JP4956958B2 - Ｘ線検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、工業製品などの透視検査またはＣＴ検査などを行うためのＸ線検査装置に関し、さらに詳細には、電子部品等が搭載される実装基板上の搭載部品や実装基板自体の検査を行うＸ線検査装置に関する。

実装基板や実装基板上に搭載される部品の検査に、Ｘ線検査装置が利用されることがある。これは、外観検査からは判断できないハンダ内部の不良などを観察・検査することができるためである。特に、近年採用されているＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージ（以下の説明においてはボールが小さいＣＳＰ（Chip Size Package）等もＢＧＡパッケージとして扱う）では、図６（ａ）（ｂ）に示すように，ＢＧＡパッケージの底面全体にハンダボールＰが配列しており、パッケージ中央部分のハンダボールＰ_Ｉの接続状態については目視による検査が困難であるため、Ｘ線検査装置により透視Ｘ線画像を撮影して検査する方法が有効である。

一般に、実装基板等の検査を行うＸ線検査装置は、Ｘ線発生装置のＸ線源に対向するようにして、イメージインテンシファイア（以下、ＩＩと略す）とＣＣＤカメラとを組み合わせたＸ線検出器を配置し、さらにＸ線源とＸ線検出器との間に移動可能なステージを配置して、ステージ上に被測定物である実装基板等を載置するようにしてある。そして、ステージを移動して測定視野内（Ｘ線通過領域）に被測定物の測定部位を移動し、Ｘ線測定を行う。最近はＩＩ、ＣＣＤカメラからなるＸ線検出器に代えて、フラットパネルＸ線検出器を使用したＸ線検査装置も利用されている。

Ｘ線検査装置により、同種類の検査対象物について次々と検査する場合、各測定点をシーケンス情報として記憶しておき、そのシーケンス情報に基づいてステージを移動させ、各測定点を順番に測定視野内に入れて観察（検査）するようにしたＸ線検査装置が使用されている。
例えば、検査対象物の搬送に産業用ロボットを用い、この産業用ロボットに予め検査対象物の複数の測定点をティーチングしておき、産業用ロボットにより検査対象物を移動して各測定点の透視Ｘ像を得るようにした装置が開示されている（特許文献１参照）。
ここで、ティーチングとは、予め、搬送ロボットなどの装置の駆動機構を操作して測定部位を実際に測定視野内に移動し、そのときの位置情報を記憶させることをいう。
特開２００１−１５３８１８号公報

同種の実装基板を次々と測定（検査）する場合に、ティーチングによりシーケンス情報を作成して自動的に測定することが測定効率を向上させる上で有効であるが、ティーチングを行う際に、ティーチング用基板（位置決め用の基準基板）上のすべての測定点について、それぞれ位置合わせを行い、順番にシーケンスとして記録する作業を行う必要がある。この作業は、操作者に多大な負担をかける。

特に、ＢＧＡパッケージを使用する実装基板では、パッケージ底面のハンダボール部分には同径、同形状のボールが規則的に配列している。これらハンダ部分についてティーチングを行う場合には、操作者はあるハンダボールを、他のハンダボールと誤って認識し、ティーチングミスを犯すおそれがある。ティーチングミスが生じると、全く測定されないハンダボールが発生したり、二重に測定されるハンダボールが発生したりすることになる。
例えば、図７に示すように、縦８列、横６列に並んだハンダボールを有するＢＧＡパッケージについて、２×２個ずつのハンダボールを同時測定できるＸ線検出器を用いて検査する場合では、図中に測定順を番号で付したように、左上部から右方向に順に移動しつつ４回ティーチング（１〜４）し、続いて右端で一段下って、再び右端から左方向に移動しつつ４回ティーチング（５〜８）し、さらに左端で一段下って、同様に４回ティーチング（９〜１２）を行うことで、すべてのハンダボールを検査することができる。この場合、合計１２回箇所の測定位置をティーチングすることになるが、いずれも同じ画像（２×２個のハンダボールが映し出されたＸ線画像）を見ながらティーチングすることになるため、現在位置を誤認し、ティーチングミスが生じてしまうことがある。

