JP2007192623A - プリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント回路基板上に印刷されたクリーム半田の印刷状態を、簡単な構成かつ低コストで、高速にかつ高精度で検査することができるクリーム半田印刷状態の検査装置および検査方法を提供する。
【解決手段】検査装置は、クリーム半田が印刷されたプリント回路基板１０の印刷面におけるクリーム半田の印刷状態を検査する。プリント回路基板の印刷面に対して斜め方向からレーザ光を照射して高さ方向に濃淡場１６が作られる検査領域１０ａを形成する照明装置１１，１２と、検査領域を撮像して撮像データを生成するＣＣＤカメラ２０と、２つの照明装置とＣＣＤカメラから成る撮像系装置１００が、プリント回路基板の印刷面を走査するように、相対的移動を生じさせる移動装置１７と、撮像データに基づき検査領域でのクリーム半田の高さデータを算出する高さデータ算出手段３１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント回路基板へ電子部品等を実装する工程で、当該プリント回路基板をスクリーン印刷等で印刷した時のクリーム半田の印刷量に係る状態を検査する検査装置および検査方法に関する。

プリント回路基板上に電子部品や電気部品を実装するに当たり、電子部品等の配置前に、プリント回路基板上に形成された配線パターンおよび電極パターン上にクリーム半田（糊状またはペースト状の半田）が印刷される。その後、プリント回路基板上にクリーム半田の接着力を利用して電子部品等を仮止めする。さらにその後、プリント回路基板をリフロー炉を入れ、リフロー炉でクリーム半田を溶融させ、電子部品等をプリント回路基板に半田付け固定する。

近年、電子機器の小型化に伴い、電子部品等の微細化が進み、当該電子部品等の軽量化が進んでいる。そのため、リフロー炉でクリーム半田が溶融するとき、印刷されたクリーム半田の印刷量に応じてクリーム半田の溶融速度にずれが生じ、電子部品等とプリント回路基板上の銅製の電極パターン等との間の表面張力が変化し、半田付け不良を起こすことがある。このような半田付け不良を避けるため、クリーム半田を印刷するときに半田量を正確に管理することが求められている。さらに、電気的な接続関係を確実にするという観点でも、クリーム半田の印刷量等の印刷状態を検査し管理する検査装置が重要になる。

クリーム半田の印刷量等の印刷状態を検査・管理するためには、クリーム半田の３次元的な高さを測定することが必要となる。従来のクリーム半田の高さ測定方法は、レーザビームを絞り光プローブ式で反射位置を計測する方法（レーザ光走査法）、ライン状のビームを投影し２次元カメラで撮像し三角計測法で計測する方法（レーザ光切断法）、半田の各点に焦点を合わせて高さを調べる方法（合焦法）、いくつかの投影したパターンから高さを求める方法（パターン投影法、位相シフト法）等がある。

パターン投影法の先行技術文献としては特許文献１がある。また位相シフト法の先行技術文献としては特許文献２や特許文献３が存在する。
特開平８−２５４５００号公報 特開平５−２８０９４５号公報（特許第２７１１０４２号公報） 特開２００３−２７９３３４号公報

特許文献１による外観検査装置は、１次元ＣＣＤセンサを用いてプリント回路基板を撮像し、プリント回路基板の外観を高速に外観検査する。この外観検査装置によれば２次元ＣＣＤセンサに比較して大面積を高速に検査できる。

他方、３次元計測を行う場合に、パターン投影などの照明方向からずれを使った三角計測法によれば、検査領域だけ移動する走査が必要になる。また受光幅の狭い１次元ＣＣＤセンサによれば、高さ方向の変位量があるため、当該高さ方向の変位量部分は受光範囲から外れてしまい、２次元ＣＣＤセンサのように上記三角計測法で計測することはできないという問題を提起する。

クリーム半田の３次元的な高さを測定する場合に、従来の検査方法によれば、クリーム半田の塗布面をすべて調べるのに時間がかかったり、検査方法を実施する装置自体が高価になるという問題点がある。また検査不良が発生した場合には、検査作業者は、３次元的な検査情報だけではなく、実際の基板状態を確認するため、プリント回路基板を検査ラインから取り出して目視検査を行ったり、顕微鏡による拡大検査を行う必要があった。従って検査時間が非常に長くなり、手間がかかるものとなる。

プリント回路基板のクリーム半田の外観検査装置では、プリント回路基板上に印刷されたクリーム半田の高さ、体積を短時間で検査する装置が必要とされている。

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、プリント回路基板上に印刷されたクリーム半田の印刷状態（高さ・体積）を、簡単な構成かつ低コストで、高速にかつ高精度で検査することができるクリーム半田印刷状態の検査装置および検査方法を提供することにある。

本発明に係るプリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査装置および検査方法は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。

