JP4460480B2 - 穴の検査方法、及び、穴の検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板に形成された穴を検査する穴の検査方法、及び、穴の検査装置において、基板に同一径の穴が繋がるようにして形成された長穴も検査することができるようにした穴の検査方法、及び、穴の検査装置に関するものである。

電子機器の小型化、高密度実装化に伴い、プリント基板は複数の基板を積層した多層配線基板が主流となっている。多層配線基板では、上下に積層された基板間の導電層を電気的に接続する必要がある。そこで、多層配線基板の絶縁層に下層の導電層に達する穴を形成し、穴の内部に導電性メッキを施すことにより、上下に積層された基板間の導電層を電気的に接続している。

〔基板に形成される穴について〕
まず、図６を参照して、基板に形成される穴について説明する。図６は、基板に形成される穴について説明するための説明図である。図６に示されているように、XYテーブル１０上に載せられた基板１にはさまざまな形状、及び、大きさの穴が形成されている。例えば、基板１には、円形の穴、及び、長穴が形成されている。また、穴には、基板を貫通する貫通穴、及び、基板を貫通しない穴の両方が存在する。以下、円形の穴のことを単に穴と呼ぶことにする。

また、基板１上には、基板１の基準位置となる基準点２（マーカー）が設けられている。CCDカメラは、基板１上に設けられたマーカー２を検出する。制御装置は、検出されたマーカー２に基づいて、基板１上における直交する２軸（図６に示されるX軸、Y軸）を決定する。図６においては、直交する２軸の原点Oは、基板１の左上端部に設定されている。基板１上に形成される全ての穴の座標は、この原点Oを基準として決定されている。

〔基板に形成される長穴について〕
次に、図７を参照して基板に形成される長穴について説明する。図７は、基板に形成される長穴について説明するための説明図である。通常、長穴を形成するには、エンドミル等の長穴を形成する専用の工具を使用する。しかしながら、例えば、図７に示されるようにドリルで同一径の穴が繋がるようにして基板を加工する場合がある。このように、同一径の穴が繋がるようにして形成された穴のことも長穴と呼ぶことにする。ドリルのみで基板に長穴を形成する場合には、ドリルを長穴を形成する専用の工具と取り替える必要はない。よって、円形の穴と長穴を連続して基板に形成することができるので、基板を加工する時間を短縮することができる。ドリルのみで基板に長穴を形成するには、隣り合う穴を連続して形成することはしない。すなわち、基板にある穴を形成したら、次には、ある穴とは隣り合わない穴を形成する。このようにして基板に長穴を形成する理由は、隣り合う穴を連続して形成した場合、隣り合う穴の中心間距離が短いと、ある穴の次の穴を形成するときにドリルの中心が基板に当たらない状態で加工がされるので、ドリルの位置がずれてしまいかねないからである。

〔検査装置の構成について〕
次に、図８を参照して、検査装置の構成について説明する。図８は、検査装置の概略構成を示す図である。XYテーブル１０には、中央部に穴１０aが形成されている。XYテーブル１０は、図示を省略する駆動装置によって、互いに直交する２方向のベクトル（図８に示されるX方向ベクトル、Y方向ベクトル）から形成される平面に平行な方向に移動可能である。XYテーブル１０上には、上ガラス１１、及び、下ガラス１２を介して被加工部材となる基板１が固定されている。XYテーブル１０の上方には、CCDカメラ１３と照明装置１４とが、それぞれ配置されている。XYテーブル１０の下方には、照明装置１５が配置されている。

CCDカメラ１３は、図示を省略する駆動装置によって、XYテーブル１０が移動する平面に垂直な方向に移動可能である。CCDカメラ１３は、画像処理装置１６、及び、判定処理装置１７を介して制御装置１８と接続されている。

制御装置１８は、XYテーブル１０、CCDカメラ１３、CCDカメラ１３の駆動装置、照明装置１４、照明装置１５、画像処理装置１６、及び、判定処理装置１７を制御する。

〔検査装置の動作について〕
穴が基板を貫通する貫通穴である場合、制御装置１８は、照明装置１５を動作（点灯）させる。照明装置１５から照射された光は、下ガラス１２側から基板１に照射される。そして、基板１に貫通穴が空いている場合には、CCDカメラ１３は、貫通穴を通過した光を検出する。CCDカメラ１３が貫通穴を通過した光を検出した場合、検出された光の強度に関するデータは、画像処理装置１６に送られる。画像処理装置１６は、光の強度に関するデータを２値化されたデータに変換する。このようにして２値化された光の強度に関するデータを撮像データとも呼ぶ。２値化されたデータは、判定処理装置１７に送られる。判定処理装置１７は、２値化されたデータに基づいて基板１に貫通穴が形成されていると判定する。

