の教示の範囲内の前記の修正や変更の各々は特許
請求の範囲に記載のように本発明の意図する範囲に入る
ものである。
A basic laser sensor capable of detecting bent leads 40 of integrated circuit chip 24 at sub-micron resolution has been disclosed in connection with FIG. Although various alternative embodiments have been shown and described using the basic laser sensor 50 as a building block, these, when combined, allow the bottom surface of the leads 40 of a semiconductor device to be precisely 1 micron or less horizontally and vertically. With horizontal and vertical resolution, which allows the parts to be positioned within the accuracy and resolution of the part placement machine. Alternative embodiments have been described in which co-linearity, co-planarity, lead twist and lead width can be calculated. Although a number of alternative embodiments have been disclosed, it will be apparent to those skilled in the art that other modifications and variations are possible.
Each of the above modifications and variations within the scope of the teaching of the present invention are intended to fall within the intended scope of the present invention as set forth in the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を用いた部品配置システムを示し、部品
が配置ヘッドと、関連の真空クイルとによってソースト
レイから取り上げられ、当該部品は真空クイル上の正確
な角度方向に位置し、本発明により構成された1個以上
のセンサを通され、その後部品は当該部品を受け入れる
ようにされた回路ボード上に部品配置マシーンにより正
確に配置される態様を示す図。
FIG. 1 illustrates a component placement system using the present invention, where a component is picked up from a source tray by a placement head and associated vacuum quill, the component being located at the correct angular orientation on the vacuum quill. FIG. 5 shows how one or more sensors constructed according to claim 1 are passed through and then the component is accurately placed by a component placement machine on a circuit board adapted to receive the component.

【図2】(a)〜(c)からなり、本発明の好適実施例
を示し、(a)は本発明の基本要素を示す図で、(b)
と(c)とは本発明の一実施例の機械的構造の側面図と
上面図。
2 (a) to (c) show a preferred embodiment of the present invention, FIG. 2 (a) is a diagram showing the basic elements of the present invention, and FIG.
And (c) are a side view and a top view of a mechanical structure according to an embodiment of the present invention.

【図3】(a)と(b)からなり、(a)は横方向平面
において曲げられたリードを有する半導体パッケージを
示し、図3の(b)は対応する回路接続パッドに部分的
にのみ重ねられたリードの配置を示す図。
Figure 3 (a) and (b), (a) shows a semiconductor package with the leads bent in the lateral plane, (b) of Figure 3 only partly on the corresponding circuit connection pad. The figure which shows the arrangement | positioning of the lead overlapped.

【図4】センサ電子回路の概略線図。FIG. 4 is a schematic diagram of a sensor electronic circuit.

【図5】(a)〜(c)からなり、部品配置マシーンの
配置ヘッドとそのリードが分析されつつある部品との間
における本発明の諸部材の物理的干渉を最小とするよう
各々が構成されて入る代替的な物理的実施例を示す図。
FIG. 5 (a)-(c), each configured to minimize physical interference of the components of the invention between the placement head of the component placement machine and the component whose lead is being analyzed. FIG. 9 illustrates an alternate physical embodiment of a keyed entry.

【図6】高解像度で横方向位置、共直線性および共平面
性を分析するために使用しうる4本ビームの構成を示す
図。
FIG. 6 shows a four-beam configuration that can be used to analyze lateral position, co-linearity and co-planarity at high resolution.

【図7】(a),(b),(c)および(d)は水平基
準面以下のリードを分析する4本ビームのシステムを示
し、(a)と(b)は先行縁検出を、(c)と(d)と
は後行縁検出を示す図。
7 (a), (b), (c) and (d) show a four beam system for analyzing leads below the horizontal reference plane, (a) and (b) showing leading edge detection, FIG. (C) And (d) is a figure which shows a trailing edge detection.

【図8】4本ビームシステムの多重化を示す線図。FIG. 8 is a diagram showing multiplexing of a four beam system.

【図9】時間の経過に対するエンコーダ位置の最良の適
合ラインの補間を示すグラフ。
FIG. 9 is a graph showing interpolation of the best fit line of encoder position over time.

【図10】4本ビームのシステムに対する基本的電子回
路の線図であって、レーザと光検出器用の電子回路を示
す線図。
FIG. 10 is a diagram of the basic electronics for a four beam system, showing the electronics for the laser and photodetector.

【図11】4本ビームのシステムに対する基本的電子回
路の線図であって、データ処理ハードウェアおよびソフ
トウェアに対するインタフェースを示す線図。
FIG. 11 is a diagram of the basic electronic circuitry for a four beam system showing the interface to data processing hardware and software.

【図12】(a)〜(c)からなり、部品配置マシーン
の配置ヘッドの位置を動的に決定するために本発明を使
用する態様を示し、本発明のこの実施例を用いることに
より配置ヘッドの光学ターゲットと部品のリードの双方
の正確な位置が同時に検出され、集光されたレーザビー
ムが(a)に示すように光学ターゲットを通過するか、
あるいは(c)に示すように光学ターゲットから反射し
うることを示す図。
FIG. 12 (a)-(c) illustrates the use of the present invention to dynamically determine the position of the placement head of a component placement machine, using this embodiment of the invention for placement. The exact position of both the optical target of the head and the lead of the component is detected at the same time and the focused laser beam passes through the optical target as shown in (a), or
Alternatively, as shown in (c), it is possible to reflect from the optical target.