第１の検査装置（請求項１に対応）は、クリーム半田が印刷されたプリント回路基板の印刷面におけるクリーム半田印刷状態を検査する検査装置であり、プリント回路基板の印刷面に対して斜め方向から第１レーザ光を照射し、これにより印刷面に対する高さ方向に第１レーザ光の濃淡場が作られる特定撮像領域を形成する第１照明装置と、プリント回路基板の印刷面に対して斜め方向から第２レーザ光を照射し、これにより印刷面に対する高さ方向に第２レーザ光の濃淡場が作られる特定撮像領域を形成する第２照明装置と、プリント回路基板の印刷面の特定撮像領域を撮像して撮像データを生成する１次元撮像装置と、第１および第２の照明装置と１次元撮像装置から成る撮像系装置が、プリント回路基板の印刷面を走査するように、相対的移動を生じさせる移動装置と、１次元撮像装置によって得られた撮像データに基づき特定撮像領域でのクリーム半田の高さデータを算出する高さデータ算出手段とを備えるように構成される。

上記検査装置では、レーザ光の濃淡パターンを投影することで検査領域の高さ方向に濃淡場を作り、この濃淡場を利用してクリーム半田印刷面の半田の塗布状態の検査を行うものである。これによれば、プリント回路基板上に印刷されたクリーム半田の印刷量に関する高さ方向の変化を光の輝度（反射光の光の強度）の濃淡特性に基づく変化として捉え、１次元ＣＣＤセンサを用いてプリント回路基板上のクリーム半田の高さすなわち印刷状態を高精度に検査することが可能となる。

第２の検査装置（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは、第１および第２の照明装置は、いずれも、レーザ光源と、このレーザ光源から出力されるレーザ光のビーム径を調整するビーム径調整手段と、このビーム径調整手段から出力されるレーザ光をライン状レーザ光に変えるシリンドリカルレンズと、このシリンドリカルレンズからの出力されるライン状レーザ光を複数本に分けるハーフミラーとから構成され、ハーフミラーから出力される複数本のライン状レーザ光によって高さ方向の濃淡場が形成されることを特徴とする。

第３の検査装置（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくは、第１および第２の照明装置で作られるそれぞれの第１レーザ光の濃淡場と第２レーザ光の濃淡場は位相が９０°ずれていることを特徴とする。

第４の検査装置（請求項４に対応）は、上記の構成において、好ましくは、第１の照明装置のレーザ光源は赤色レーザ光源であり、第２の照明装置のレーザ光源は青色レーザ光源であることを特徴とする。

第５の検査装置（請求項５に対応）は、上記の構成において、好ましくは、第１および第２の照明装置のいずれのレーザ光源も赤色レーザ光源であり、２つの赤色レーザ光源は交互に出力動作を行うように動作制御されることを特徴とする。

第６の検査装置（請求項６に対応）は、上記の構成において、好ましくは、１次元撮像装置は、そのラインセンサの配列方向が移動方向に直交するように特定撮像領域の真上に位置されることを特徴とする。

第７の検査装置（請求項７に対応）は、上記の構成において、好ましくは、撮像系装置は、プリント回路基板からの高さを変化させる高さ位置変更装置を備えることを特徴とする。

第８の検査装置（請求項８に対応）は、上記の構成において、好ましくは、照明装置は、斜め方向から照射するレーザ光の位置を変化させる透明平行平板を備え、レーザ光の照射位置を変更することを特徴とする。

第９の検査装置（請求項９に対応）は、上記の構成において、好ましくは、１次元撮像装置は、特定撮像領域から反射するレーザ光を選択的に受光する空間フィルタを備えることを特徴とする。

第１０の検査装置（請求項１０に対応）は、上記の構成において、好ましくは、第１および第２の照明装置は、特定撮像領域から反射光の光強度を最適にするための輝度調整手段を備えることを特徴とする。

第１１の検査装置（請求項１１に対応）は、上記の構成において、好ましくは、高さ位置変更装置は、撮像系装置の高さ位置を測定する高さ検出手段と、この高さ検出手段で検出された高さ信号に基づいてプリント回路基板の反りに係る高さ方向補正を行う補正手段とを備えることを特徴とする。

第１２の検査装置（請求項１２に対応）は、上記の構成において、好ましくは、透明平行平板を１ライン撮像分の露光時間内で振動させる加振手段を備え、この加振手段の振動によってレーザ光の可干渉性によるスペックルノイズを低減することを特徴とする。

第１３の検査装置（請求項１３に対応）は、上記の構成において、好ましくは、白色光を出力する照明装置を備え、単色のレーザ光と白色光とを時間的に交互に照射し、この照射で作られた高さ方向の濃淡場を３つのＣＣＤカラーによる１次元撮像装置で撮像することを特徴とする。

第１の検査方法（請求項１４に対応）は、クリーム半田が印刷されたプリント回路基板の印刷面におけるクリーム半田印刷状態を検査する検査方法であり、プリント回路基板の印刷面に対して斜め方向から少なくとも２つの単色のレーザ光を照射して高さ方向に濃淡場が作られる特定撮像領域を形成する光照射ステップと、プリント回路基板の印刷面の特定撮像領域をライン状に撮像して撮像データを生成する撮像ステップと、レーザ光による照射およびライン状の前記撮像を、プリント回路基板の印刷面で走査させる移動ステップと、撮像データに基づき特定撮像領域でのクリーム半田の高さデータを算出する算出ステップと、を有している。