そこで、本発明は、同種の実装基板やその搭載部品を次々と測定（検査）する場合に、シーケンス情報を作成する際の操作者の負担を軽減することを目的とする。
また、本発明は、ティーチングミスをなくして、正確かつ信頼性の高い検査を行うことを目的とする。特にＢＧＡパッケージのハンダボールや従来のＩＣパッケージのピン（端子）のような同形状の部分が多数存在する部品の検査において、ティーチングミスをなくすことを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明のＸ線検査装置は、実装基板上の搭載部品を被測定物としてＸ線透視測定を行うＸ線検査装置であって、前記搭載部品についての部品内部の測定位置指定に役立つ設計・製造情報を含んだ実装部品関連データが与えられたときに、これを読み込む電子データ読込部と、前記搭載部品の実装基板上における搭載位置情報の入力を、ステージを移動して搭載位置をティーチングすることにより受け付ける搭載位置情報受付部と、読み込まれた前記搭載部品の実装部品関連データと、入力された前記搭載部品の搭載位置情報とに基づいて前記搭載部品の内部の測定位置を設定する測定位置設定部とを備えるようにしている。

ここで「搭載部品についての部品内部の測定位置指定に役立つ設計・製造情報を含んだ実装部品関連データ」とは、当初からＸ線検査装置のティーチングに用いる目的で作成されたデータではなく、他の目的のために作成されたデータであって、被測定物である実装基板搭載部品についての部品内部の寸法・形状情報のデータをいう。

具体的には、搭載部品（電子部品等）のカタログまたはデータシートなどに記載された部品パッケージの各種寸法に関する情報を、コンピュータで読み取ることができるように電子データ化した電子データであり、Ｘ線検査装置が読み込むことができるデータである。

本発明によれば、検査を行う前に、電子データ読込部が、実装部品関連データを読み込んでおく。搭載位置情報受付部は、搭載部品の実装基板上の搭載位置に関する情報の入力を、ステージを移動して搭載位置をティーチングすることにより受け付ける。入力された情報により、搭載部品の実装基板上の位置が定まる。測定位置設定部は、読み込まれた搭載部品の実装部品関連データと、入力された搭載部品の搭載位置情報に基づいて、搭載部品の内部の測定位置に関する測定位置を算出し、その位置を測定位置として設定する。
これにより、同種の搭載部品を、次々と測定（検査）する場合に、測定位置設定部が設定した測定位置をシーケンス情報として用いる。

本発明によれば、すべての測定点ごとに、測定視野内に入るようにステージを移動させてティーチングを行う必要がなくなり、ティーチングにかかる手間が省けるとともに、ティーチング中の位置誤認によるティーチングミスを防ぐことができる。
また、本発明によれば、どのような実装基板に搭載部品が搭載される場合であっても、その搭載部品内部の測定位置をひとつひとつティーチングすることなく決定することができる。

（その他の課題を解決するための手段および効果）
上記発明において、多数の搭載部品の実装部品関連データが蓄積されるとともに新しく電子データ読込部により読み込まれた実装部品関連データを蓄積する実装部品関連データベースを備えるようにしてもよい。

データを予め蓄積しておくことにより、測定位置設定部は、既に蓄積された実装部品関連データを利用して測定位置を設定することができる可能性が高くなり、新たに部品関連データを読み込む手間を減らすことができる。そして、必要なときには、新たな実装部品関連データを読み込んで追加することもできる。

この発明において、被測定物がＢＧＡパッケージ（ＣＳＰを含む）であり、部品関連電子データにはＢＧＡパッケージ底面のボール配置に関する情報が含まれるようにしてもよい。
これによれば、被測定物がＢＧＡパッケージである場合に、パッケージ底面に設けられている各ハンダボールの位置についても簡単に測定位置を設定することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

