JPH0875431A - 電子部品検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検査物の表面を光走査するとき、該面上の
部品によって死角が生じないようにする。また、光検出
器の受光効率を改善する。 【構成】 レーザ光を放射するレーザ素子１１と、軸に
並行な多面に鏡面を有して軸転し、鏡面に入射したレー
ザ光１３を反射させる主偏向走査用ポリゴンミラー１４
と、実装基板１６の表面を光走査するために、ポリゴン
ミラー１４で偏向作用を受けたレーザ光を実装基板１６
の表面に直角に入射させるｆθレンズ系１７と、光走査
によって実装基板１６の表面に生じた散乱反射光を検出
して光電変換するために、ｆθレンズ系１７を避けた位
置に光軸を傾斜して設けられた光検出手段（光検出器２
０、２１および集束レンズ２２、２３）とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、部品を実装した配線基
板（実装基板）、液晶パネル素子または半導体ウエハな
どの表面を光走査して、それらの表面状態、とくに、実
装された部品の位置ずれ、部品の欠落、半田付け不良、
半田付け前部品の浮き上がり等を検査する電子部品検査
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、実装基板を検査するのに、レーザ
スキャン方式の検査装置が多く用いられている。この方
式の検査装置は図６に示すように構成されており、半導
体レーザ素子１から放射されたレーザ光は集光レンズ系
２を経てビーム光３となり、ポリゴンミラー４に当たっ
て反射光５となる。反射光５はガルバノミラー６に当た
って実装基板７の表面に入射する。ポリゴンミラー４は
軸４ａを中心にして軸転し、ガルバノミラー６は軸４ａ
に直交した軸６ａを中心にして軸転するので、ビーム光
３はポリゴンミラー４によって主偏向作用を受け、ガル
バノミラー６によって副偏向作用を受ける。これによっ
て、実装基板７の表面が光走査され、この光走査によっ
て実装基板７の表面上に生じた散乱反射光８が、ガルバ
ノミラー６およびポリゴンミラー４でそれぞれ反射して
結像用レンズ９を透過し、光検出器１０に入射して光電
変換される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
電子部品検査装置を用いると、実装基板等の表面状態を
光電的に検査できるものの、実装基板の表面に入射して
該面を光走査するビーム光の入射角が、偏向角度の増大
に伴い大きくなる。このため、実装基板の表面に存在す
る部品が該面に入射するビーム光に死角を与える。ま
た、光走査を行うビーム光が実装基板の中央部から周辺
部へ偏向されるのに伴い、像面湾曲によってビームスポ
ットが径大化し、しかも、光走査速度が高くなるので、
高い精度での検査が望めないという課題があった。

【０００４】また、受光径路が長くなるので、実装基板
上に生じた散乱反射光のうち、結像用レンズを透過して
光検出器に到達する光量はごくわずかとなる。そのう
え、両ミラーによる光損失もあるので、光検出器からみ
た受光効率が低いという課題があった。

【０００５】したがって本発明の目的は、被検査物の表
面を全域にわたり死角を生じることなく均一に光走査で
き、しかも、光検出器の受光効率を高め得る電子部品検
査装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上述し
た目的を達成するために、レーザ光を放射するレーザ素
子と、軸に並行な多面に鏡面を有して鏡面に入射したレ
ーザ光を反射させる軸転可能な主偏向走査用ポリゴンミ
ラーと、ポリゴンミラーの鏡面で反射したレーザ光を被
検査物の表面に直角に入射させる光走査用ｆθレンズ系
と、光走査によって被検査物の表面に生じた散乱反射光
を検出し光電変換するために、ｆθレンズ系を避けた位
置に光軸を傾斜して設けられた光検出手段とを備えてな
ることを特徴とする電子部品検査装置が提供される。

【０００７】光検出手段が乱反射光を集束する集束レン
ズ系および光検出器からなり、集束レンズ系は光軸に沿
って配設された２個の円柱面レンズからなり、被検査物
側に位置する円柱面レンズの母線が光走査の方向に平行
に置かれ、他方の円柱面レンズの母線が光走査の方向に
直交して置かれている構成となすことができる。また、
副偏向走査のためにレーザ素子、ｆθレンズ系および光
検出手段が、ポリゴンミラーに対して該ミラーの軸方向
に移動可能に構成できる。