第２の検査方法（請求項１５に対応）は、上記の方法において、好ましくは、特定撮像領域はその高さ位置が変更されることを特徴とする。

第３の検査方法（請求項１６に対応）は、上記の方法において、好ましくは、レーザ光はライン状のレーザ光であることを特徴とする。

第４の検査方法（請求項１７に対応）は、上記の方法において、好ましくは、ライン状レーザ光は、複数本に分けられたレーザ光であることを特徴とする。

第５の検査方法（請求項１８に対応）は、上記の方法において、好ましくは、斜め方向から照射するレーザ光の位置を変化させ、レーザ光の照射位置を変更することを特徴とする。

本発明によれば次の効果を奏する。検査対象であるプリント回路基板のクリーム半田の印刷状態（塗布状態）を検査する装置および方法によれば、プリント回路基板の検査領域に対して、その表面に対する高さ方向に正弦的または余弦的に変化する特性を有する濃淡場を形成し、この濃淡場を利用してＣＣＤカメラにより撮像データを取得し、他方、予め登録データ（設定基準等）に基づく対応表を作成しておき、撮像データと対応表に用意された登録データとを対比して、印刷されたクリーム半田の高さを求めるようにしたため、リアルタイムにて高さ計算や体積計算を行うことができ、検査プログラムを簡易にすることができる。このようにして、プリント回路基板上に印刷されたクリーム半田の印刷状態（高さ・体積）を、簡単な構成かつ低コストで、高速にかつ高精度で検査することができる。

以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。

図１〜図７を参照して本発明の実施形態に係る検査装置および検査方法を説明する。この検査装置および検査方法は、プリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査に関するものである。クリーム半田印刷状態の検査は、具体的に、プリント回路基板の印刷面における配線接続のための半田ボールを作る前のクリーム半田の印刷状態の高さおよび体積の検査である。

図１は、検査装置における検査状態を側方から見た全体的構成を概念的に示す模式図である。図１において、１０は、側方から見たプリント回路基板を示している。プリント回路基板１０の表面（図１中上面）には印刷面が形成されている。このプリント回路基板１０の印刷面には、後の工程において、多数のＩＣチップ、電子回路素子、電気配線、電極パッド等が所定の場所に実装されることになる。この検査装置では、プリント回路基板１０の表面におけるＩＣチップ等が搭載される表面領域であるクリーム半田の印刷状態が検査対象になる。

プリント回路基板１０の検査対象の表面領域（１０ａ）に対して、例えば２台の照明装置１１，１２が斜め上方位置に配置される。２台の照明装置１１，１２のそれぞれは、レーザ光源（１３Ａ，１３Ｂ）と、フォーカスレンズ１４ａと、シリンドリカルレンズ１４１４ｂと、ハーフミラー１４ｃによって構成される。

レーザ光源としては例えば半導体レーザ光源を利用する。レーザ光源の色としては赤色のレーザ光、または青色のレーザ光が使用される。この実施形態では、赤色レーザ光Ｌ１Ｒを出射するレーザ光源１３Ａと、青色レーザ光Ｌ１Ｂを出射するレーザ光源１３Ｂとを使用している。

なお上記の２つのレーザ光源を赤色等の同じ色のレーザ光を発する光源とすることもできる。

レーザ光源１３Ａ，１３Ｂから出射されたレーザ光Ｌ１Ｒ，Ｌ１Ｂは、それぞれ、まず最初にフォーカスレンズ１４ａを通過する。フォーカスレンズ１４ａを調整することにより、レーザ光Ｌ１Ｒ，Ｌ１Ｂのビーム径を調整し、通過するレーザ光Ｌ１Ｒ，Ｌ１Ｂに対してその光強度に関し正弦的または余弦的な関数特性で連続的に変化する濃淡特性（明暗特性）を与える。すなわちフォーカスレンズ１４ａを通過すると、濃淡特性を有するレーザ光Ｌ１Ｒ，Ｌ１Ｂになる。レーザ光Ｌ１Ｒ，Ｌ１Ｂは、図１の符号１５Ａ，１５Ｂに示すごとき濃淡特性（または明暗特性：光強度の強弱について正弦的に連続変化するパターンまたはプロファイル）を有している。

次にシリンドリカルレンズ１４ｂはライン状レーザ光を作る働きを有している。レーザ光源１３Ａ，１３Ｂから出射されたレーザ光Ｌ１Ｒ，Ｌ１Ｂは本来的にビーム状である。このビーム状のレーザ光Ｌ１Ｒ，Ｌ１Ｂは、シリンドリカルレンズ１４ｂによってライン状のレーザ光Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｂに変換される。ライン状のレーザ光Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｂは図１または図２の紙面に直角になっている。レーザ光Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｂは、上記の濃淡特性１５Ａ，１５Ｂを有する（図２に示す）と共に、ライン状という特性を有している。

さらにレーザ光Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｂは次のハーフミラー１４ｃを通過する。ハーフミラー１４ｃは、シリンドリカルレンズ１４ｂでライン状にされたレーザ光を複数本化する。

図６は、ライン状のレーザ光の多重化を実現するハーフミラー１４ｃの一例を示している。ハーフミラー１４ｃは、透明平行平板を利用し、その背面にミラー面４１を有している。照明装置１１，１２のレーザ光路にハーフミラー１４ｃを設置すると、入射するライン状レーザ光４２を多数のライン状レーザ光４３に変換し、これによりレーザ光の多重化を行うことが可能となる。このレーザ光の多重化は反射型であるが、透過型の構造として作ることもできる。さらにレーザ光の多重化については、その他に干渉法を利用することもできる。

