JP3657242B2

JP3657242B2 - Ｘ線透過検査装置

Info

Publication number: JP3657242B2
Application number: JP2002157092A
Authority: JP
Inventors: 弘文田中; 慶船岩; 治朗寺尾
Original assignee: オーエヌ電子株式会社
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2022-05-30
Also published as: JP2003344312A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はＸ線透過検査装置に関し、特に、ＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）やＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｃａｌｅＰａｃｋａｇｅ）パッケージのようなＬＳＩ（大規模集積回路）を基板に半田付したときの半田接合部をＸ線により検査するＸ線透過検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サブミクロンの微細加工技術によりＬＳＩの高集積化が進み、従来複数のパッケージに分かれていた機能をひとつのＬＳＩに積め込むことができるようになった。ＢＧＡ／ＣＳＰパッケージのＬＳＩは、最近、特に使用されるものになったものであり、必要な機能をワンパッケージに組み込むことで、必要なピン数が著しく増えたことに対して、従来のＱＦＰ（ＱｕａｄＦｌａｔＰａｃｋａｇｅ）やＰＧＡ（ＰｉｎＧｒｉｄＡｒｒａｙ）では対応できなくなったために現れたものである。また、携帯電話機などの超小型化が必要なものでは、ピン数がそれほど必要なくてもＢＧＡパッケージが使用されている。
【０００３】
ＬＳＩのＢＧＡやＣＳＰパッケージは超小型化には大いに貢献する反面、半田部分が目に見えないという特徴がある。ＢＧＡやＣＳＰパッケージを実装したプリント基板を検査するとき、通電検査だけでは信頼性が乏しいため、従来は品質保証としてＸ線装置で透過画像を見て、その形状から目視にて半田の過多，過少の判断をしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、透過画像の目視判定では、光学顕微鏡画像と異なり、奥行きが判定できないため、不良の中でも半田の過少，半田内の空洞の判定が困難である。このため１個あたり５分〜１０分程度の検査時間を必要とし、拭き取り検査しかできない。
【０００５】
また、最近の不良傾向として、ゴミの問題がある。ゴミといっても空気中の埃ではなく「部品」である。高速マウンタを使用すると時々部品を飛ばすことがある。特に、高速機のロータリー式の装置では基板を動かすために、搭載した部品が飛んでしまうことがあり、それがＬＳＩの下にもぐり込み、ショート，オープンやＬＳＩの浮となって不良品を作ってしまう場合がある。
【０００６】
また、ＢＧＡ，ＣＳＰでは半田ボールが溶けてゴミ（小さい部品）を隠してしまう傾向があり、外観ではＬＳＩの浮によるゴミの噛み込み不良の判別が全くつかない場合がある。
【０００７】
図１２は半田ボールとプリント基板との接続の良否を示した側面透過図であり、図１３は半田ボール同士がショートしている例を上から見た透過図である。
【０００８】
図１２において、プリント基板１上にＬＳＩ２の半田ボールが半田付けされており、（ａ）に示した例が良品であり、半田ボールとプリント基板１とが適正に接続されている。（ｂ）は隣接する半田ボール同士が半田によりショートしてしまっており、ブリッジと称される。この場合、図１３（ａ）に示すように線状にショートしている例と、（ｂ）に示すように面状にショートしている例がある。
【０００９】
図１２（ｃ）は半田ボールとプリント基板１との接合面の半田が過多になっており、（ｄ）は逆に半田が過少の例である。（ｅ）は小さい部品がゴミとしてプリント基板１とＬＳＩ２との間に入り込んだ例であり、（ｆ）は半田が半田ボールの一方側にずれてしまっている例であり、（ｇ）は半田ボール内に空洞ができるボイドと称される例であり、（ｈ）は半田ボールとプリント基板１とが半田によって接続されていないオープンまたはコールドジョイントと称される例である。