【０００８】

【作用】本発明においては、ポリゴンミラーで偏向作用
を受けたレーザ光が、ｆθレンズ系を経て被検査物の表
面に直角に入射するので、つまり、前記表面に対するレ
ーザ光の入射角が偏向角度の大小に関係なくほぼ零とな
るので、被検査物の表面上に存在する部品が入射ビーム
光に死角を生じさせることがなくなる。また、像面湾曲
が生じないので、入射ビーム光のスポット径や走査速度
が偏向角度の大小に関係なく均一化する。そのうえ、光
検出手段は被検査物の表面上に生じた散乱反射光をミラ
ーを経ることなく、しかも、被検査物の表面に近い位置
で効率よく受光して光電変換するので、被検査物の表面
状態を高い精度で検査することができる。

【０００９】光検出手段の集束レンズ系に２個の円柱面
レンズを用い、被検査物側に位置する円柱面レンズの母
線が光走査の方向に平行に置かれ、他方の円柱面レンズ
の母線が光走査の方向に直交して置かれる構成となすと
きは、光走査の方向におけるレンズ倍率に比べて大きい
レンズ倍率でもって、被検査面の表面の凹凸状態を精度
よく検査することができる。

【００１０】また、副偏向走査のためにレーザ素子、ｆ
θレンズ系および光検出手段を、ポリゴンミラーに対し
て該ミラーの軸方向に移動可能に構成することによって
は、ガルバノミラーを用いることなく被検査物の全表面
を光走査できるので、ミラーによる光損失量を軽減させ
ることができる。

【００１１】

【実施例】つぎに、本発明の一実施例を図面を参照しな
がら説明する。

【００１２】図１に示すように、半導体レーザ素子１１
から放射されたレーザ光はコリメータレンズ１２を経て
ビーム光１３となり、ポリゴンミラー１４の鏡面に当た
って反射光１５となる。ポリゴンミラー１４は軸転する
ので、反射光１５は一方向へ偏向され、ポリゴンミラー
１４と被検査物たる実装基板１６との間に配設された光
走査用ｆθレンズ系１７に入射する。

【００１３】ｆθレンズ系１７は同軸配置された複数の
レンズからなり、図２に示すような集束レンズ作用を反
射光１５に与えるので、反射光１５は実装基板１６の表
面に常に直角に入射し、該表面を光走査する。このた
め、実装基板１６の表面に部品が存在するにもかかわら
ず、入射光に死角を生じさせることがない。また、像面
湾曲が生じないので、ビーム光は均一のスポット径を有
して実装基板１６の表面を等速で光走査をする。光走査
の方向を矢印１８で示す。

【００１４】この光走査によって実装基板１６の表面上
に生じた散乱反射光１９は、第１および第２の光検出器
２０、２１にそれぞれの集束レンズ２２、２３を経て入
射し結像する。集束レンズ２２と第１の光検出器２０と
からなる第１の光検出手段および集束レンズ２３と第２
の光検出器２１とからなる第２の光検出手段は、とも
に、ｆθレンズ系１７を避けた位置にそれぞれの光軸を
傾斜させて設けられており、両光検出器２０、２１から
光電変換信号が時系列的に出力される。

【００１５】両結像用レンズ２２、２３の各視野角は、
実装基板１６の全表面を対象に設定されているので、第
１および第２の光検出手段を二者択一的に使用できる。
第１の光検出手段はＹ軸上に位置し、第２の光検出手段
はＸ軸上に位置しているので、両光検出手段を同時に使
用すると、散乱反射光をより確実に検出することができ
る。光走査と受光との関係を図３に示す。

【００１６】駆動機構２４は、レーザ素子１１、ｆθレ
ンズ系１７ならびに第１および第２の光検出手段からな
る光学系を、ポリゴンミラー１４の軸方向に駆動させ
る。つまり、主偏向走査はＸ軸方向であるのに対し、前
記光学系をＹ軸方向に駆動させて副偏向走査をするの
で、実装基板１６の表面が全域にわたり光走査される。
駆動機構２４は、リニアモータや等速カム等を用いて構
成することができる。

【００１７】第１および第２の光検出手段のいずれか一
方から時系列的にとり出した光電変換出力を、標準とな
る電気信号と比較することによって、実装基板１６の表
面状態を光電的に検査することができる。両光検出器２
０、２１の各光電変換出力から、実装基板１６の表面に
存在する凹凸の高さを求めることができるので、それを
数値化するための補正回路は必要としない。ポリゴンミ
ラー１４の各鏡面は、副偏向走査のために比較的大きい
軸方向寸法を有していなければならない。