上記のハーフミラー１４ｃを通過したレーザ光Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｂのそれぞれは、図２に示すように、独立に、前述した濃淡特性１５Ａ，１５Ｂを有している。レーザ光Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｂの濃淡特性１５Ａ，１５Ｂは、前述のごとくフォーカスレンズ１４ａのレーザ光のビーム径調整によって作られる。濃淡特性１５Ａ，１５Ｂは、レーザ光Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｂの各々において、プリント回路基板１０の表面の高さ方向に濃淡特性を有するように生じる。図１で矢印Ａはレーザ光の進行方向である。また図２に示す濃淡特性１５Ａ，１５Ｂにおいて、斜線部１５ａは光強度の高い部分（明部）を意味し、白抜き部１５ｂは光強度の低い部分（暗部）を意味している。濃淡特性（または明暗特性）１５は実際には正弦的または余弦的に連続的に変化している。レーザ光Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｂの光強度に関する濃淡特性は、プリント回路基板１０の表面におけるその反射光では輝度に関する濃淡特性になる。

上記において、２台の照明装置１１，１２のそれぞれのレーザ光源１３Ａ，１３Ｂが色が異なる赤と青の場合には２つのレーザ光は同時に照射される。このとき、例えば赤色レーザ光は正弦的に変化する濃淡特性１５Ａを持たさせ、青色レーザ光は余弦的に変化する濃淡特性１５Ｂを持たせる。赤色レーザ光Ｌ２Ｒの濃淡特性１５Ａと青色レーザ光Ｌ２Ｂの濃淡特性１５Ｂとは位相を９０°ずらすようにしている。また２台の照明装置１１，１２のそれぞれのレーザ光源１３Ａ，１３Ｂが色が同じで、例えば赤色のレーザ光を用いる場合には、赤色レーザ光の照射は、信号を分離するため、交互に時間的にずらせて行われる。

レーザ光Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｂの各々についての上記濃淡特性１５Ａ，１５Ｂを作る場合において、スリット部材を用いることもできる。このスリット部材は、正弦的な関数特性で変化する濃淡または明暗を作るスリット部材が好ましい。

上記の２台の照明装置１１，１２の基本的な構成は同じである。ただし図１に示される通り、照明装置１１，１２は、上方からの異なる斜め方向にて、プリント回路基板１０の検査対象領域１０ａに対してレーザ光Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｂを照射する。プリント回路基板１０の表面上において、照明装置１１，１２からの各レーザ光に基づき撮像対象となる検査領域１０ａが形成される。照明装置１１，１２のそれぞれから到来するレーザ光は、それぞれ独立に前述のごとく濃淡特性１５Ａ，１５Ｂを有している。照明装置１１，１２からの各レーザ光Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｂは、それぞれ独立に、プリント回路基板１０の検査領域１０ａにおいてその高さ方向（図１，２中のＺ方向）に検査対象領域の濃淡場１６が作られる。濃淡場１６では、プリント回路基板１０の表面に対する高さ方向に、明るい場所と暗い場所が正弦的にまたは余弦的な特性で生じる濃淡特性が作られる。実際には赤色のレーザ光源１３Ａでは濃淡特性１５Ａを有し、青色のレーザ光１３Ｂでは濃淡特性１５Ｂである。濃淡場１６において、プリント回路基板１０の表面に平行に描かれた線分１６ａは、検査のための後述するスライス面を示している。このスライス面１６ａは、プリント回路基板１０の表面に平行であり、高さ方向に複数示されている。

斜め方向から照射されるレーザ光に基づく前述の濃淡特性は、１台の照明装置でも作ることができる。他方、本実施形態の装置構成によれば、２台の照明装置１１，１２を用いている。その理由は、一方のレーザ光源１３Ａは正弦的に変化する濃淡特性１５Ａとし、他方のレーザ光源１３Ｂは余弦的に変化する濃淡特性１５Ｂとすることにより、感度特性における不感度領域の発生をなくすと共に、変化の方向を判別できるようにするためである。

図７に感度曲線の一例を示す。図７の（Ａ）において、符号５１は正弦的に変化する感度特性を示し、符号５２は余弦的に変化する感度特性を示す。また範囲５３は、各感度特性５１，５２における一周期分を示す。図７（Ａ）の横軸は距離であり、この一周期分の範囲５３は例えば６００μｍである。図７（Ａ）で、５４は基準面すなわちプリント回路基板１０の表面を示し、範囲５５は測定範囲を示している。この測定範囲５５は、図１ではプリント回路基板１０の検査領域１０ａに対して高さ方向に対応する範囲となる。測定範囲５５は、正弦的な感度特性５１の直線部５１ａと余弦的な感度特性５２の直線部５２ａによって作られ、不感度領域の発生が防止されている。測定範囲５５は、実際には、例えば５０〜１００μｍである。図７の（Ｂ）に示すごとく、正弦的に変化する感度特性５１は円軌跡の範囲５６に対応しており、余弦的に変化する感度特性５２は円軌跡の範囲５７に対応している。