【図13】(a)は例えばカッドパック集積回路により
4個の側部を有する半導体チップを示す図で、(b)と
(c)とは本発明により構成された複数のセンサを用い
たときの部品配置ヘッドのとる軌道を示す図。
FIG. 13A is a diagram showing a semiconductor chip having four sides by, for example, a quad pack integrated circuit, and FIGS. 13B and 13C are diagrams when a plurality of sensors configured according to the present invention are used. The figure which shows the orbit taken by the component placement head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

24:表面実装電子部品 28:回路ボード 30:配置用ヘッド 33:ソーストレイ 34:真空クイル 40:リード 41:回路パッド 42:非接触レーザベースの整合センサ 50:センサシステム 60:レーザ光源 62:集光レンズ 66:焦点 70:レーザビーム 74:検出器 76:ミラー 24: Surface Mount Electronic Components 28: Circuit Board 30: Placement Head 33: Source Tray 34: Vacuum Quill 40: Lead 41: Circuit Pad 42: Non-contact Laser-based Matching Sensor 50: Sensor System 60: Laser Light Source 62: Collection Optical lens 66: Focus 70: Laser beam 74: Detector 76: Mirror

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・ピー・コニセック アメリカ合衆国ミネソタ州55409,ミネア ポリス,スティーヴンス・アベニュー・サ ウス 4632 (72)発明者 スティーヴン・ケイ・ケース アメリカ合衆国ミネソタ州55416,セン ト・ルイス・パーク,イングルウッド・ア ベニュー 2829 (72)発明者 ティモシー・エイ・スカネス アメリカ合衆国ミネソタ州55421,コロン ビア・ハイツ,イースト・アップランド・ クレスト 4837 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor John P. Conicec Minnesota, USA 55409, Minneapolis, Stevens Avenue South 4632 (72) Inventor Steven Kay Case, Minnesota 55416, Sent Lewis Park, Inglewood Avenue 2829 (72) Inventor Timothy A. Skanes, Minnesota, USA 55421, Colombia Heights, East Upland Crest 4837.