【００１０】
図１２に示した（ａ）以外の（ｂ）〜（ｈ）に示した例はそれ自体あるいは後に障害となるおそれがあるので、検査の段階で見つけ出して排除し、ＬＳＩ２をプリント基板１から取外し、再度プリント基板１に半田付けする必要がある。
【００１１】
さらに、メモリボードのようにプリント基板１の両面にびっしり同じパッケージを実装したり、携帯電話機のように大小さまざまな部品が両面に付いていたり、コンデンサだけが裏面に実装していたり、さまざまな両面実装の形式がある。片面の判定は目視によってもある程度行なえるが、両面実装の場合、裏面の画像が重なって見えるため、Ｘ線画像の解析が極めて困難となる。
【００１２】
目視の場合は、頭の中で裏面の部品の濃さを引いて表面の部品の半田形状を推測するが、コンデンサ１個くらいならともかく、多数の部品がある場合、現実にはその部分は見ていないのと同じになる。
【００１３】
それゆえに、この発明の主たる目的は、上面からの一方向だけからの透視画像により、迅速かつ実用的に十分な内容の判定ができ、自動検査に適したＸ線透過検査装置を提供することである。
【００１４】
この発明の他の目的は、両面搭載基板の検査面における裏面の部品画像を自動的に取り除いて検査面だけの検査を可能にしたＸ線透過検査装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、大規模集積回路を基板に半田付したときの球状の半田接合部をＸ線により検査するＸ線透過検査装置であって、基板上から大規模集積回路の半田接合部にＸ線を照射するＸ線源と、半田接合部を透過したＸ線透過画像を撮影する撮影手段と、撮影手段から出力される半田接合部のＸ線透過画像から階調画像を作成し、所定レベルで２値化した画像の重心を解析し、基準となる重心と比較して球状の半田接合部と前記基板の接合部とのずれを判別する画像解析手段とを備える。
【００１８】
この発明の他の局面は、大規模集積回路を基板に半田付したときの球状の半田接合部をＸ線により検査するＸ線透過検査装置であって、基板上から大規模集積回路の半田接合部にＸ線を照射するＸ線源と、半田接合部を透過したＸ線透過画像を撮影する撮影手段と、撮影手段から出力されるＸ線透過画像を２値化して、半田の塊ごとに重心を求め、半田接合部が正常である場合に形成される球状の各半田接合部が存在するべき場所ごとに領域を設定し、隣接する各領域のそれぞれに重心があれば正常であると判別し、隣接する領域を合わせたときに重心が１つしかないときは隣接する半田接合部同士が短絡されていると判別する画像解析手段とを備える。
【００１９】
好ましくは、画像解析手段は判定を行ない、球状の半田接合部と登録されたデータを消去した後、Ｘ線透過画像に残された画像があれば、ごみと判定する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一実施形態におけるＸ線透過検査装置の概略ブロック図である。図１において、ＬＳＩ２が半田付けされたプリント基板１はステージ３に載置されて図示しない搬送路を介して検査装置内に搬送される。プリント基板１の上下には対向するようにＸ線源４とカメラ５とが配置される。Ｘ線源４はＬＳＩ２の上側からプリント基板１にＸ線を透過させ、カメラ５は透過した半田接合部のＸ線透過画像を撮影する。
【００２３】
Ｘ線源４とカメラ５は、ＸＹＺ駆動装置６に結合されており、プリント基板１の面に対してＸＹ方向（水平方向）に自在に移動し、かつＸ線源４とカメラ５との対向する間隔を自在に設定できるようにＺ方向（垂直方向）に移動可能に駆動される。Ｘ線源４とＸＹＺ駆動装置６はＣＰＵ１０からインタフェース７を介して制御され、カメラ５の撮像出力はインタフェース７を介してＣＰＵ１０に与えられる。また、検査結果を表示するためのディスプレイ８がインタフェース７を介してＣＰＵ１０に接続されている。
【００２４】
図２および図３はこの発明の一実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【００２５】
