JP5874508B2 - はんだの濡れ上がり状態の検査方法およびこの方法を用いた自動外観検査装置ならびに基板検査システム - Google Patents
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Description
また、クリームはんだの量の計測方法として、たとえば光切断法や位相シフト法を用いてランドに塗布されたクリームはんだの高さを求めて、高さを累計する方法により、クリームはんだの体積を求めることができる。ただし、これに限らず、画像の2値化などによりクリームはんだの塗布領域を検出し、検出された領域の面積(画素数)にはんだ印刷に用いたマスクの厚みを乗算する方法によって、クリームはんだの体積を表す数値を求めてもよい。また、はんだ塗布領域の面積をはんだ量を示すパラメータとしてもよい。
自動外観検査装置における計測ステップでも、位相差シフト法やステレオ計測などにより、計測対象部位の3次元データを求めることができるが、計測の手法は三次元計測に限定されるものではない。
処理部には、検査対象のはんだ付け部位に対応するランドに塗布されたクリームはんだの量の計測値またはその計測値の適否を示す情報を外部から入力する入力手段と、検査対象のはんだ付け部位にはんだ付けされた部品の高さを計測する計測手段と、部品実装基板に実装される部品のうちの側面に電極を備える形状の部品に対するはんだ付け部位であって、撮像部の撮像により生成された画像中の対応箇所における暗領域の割合があらかじめ定めたしきい置を上回るはんだ付け部位が検査対象となったとき、当該はんだ付け部位に対応するランドに関して入力手段から入力された情報と当該はんだ付け部位にはんだ付けされている部品に関して計測手段により計測された高さとに基づき、検査対象のはんだ付け部位におけるはんだの濡れ上がりの良否を判定する判定手段と、判定の結果に基づく検査結果情報を出力する出力手段とを具備する。判定手段は、前述した判定ステップを実行する。
この実施例の生産ラインには、はんだ印刷工程、部品実装工程、およびリフロー工程が含まれる。はんだ印刷工程には、基板上の各ランドにクリームはんだを塗布するはんだ印刷装置11やクリームはんだの塗布状態を検査するはんだ印刷検査装置10が含まれる。部品実装工程には、はんだ印刷後の基板に部品を実装するマウンタ21や部品の実装状態を検査する実装検査装置20が設けられる。リフロー工程には、部品実装後の基板のクリームはんだを溶かすリフロー炉31や、リフロー後の基板のはんだフィレットや部品の状態を検査するリフロー後検査装置30が設けられる。
さらに、このLAN回線100には、データ管理用のサーバ40が接続される。このサーバ40には、各検査装置10,20,30での検査に用いられる検査基準データや検査結果情報が保存される。検査基準データには、検査に必要なプログラムや判定の基準値などが含まれ、検査結果情報には、検査対象部位に対する計測処理により得られた計測データや良否の判定結果が含まれる。
また、はんだ印刷検査装置10における検査結果情報は、ランド毎に読み出すことも可能である。リフロー後検査装置30におけるフィレット検査の結果や計測データも、個々の電極毎に読み出し可能に設定される。
以下、この検査に関する装置構成や処理の内容について、順を追って説明する。
この実施例のはんだ印刷検査装置10は、検査対象の基板を支持するステージ部101と、カメラ102およびプロジェクタ103ならびにこれらをステージ部101の上方で支持する検査ヘッド104と、処理部100とを有する。ステージ部101には、そのステージ本体を一軸(たとえば図2中の左右方向に沿う軸)に沿って移動させる移動機構(図示せず。)が設けられる。検査ヘッド104には、そのヘッド本体をカメラ102やプロジェクタ103と共に、ステージ部101の移動軸に直交する軸に沿って移動させる移動機構(図示せず。)が設けられる。また、図2には示していないが、検査ヘッド104には、カメラ102の撮像対象領域を照明する照明部も取り付けられる。
計測処理部116および検査実行部117は、プログラマブルロジックデバイスであって、CPU110と協働して計測や判定処理を実行する。