Claims (51)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 各要素が単一の水平面に名目的に配設さ
れている形式の複数要素デバイスであってマルチビーム
センサに対して運動する複数要素デバイスの各要素の高
さを決定するマルチビームセンサにおいて、 光線を提供する少なくとも1個の光線提供手段と、 前記光線提供手段からの光線を、水平面と垂直基準面と
の交差点に焦点を有する光線の第1のビームに集光し、
垂直基準面に対して5〜25度の角度βを形成する第1
の集光手段と、 前記光線提供手段からの光線を、水平面と垂直基準面と
の交差点に焦点を有する光線の第2のビームに集光し、
角度βより大きい角度を垂直基準面に対して形成する第
2の集光手段と、 各ビームの軌道に位置され、複数要素デバイスの要素の
縁部による第1のビームの遮断により発生する影と、要
素の縁部による第2のビームの遮断により発生する影と
を検出する影検出手段と、 複数要素デバイスの要素の縁部によって発生する各影が
前記影検出手段により検出されるにつれて複数要素デバ
イスの瞬間的な横方向位置を示すデータを受け取るデー
タ受取り手段と、 前記影検出手段と前記データ受取り手段とに接続され、
水平面からの要素の縁部の高さを計算することにより、
高さの計算を、各影が要素の縁部によって発生する際の
複数要素デバイスの瞬間的な横位置に基いて行う論理手
段とを備えることを特徴とするマルチビームセンサ。
1. A multi-element device of the type in which each element is nominally arranged in a single horizontal plane for determining the height of each element of the multi-element device moving relative to a multi-beam sensor. In the beam sensor, at least one light ray providing means for providing a light ray, and condensing the light ray from the light ray providing means into a first beam of light rays having a focal point at an intersection of a horizontal plane and a vertical reference plane,
First forming an angle β of 5 to 25 degrees with respect to the vertical reference plane
And a light beam from the light beam providing unit, into a second beam of light beams having a focal point at an intersection of a horizontal plane and a vertical reference plane,
Second converging means forming an angle with respect to the vertical reference plane that is greater than the angle β and shadows that are located in the trajectories of each beam and that are generated by the interruption of the first beam by the edges of the elements of the multi-element device. A shadow detecting means for detecting a shadow generated by blocking the second beam by the edge of the element, and a plurality of elements as each shadow generated by the edge of the element of the multi-element device is detected by the shadow detecting means. Data receiving means for receiving data indicating an instantaneous lateral position of the device, connected to the shadow detecting means and the data receiving means,
By calculating the height of the edge of the element above the horizontal plane,
A multi-beam sensor, the height calculation being based on the instantaneous lateral position of the multi-element device as each shadow is generated by the edge of the element.
【請求項2】 前記光線提供手段が2個のレーザダイオ
ードを有することを特徴とする請求項1に記載のマルチ
ビームセンサ。
2. The multi-beam sensor according to claim 1, wherein the light beam providing means has two laser diodes.
【請求項3】 前記影検出手段が2個の光検出器を有す
ることを特徴とする請求項1に記載のマルチビームセン
サ。
3. The multi-beam sensor according to claim 1, wherein the shadow detecting means has two photodetectors.
【請求項4】 前記論理手段が第1のビームと第2のビ
ームの間で要素の縁部が移動する横方向距離を決定し、
定数を乗算することにより水平基準面からの要素の縁部
の高さを計算することを特徴とする請求項1に記載のマ
ルチビームセンサ。
4. The logic means determines a lateral distance traveled by an edge of the element between the first beam and the second beam,
The multi-beam sensor according to claim 1, wherein the height of the edge of the element from the horizontal reference plane is calculated by multiplying by a constant.
【請求項5】 前記論理手段が、複数要素デバイスの瞬
間的な横方向位置を得るために個別の記録されたエンコ
ーダ位置と時間との値との間を補間する補間手段を有す
ることを特徴とする請求項1に記載のマルチビームセン
サ。
5. The logic means comprises interpolation means for interpolating between discrete recorded encoder positions and time values to obtain the instantaneous lateral position of the multi-element device. The multi-beam sensor according to claim 1.
【請求項6】 前記補間手段がフェイズ・ロックド・ル
ープを有することを特徴とする請求項5に記載のマルチ
ビームセンサ。
6. The multi-beam sensor according to claim 5, wherein the interpolation means has a phase locked loop.
【請求項7】 前記補間手段が時間補間を実行するため
のタイミング装置を有することを特徴とする請求項5に
記載のマルチビームセンサ。
7. A multi-beam sensor according to claim 5, wherein the interpolating means comprises a timing device for performing temporal interpolation.
【請求項8】 最良の適合ラインが、リードの高さの平
方偏差の和が最小とされるものとして定義され、前記論
理手段が最良の適合ラインからの要素の縁部の高さの偏
位を計算することを特徴とする請求項1に記載のマルチ
ビームセンサ。
8. A best fit line is defined as one in which the sum of squared deviations of the lead height is minimized, and wherein said logic means deviates the height of the edge of the element from the best fit line. The multi-beam sensor according to claim 1, wherein
【請求項9】 シーティング平面が、部品が平坦面の頂
部に位置されたとき当該部品を支持する3個以上のリー
ドの接触点により設定される面として定義され、前記論
理手段が前記シーティング平面より上の要素縁部の高さ
を計算することを特徴とする請求項1に記載のマルチビ
ームセンサ。
9. A seating plane is defined as a surface set by the contact points of three or more leads that support the component when the component is located on top of a flat surface, and the logic means is greater than the seating plane. The multi-beam sensor according to claim 1, wherein the height of the upper element edge is calculated.