【００１８】本発明の他の実施例を図４に示す。図４に
示す構成が図１に示した構成と異なるところは、実装基
板１６の表面上に生じた散乱反射光１９を第１の光検出
器２０に結像させる集束レンズ系が、当該光軸に沿って
配設された２個のシリンドリカルレンズ（円柱面レン
ズ）２５、２６からなる点と、散乱光１９を第２の光検
出器２１に結像させる集束レンズ系が、当該光軸に沿っ
て配設された２個の円柱面レンズ２７、２８からなる点
とである。

【００１９】実装基板１６側に位置する円柱面レンズ２
６は図５の（ａ）、（ｂ）に示すように、その母線２６
ａを光走査の方向１８に平行に置いている。そして、光
検出器２０側に位置する円柱面レンズ２５はその母線２
５ａを、光走査の方向１８に直交させている。２９は光
軸を示す。

【００２０】両円柱面レンズ２５、２６はそれぞれ、当
該母線２５ａまたは２６ａの方向に対してはレンズ作用
をもたないので、光走査の方向１８におけるレンズ作用
は図５の（ａ）に示すものとなる。つまり、実装基板１
６から円柱面レンズ２５に至る距離をａ、円柱面レンズ
２５から光検出器２０に至る距離をｂとするときの倍率
ｍは、ｍ＝ｂ／ａで表される。一方、光走査の方向１８
と直交する方向におけるレンズ作用は図５の（ｂ）に示
すものとなり、実装基板１６から円柱面レンズ２６に至
る距離をｃ、円柱面レンズ２６から光検出器２０に至る
距離をｄとするときの倍率ｍ’は、ｍ’＝ｄ／ｃで表さ
れ、ｍ’＞ｍとなる。このため、実装基板１６の表面状
態を検出するのに、光走査の方向長を光検出器２０上に
比較的短く結像させつつ、実装基板１６の表面上の高さ
の変化成分を比較的大きいレンズ倍率で確実かつ正確に
検出することができる。

【００２１】第２の光検出手段も、上述した第１の光検
出手段と同様に構成できるが、図示した実施例では、実
装基板１６側に位置する円柱面レンズ２８の母線を副偏
向走査の方向に平行に置き、光検出器２１側に位置する
円柱面レンズ２７の母線を副偏向走査の方向に直交させ
ている。

【００２２】上述した実施例での被検査物は実装基板で
あったが、本発明の電子部品検査装置は、部品を実装す
る前の回路基板や、液晶パネルや、半導体ウエハ等の表
面検査にも適用できる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明によると、レーザ光
を被検査物の表面に直角に入射させて等速で光走査をす
ることができるので、死角を生じることなく常に均一な
ビームスポットで被検査物の表面状態を精度よく検査す
ることができる。

【００２４】また、光検出器は被検査物の表面上に生じ
た反射散乱光を、被検査物に近い位置でミラーを介さず
に受けるので、受光効率を改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の電子部品検査装置の斜視
図。

【図２】本発明の一実施例におけるｆθレンズ系の動作
説明図。

【図３】本発明の一実施例における光走査と受光との関
係を示す斜視図。

【図４】本発明の他の実施例の電子部品検査装置の斜視
図。

【図５】本発明の他の実施例における光検出手段の集束
レンズ系の動作説明図。

【図６】従来のレーザスキャン方式検査装置の斜視図。

【符号の説明】

１１ 半導体レーザ素子 １４ ポリゴンミラー １６ 実装基板 １７ ｆθレンズ系 ２０、２１ 光検出器 ２４ 駆動機構 ２５〜２８ 円柱面レンズ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を放射するレーザ素子と、 軸に並行な多面に鏡面を有して鏡面に入射したレーザ光
   を反射させる軸転可能な主偏向走査用ポリゴンミラー
   と、 ポリゴンミラーの鏡面で反射したレーザ光を被検査物の
   表面に直角に入射させる光走査用ｆθレンズ系と、 光走査によって被検査物の表面に生じた散乱反射光を検
   出し光電変換するために、ｆθレンズ系を避けた位置に
   光軸を傾斜して設けられた光検出手段とを備えてなるこ
   とを特徴とする電子部品検査装置。
2. 【請求項２】 光検出手段が乱反射光を集束する集束レ
   ンズ系および光検出器からなり、集束レンズ系は光軸に
   沿って配設された２個の円柱面レンズからなり、被検査
   物側に位置する円柱面レンズの母線が光走査の方向に平
   行に置かれ、他方の円柱面レンズの母線が光走査の方向
   に直交して置かれている請求項１記載の電子部品検査装
   置。
3. 【請求項３】 副偏向走査のためにレーザ素子、ｆθレ
   ンズ系および光検出手段が、ポリゴンミラーに対して該
   ミラーの軸方向に移動可能である請求項１または２記載
   の電子部品検査装置。