図１は、本発明の一実施形態であるＸ線検査装置の構成を示すブロック図である。このＸ線検査装置１は、Ｘ線発生装置１１とＸ線検出器１２とで構成されるＸ線測定光学系１３と、実装基板Ｓを載置するステージ１４と、ステージ１４をＸＹＺ方向（ステージ面をＸＹ面とする）に並進駆動およびＺ軸に沿って回転駆動するためのステージ駆動機構１６と、装置全体の制御を行う制御系２０とにより構成される。

制御系２０は汎用のコンピュータシステムにより構成されるが、そのハードウェアをさらにブロック化して説明すると、ＣＰＵ２１と、キーボード２２と、マウス２３と、液晶パネルなどの表示装置２４と、メモリ２５と、記録媒体に書き込まれた電子データを読み込む読取装置２６と、外部機器とネットワークを介して電子データを送受するネットワークインタフェース機器２７とにより構成される。
また、ＣＰＵ２１が処理する機能をブロック化して説明すると、Ｘ線画像作成部３１、Ｘ線画像表示制御部３２、ステージ駆動信号発生部３３、電子データ読込部３４、搭載位置情報受付部３５、測定位置設定部３６とに分けられる。
また、メモリ２５には、新しく読み込んだ実装部品関連データを蓄積する実装部品関連データ記憶領域４１が設けられている。なお、実装部品関連データ記憶領域４１は、予め、多数の実装基板または多数の実装基板搭載部品のデータを蓄積しておくことにより、実装部品関連データベースとして機能するようにしてある。

Ｘ線測定光学系１３を構成するＸ線発生装置１１は、透視Ｘ線照射用のＸ線管を備えている。Ｘ線検出器１２は、Ｘ線管に対向するように配置されるＩＩと、このＩＩの後側に一体的に取り付けられたＣＣＤカメラとからなり、ＩＩが透視Ｘ線を検出することにより形成した蛍光像をＣＣＤカメラで撮影することにより、透視Ｘ線像の映像信号が出力されるようにしてある。

ステージ１４は、ＸＹ面となる２次元平面を有しており、この上に検査対象となる実装基板Ｓが載置される。
ステージ駆動機構１６は、モータが搭載され、ＣＰＵ２１からの制御信号に基づいてステージ１４を並進駆動したり、回転駆動したりする。

次に、ＣＰＵ２１の各機能ブロックについて説明する。
Ｘ線画像作成部３１は、Ｘ線検出器１２から送られてきた透視Ｘ線像の映像信号を、次々とデジタル画像に変換し、コマ画像データを作成する制御を行う。
Ｘ線画像表示制御部３２は、作成されたコマ画像データを表示装置２４に順次送って表示することにより、透視Ｘ線動画像を表示する制御を行う。

ステージ駆動信号発生部３３は、ステージ駆動機構１６を制御するための駆動信号を発生する。駆動信号は、キーボード２２の矢印キーあるいはマウス２３を用いてステージを移動させるための指示を与えることにより、その指示の対応した駆動信号が発生する。

電子データ読込部３４は、被測定物（実装基板またはその搭載部品）についての測定位置指定に役立つ設計・製造情報を含んだ実装部品関連データを読み込む制御を行う。
実装部品関連データは、種々の態様で与えられるので、それぞれに応じた方法で読み込まれる。具体的には、フロッピディスクやＣＤ、ＤＶＤなどの記録媒体に記録された状態の電子データで与えられる場合は、その記録媒体用の読取装置２６によって読み込まれる。
マウンタ等の実装基板製造装置が扱う実装基板や搭載部品に関する入力データ、あるいは基板設計ＣＡＤで作成された基板設計データ等として与えられる場合は、記録媒体を介してそれらを読み込む方法の他に、例えば、マウンタや基板設計ＣＡＤをネットワークに接続しておくことにより、ネットワークインタフェース機器２７から、直接、電子データを受信して読み込むこともできる。