【請求項10】 前記光線提供手段がさらに、交互にオ
ン、オフされるようビームを切り換える手段を有するこ
とを特徴とする請求項1に記載のマルチビームセンサ。
10. The multi-beam sensor according to claim 1, wherein the light beam providing means further includes means for switching the beam so that the light beam is alternately turned on and off.
【請求項11】 各要素が単一の水平面に名目的に配設
されている形式の複数要素デバイスの各要素の高さを決
定するマルチビームセンサであって、前記複数要素デバ
イスが、各要素が先行縁と後行縁とを有するよう相対運
動する、マルチビームセンサにおいて、 先行縁検出装置であって、 少なくとも1個の先行縁用光源と、 前記先行縁用光源からの光線の一対の先行縁ビームを前
記要素の水平面において交差するように集光する集光手
段であって、前記一対の先行縁のビームが前記要素の先
行縁によって遮断される、集光手段と、 前記要素の先行縁による前記一対の先行縁ビームの遮断
によって発生した先行縁の影を検出する少なくとも1個
の先行縁検出手段と、を有する先行縁検出装置と、 後行縁検出装置であって、 少なくとも1個の先行縁用光源と、 前記後行縁用光源からの光線の一対の後行縁ビームを前
記要素の水平面において交差するよう集光する集光手段
であって、前記一対の後行縁ビームが前記要素の後行縁
によって遮断される、集光手段と、 前記要素の後行縁による前記一対の後行縁ビームの遮断
によって発生した後行縁の影を検出する少なくとも1個
の後行縁検出手段と、を有する後行縁検出装置と、 前記先行縁検出装置と前記後行縁検出装置とに接続さ
れ、前記要素の水平面上方の中心高さで前記先行縁の高
さと前記後行縁の高さとの平均である中心高さを決定す
る論理手段であって、前記先行縁検出装置から受け取っ
たデータに基き前記要素の先行縁の高さを計算する手段
と、前記後行縁検出装置から受け取ったデータに基き前
記要素の後行縁の高さを計算する手段とを含む論理手段
とを備えることを特徴とするマルチビームセンサ。
11. A multi-beam sensor for determining the height of each element of a multi-element device of the type wherein each element is nominally arranged in a single horizontal plane, said multi-element device comprising: A multi-beam sensor, wherein the leading edge detection device comprises at least one leading edge light source and a pair of leading rays of light from the leading edge light source. Focusing means for focusing the edge beam so that it intersects in a horizontal plane of the element, the focusing means wherein the beams of the pair of leading edges are blocked by the leading edges of the element; A leading edge detection device having at least one leading edge detection means for detecting a shadow of the leading edge generated by blocking the pair of leading edge beams by the following: a trailing edge detection device; A condensing means for converging a pair of trailing edge beams of light rays from the leading edge light source and the trailing edge light source so as to intersect in a horizontal plane of the element, wherein the pair of trailing edge beams are Focusing means blocked by a trailing edge of the element and at least one trailing edge detection for detecting a shadow of the trailing edge caused by blocking the pair of trailing edge beams by the trailing edge of the element. Means, and a trailing edge detecting device having, and connected to the leading edge detecting device and the trailing edge detecting device, the height of the leading edge and the trailing edge at the center height above the horizontal plane of the element Logic means for determining a center height which is an average of height and means for calculating a leading edge height of said element based on data received from said leading edge detecting device; and from said trailing edge detecting device. Based on the received data, the height of the trailing edge of the element Multibeam sensor, characterized in that it comprises a logic means and means for calculation.
【請求項12】 共直線性が、集積回路の一方の側にお
けるリードの高さが、リードの平方偏差の和が最小であ
るラインとして定義された最良の適合ラインにどの程度
十分適合しているかの尺度であり、前記論理手段が、中
心高さに基いて要素の共直線性を決定する手段をさらに
含むことを特徴とする請求項11に記載のマルチビーム
センサ。
12. How well the collinearity fits the best-fit line defined as the line where the height of the leads on one side of the integrated circuit is the smallest of the sum of the squared deviations of the leads. 12. The multi-beam sensor of claim 11, wherein said logical means further comprises means for determining element co-linearity based on center height.
【請求項13】 シーティング平面が平坦面上の3個以
上のリードの接触点によって形成される平面であり、前
記論理手段が複数要素デバイスの要素のシーティング平
面を決定する手段をさらに含むことを特徴とする請求項
11に記載のマルチビームセンサ。
13. The sheeting plane is a plane formed by contact points of three or more leads on a flat surface, and the logic means further comprises means for determining a sheeting plane of elements of a multi-element device. The multi-beam sensor according to claim 11.
【請求項14】 前記双方の光源が、レーザダイオード
と、先行縁ビームと後行縁ビームの付勢および消勢を制
御する手段とを有することを特徴とする請求項11に記
載のマルチビームセンサ。
14. A multi-beam sensor according to claim 11, wherein both said light sources comprise laser diodes and means for controlling the activation and deactivation of the leading edge beam and the trailing edge beam. .
【請求項15】 前記複数要素デバイスの相対運動速度
が一定であり、 前記光線のビームの間で複数要素デバイスが移動するの
に要した時間に速度を乗算することにより前記光線のビ
ームの間で複数要素デバイスが移動した相対距離を決定
する手段をさらに含むことを特徴とする請求項11に記
載のマルチビームセンサ。
15. The relative velocity of motion of the multi-element device is constant, and the time it takes for the multi-element device to move between the beams of light rays is multiplied by the velocity to obtain between the beams of light rays. 12. The multi-beam sensor of claim 11, further comprising means for determining the relative distance traveled by the multi-element device.