このリフロー後検査装置30も、基板ステージ301と、カメラ302およびプロジェクタ303ならびに検査ヘッド304と、処理部300とを有する。処理部300も、図2のはんだ印刷検査装置10の処理部100と同様の構成を備えているので、各構成に、はんだ印刷検査装置10の対応する構成と下二桁が一致する符号を付す(たとえば、CPU110に対してCPU310)ことにより、説明を省略する。
照明装置305も検査ヘッド304に取り付けられているが、カメラ302やプロジェクタ303より低い位置で支持される。照明装置305のドームのカメラ302やプロジェクタ303に対応する位置には、それぞれ撮像用、投影用の窓部305a,305bが設けられ、窓部305a,305bを除くドームの内面のほぼ全域に、LED(図示せず。)が円環状に配列されている。これらのLEDの発光色は、方位角や入射角の変化に従って徐々に変化し、各色の光が拡散すると白色光となるように調整されている。
なお、計測処理部316には、色彩を表す特徴データとその色彩による光から割り出される法線の方向との対応関係を登録したテーブルが含まれており、画像から検出した特徴データによりこのテーブルを参照することによって、法線の方向を速やかに特定することができる。
標準的な大きさのランドにはんだ付けされた場合には、図4(1)に示すように、フィレットは比較的緩やかになり、斜め方向からの照明光をカメラ302に向かう方向に反射させることができる。しかし、はんだ付けの対象のランドが幅狭になると、フィレットの傾斜も急になり、図4(2)に示すように、カメラ302に向かう方向に照明光を反射させることが不可能になる。その結果、画像中のフィレットに対応する箇所は暗領域となって、はんだの三次元形状を復元できなくなり、精度の良い検査を実施できなくなる。
各例ともに、部品実装前の基板に塗布されたクリームはんだの状態と、そのクリームはんだの溶融および固化により形成されたフィレットの状態とを左右に並べて示す。また、右手の図では、部品電極に対するはんだの濡れ上がりの範囲を矢印付きの線により示す。
このような場合には、はんだ印刷検査での結果は「良」となるが、部品の浮き量が許容値を超えるので、ステップAが「YES」、ステップBが「NO」となり、フィレット不良が生じていると判定される(ステップD)。
よって、色彩分布から復元された三次元形状によって、フィレットの形状に不良があることを正しく判定することができる。
この処理は、検査対象の基板がステージ部301に搬入されて、検査ヘッド304との位置合わせが完了したことに応じて開始される。まずステップS1では、部品の高さの計測用の画像を得るために、プロジェクタ303によるパターン画像の投影下での撮像を所定回数実行する。ステップS2では、はんだに対する計測用の画像を得るために、ドーム照明下での撮像を実行する。
まず着目した部品に対し、検査用のウィンドウを設定する(ステップS3)。設定されるウィンドウは、部品の種類によって異なるが、一般に、部品本体を含む部品ウィンドウと、個々のはんだ付け部位毎のランドウィンドウとが設定される。これらのウィンドウも上記した複数の画像に共通に設定されるものである。
ステップS11では、上記ステップS10で復元されたはんだの三次元形状と、ステップS4で復元された部品の三次元形状とを用いた分析処理により、はんだフィレットの良否を判定する。たとえば、部品を表す座標とはんだを表す座標との関係から、部品の側面にはんだが接しているか否かを判定し、接していると判断した場合には、その接触部分の両者の高さとを比較する。そして、両者の高さの差が所定のしきい値以内であれば、フィレットは良好であると判定し、差がしきい値より大きい場合には、フィレットは不良であると判定する。
図9は、クリームはんだの塗布量と、フィレット不良となる浮きの量を判別するための許容値との関係を模式的に示したものである。この図に示すように、クリームはんだの量が多い場合には、浮きの許容値をある程度大きくすることができるが、クリームはんだが少なくなるほど、浮きの許容値を小さくする必要がある。
また、クリームはんだの量が適量であっても、その塗布状態によっては、図11(2)や図11(3)と同様の不良が生じる可能性がある。
ただし、判定の精度を高めるために、はんだ印刷検査で計測されたクリームはんだの体積を入力し、その体積の値に応じてステップS9やステップS25の判定に用いる基準値を変更するようにしてもよい。
11 はんだ印刷装置
20 実装検査装置
21 マウンタ
30 リフロー後検査装置
31 リフロー炉