穴が基板を貫通しない穴を含む場合、制御装置１８は、照明装置１４を動作（点灯）させる。照明装置１４から照射された光は、上ガラス１１側から基板１に照射される。そして、基板１に穴が形成されている場合には、CCDカメラ１３は、基板１の表面から反射された反射光、及び、基板１に形成された穴の部分から反射された反射光を検出する。CCDカメラ１３と基板１の表面との距離は、CCDカメラ１３と基板１に形成された穴の部分との距離よりも短い。よって、CCDカメラ１３が基板１の表面から反射された反射光を検出したときの光の強度は、CCDカメラ１３が基板１に形成された穴の部分から反射された反射光を検出したときの光の強度よりも大きい。検出された光の強度に関するデータは、画像処理装置１６に送られる。

画像処理装置１６は、光の強度に関するデータを２値化する。２値化されたデータは、判定処理装置１７に送られる。２値化された基板１の表面から反射された反射光の強度は、２値化された基板１に形成された穴の部分から反射された反射光の強度よりも大きい。よって、判定処理装置１７は、２値化された値に基づいて、穴の座標を判断することができる。判定処理装置１７によって判定された穴の座標に関するデータは、制御装置１８に送られる。

制御装置１８は、判定処理装置１７から送られた穴の座標に関するデータを内蔵するメモリに記憶させる。制御装置１８は、図示を省略する駆動装置によってXYテーブル１０をX方向、及び、Y方向に移動することによって、基板１に形成された全ての穴の座標に関するデータを取得する。

また、検査装置のオペレータは、制御装置に内蔵されたメモリに、検査する基板の加工データを予め記憶させておく。加工データには、形成される穴の直径と中心座標とが記述されている。そして、制御装置１８は、取得した穴の座標に関するデータと、予め記憶された加工データとを比較することによって、基板に形成された穴を検査する。このようにして、従来の検査装置では、基板に形成された長穴以外の穴を検査していた。
特開２００４−３１７３０５号公報

しかしながら、従来の検査装置では、基板に形成された長穴を検査してはいなかった。
本発明の目的は、従来検査していた穴に加えて同一径の穴が繋がるようにして形成された長穴も検査することである。

本発明は、基板に形成される穴の直径と中心座標とを記述した加工データと、基板を撮像することによって得られる前記穴の撮像データと、に基づいて、基板に形成された穴を検査する穴の検査方法において、加工データに基づいて、基板に形成される全ての穴を穴径毎にグループ分けし、それぞれのグループ毎に、前記加工データに基づいて、前記基板に形成される全ての穴を穴径毎にグループ分けし、それぞれのグループ毎に、一直線上に互いに繋がる穴が存在するか否かを判別して長穴を選び出す処理を実行することによって得られる長穴に関するデータと、前記基板を撮像することによって得られる長穴の撮像データの解析と、に基づいて、前記基板に形成された長穴の誤差を検査することを特徴とする。

本発明は、記憶装置と、制御装置と、撮像装置とを有し、制御装置は、記憶装置に記憶された基板に形成される穴の直径と中心座標とを記述した加工データと、撮像装置によって基板を撮像することによって得られる穴の撮像データと、に基づいて、基板に形成された穴を検査する穴の検査装置であって、制御装置は、記憶装置に記憶された加工データに基づいて、基板に形成される全ての穴を穴径毎にグループ分けし、それぞれのグループ毎に、前記制御装置は、前記記憶装置に記憶された前記加工データに基づいて、前記基板に形成される全ての穴を穴径毎にグループ分けし、それぞれのグループ毎に、一直線上に互いに繋がる穴が存在するか否かを判別して長穴を選び出す処理を実行することによって得られる長穴に関するデータと、前記撮像装置によって前記基板を撮像することによって得られる長穴の撮像データの解析と、に基づいて、前記基板に形成された長穴の誤差を検査することを特徴とする。

本発明の穴の検査装置は、従来、検査していた穴とともに長穴も検査することができる。よって、従来、検査員が行っていた長穴の検査を検査装置によって自動的に行うことができる。従って、基板を検査する時間を短縮することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明の検査装置の構成は、図８に示される従来の検査装置の構成と実質的に同じである。ただし、制御装置１８に内蔵されているメモリに記憶される検査処理を実行させるための演算処理が従来の演算処理と異なっている。