【請求項16】 瞬間的な横方向位置が検出時の複数要
素デバイスの位置であり、 複数要素デバイスの瞬間的な横方向位置を受け取る受取
り手段をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載
のマルチビームセンサ。
16. The method of claim 11, wherein the instantaneous lateral position is the position of the multi-element device at the time of detection, and further comprising receiving means for receiving the instantaneous lateral position of the multi-element device. Multi-beam sensor.
【請求項17】 前記受取り手段がエンコーダから横方
向位置情報を受け取り、かつ前記受取り手段がさらに、
エンコーダの解像度を増すために複数要素デバイスの横
方向位置を補間する手段を含むことを特徴とする請求項
16に記載のマルチビームセンサ。
17. The receiving means receives lateral position information from an encoder, and the receiving means further comprises:
17. The multi-beam sensor of claim 16 including means for interpolating lateral position of a multi-element device to increase encoder resolution.
【請求項18】 前記補間する手段が直線補間を実行す
ることを特徴とする請求項17に記載のマルチビームセ
ンサ。
18. The multi-beam sensor according to claim 17, wherein the means for interpolating performs linear interpolation.
【請求項19】 前記受取り手段がさらに、エンコーダ
の解像度を増すためにフェイズ・ロックド・ループを含
むことを特徴とする請求項16に記載のマルチビームセ
ンサ。
19. The multi-beam sensor of claim 16 wherein said receiving means further comprises a phase locked loop to increase encoder resolution.
【請求項20】 各要素が単一平面に名目的に配設され
ている形式の複数要素デバイスの各要素の高さを決定す
る4本ビームセンサであって、複数要素デバイスが4本
ビームセンサに対して相対運動する、4本ビームセンサ
において、 第1,第2,第3,第4の光線を提供する手段と、 前記第1の光線を提供する手段からの光線を光線の第1
のビームに集光する第1の集光手段であって、前記第1
のビームの焦点が水平面と垂直基準面との交差点にあ
り、前記第1のビームが垂直基準面に対して5〜25度
の角度βを形成する第1の集光手段と、 前記第2の光線を提供する手段からの光線を光線の第2
のビームに集光する第2の集光手段であって、前記第2
のビームの焦点が水平面と垂直基準面との交差点にあ
り、前記第2のビームが垂直基準面に対して、角度βよ
り大きい角度を形成する第2の集光手段と、 前記第3の光線を提供する手段からの光線を光線の第3
のビームに集光する第3の集光手段であって、前記第3
のビームの焦点が水平面と垂直基準面との交差点にあ
り、前記第3のビームが第1のビームと共に2βの角度
を形成するよう垂直基準面に対してマイナスβの角度を
形成する第3の集光手段と、 前記第4の光線を提供する手段からの光線を第4のビー
ムに集光する第4の集光手段であって、前記第4のビー
ムの焦点が水平面と垂直基準面との交差点にあり、前記
第4のビームが前記第1のビームと共に2βより大きい
角度を形成する第4の集光手段と、 前記第1と第2のビームの軌道に位置し、複数要素デバ
イスの要素の縁部による第1のビームの遮断によって発
生する影の縁部と、前記要素の縁部による第2のビーム
の遮断によって発生した影とを検出する第1の検出手段
と、 前記第3と第4のビームの軌道に位置し、複数要素デバ
イスの要素の縁部による第3のビームの非遮断によって
発生する影と、前記要素の縁部による第4のビームの非
遮断によって発生する影とを検出する第2の検出手段
と、 複数要素デバイスの前記要素の縁部によって発生する各
影の縁部が前記第1と第2の検出手段によって検出され
るにつれて複数要素デバイスの瞬間的な横方向位置を示
すデータを受け取るデータ受取り手段と、 前記第1と第2の検出手段と前記データ受取り手段とに
接続され、水平面からの前記要素の縁部の高さを計算す
ることにより、高さの計算を、各影の縁部が要素の縁部
により発生するにつれて複数要素デバイスの瞬間的な横
方向位置に基いて行う論理手段とを備えることを特徴と
する4本ビームセンサ。
20. A four-beam sensor for determining the height of each element of a multi-element device of the type where each element is nominally arranged in a single plane, wherein the multi-element device is a four-beam sensor. In the four-beam sensor that moves relative to the first beam of light, a first beam of light from the first beam of light, a second beam of light, a third beam of light from a fourth beam sensor,
First focusing means for focusing on the beam of
The focus of the beam is at the intersection of the horizontal plane and the vertical reference plane, and the first beam forms an angle β of 5 to 25 degrees with respect to the vertical reference plane; A ray of light from the means for providing the ray of light
Second condensing means for condensing into a beam of
Second beam converging means forming an angle larger than the angle β with respect to the vertical reference plane, the focal point of the beam of the second beam being at the intersection of the horizontal plane and the vertical reference plane, and the third light ray. The ray from the means for providing a third ray
Third converging means for condensing into a beam of
Is at the intersection of the horizontal plane and the vertical reference plane, and the third beam forms a minus β angle with the vertical reference plane so that the third beam forms an angle of 2β with the first beam. Focusing means and a fourth focusing means for focusing the light beam from the means for providing the fourth light beam into a fourth beam, the focus of the fourth beam being a horizontal plane and a vertical reference plane. A fourth concentrator located at the intersection of the first beam and the fourth beam forming an angle greater than 2β with the first beam; First detecting means for detecting an edge of a shadow generated by blocking the first beam by the edge of the element and a shadow generated by blocking the second beam by the edge of the element; Located in the orbit of the fourth beam and of the multi-element device Second detection means for detecting a shadow caused by the non-interruption of the third beam by the edge of the element and a shadow caused by the non-interruption of the fourth beam by the edge of the element; Data receiving means for receiving data indicative of an instantaneous lateral position of the multi-element device as edges of each shadow produced by the edges of the element are detected by the first and second detecting means; 1, the second detecting means and the data receiving means, and calculating the height of the edge of the element from a horizontal plane by calculating the height, the edge of each shadow being the edge of the element. And a logic means for performing based on the instantaneous lateral position of the multi-element device as generated by.