40 データ管理用サーバ
100,300 処理部
101,301 ステージ部
102,302 カメラ
103,303 プロジェクタ
104,304 検査ヘッド
105,305 照明装置
110,310 CPU
116,316 計測処理部
117,317 検査実行部
119,319 通信インタフェース
Claims (7)
- 部品実装基板の基板面を正面視する状態で当該基板の上方に配備される撮像部と、撮像部の撮像対象領域を照明する照明部と、前記基板面にはんだ付けされた部品の高さを計測する計測手段とを有する自動外観検査装置を用いて、前記基板におけるはんだの濡れ上がり状態を検査する方法において、
前記部品実装基板の生産のために実施される一連の工程のうちのはんだ印刷工程で当該基板上のランドに塗布されたクリームはんだの量を、部品が実装されるより前にランド毎に計測してその計測値を保存しておき、
前記自動外観検査装置において、
前記部品実装基板に実装される部品のうちの側面に電極を備える形状の部品に対するはんだ付け部位であって前記撮像部の撮像により生成された画像中の対応箇所における暗領域の割合があらかじめ定めたしきい値を上回るはんだ付け部位が検査対象となったときに、当該はんだ付け部位に対応するランドに関して保存されているクリームはんだの計測量と当該はんだ付け部位にはんだ付けされている部品に関して前記計測手段により計測された高さとに基づき前記検査対象のはんだ付け部位におけるはんだ濡れ上がりの良否を判定する判定ステップを実行し、
前記判定ステップでは、前記クリームはんだの計測量があらかじめ定めた基準値を上回っていることを条件に前記部品の高さの計測値と当該部品について登録された基準の高さとの差をあらかじめ定めた許容値と比較し、前記の差が許容値を超えていない場合には、前記検査対象のはんだ付け部位におけるはんだの濡れ上がりが良好であると判定し、前記の差が許容値を超える場合および前記クリームはんだの計測量が基準値を下回る場合には、前記検査対象のはんだ付け部位におけるはんだの濡れ上がりは不良であると判定する、
ことを特徴とするはんだの濡れ上がり状態の検査方法。 - 請求項1に記載された方法において、
前記自動外観検査装置において、前記判定ステップの対象となるはんだ付け部位に対応するランドにおけるクリームはんだの量の計測値またはその計測値と前記基準値とを比較した結果を示す情報を外部から入力する入力ステップを、判定ステップに先立ち実行する、はんだの濡れ上がり状態の検査方法。 - 請求項1に記載された方法において、
前記自動外観検査装置において、前記判定ステップの対象となるはんだ付け部位に対応するランドにおけるクリームはんだの量の計測値を外部から入力する入力ステップを、判定ステップに先立ち実行し、
前記判定ステップでは、前記入力ステップで入力された計測値に応じて前記許容値の値を変動させる、はんだの濡れ上がり状態の検査方法。 - 請求項1に記載された方法であって、
前記基板に実装されるリード部品の個々の電極に対するはんだ付け部位であって、前記クリームはんだの量の計測値があらかじめ定めた基準値を上回ったはんだ付け部位が検査対象となったときに、第2の計測ステップと第2の判定ステップとを実行し、
前記第2の計測ステップでは、前記検査対象のはんだ付け部位におけるフロントフィレットの画像を処理して、当該フロントフィレットを形成するはんだの量を計測し、
前記第2の判定ステップでは、前記第2の計測ステップで得た計測値があらかじめ定めた基準の範囲に含まれる場合に、前記検査対象のはんだ付け部位におけるはんだの濡れ上がりが良好であると判定し、前記計測値が基準の範囲に含まれない場合には、前記検査対象のはんだ付け部位におけるはんだの濡れ上がりは不良であると判定する、はんだの濡れ上がり状態の検査方法。 - 請求項4に記載された方法であって、
前記自動外観検査装置において、前記第2の判定ステップの対象となるはんだ付け部位に対応するランドにおけるクリームはんだの量の計測値を外部から入力する入力ステップを、前記第2の判定ステップに先立ち実行し、
前記第2の判定ステップでは、前記入力ステップで入力された計測値に応じて前記基準の範囲を変動させる、はんだの濡れ上がり状態の検査方法。 - 部品実装基板の基板面を正面視する状態で当該基板の上方に配備される撮像部と、撮像部の撮像対象領域を照明する照明部と、撮像部により生成された画像を用いて前記基板におけるはんだの濡れ上がり状態を検査する処理部とを備えた装置であって、