次に、図１〜３図を参照してこの発明の一実施形態における具体的な動作について説明する。まず、図２に示すように、ステップＳＰ（図示ではＳＰと略称する）１において、ＬＳＩ２の半田付けされたプリント基板１が検査装置内に搬送され、ステップＳＰ２においてＣＰＵ１０はインタフェース７を介してＸ線源４に指令を与え、Ｘ線源４からＸ線がＬＳＩ２の上方からプリント基板１の半田接合部に照射される。ステップＳＰ３においてカメラ５は半田接合部のＸ線透過画像を撮像し、ステップＳＰ４において階調画像のデジタルデータとして記憶する。
【００２６】
ステップＳＰ５において、ＣＰＵ１０は２値化画像から図４に示す透視階調像と階調をグラフ化したものおよび立体を再現した像を作成する。図４（ａ）は良品の例であり、（ｂ）は半田過少の例である。その画像を３次元透過画像に変換してディスプレイ８に表示する。
【００２７】
図５はその半田接合部の３次元透過画像の一例を示す。図５ではプリント基板１に半田付けした半田ボールが斜め上方から見た様子が立体的に表示されている。図６はその立体図の一断面のレベルを示す図である。図６において、ａは半田ボールがプリント基板１の接合部から浮いてしまっているオープンまたはコールドジョイントと称される状態であり、ｂは隣接する半田ボールが短絡しているブリッジを生じている状態であり、ｃはプリント基板１のパターンや素材によりわずかなレベル変動を生じている様子を示している。
【００２８】
ステップＳＰ６において、ＣＰＵ１０は基準レベルで２値化した透視階調像の黒レベルの面積を演算して基準の面積と比較する。基準の面積はサンプル基板を基準レベルで２値化して得られた数値データが予め取得されている。たとえば、図４（ａ）に示すように良品と判断された半田接合部の透視階調像が基準とされ、この透視階調像の設定したレベルでの２値化黒レベルの面積が基準とされる。
【００２９】
ＣＰＵ１０はステップＳＰ７において、半田接合部における透視階調像の設定したレベルでの２値化黒レベルの面積が基準の面積と比較してたとえば１１５％以上であれば、ステップＳＰ８において半田が過多であると判断される。しかし、透視階調像の黒レベルの面積が１１５％以下であり、ステップＳＰ９においてたとえば８５％以下であることが判別されればステップＳＰ１０において半田が過少であると判断される。
【００３０】
なお、判断基準とした１１５％や８５％は一例であり、これらの数値に限定されるものではない。
【００３１】
次に、半田ボールのずれについて判別する。すなわち、ステップＳＰ１１において、半田接合部における透視階調像の設定したレベルでの２値化像の重心が算出され、ステップＳＰ１２において算出された重心と設定した基準の重心とが比較されて重心間の距離が直径の４０％を越えているか否かが判別され、越えていることが判別されると、ステップＳＰ１３において半田ボールがずれていると判断される。
【００３２】
ステップＳＰ１４において基準画像と入力画像の各半田ボール領域の最も暗い部分を探す。ステップＳＰ１５において、基準画像の最も暗い部分の明るさと入力画像の最も暗い部分の明るさを比較して、入力画像の方が１０％以上明るいときはステップＳＰ１６においてオープンと判断する。図３のステップＳＰ１７において、図７に示すＸ線透過画像の（明るい部分−暗い部分）×１０％＋暗い部分が算出され、これを判定領域とする。
【００３３】
次に、ボイドについて判別する。ボイドは前述の図１２（ｇ）で説明したように半田ボール内にできる空洞である。ステップＳＰ１８において、明暗の差である（明るい部分−暗い部分）／８４によりピッチが求められ、そのピッチで判定領域を暗い部分から順次輪切りし、ボイドがあれば明るい部分（白部分）が現われるのでその白部分を探してその画素の数がカウントされる。ステップＳＰ１９において、そのカウント値が所定数以上であるか否かが判別され、所定数以上であればステップＳＰ２０においてボイドと判断される。
【００３４】
ステップＳＰ２１において前述のステップＳＰ１８と同様にして輪切りした暗い部分がカウントされて加算され、擬似的な体積が求められる。ステップＳＰ２２において、擬似的な体積が基準値以上であるか否かが判別され、基準値以下であればステップＳＰ２３においてコールドジョイントであると判断される。