図１に示すごとく、２台の照明装置１１，１２で形成される上記照明系（広義には撮像系装置）に対して、例えば、プリント回路基板１０は矢印Ｂに示すごとく移動させられる。プリント回路基板１０を移動させる移動装置１７は周知の移動装置が使用される。なお照明系とプリント回路基板１０との位置関係は、相対的に位置が変化すればよく、照明系の方を移動させるようにしてもよい。

プリント回路基板１０の表面の印刷面に設定された検査領域１０ａは、真上位置に設置された例えばカラーのＣＣＤカメラ２０によって撮像される。カラーのＣＣＤカメラ２０は、多数のＣＣＤ素子を一列に並べることにより、図１の紙面に垂直なるように１次元撮像装置として構成されている。ＣＣＤセンサ２０はいわゆるラインセンサである。ＣＣＤカメラ２０は、真上から、プリント回路基板１０の印刷面における検査領域１０ａを撮像し撮像データを生成する。

２台の照明装置１１，１２とＣＣＤカメラ２０の位置関係は不変である。これによって２台の照明装置１１，１２とＣＣＤカメラ２０によって撮像系装置１００が形成される。この撮像系装置１００は一体的に構成される。従って当該撮像系装置１００は、プリント回路基板１０に対して、その印刷面を走査するように相対的に移動することになる。

またＣＣＤカメラ２０と照明装置１１，１２から成る撮像系装置１００についての高さ方向の設置位置は、高さ位置変更装置１８に基づいて任意に調整して決めることが可能である。撮像系装置１００の高さ位置は、矢印Ｈに示すごとく、検査中、適宜に変化させられる。

高さ位置変更装置１８は、撮像系装置１００の高さ位置を測定する高さ検出部１８ａと、この高さ検出部１８ａで検出された高さ信号に基づいてプリント回路基板の反りに係る高さ方向補正を行う補正部１８ｂを含んでいる。

ＣＣＤカメラ２０の受光面の近くにはレンズ装置１９が配置される。レンズ装置１９はレンズ系１９ａと空間フィルタ１９ｂを含んでいる。レンズ系１９ａは、検査領域１０ａで反射して到来するレーザ光等の反射光Ｌ３をＣＣＤカメラ２０の受光面に集光させる。空間フィルタ１９ｂは検査領域１０ａから反射するレーザ光を含む反射光Ｌ３を選択的に受光させるという働きを有している。反射光Ｌ３は赤色レーザ光Ｌ２Ｒと青色レーザ光Ｌ２Ｂを含む光である。

なお上記において、単色レーザ光を発する照明装置の台数は２台に限定されない。この種の照明装置は少なくとも２台あればよい。またレーザ光Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｂの照射方向も図示された例に限定されない。

上記の構成では、照明装置１１，１２の各々の照射によって独立に作られる濃淡特性１５Ａ，１５Ｂの濃淡場１６をＣＣＤカメラ２０によって撮像する。撮像面は、切断線を形成する。また撮像系装置１００自体が、図１に示すごとくプリント回路基板１０の表面を走査するようになっているので、照射するライン状レーザ光と撮像面で形成される交線が平面を形成し、一種の断層写真のごとく画像化処理が行われる。

図２は、一例として、プリント回路基板１０における検査領域１０ａでのクリーム半田印刷部２１における濃淡場１６を拡大したイメージと、レンズ装置１９の要部構造を示している。このレンズ装置１９の図示例では、レンズ系１９ａに含まれる結像レンズ２２と、空間フィルタ１９ｂとが示されている。

図２においてクリーム半田印刷部２１の上方の高さ方向に示される濃淡特性１５Ａ，１５Ｂは前述した通りである。これらの濃淡特性１５Ａ，１５Ｂによって前述の濃淡場１６が作られる。この濃淡特性１５Ａはレーザ光Ｌ２Ｒで作られ、濃淡特性１５Ｂはレーザ光Ｌ２Ｂで作られる。図２では、説明の便宜上、さらに、濃淡特性１５Ａに沿って高さ方向にこの変化状態を示すための正弦的特性曲線１５Ａ−１が示され、濃淡特性１５Ｂに沿って高さ方向にこの変化状態を示すための余弦的特性曲線１５Ｂ−１が示されている。以上のように、検査領域１０ａ、すなわち、独立の濃淡特性１５Ａ，１５Ｂを有する２つのレーザ光Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｂで作られる特定の撮像領域では、プリント回路基板１０の表面（印刷面）に対して高さ方向（Ｚ方向）に濃淡特性１５Ａ，１５Ｂを有する濃淡場１６が作られる。

他の観点から説明すると、クリーム半田が塗布されたプリント回路基板１０に対して前述のごとくレーザ光Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｂが斜めから照射されている状態において、上記検査領域１０ａをＣＣＤカメラ２０により真上から撮像すると、ＣＣＤカメラ２０への反射光Ｌ３の光量（光の強度）は、基板における基準面からの高さ（Ｚ方向の高さ位置）に応じて、濃淡特性１５Ａ，１５Ｂに基づき正弦的または余弦的に変化する。そして、反射光Ｌ３の光量と、当該反射光Ｌ３が生じる高さ位置との関係は、或るオフセット値を引くという前提の下で、比例する関係にある。つまり、前述した図７で明らかなように高さ方向の光の強度変化が高さ位置に応じて比例的な関係を維持して変化するので、高さによって光の強度に強弱をつけることができる。