〔検査処理について〕
次に、図２を参照して検査処理の手順について説明する。図２は、検査処理の手順について説明するためのフローチャートである。ステップS１０の処理において、制御装置１８は、内蔵されたメモリに予め記憶された検査する基板の加工データを読み出す。加工データには、基板に形成される全ての穴の直径と中心座標とが記述されている。

〔長穴の判別方法について〕
ステップS１１の処理において、制御装置１８は、長穴判別処理を実行する。まず、図１Aを参照して長穴の判別方法について説明する。図１Aは、長穴の判別方法について説明するための説明図である。まず、制御装置１８は、基板１に形成される全ての穴を加工データに基づいて、穴径毎にグループ分けする。なぜなら、図７に示されるような長穴は、同じ径の穴が繋がることによって形成されるからである。次に、制御装置１８は、それぞれのグループ毎に、ある１つの穴と他の全ての穴との組み合わせにおいて、ある１つの穴と繋がる穴が存在するか否かを判別する。すなわち、ある１つの穴と他の穴とについて、２つの穴の中心間距離が直径よりも小さい場合には、ある１つの穴と他の穴とは繋がっている。ある１つの穴と他の穴とについて、２つの穴の中心間距離が直径よりも大きい場合には、ある１つの穴と他の穴とは繋がっていない。そして、ある１つの穴と他の穴とについて、２つの穴の中心間距離が直径と等しい場合には、ある１つの穴と他の穴とは繋がっていない。すなわち、ある１つの穴と他の穴とが外接している場合には、両者は繋がっていないものとする。

例えば、図１Aにおいて直径がｄの穴H_１については、自身と繋がる穴は、存在しない。すなわち、穴H_１は、長穴ではない。次に、直径ｄの穴H_２と他の全ての穴との組み合わせにおいて、制御装置１８は、穴H_２と繋がる穴が存在するか否かを判別する。この場合、穴H_２と繋がる直径ｄの穴H_３が存在する。すなわち、穴H_２と穴H_３の中心間距離ｋ_１は、ｋ_１＜ｄであるので、穴H_２と穴H_３とは、１つの長穴を形成している。以後、穴H_３、穴H_４、というように全ての穴について順次、他の全ての穴との組み合わせにおいて、制御装置１８は、それぞれの穴と繋がる穴が存在するか否かを判別する。そして、制御装置１８は、このようにして求められたそれぞれの互いに繋がる穴の集合において、その両端の穴の少なくともどちらか一方が、他の互いに繋がる穴の集合の両端の少なくともどちらか一方となっているものが存在するか否かを判別する。互いに繋がる穴の両端の少なくともどちらか一方が、他の互いに繋がる穴の両端のどちらか一方となっている場合、それらは１つの長穴を形成している。従って、制御装置１８は、このような互いに繋がる穴の組み合わせを１つの長穴と認識する。このようにして、制御装置１８は、加工データに基づいて、基板１上に長穴が形成されるか否かを判別する。

次に、図１Bを参照して長穴と基準点となるマーカーによって決定される軸とのなす角度の算出方法について説明する。図１Bは、長穴と基準点となるマーカーによって決定される軸とのなす角度の算出方法について説明するための説明図である。制御装置１８は、長穴を形成する両端の穴の中心を結ぶ直線（以後、この直線の方向を、加工データに基づく長穴の長軸方向とも呼ぶ）とマーカーによって決定されるX軸とのなす角度θを算出する。

ステップS１２の処理において、制御装置１８は、加工データに基づいて、基板上に形成される全ての長穴の設計上の長さを算出する。ここで、長穴の長さの算出方法について説明する。まず、制御装置１８は、加工データに基づいて、長穴を形成する穴の中心のX座標、Y座標のうち、最大値、及び、最小値をそれぞれ算出する。そして、制御装置１８は、X座標の最大値、及び、最小値から、長穴を形成する両端の穴の中心のX軸方向の距離を算出する。同じく、制御装置１８は、Y座標の最大値、及び、最小値から、長穴を形成する両端の穴の中心のY軸方向の距離を算出する。制御装置１８は、このようにして算出した長穴を形成する両端の穴の中心のX軸方向の距離、及び、Y軸方向の距離とから、長穴を形成する両端の穴の中心間距離を算出する。そして、制御装置１８は、長穴を形成する両端の穴の中心間距離と直径とから長穴の設計上の長さを算出する。

ステップS１３の処理において、制御装置１８は、加工データに基づき、基板上に形成される全ての長穴の設計上の中心座標を算出する。すなわち、制御装置１８は、長穴を形成する穴の中心のX座標、Y座標の最大値、及び、最小値のそれぞれ平均を算出することによって、長穴の設計上の中心座標を算出する。

