あえて分解能の低い共焦点顕微鏡はありますか？

質問

電子基板・はんだ付けの検査をしている者です。
　最近、共焦点顕微鏡が、電子基板・はんだ付けの検査に使えないかと思い、色々と探してみておりました。

　ところが、どれも分解能が高すぎる、また視野範囲が狭すぎて、使いにくい感じです。一般的に市販されている共焦点顕微鏡は、ナノ・レベルの分解能を持っている反面、撮影視野が２mm角ぐらいになっているようです。

　電子基板・はんだ付けの検査では、垂直・水平分解能ともに、１０μmあれば十分かと思っており、その分、撮影視野を広げられないかと思うのですが…

　このような仕様の共焦点顕微鏡は、原理的・技術的に難しいのでしょうか？　それとも、作ろうと思えば作れるけれどもニーズがないと考えられているのでしょうか？

回答No.3

inara1

＞微小な乱反射成分をとらえて計測ができる
Ｋ社のレーザ変位計は、対象物の反射率に応じて感度を自動的に調整しているので、反射率の高いハンダでも、ガラスなど透明なものでも、真っ黒なタイヤでも精度良く測定できるそうです。Ｋ社の営業の話では、タイヤの凹凸検査にラインスキャン型のレーザ変位計が実際に使われてるそうです。サンプリング速度が3.8msだと、確かに10μmピッチで移動しながら測定すると時間がかかってしまいますね。タイヤの測定はどのようにしているのかわかりませんが、Ｋ社の営業に相談してみてはいかがでしょうか。

お礼

たびたびのご回答、ありがとうございます。

　Ｋ社さんとはお付き合いがありますので、ご相談してみたいと思います。

　リフロー後の検査装置はすでにインライン型のものを持っており、簡単なものは自動検査で判定できています。過剰判定をさらに消去する＋はんだの3次元情報を記録して工程品質改善に役立てるために、3次元計測＋目視に使える情報が、同時に取得できるデバイスを考えておりました。

　共焦点で、２m角で１μ分可能を、２０m角で１０μ分解能にできれば、インライン型で判別しきれない部品を検査するのに最適ではないかと期待しています。目視作業員を削減しつつ、判定対象の３次元情報を記録してトレーサビリティを取れれば、投資的にもペイするかと。
　社内に、自動判定アルゴリズムを組めるソフト技術者がいるので、測定値や画像情報があれば、自動判定も可能になるのではないかと目論んでいます。

　K社さんも検討しますが、共焦点顕微鏡の原理的に、分解能を荒くして、かつ、測定範囲を広くすることが可能なのか、ご教示いただけますと幸いです。

回答No.2

inara1

はんだ付けの立体形状把握だと、これ（http://www.keyence.co.jp/henni/3jigen/ks_1100/menu/1603/）になりますがかなり高価ですよ（1000万円は超えないがそれに近い価格）。XY方向の測定範囲は対物レンズを低倍率のに換えれば広くできますが、XYステージを（自動的に）動かして測定するので、測定時間はそれなりにかかります（１分以内だったはず）。

もっと安く、しかもリアルタイムで形状測定したいのなら、レーザ変位計を使ったものがいいと思います。これは共焦点方式でなく、レーザ光（赤色）を対象物に照射したときの拡散光（点状の光が当たったところだけ対象物が光る）を利用した測距法に基づいたものですが、XYZ方向とも、10μｍ程度の精度はありますし、対象物の光反射率にもほとんど左右されません。レーザ光が線状になったこれ（http://www.keyence.co.jp/henni/laser_henni/lj_g/）を使えば、レーザ光が照射された線状部分の高さ分布が電圧-時間波形として一瞬にして出力されるので、対象物を一定速度で動かせば、３次元の形状測定ができます（多少の信号処理が必要です）。

私は仕事でキーエンスのレーザ変位計を使ったことがありますが、それはレーザ光が点状のもので、線状になったものは使ったことがありません。キーエンスの営業に電話すれば、デモ機とともに飛んできますよ。

お礼

ご回答ありがとうございます。

　１個目は共焦点方式で、２個目は光切断方式に近い原理のようですね。

　私も、スポットスキャンの変位計（キーエンス製）は使ったことがあります。はんだの印刷高さ測定に使いました。はんだペーストには使えたのですが、リフローしてしまうと表面に光沢が出て、正反射と乱反射の特性が変わり、セッティングを変えなくてはならないなど、わりと面倒だった記憶があります。

　ご紹介いただいた最新式のものは、CMOSセンサーでダイナミックレンジが広いことで、微小な乱反射成分をとらえて計測ができるようですね。期待感ありますね。

　ただ、仕様を拝見すると、サンプリング速度が3.8msとのことで、10μｍピッチで移動しながらサンプリングすると、10mm進むのに3.8秒かかるという計算になるのでしょうか？
　人間の目視速度と同じぐらいの速度、とはいかないかもしれません…

　光切断方式ですと、格子をキセノンフラッシュ等で投光して面で測定する簡易３次元測定機があります。これだと面で一気に測定していくので、もっと速いですね。CMOSを使えばリフロー後のはんだにも使えるのかもしれませんね（影の問題は残りますが）。

　ありがとうございました。他にも、人間の目視と並行で３次元測定できるようなものがありそうでしたら、ご紹介ください。

回答No.1

trytobe

可視光線で判別可能な分解能であれば、実体顕微鏡のほうが安価に入手できるのではないでしょうか。

可視光線（波長が0.4～0.8μｍ付近）では判別できない細かさのものを見るために工夫してできたのが、レーザー式の共焦点顕微鏡ですので。

補足

さっそくのご回答ありがとうございます。

　見るだけであれば実体顕微鏡で十分なのですが、高さ測定を同時にできるのではないかと期待しています。

　といっても、見るだけでもそう簡単ではありません。
　はんだ付けの検査の際には、はんだの濡れ上がりを立体的に把握することが必要ですが、真上からだけの顕微鏡では立体形状が把握しがたいことが多いです。
　一方、斜めから観察できるロータリーレンズというものも市販されていますが、昨今の電子基板の狭ピッチ実装化で、隣接部品によって視界が遮られるという問題が出てきています。

　さらには、目視での判断だけでなく、客観的な測定データを残すことで、判定ミスの低減や、前工程への品質フィードバックが行えるのではないかとも期待しています。

　求めているのは分解能だけではなく、3次元形状計測機能との両立だとお考えください。

　よろしくお願い致します。