カラーＣＣＤカメラ２０は、図２に示すごとく、赤色センサ２０Ｒと緑色センサ２０Ｇと青色センサ２０Ｂとを備えている。

図３は、図１に示したプリント回路基板１０の一部の平面図を拡大して示している。図３において、前述の検査領域１０ａは長方形領域として形成される。また１次元撮像装置であるＣＣＤカメラ２０の配置位置関係は破線で示されている。

図１に示すごとく、ＣＣＤカメラ２０の各センサで撮像された画像データはデータ処理装置３１に供給される。また前述の移動装置１７による走査用移動動作および高さ位置変更装置１８による高さ位置変更動作は制御装置３２によって制御される。制御装置３２から各装置に与えられる制御用の指令信号は、位置データとしてデータ処理装置３１に供給される。データ処理装置３１では後述するごとき検査のための処理が実行される。検査に係る処理結果は出力部３３に提供され、出力部３３によって各種の形式で検査結果が出力される。

また図１に示すごとく、プリント回路基板１０の近くには白色光源３４が設置されている。この白色光源３４は、被対象物（検査領域１０ａ等）を実体で観察するための照明を行い、印刷状態を検査するための装置である。また照明装置としては、緑の光を発するＬＥＤを設けることも可能である。

次に上記検査装置による検査方法を説明する。検査方法は、制御装置３２による検査のための動作制御、およびデータ処理装置３１による検査データ処理によって行われる。検査方法の手順は図４のフローチャートに示される。

本実施形態に係る検査装置による検査方法は、ＩＣ素子等がマウントされる前の段階でのプリント回路基板１０のクリーム半田印刷面での印刷状態を計測しながら走査する。クリーム半田印刷面の印刷状態の計測では必要に応じて高さを変化させる。

検査対象であるプリント回路基板１０のクリーム半田印刷面の検査に関して、最初に、初期工程１０が実行される。初期工程１０では、並列な関係にある２つの処理ルートが含まれる。

初期工程１０の第１ルートでは、まず、クリーム半田印刷面上の検査位置、半田場所等について、検査基板の登録データとして初期的に設定される（ステップＳ１１）。また照明装置１１，１２から出射されるレーザ光Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｂの濃淡特性１５Ａ，１５Ｂが基準位置で測定され、濃淡特性の測定データが登録される（ステップＳ１２）。さらに初期測定（ステップＳ１３）として、プリント回路基板１０上のクリーム半田印刷面における任意の塗布部分を用いて、前述の撮像系装置の高さ位置を高さ変更装置１８によって変えて実際の光量測定を行う。測定された光量についてのデータは登録される。この初期測定（ステップＳ１３）での光量測定において、反射光Ｌ３のオフセット値を計測し、反射光Ｌ３の振幅を調整する。

以上において、検査基板、基準位置における濃淡特性、光量についての各登録データは、ルックアップテーブル（ＬＵＴ：対応表）等として保存される（ステップＳ１４）。

次に初期工程１０の第２ルートでは白色測定処理が行われる。検査領域１０ａに対しては白色光源３４によって白色照明がなされている。白色測定処理の最初のステップＳ２１では画像を取得する。この画像取得において、ＣＣＤカメラ２０に入射される白色光等はＣＣＤカメラ２０の緑センサ２０Ｇによってその緑の光成分を取り込まれ、取り込まれた光は信号処理装置３１に送られる。信号処理装置３１では白色測定のステップＳ２２が実行される。白色測定のステップＳ２２における白色光に関する測定に基づいて２値化処理が行われる。この２値化処理を行うことにより半田部分が切り出し、高さに対しての閾値を決める。閾値等のデータは保存される（ステップＳ１４）。

上記の初期工程１０の後に検査工程２０が実施される。なお初期工程１０は、検査工程の前に１回行われる。

検査工程２０では、図１に示されるごとく、プリント回路基板１０はＣ方向に移動している状態にある。検査領域１０ａには、照明装置１１，１２によるレーザ光Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｂによってレーザ光の照明がなされている。

検査工程２０での最初のステップＳ３１では高さ測定が実行される。高さ測定では画像が取得される。この画像取得において、ＣＣＤカメラ２０に入射されるレーザ光Ｌ３に関して、赤センサ２０Ｒはレーザ光Ｌ２Ｒの反射光を取り込み、青センサ２０Ｂはレーザ光Ｌ２Ｂの反射光を取り込む。ＣＣＤカメラ２０のこれらのセンサによって取り込まれた画像信号は信号処理装置３１に送られる。

高さ測定のステップＳ３１では、レーザ光Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｂで作られた濃淡場１６の濃淡特性１５Ａ，１５Ｂが用いられる。この高さ測定のステップＳ３１では、ノイズの除去、および移動平均等の平均化処理の実行が含まれる。

信号処理装置３１では、次に、検査領域の切り出し（ステップＳ３２）が実行される。検査領域の切り出しでは、白色測定のステップＳ２２の測定内容と、初期設定のステップＳ１１で設定された登録データが用いられる。