【００３５】
次に、ブリッジについて説明する。ステップＳＰ２４において、Ｘ線透過像に基づいて隣接する各半田ボールごとの小領域を設定したレベルで２値化した後、重心を求める。図１４に小領域Ｓ１，Ｓ２ごとに分割して、それぞれの重心Ｚ０，Ｚ１，Ｚ２を求めた例を示す。連続した一塊の像ごとに、ステップＳＰ２５において２値化像の重心があるか否かを判別し、図１４（ｂ）に示すように複数の重心Ｚ１，Ｚ２があるときは正常であると判別し、図１４（ａ）に示すように１つの重心Ｚ０しかないときはブリッジと判別する。すなわち、例えば隣接した２つの小領域について重心を求めた後、図１４（ａ），（ｂ）に示すように小領域Ｓ１，Ｓ２に分割し、各小領域Ｓ１，Ｓ２に重心が含まれているか否かを判別し、分割した各小領域内に重心が含まれていれば正常であると判別する。隣接した２つの小領域が接続されてしまっている場合は各小領域合わせても１つの重心しか判別されないので、ブリッジであることが判別できる。
【００３６】
ステップＳＰ２７において、半田ボール画像からスルーホール部などの画像を除外する。そして、ステップＳＰ２８において、過多，過少判定のときの半田ボールに関するデータを消去する。ステップＳＰ２９において、残されたデータがあるか否かを判別し、残されたデータがあり、そのデータが設定した大きさを越える大きさのとき、ステップＳＰ３０においてそれがゴミであると判断する。残されたデータがなければ検査処理を終了する。
【００３７】
次に、プリント基板の両面に部品が実装されている場合の半田接合部の検査について説明する。図８（ａ）に示すようにプリント基板１の一方面にＬＳＩ２の半田ボールが半田付けされており、他方面に電子部品２０が実装されているとき、Ｘ線透過像は図８（ｂ）に示すようにＬＳＩの半田ボールの透過像と電子部品２０の透過像とが重なった像となり、重なっている半田ボール同士がブリッジされているのか判断できない。
【００３８】
そこで、半田ボールの画像と電子部品２０の画像とを分離するための処理が必要になる。その第１の方法は、プリント基板の裏面にのみ部品を実装してＸ線透過像を先に取得しておき、両面に部品が実装されたプリント基板のＸ線透過像を得て、先のＸ線透過像を差し引くことで、表面に部品の実装されたプリント基板のＸ線透過象を得ることができる。
【００３９】
第２の方法として、両面に部品が実装されたプリント基板の画像から表面の部品の画像を取出す方法がある。
【００４０】
図９はそのような実施形態の動作を説明するためのフローチャートであり、図１０は画像処理の流れを示す図である。
【００４１】
まず、図９に示すステップＳＰ３１において、図１０（ａ）に示すようにＢＧＡの半田ボールと裏面に実装された部品との重なった画像が入力され、必要があればステップＳＰ３２においてプリント基板の傾きが補正される。ステップＳＰ３３において図１０（ｂ）の交差する斜線で示す裏面の部品と重なった半田ボールの小領域が指定される。ステップＳＰ３４において、重なった領域の画像が削除され、図１０（ｃ）に示すように、削除した領域に周辺の半田ボールで補完した完全な形のＢＧＡボールが形成される。そして、図１０（ｂ）に示す重なった両面の画像から図１０（ｃ）に示す小領域を減算することにより、図１０（ｄ）に示すように裏面の部品の画像が作成される。
【００４２】
図１１は図１０に示したプロセスで作成された基準画像を用いた実際の検査工程を説明するためのフローチャートである。ステップＳＰ４１において、図８（ｂ）に示すような検査しようとする実際の画像が入力される。ステップＳＰ４２において、裏面部品が実装されていない部分の最も四隅のボール位置から予め記憶されてあり、その四隅のボールの重心座標と基準の四隅の重心座標から、検査しようとする画像のボール位置ずれ、角度ずれを補正する。ステップＳＰ４３で検査しようとする画像から図１０（ｃ）の画像を演算し、検査画像での裏面部品画像を作成する。
【００４３】
ステップＳＰ４４において、ステップＳＰ３３で指定された小領域の画像とステップＳＰ４３で作成された画像のずれを算出し、ステップＳＰ４５の画像を補正する。そして、ステップＳＰ４６において入力画像から移動した画像を減算することにより、一方面に装着された部品のＸ線透視画像が得られる。この画像に基づいて、ステップＳＰ４７において図２および図３に示すフローチャートに基づく処理を実行することにより、半田接合部の検査が行なわれる。