【請求項21】 光線ビームを多重化する手段を含むこ
とを特徴とする請求項20に記載の4本ビームセンサ。
21. The four beam sensor of claim 20, including means for multiplexing light beams.
【請求項22】 複数要素デバイスの横方向位置をより
正確に決定する補間手段を含むことを特徴とする請求項
20に記載の4本ビームセンサ。
22. The four beam sensor of claim 20, including interpolating means for more accurately determining the lateral position of the multi-element device.
【請求項23】 複数要素デバイスが運動し、前記4本
ビームセンサは固定されていることを特徴とする請求項
20に記載の4本ビームセンサ。
23. The four beam sensor of claim 20, wherein a multi-element device is in motion and the four beam sensor is stationary.
【請求項24】 複数要素デバイスの運動プロフィルは
計算の前には既知であることを特徴とする請求項20に
記載の4本ビームセンサ。
24. The four beam sensor of claim 20, wherein the motion profile of the multi-element device is known prior to calculation.
【請求項25】 前記第1と第2の検出手段はリードの
底縁部のみ検出することを特徴とする請求項20に記載
の4本ビームセンサ。
25. The four-beam sensor according to claim 20, wherein the first and second detecting means detect only the bottom edge portion of the lead.
【請求項26】 シーティング平面が、平坦面上の3個
以上のリードの接触点によって形成される平面であり、
さらに、前記要素のシーティング平面を決定する手段を
含むことを特徴とする請求項20に記載の4本ビームセ
ンサ。
26. The sheeting plane is a plane formed by contact points of three or more leads on a flat surface,
The four beam sensor of claim 20, further comprising means for determining a seating plane of the element.
【請求項27】 リードの捩れがリードの角度方向配置
の尺度であり、前記論理手段がさらに、リードの捩れを
計算する手段を含むことを特徴とする請求項20に記載
の4本ビームセンサ。
27. The four beam sensor of claim 20, wherein the twist of the lead is a measure of the angular placement of the lead and the logic means further comprises means for calculating the twist of the lead.
【請求項28】 リードの幅がリードの一方の縁部から
他方の縁部までの距離として規定され、前記論理手段が
さらに、リードの幅を計算する手段を含むことを特徴と
する請求項20に記載の4本ビームセンサ。
28. The width of the lead is defined as the distance from one edge of the lead to the other edge, and the logic means further comprises means for calculating the width of the lead. The four-beam sensor described in.
【請求項29】 リードの厚さがリードの上縁部から底
縁部までの距離であり、前記論理手段がさらに、リード
の厚さを計算する手段を含むことを特徴とする請求項2
0の4本ビームセンサ。
29. The thickness of the lead is the distance from the top edge to the bottom edge of the lead and the logic means further comprises means for calculating the lead thickness.
4 beam sensor of 0.
【請求項30】 共直線性が、リードの平方偏差の和が
最小とされるラインとして定義される最良の適合ライン
に集積回路の一方の側におけるリードの高さがどの程度
十分適合しているかの尺度であり、前記論理手段がさら
に、一組のリードの共直線性を決定する手段を含むこと
を特徴とする請求項20に記載の4本ビームセンサ。
30. How well the lead height on one side of the integrated circuit fits the best-fitting line where colinearity is defined as the line where the sum of the squared lead deviations is minimized. 21. The four beam sensor of claim 20, wherein the logic means further comprises means for determining colinearity of the set of leads.
【請求項31】 共平面性が、リードの名目上の位置に
よって定義される平面に集積回路のリードの高さがどの
程度十分適合しているかの尺度であり、前記論理手段が
さらに一組のリードの共平面性を決定する手段を含むこ
とを特徴とする請求項20に記載の4本ビームセンサ。
31. Coplanarity is a measure of how well the height of an integrated circuit lead fits in the plane defined by the nominal position of the lead, said logic means further comprising: The four beam sensor of claim 20, including means for determining coplanarity of the leads.
【請求項32】 第1と第2の検出手段がリードの上縁
部のみを検出することを特徴とする請求項20に記載の
4本ビームセンサ。
32. The four-beam sensor according to claim 20, wherein the first and second detecting means detect only the upper edge portion of the lead.
【請求項33】 水平基準面からの、複数要素デバイス
のリードの下面の高さを検出し、かつリードの高さが許
容された高さ偏位内にあるか否かを決定する方法におい
て、 垂直基準面を定義し、 水平基準面を定義し、 第1のレーザビームを発生させ、 前記第1のレーザビームを水平基準面と垂直基準面との
交差点に集光することにより垂直基準面に対して5〜3
0度の角度βを形成し、 第2のレーザビームを発生させ、 前記第2のレーザビームの水平基準面と垂直基準面との
交差点に集光することにより垂直基準面に対してβの角
度に7〜23度の間の角度αを加えた角度を形成させ、 各リードの下面が2本のレーザビームの各々を通るよう
にマルチリードデバイスを水平方向に運動させ、 リードの縁部による2本のレーザビームの中の1本の遮
断により発生した第1の状態の変化を検出し、 第1の状態の変化には含まれていないが、リードの縁部
によるレーザビームの遮断により発生した第2の状態の
変化を検出し、 リードが第1の状態変化を発生させる位置からリードが
第2の状態変化を発生させる位置までリードが移動する
横方向距離を測定し、 移動した横方向距離にcos(β)とcos(β+α)
とを乗算し、合計をsin(β)で除算することにより
水平基準面の上方あるいは下方のリードの縁部の高さを
計算し、 許容される高さ偏位を決定し、 計算されたリードの縁部の高さを許容しうる高さの偏位
と比較し、 もしリード縁部の高さが許容しうる高さ偏位より大きい
場合拒絶電気信号を発生させる各ステップを備えること
を特徴とする方法。
33. A method of detecting the height of a bottom surface of a lead of a multi-element device from a horizontal reference plane and determining whether the height of the lead is within an allowed height deviation. A vertical reference plane is defined, a horizontal reference plane is defined, a first laser beam is generated, and the first laser beam is condensed at an intersection of the horizontal reference plane and the vertical reference plane to form a vertical reference plane. 5 to 3