ステップS１４の処理において、制御装置１８は、加工データに基づき、基板上に形成される全ての長穴の幅を読み出す。すなわち、制御装置１８は、加工データに記述される穴の直径をもって長穴の幅とする。ステップS１１の処理、ステップS１２の処理、ステップS１３の処理、及び、ステップS１４の処理を、加工データ演算処理と呼ぶことにする。

ステップS１５の処理において、制御装置１８は、CCDカメラ１３を制御し、基板１に形成された全ての穴を撮像する。まず、CCDカメラ１３は、基板１上に設けられたマーカーを検出する。制御装置１８は、検出されたマーカーに基づいて、基板１上における直交する２軸、及び、原点Oを決定する。基板１上に形成される全ての穴の座標は、この２軸を基準として決定されている。そして、制御装置１８は、CCDカメラ１３を制御し、基板１の表面から反射された反射光、及び、基板１に形成された穴の部分から反射された反射光を検出する。このようにして制御装置１８は、図示を省略する駆動装置によってXYテーブル１０をX方向、及び、Y方向に移動することによって、基板１に形成された全ての穴を撮像する。

ステップS１６の処理において、制御装置１８は、画像処理装置１６を制御し、検出された光の強度に関するデータを２値化する。ステップS１５の処理、及び、ステップS１６の処理を、画像処理と呼ぶことにする。

ステップS１７の処理において、制御装置１８は、画像処理結果をメモリに記憶する。このように、画像処理結果をメモリに記憶することによって、制御装置１８は、それぞれの基板毎の画像処理結果を管理することが可能となる。ステップS１８の処理において、制御装置１８は、画像処理結果をメモリから読み出す。

ステップS１９の処理において、制御装置１８は、加工データ演算処理結果と画像処理結果とに基づいて、基板上に形成された長穴を除く全ての穴の中心座標のずれ量、及び、直径の誤差を算出する。長穴を除く穴の中心座標のずれ量を求めるには、制御装置１８は、撮像データに基づいて、穴の面積重心の座標を算出する。そして、制御装置１８は、加工データに記述される穴の中心座標と面積重心の座標とから穴の中心座標のX軸方向のずれ量、及び、Y軸方向のずれ量をそれぞれ算出する。長穴を除く穴の直径の誤差を求めるには、制御装置１８は、加工データに記述される穴の直径と撮像データに基づく穴の直径とから穴の直径の誤差を算出する。
そして、処理はステップS２０に進む。ステップS２０の処理において、制御装置１８は、加工データ演算処理結果と画像処理結果とに基づいて、基板上に形成された長穴の中心座標のずれ量を算出する。

〔長穴の中心座標のずれ量算出方法について〕
図３は、長穴の中心座標のずれ量算出方法について説明するための説明図である。図３においては、検出された長穴の形状が上部に示されている。そして、理解を容易にするため、加工データに基づく長穴をY軸方向にずらして示してある。
制御装置１８は、図３上部に示されるように撮像データに基づいて、長穴の面積重心の座標P_１を算出する。そして、制御装置１８は、図３に示されるように、P_１とステップS１３の処理において求められたP_４（設計上の中心座標）とからX軸方向の座標のずれ量（図中ΔX）、及び、Y軸方向の座標のずれ量（図示せず）をそれぞれ算出する。
そして、処理はステップS２１に進む。ステップS２１の処理において、制御装置１８は、加工データ演算処理結果と画像処理結果とに基づいて、基板上に形成された全ての長穴の長さの誤差を算出する。

〔長穴の長軸方向の長さの誤差算出方法について〕
図４は、長穴の長軸方向の長さの誤差算出方法について説明するための説明図である。図４においては、検出された長穴の形状が上部に示されている。そして、理解を容易にするため、加工データに基づく長穴をY軸方向にずらして示してある。
制御装置１８は、図４上部に示されるように長穴の面積重心の座標P_１を通過し加工データに基づく長穴の長軸方向（長穴を形成する両端の穴の中心を結ぶ直線方向）と平行な直線と、長穴との２つの交点間の距離L_１を算出する。そして、制御装置１８は、図４に示されるように、L_１とステップS１２の処理において求められた長穴の設計上の長さとの差から長穴の長さの誤差を算出する。
そして、処理はステップS２２に進む。ステップS２２の処理において、制御装置１８は、加工データ演算処理結果と画像処理結果とに基づいて、基板上に形成された全ての長穴の幅の誤差を算出する。