【００４４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、基板上から大規模集積回路の半田接合部にＸ線を照射して半田接合部を透過したＸ線透過画像を撮影し、半田接合部のＸ線透過画像から階調画像を作成し、その画像から基板の接合部不良を判別することができる。
【００４６】
また、画像解析により半田接合部と基板の接合部とのずれ，半田接合部と基板の接合部とが接続されていないこと，半田接合部内に空洞があること，隣接する半田接合部同士が短絡されていること，残された画像があれば、ごみと判定するなど半田接合部の状態を自動検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態におけるＸ線透過検査装置の概略ブロック図である。
【図２】この発明の一実施形態における前半の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】この発明の一実施形態における後半の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】透視階調像と階調をグラフ化したものおよび立体を再現した像を示す図である。
【図５】半田接合部の３次元透過画像の一例を示す図である。
【図６】半田接合部を２値化したレベルを示す図である。
【図７】半田ボールのＸ線透過画像を示す図である。
【図８】プリント基板の両面に部品が実装されている場合の半田接合部の検査について説明するための図である。
【図９】両面に部品が実装されたプリント基板の画像から表面の部品の画像を取出して基準画像を生成する動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】基準画像を作成する画像処理の流れを示す図である。
【図１１】図１０に示したプロセスで作成された基準画像を用いた実際の検査工程を説明するためのフローチャートである。
【図１２】半田ボールとプリント基板との接続の良否を示した図である。
【図１３】半田ボール同士がショートしている例である。
【図１４】図１３（ｂ）の画像に対する小領域分割と２値化像および各重心の例である。
【符号の説明】
１プリント基板、２ＬＳＩ、３ステージ、４Ｘ線源、５カメラ、６ＸＹＺ駆動装置、７インタフェース、８ディスプレイ、１０ＣＰＵ、２０電子部品。

Claims

大規模集積回路を基板に半田付したときの球状の半田接合部をＸ線により検査するＸ線透過検査装置であって、
前記基板上から前記大規模集積回路の半田接合部にＸ線を照射するＸ線源と、
前記半田接合部を透過したＸ線透過画像を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段から出力される半田接合部のＸ線透過画像から階調画像を作成し、所定レベルで２値化した画像の重心を解析し、基準となる重心と比較して前記球状の半田接合部と前記基板の接合部とのずれを判別する画像解析手段とを備える、Ｘ線透過検査装置。
大規模集積回路を基板に半田付したときの球状の半田接合部をＸ線により検査するＸ線透過検査装置であって、
前記基板上から前記大規模集積回路の半田接合部にＸ線を照射するＸ線源と、
前記半田接合部を透過したＸ線透過画像を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段から出力されるＸ線透過画像を２値化して、半田の塊ごとに重心を求め、前記半田接合部が正常である場合に形成される球状の各半田接合部が存在するべき場所ごとに領域を設定し、隣接する各領域のそれぞれに重心があれば正常であると判別し、隣接する領域を合わせたときに重心が１つしかないときは隣接する半田接合部同士が短絡されていると判別する画像解析手段とを備える、Ｘ線透過検査装置。
前記画像解析手段は、前記判定を行なった後、球状の半田接合部と登録されたデータを消去した後、Ｘ線透過画像に残された画像があれば、ごみと判定する、請求項１または２に記載のＸ線透過検査装置。