検査領域の切り出しのステップＳ３２の次には、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）に基づく比較判定が実行される（ステップＳ３３）。ルックアップテーブルには、前述の初期工程１０で得られたデータとの比較が行われ、クリーム半田の印刷状態に関する判定が行われる。つまり、設定された検査領域におけるクリーム半田印刷面の半田塗布状態に関する高さが、普通の２値化処理により設定された或る設定値以下であるならば（ステップＳ３３）、検査対象であるプリント回路基板１０上の反射物すなわち半田が存在しないことになる。その結果、半田不良の可能性が高いという判定が出力される（ステップＳ３４）。半田の塗布状態に関する高さが或る設定値より大きいときには（ステップＳ３３）は、初期測定（ステップＳ１３）で求めた高さとの変換テーブルを使用して高さ計算を行う（ステップＳ３５）。次いで、高さ計算で得られた半田の塗布に係る高さデータを使用して半田の塗布量に関する体積を計算する（ステップＳ３６）。

上記の計算で得られた高さの値と体積の値を、予め用意された許容値を比較する（ステップＳ３７）。許容値よりも小さい場合には合格判定がなされる（ステップＳ３８）。許容値を超える場合には、検査領域における不良部位が特定される（ステップＳ３９）。プリント回路基板１０の検査領域１０ａにおいて、半田の塗布状態に関して特定された不良部位は拡大してディスプレイ等の出力部３３に表示される（ステップＳ４０）。

上記の不良部位の拡大表示では、その時において、白色光により検査対象物の実体に関して、カラー画像の撮像を行い、当該実体のカラー画像の撮像データと不良部位の特定データに基づいて、実際の不良部位の拡大画像を得るようにしている。

次の判断ステップＳ４１では検査工程２０を継続するか否かを判断する。検査工程２０を継続する場合にはステップＳ３１まで戻って上記のステップＳ３１〜Ｓ４０まで繰り返す。検査工程２０を終了するとき場合には、検査を終了する。

本実施形態に係るプリント回路基板のクリーム半田の印刷状態の検査装置および検査方法では、以上のごとく、プリント回路基板１０の検査領域１０ａにその表面に対する高さ方向に濃淡特性１５Ａ，１５Ｂを形成し、予め対応表を作成し、この対応表を利用してクリーム半田の塗布状態の高さを求めるため、リアルタイムの高さ計算や体積計算を行うことができ、検査プログラムを簡易にすることができる。

図５は、撮像系装置１００の高さ位置を、高さ位置変更装置１８により変化させた状態の図を示している。撮像系装置１００の高さ位置を変化させることにより、スライス面３５，３６，３７を変更することができる。

また照明装置１１，１２は、レーザ光の位置を変化させる透明平行平板を備えることもできる。この透明平行平板により、レーザ光の位置を平行にシフトさせ、レーザ光の照射位置を変更させ、前述の濃淡場１６の濃淡パターンの位置をシフトさせることができる。さらにこの透明平行平板については加振装置を付設して、加振装置によって、透明平行平板を、例えば１ライン撮像分の露光時間内で振動させるようにすることもできる。このような構成にすれば、振動により、レーザ光の可干渉性によるスペックルノイズを低減することができる。

さらに照明装置１１，１２は、検査領域１０ａからの反射光Ｌ３の光強度を最適にするための輝度調整部を備えるようにしてもよい。

さらに照明装置１１，１２と白色光源３４については、それらの点灯照射動作の状態を、レーザ光と白色光とを時間的に交互に照射動作を行うように駆動制御を行うこともできる。これによれば、ＣＣＤカメラ２０で撮像するときに、ＣＣＤカメラ２０に対して、適切なタイミングで適切な光を入射させることができる。

本発明は、プリント回路基板のクリーム半田の塗布状態についての検査に利用される。

本発明に係るプリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査装置の全体構成を示す図である。 検査領域における高さ方向の濃淡場とＣＣＤカメラの要部構成を拡大して示した説明図である。 プリント回路基板の撮像対象である検査領域の部分平面図である。 本発明に係るプリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査方法のプロセスを示すフローチャートである。 断層画像を作成するスライス面の説明図である。 レーザ光の本数を増すためのハーフミラーの側面図である。 レーザ光に基づく正弦的に変化する感度特性と余弦的に変化する感度特性を示すグラフである。

符号の説明

１０ プリント回路基板
１１，１２ 照明装置
１３Ａ，１３Ｂ レーザ光源
１４ａ フォーカスレンズ
１４ｂ シリンドリカルレンズ
１４ｃ ハーフミラー
１５Ａ，１５Ｂ 濃淡特性（明暗特性）
１６ 濃淡場
１７ 移動装置
１８ 高さ位置変更装置
１９ｂ 空間フィルタ
２０ ＣＣＤカメラ
２１ クリーム半田印刷部
３１ データ処理装置
３２ 制御装置
１００ 撮像系装置

Claims (18)