An angle β of 0 degree is formed with respect to a vertical reference plane by forming a second laser beam and converging the second laser beam at the intersection of the horizontal reference plane and the vertical reference plane of the second laser beam. Is formed by adding an angle α between 7 and 23 degrees, and the multi-lead device is horizontally moved so that the lower surface of each lead passes through each of the two laser beams. Detected a change in the first state caused by the interruption of one of the laser beams of the two books, which was not included in the change of the first state, but was caused by the interruption of the laser beam by the edge of the lead. The change in the second state is detected, the lateral distance that the lead moves from the position where the lead causes the first state change to the position where the lead causes the second state change is measured, and the lateral distance moved And cos (β) and cos ( + Α)
Calculate the height of the edge of the lead above or below the horizontal reference plane by multiplying by and dividing the sum by sin (β) to determine the allowable height deviation and calculate the calculated lead The height of the edge of the lead is compared with an allowable height excursion, and if the lead edge height is greater than the allowable height excursion, each step of generating a rejection electrical signal is characterized by And how to.
【請求項34】 リードの先行縁に対して計算した高さ
と、リードの後行縁に対して計算した高さとを平均化す
ることによりリードの中心高さを計算するステップをさ
らに含むことを特徴とする請求項33に記載の方法。
34. The method further comprising calculating a center height of the lead by averaging the height calculated for the leading edge of the lead and the height calculated for the trailing edge of the lead. 34. The method according to claim 33.
【請求項35】 移動した横方向距離を測定する前記ス
テップが時間補間を含むことを特徴とする請求項33に
記載の方法。
35. The method of claim 33, wherein the step of measuring the lateral distance traveled comprises time interpolation.
【請求項36】 2本のレーザビームを多重化するステ
ップをさらに含むことを特徴とする請求項33に記載の
方法。
36. The method of claim 33, further comprising the step of multiplexing the two laser beams.
【請求項37】 共直線性が、集積回路の一方の側にお
けるリードの高さがどの程度十分最良の適合ラインに適
合しているかの尺度であり、一組のリードの共直線性を
計算するステップをさらに含むことを特徴とする請求項
33に記載の方法。
37. Colinearity is a measure of how well the height of the leads on one side of the integrated circuit fits the best-fitting line, and the colinearity of a set of leads is calculated. 34. The method of claim 33, further comprising steps.
【請求項38】 シーティング平面が、平坦面の3個以
上のリードの接触点によって形成される平面であり、シ
ーティング平面を位置決めするステップをさらに含むこ
とを特徴とする請求項33に記載の方法。
38. The method of claim 33, wherein the seating plane is the plane formed by the contact points of three or more leads on the flat surface and further comprising the step of positioning the seating plane.
【請求項39】 複数リードデバイスの瞬間的な横方向
位置を受け取るステップをさらに含むことを特徴とする
請求項33に記載の方法。
39. The method of claim 33, further comprising receiving the instantaneous lateral position of the multi-lead device.
【請求項40】 レーザビームを遮断していない後行縁
によって発生した第3の状態変化と第4の状態変化とを
検出するステップをさらに含むことを特徴とする請求項
33に記載の方法。
40. The method of claim 33, further comprising detecting a third state change and a fourth state change caused by a trailing edge that does not block the laser beam.
【請求項41】 各要素を単一の水平面に名目的に配設
させている形式の複数要素デバイスの各要素の高さを決
定する方法であって、前記複数要素デバイスが相対運動
しており、各要素が先行縁と後行縁とを有している、方
法において、 先行縁を検出するステップであって、 先行縁用光線を発生させ、 先行縁用光線からの光線の一対の先行縁ビームを前記要
素の水平面に集光し、前記一対の先行縁ビームが前記要
素の先行縁によって遮断され、 前記要素の先行縁による前記一対の先行縁ビームの遮断
によって発生する先行縁の影を確認する各ステップを含
む先行縁を検出するステップと、 後行縁を検出するステップであって、 後行縁光線を発生させ、 後行縁用光線からの光線の一対の後行縁ビームを前記要
素の水平面に集光し、前記一対の後行縁ビームが前記要
素の後行縁によって遮断され、 前記要素の後行縁による前記一対の後行縁ビームの遮断
によって発生する後行縁の影を確認する各ステップを含
む後行縁を検出するステップと、 先行縁を検出することにより受け取ったデータと、後行
縁を検出することにより受け取ったデータとを用いて、
水平面の上方の前記要素の中心高さで先行縁の高さと後
行縁の高さの平均である中心高さを決定するステップで
あって、先行縁を検出することから受け取ったデータに
基き前記要素の先行縁の高さを計算するステップと、後
行縁を検出することから受け取ったデータに基き前記要
素の後行縁の高さを計算するステップとを含む中心高さ
を決定するステップとを備えることを特徴とする方法。
41. A method for determining the height of each element of a multi-element device of the type in which each element is nominally arranged in a single horizontal plane, wherein the multi-element device is in relative motion. A step of detecting a leading edge, the step of generating a leading edge ray, the pair of leading edges of rays from the leading edge ray, wherein each element has a leading edge and a trailing edge, Focusing the beam in the horizontal plane of the element, the pair of leading edge beams being intercepted by the leading edges of the element, and confirming the leading edge shadows caused by the interception of the pair of leading edge beams by the element leading edges. Detecting a leading edge, and detecting a trailing edge, wherein a trailing edge ray is generated and a pair of trailing edge beams of rays from a trailing edge ray are included in the element. Focus on the horizontal plane of A trailing edge beam is intercepted by the trailing edge of the element, the trailing edge comprising the steps of confirming the shadow of the trailing edge caused by the interception of the pair of trailing edge beams by the trailing edge of the element. Using the step of detecting, the data received by detecting the leading edge, and the data received by detecting the trailing edge,