搭載位置情報受付部３５は、被測定物が実装基板上の搭載部品である場合に、実装基板上での搭載部品の搭載位置の入力を受け付ける制御を行う。入力は、ステージを移動して搭載位置をティーチングすることにより行うことができる。
ステージ移動によるティーチングに代えて、別途に光学カメラで実装基板の外観画像を撮影しておき、この外観画像をモニタ画面に表示するときに、モニタ画面上の位置と実際の実装基板上の位置との対応が付くようにしておくことで、マウス２３により外観画像上の位置を指定することにより、搭載位置の入力操作（ティーチング）を行うこともできる。
なお、搭載部品の実装基板上の搭載位置に関する情報を、実装部品関連データから得ることができる場合はこの入力操作は必要ない。

測定位置設定部３６は、入力された搭載位置情報と被測定物の実装部品関連データとに基づいて実装基板上の測定位置を設定する制御を行う。
実装基板に搭載されたＢＧＡパッケージのハンダボール位置を測定位置とする場合には、入力された搭載位置情報により、ＢＧＡパッケージの実装基板上の位置を定め、さらに読み込んだ実装部品関連データに基づいてパッケージ内でのハンダボール位置を定める。なお、実装基板上に対する搭載位置情報についても実装部品関連データに含まれている場合は、搭載位置情報の入力は行わず、実装部品関連データに基づいて測定位置を設定する。

実装部品関連データ記憶領域４１は、予め実装基板や実装基板の搭載部品に関する設計・製造情報である実装部品関連データ、すなわち実装基板上の部品搭載位置や部品寸法に関する情報が蓄積してあり、さらに、新しく読み込んだ実装部品関連データを追加するようにしてあり、実装部品関連データベースとして用いられる。

次に本発明による測定動作について説明する。図２はＸ線検査装置１による測定動作を説明するフローチャートである。以下のフローでは、実装基板上に搭載されたＢＧＡパッケージのハンダボールの接続状態について検査するものとする。

まず、ステージ１４上に被測定物となるＢＧＡパッケージが搭載された実装基板を載置する（Ｓ１０１）。
続いて、そのＢＧＡパッケージに関する実装部品関連データが、実装部品関連データ記憶領域４１（以下、実装部品関連データベースともいう）に蓄積してあるかを確認する（Ｓ１０２）。具体的には、図３に示すような搭載部品の選択画面を表示装置２４のモニタ画面に表示して、搭載部品を識別するための部品名（ＢＧＡ）、メーカ名（ＡＢＣ電子）、型式番号（Ａ０１２３）を入力し、そのデータが存在するかを確認する。該当データが存在すればそのデータを抽出する（Ｓ１０３）。該当データが蓄積されていなければ、新たにそのＢＧＡパッケージの電子データを読み込むとともに実装部品関連データ記憶領域４１に記憶する（Ｓ１０４）。ＢＧＡパッケージに関するデータは、例えば、フロッピディスクを媒体として、読込装置２６から読み込む。ＢＧＡパッケージに関するデータは、これ以外にも、基本設計ＣＡＤにより作成された設計データ、あるいはマウンタ等の実装基板製造装置での入力データを用いて与えてもよい。

続いて、図４に示すように、ＢＧＡパッケージに関する蓄積情報をモニタ画面に表示する（Ｓ１０５）。表示されるデータは、ＢＧＡ５１パッケージの外形寸法ａ、ｂ、ハンダボール５２の配置に関する位置・寸法情報ｃ、ｄ、ｅ、ｆ等であり、これらによってＢＧＡパッケージ内のハンダボールの配置が一義的に決定される。このモニタ画面上に現れているすべてのハンダボールの位置が検査対象となる可能性があるので、初期設定により、自動的にすべてのハンダボールの位置が測定点として指定される。なお、初期設定を変更して、選択したハンダボールのみが測定点として指定されるようにしてもよい。すべてのハンダボールの位置が自動的に指定される場合は、自動指定後に、操作者がマウス２３による手動入力操作で、指定された測定位置の一部を削除し、最終的にＢＧＡパッケージ内の測定点を決定する（Ｓ１０６）。