1. クリーム半田が印刷されたプリント回路基板の印刷面におけるクリーム半田印刷状態を検査する検査装置において、
   前記プリント回路基板の前記印刷面に対して斜め方向から第１レーザ光を照射し、これにより前記印刷面に対する高さ方向に前記第１レーザ光の濃淡場が作られる特定撮像領域を形成する第１照明装置と、
   前記プリント回路基板の前記印刷面に対して斜め方向から第２レーザ光を照射し、これにより前記印刷面に対する高さ方向に前記第２レーザ光の濃淡場が作られる前記特定撮像領域を形成する第２照明装置と、
   前記プリント回路基板の前記印刷面の前記特定撮像領域を撮像して撮像データを生成する１次元撮像装置と、
   前記第１および第２の照明装置と前記１次元撮像装置から成る撮像系装置が、前記プリント回路基板の前記印刷面を走査するように、相対的移動を生じさせる移動装置と、
   前記１次元撮像装置によって得られた撮像データに基づき前記特定撮像領域での前記クリーム半田の高さデータを算出する高さデータ算出手段と、
   を備えることを特徴とするプリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査装置。
2. 前記第１および第２の照明装置は、いずれも、レーザ光源と、このレーザ光源から出力されるレーザ光のビーム径を調整するビーム径調整手段と、このビーム径調整手段から出力される前記レーザ光をライン状レーザ光に変えるシリンドリカルレンズと、このシリンドリカルレンズからの出力されるライン状レーザ光を複数本に分けるハーフミラーとから構成され、前記ハーフミラーから出力される複数本の前記ライン状レーザ光によって高さ方向の前記濃淡場が形成されることを特徴とする請求項１記載のプリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査装置。
3. 前記第１および第２の照明装置で作られるそれぞれの前記第１レーザ光の前記濃淡場と前記第２レーザ光の前記濃淡場は位相が９０°ずれていることを特徴とする請求項１または２記載のプリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査装置。
4. 前記第１の照明装置の前記レーザ光源は赤色レーザ光源であり、前記第２の照明装置の前記レーザ光源は青色レーザ光源であることを特徴とする請求項１~３のいずれか１項に記載のプリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査装置。
5. 前記第１および第２の照明装置のいずれのレーザ光源も赤色レーザ光源であり、２つの前記赤色レーザ光源は交互に出力動作を行うように動作制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査装置。
6. 前記１次元撮像装置は、そのラインセンサの配列方向が前記移動方向に直交するように前記特定撮像領域の真上に位置されることを特徴とする請求項１記載のプリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査装置。
7. 前記撮像系装置は、前記プリント回路基板からの高さを変化させる高さ位置変更装置を備えることを特徴とする請求項１記載のプリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査装置。
8. 前記第１または第２の照明装置は、斜め方向から照射する前記レーザ光の位置を変化させる透明平行平板を備え、前記レーザ光の照射位置を変更することを特徴とする請求項１記載のプリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査装置。
9. 前記１次元撮像装置は、前記特定撮像領域から反射するレーザ光を選択的に受光する空間フィルタを備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のプリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査装置。
10. 前記第１および第２の照明装置は、前記特定撮像領域から反射光の光強度を最適にするための輝度調整手段を備えることを特徴とする請求項１記載のプリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査装置。
11. 前記高さ位置変更装置は、前記撮像系装置の高さ位置を測定する高さ検出手段と、この高さ検出手段で検出された高さ信号に基づいて前記プリント回路基板の反りに係る高さ方向補正を行う補正手段とを備えることを特徴とする請求項７記載のプリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査装置。
12. 前記透明平行平板を１ライン撮像分の露光時間内で振動させる加振手段を備えることを特徴とする請求項８記載のプリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査装置。
13. 白色光を出力する照明装置を備え、単色の前記第１または第２のレーザ光と前記白色光とを時間的に交互に照射し、この照射で作られた高さ方向の前記濃淡場を３つのＣＣＤカラーによる前記１次元撮像装置で撮像することを特徴とする請求項１記載のプリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査装置。
14. クリーム半田が印刷されたプリント回路基板の印刷面におけるクリーム半田印刷状態を検査する検査方法において、
    前記プリント回路基板の前記印刷面に対して斜め方向から少なくとも２つのレーザ光を照射して前記印刷面に対する高さ方向に濃淡場が作られる特定撮像領域を形成する光照射ステップと、
    前記プリント回路基板の前記印刷面の前記特定撮像領域をライン状に撮像して撮像データを生成する撮像ステップと、
    前記レーザ光による照射およびライン状の前記撮像を、前記プリント回路基板の前記印刷面で走査させる移動ステップと、
    前記撮像データに基づき前記特定撮像領域での前記クリーム半田の高さデータを算出する算出ステップと、
    を有することを特徴とするプリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査方法。
15. 前記特定撮像領域はその高さ位置が変更されることを特徴とする請求項１４記載のプリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査方法。
16. 前記レーザ光はライン状のレーザ光であることを特徴とする請求項１４記載のプリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査方法。
17. 前記ライン状レーザ光は、複数本に分けられたレーザ光であることを特徴とする請求項１６記載のプリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査方法。
18. 斜め方向から照射する前記レーザ光の位置を変化させ、前記レーザ光の照射位置を変更することを特徴とする請求項１４記載のプリント回路基板のクリーム半田印刷状態の検査方法。
    

Images