Determining the center height which is the average of the leading edge height and trailing edge height at the center height of the element above a horizontal plane, the method being based on data received from detecting the leading edge. Determining a center height, which includes calculating a height of a leading edge of the element, and calculating a height of a trailing edge of the element based on data received from detecting a trailing edge. A method comprising :.
【請求項42】 共直線性が、集積回路の一方の側にあ
るリードの高さがどの程度十分最良の適合ラインに適合
しているかの尺度であり、さらに前記要素の中心高さに
基いて前記要素の共直線性を計算するステップを含むこ
とを特徴とする請求項41に記載の方法。
42. Colinearity is a measure of how well the height of the leads on one side of an integrated circuit fits the best fit line, and further based on the center height of the element. 42. The method of claim 41 including the step of calculating the co-linearity of the elements.
【請求項43】 シーティング平面が、平坦面上の3個
以上のリードの接触点によって形成される平面であり、
さらに前記要素のシーティング平面を計算するステップ
をさらに含むことを特徴とする請求項41に記載の方
法。
43. The seating plane is a plane formed by contact points of three or more leads on a flat surface,
42. The method of claim 41, further comprising calculating a seating plane for the element.
【請求項44】 4本のビームを多重化するステップを
さらに含むことを特徴とする請求項41に記載の方法。
44. The method of claim 41, further comprising the step of multiplexing four beams.
【請求項45】 光線のビームの間で複数要素デバイス
が移動した時間に移動した複数要素デバイスの速度を乗
算することにより光線のビームの間で複数要素デバイス
が移動した距離を測定するステップを含むことを特徴と
する請求項41に記載の方法。
45. Measuring the distance traveled by the multi-element device between the beams of light by multiplying the speed of the multi-element device moved at the time the multi-element device moved between the beams of light. 42. The method of claim 41, wherein:
【請求項46】 複数要素デバイスの瞬間的な横方向位
置を受け取るステップをさらに含むことを特徴とする請
求項41に記載の方法。
46. The method of claim 41, further comprising receiving the instantaneous lateral position of the multi-element device.
【請求項47】 瞬間的横方向位置がエンコーダから受
け取られ、さらに、エンコーダの解像度を増すために複
数要素デバイスの位置を補間するステップをさらに含む
ことを特徴とする請求項46に記載の方法。
47. The method of claim 46, wherein the instantaneous lateral position is received from the encoder and further comprising the step of interpolating the position of the multi-element device to increase the resolution of the encoder.
【請求項48】 前記補間が直線補間であることを特徴
とする請求項47に記載の方法。
48. The method of claim 47, wherein the interpolation is linear interpolation.
【請求項49】 追加の横方向位置データを、フェイズ
・ロックド・ループを用いて発生させるステップをさら
に含むことを特徴とする請求項46に記載の方法。
49. The method of claim 46, further comprising the step of generating additional lateral position data using a phase locked loop.
【請求項50】 先行縁の高さが下記数式により決定さ
れ、 先行縁の高さ=Dcos(β)cos(β+α)/si
n(β) 但しDは先行縁ビームの間を移動した横方向距離であ
り、βの角度が先行縁ビームと垂直基準面との間の角度
と等しく、αの角度が先行縁ビーム間の角度に等しいこ
とを特徴とする請求項41に記載の方法。
50. The height of the leading edge is determined by the following mathematical expression: The height of the leading edge = Dcos (β) cos (β + α) / si
n (β) where D is the lateral distance traveled between the leading edge beams, the angle of β is equal to the angle between the leading edge beam and the vertical reference plane, and the angle of α is the angle between the leading edge beams. 42. The method of claim 41, which is equal to.
【請求項51】 複数要素デバイスに位置したバンパに
より発生した光線のビームの遮断を決定するステップを
さらに含むことを特徴とする請求項41に記載の方法。
51. The method of claim 41, further comprising the step of determining a block of a beam of light rays generated by a bumper located in the multi-element device.
JP5312191A 1992-12-11 1993-12-13 Multi-beam laser sensor for monitoring semiconductor lead Pending JPH0727532A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US989519 1992-12-11
US07/989,519 US5331406A (en) 1991-06-25 1992-12-11 Multi-beam laser sensor for semiconductor lead measurements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0727532A true JPH0727532A (en) 1995-01-27

Family

ID=25535179

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5312191A Pending JPH0727532A (en) 1992-12-11 1993-12-13 Multi-beam laser sensor for monitoring semiconductor lead

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JP (1) JPH0727532A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002057500A (en) * 2000-08-15 2002-02-22 Nidec Copal Corp Method for recognizing electronic component

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