〔長穴の幅の誤差算出方法について〕
図５は、長穴の幅の誤差算出方法について説明するための説明図である。制御装置１８は、図５に示されるように長穴の面積重心P_１を通過し、加工データに基づく長穴の長軸方向と直交する方向における長穴の幅W_２を検出する。そして、制御装置１８は、加工データに記述される穴の直径W_１と幅W_２との差から長穴の幅の誤差を算出する。
このようにして、本実施の形態においては、長穴の中心座標のずれ量、長穴の長さの誤差、及び、長穴の幅の誤差をそれぞれ算出することができるので、基板１に形成された全ての長穴の加工精度を管理することが可能となる。
そして処理は、ステップS２３に進む。ステップS１９の処理、ステップS２０の処理、ステップS２１の処理、及び、ステップS２２の処理を、差分処理と呼ぶことにする。

ステップS２３の処理において、制御装置１８は、差分処理によって求められた穴の中心座標のずれ量、穴の直径の誤差、長穴の中心座標のずれ量、長穴の長さの誤差、及び、長穴の幅の誤差をそれぞれディスプレイ等の表示装置に表示する。従って、検査装置のオペレータは、穴の中心座標のずれ量、穴の直径の誤差、長穴の中心座標のずれ量、長穴の長さの誤差、及び、長穴の幅の誤差を目視にて容易に確認することが可能となる。

ステップS２４の処理において、制御装置１８は、検査すべき次の基板があるか否かを判断する。制御装置１８が検査すべき次の基板があると判断した場合、処理はステップS１１に戻り、再び検査処理が繰り返される。制御装置１８が検査すべき次の基板がないと判断した場合、検査処理は終了する。

次に、長穴の幅の誤差を算出する別の方法について説明する。制御装置１８は、撮像データに基づき、加工データに基づく長穴の長軸方向と直交する方向における長穴の幅のうち、最も小さい部分の幅、及び、最も大きい部分の幅を算出することが可能である。そして、制御装置１８は、撮像データに基づく長穴の最も小さい部分の幅と加工データに記述される穴の直径との差を長穴の幅の誤差とすることも可能である。さらに、制御装置１８は、撮像データに基づく長穴の最も大きい部分の幅と加工データに記述される穴の直径との差を長穴の幅の誤差とすることも可能である。

図１Aは、長穴の判別方法について説明するための説明図、図１Bは、長穴と基準点となるマーカーによって決定される軸とのなす角度の算出方法について説明するための説明図である。 検査処理の手順について説明するためのフローチャートである。 長穴の中心座標のずれ量算出方法について説明するための説明図である。 長穴の長軸方向の長さの誤差算出方法について説明するための説明図である。 長穴の幅の誤差算出方法について説明するための説明図である。 基板に形成される穴について説明するための説明図である。 基板に形成される長穴について説明するための説明図である。 検査装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

H_１ 穴
H_２ 穴H_３と互いに繋がる穴
H_３ 穴H_２と互いに繋がる穴
ｋ_１ 穴H_２と穴H_３の中心間距離
ｋ_２ 穴H_１と穴H_２の中心間距離
ｄ 穴の直径
θ 加工データに基づく長穴の長軸方向とX軸とのなす角度

Claims (2)

1. 基板に形成される穴の直径と中心座標とを記述した加工データと、
   前記基板を撮像することによって得られる前記穴の撮像データと、
   に基づいて、
   前記基板に形成された穴を検査する穴の検査方法において、
   前記加工データに基づいて、前記基板に形成される全ての穴を穴径毎にグループ分けし、それぞれのグループ毎に、一直線上に互いに繋がる穴が存在するか否かを判別して長穴を選び出す処理を実行することによって得られる長穴に関するデータと、
   前記基板を撮像することによって得られる長穴の撮像データの解析と、
   に基づいて、
   前記基板に形成された長穴の誤差を検査する
   ことを特徴とする穴の検査方法。
2. 記憶装置と、制御装置と、撮像装置とを有し、前記制御装置は、前記記憶装置に記憶された基板に形成される穴の直径と中心座標とを記述した加工データと、
   前記撮像装置によって前記基板を撮像することによって得られる前記穴の撮像データと、
   に基づいて、
   前記基板に形成された穴を検査する穴の検査装置であって、
   前記制御装置は、前記記憶装置に記憶された前記加工データに基づいて、前記基板に形成される全ての穴を穴径毎にグループ分けし、それぞれのグループ毎に、一直線上に互いに繋がる穴が存在するか否かを判別して長穴を選び出す処理を実行することによって得られる長穴に関するデータと、
   前記撮像装置によって前記基板を撮像することによって得られる長穴の撮像データの解析と、
   に基づいて、
   前記基板に形成された長穴の誤差を検査する
   ことを特徴とする穴の検査装置。

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