続いて、ＢＧＡパッケージの実装基板上の搭載位置に関する情報が、実装部品関連データに含まれているかを確認し（ｓ１０７）、含まれているときは実装部品関連データから搭載位置情報を抽出する（Ｓ１０８）。例えば、マウンタ等の実装基板製造装置の入力データやＣＡＤの設計データを用いている場合は、その実装部品関連データ自体に搭載位置に関する情報が含まれている。
実装部品関連データに搭載位置情報が含まれていないときは、図５に示すようにステージ移動操作により搭載位置Ｑを指定するティーチングを行う（Ｓ１０９）。

以上の操作で、実装基板上でのＢＧＡパッケージの位置、ＢＧＡパッケージ内のハンダボールの位置が特定されるので、これら情報に基づいてシーケンス情報を作成する（Ｓ１１０）。
そしてシーケンス情報に基づいて、測定位置の設定を行い、検査を実行する（Ｓ１１１）。
このように外部から読み込んだ実装部品関連データを利用することで、必要なティーチング操作が少なくなり、あるいはティーチング操作を行う必要がなくなるので、シーケンス情報を作成する際の操作者の負担を軽減することができる。また、人為的なティーチングミスを減らすことができる。

上記実施形態では、実装基板上に搭載するＢＧＡパッケージの検査について説明したが、実装基板自体の検査を行う場合についても、実装部品関連データ（この場合は実装基板自体に関するデータが実装部品関連データとして実装部品関連データ記憶領域４１に蓄積される）を利用することで負担を軽減できる。

本発明は、実装基板または実装基板に搭載される部品のＸ線検査を次々と行うようにしたＸ線検査装置に利用することができる。

本発明の一実施形態であるＸ線検査装置の構成を示すブロック図。 図１のＸ線検査装置による測定動作を説明するフローチャート。 モニタ画面に表示される搭載部品選択画面の一例を示す図。 モニタ画面に表示されるＢＧＡパッケージに関する情報の一例を示す図。 実装基板上にＢＧＡパッケージ搭載位置Ｑを指定するティーチング操作を説明する図。 実装基板に搭載されたＢＧＡパッケージの一例を示す図。 従来のＢＧＡパッケージのティーチング操作例を説明する図。

符号の説明

１： Ｘ線検査装置
１１： Ｘ線発生装置（Ｘ線源）
１２： Ｘ線検出器
１３： Ｘ線測定光学系
１４： ステージ
１６： ステージ駆動機構
２０： 制御系
２１： ＣＰＵ
２２： キーボード
２３： マウス
２４： 表示装置
２５： メモリ
２６： 読取装置
２７： ネットワークインタフェース装置
３１： Ｘ線画像作成部
３２： Ｘ線画像表示部
３３： ステージ駆動信号発生部
３４： 電子データ読込部
３５： 搭載位置情報受付部
３６： 測定位置設定部
４１： 実装部品関連データ記憶領域（実装部品関連データベース）

Claims (3)

1. 実装基板上の搭載部品を被測定物としてＸ線透視測定を行うＸ線検査装置であって、
   前記搭載部品についての部品内部の測定位置指定に役立つ設計・製造情報を含んだ実装部品関連データが与えられたときに、これを読み込む電子データ読込部と、
   前記搭載部品の実装基板上における搭載位置情報の入力を、ステージを移動して搭載位置をティーチングすることにより受け付ける搭載位置情報受付部と、
   読み込まれた前記搭載部品の実装部品関連データと、入力された前記搭載部品の搭載位置情報とに基づいて前記搭載部品の内部の測定位置を設定する測定位置設定部とを備えたことを特徴とするＸ線検査装置。
2. 多数の実装基板搭載部品の実装部品関連データが蓄積されるとともに新しく電子データ読込部により読み込まれた実装部品関連データを蓄積する実装部品関連データベースを備えたことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
3. 前記搭載部品がＢＧＡまたはＣＳＰパッケージであり、実装部品関連データにはＢＧＡまたはＣＳＰパッケージ底面のボール配置に関する情報が含まれることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のＸ線検査装置。

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