前記処理部は、
検査対象のはんだ付け部位に対応するランドに塗布されたクリームはんだの量の計測値またはその計測値の適否を示す情報を外部から入力する入力手段と、
検査対象のはんだ付け部位にはんだ付けされた部品の高さを計測する計測手段と、
前記部品実装基板に実装される部品のうちの側面に電極を備える形状の部品に対するはんだ付け部位であって、前記撮像部の撮像により生成された画像中の対応箇所における暗領域の割合があらかじめ定めたしきい値を上回るはんだ付け部位が検査対象となったとき、当該はんだ付け部位に対応するランドに関して前記入力手段から入力された情報と当該はんだ付け部位にはんだ付けされている部品に関して前記計測手段により計測された高さとに基づき、前記検査対象のはんだ付け部位におけるはんだの濡れ上がりの良否を判定する判定手段と、
前記判定の結果に基づく検査結果情報を出力する出力手段とを具備し、
前記判定手段は、前記検査対象のはんだ付け部位に対応するランドにおけるクリームはんだの計測値が適量であったことを示す情報が前記入力手段から入力されたことを条件に前記部品の高さの計測値と当該部品について登録されている基準の高さとの差をあらかじめ定めた許容値と比較し、前記の差が許容値を超えていない場合には前記検査対象のはんだ付け部位におけるはんだの濡れ上がりが良好であると判定し、前記の差が許容値を超える場合および前記クリームはんだの計測量が適量でない場合には、前記検査対象のはんだ付け部位におけるはんだの濡れ上がりは不良であると判定する、自動外観検査装置。 - 部品実装基板の生産のために実施される一連の工程のうちのはんだ印刷工程に設けられて、はんだ印刷後の基板の各ランドにおけるクリームはんだの塗布状態を検査する第1の自動外観検査装置と、前記一連の工程のうちのリフロー工程に設けられて、当該リフロー工程を経た部品実装基板上のはんだの濡れ上がり状態を検査する第2の自動外観検査装置とを含むシステムであって、
各自動外観検査装置は、検査対象の基板の基板面を正面視する状態で当該基板の上方に配備される撮像部と、撮像部の撮像対象領域を照明する照明部と、撮像部により生成された画像を用いて検査を実行する処理部とを備え、
前記第1の自動外観検査装置の処理部は、検査対象のランドに塗布されたクリームはんだの量を計測する計測手段と、計測されたクリームはんだの量をあらかじめ登録された基準値と比較してその量の適否を判定する判定手段と、前記判定の結果に基づく検査結果情報を出力する出力手段とを具備し、
前記第2の自動外観検査装置の処理部は、
検査対象のはんだ付け部位に対応するランドに対する検査結果情報を、第1の自動外観検査装置または第1の自動外観検査装置の出力手段からの出力を受けた装置との通信により入力する入力手段と、
検査対象のはんだ付け部位にはんだ付けされた部品の高さを計測する計測手段と、
前記部品実装基板に実装される部品のうちの側面に電極を備える形状の部品に対するはんだ付け部位であって、前記撮像部の撮像により生成された画像中の対応箇所における暗領域の割合があらかじめ定めたしきい値を上回るはんだ付け部位が検査対象となったとき、当該はんだ付け部位に対応するランドに関して前記入力手段から入力された情報と当該はんだ付け部位にはんだ付けされている部品に関して前記計測手段により計測された高さとに基づき、前記検査対象のはんだ付け部位におけるはんだの濡れ上がりの良否を判定する判定手段と、
前記判定の結果に基づく検査結果情報を出力する出力手段とを具備し、
前記判定手段は、前記検査対象のはんだ付け部位に対応するランドにおけるクリームはんだの計測値が適量であったことを示す情報が前記入力手段から入力されたことを条件に前記部品の高さの計測値と当該部品について登録されている基準の高さとの差をあらかじめ定めた許容値と比較し、前記の差が許容値を超えていない場合には前記検査対象のはんだ付け部位におけるはんだの濡れ上がりが良好であると判定し、前記の差が許容値を超える場合および前記クリームはんだの計測量が適量でない場合には、前記検査対象のはんだ付け部位におけるはんだの濡れ上がりは不良であると判定する、
ことを特徴とする基板検査システム。
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