JPH02501411A - エレクトロニクスの検査のための自動ラミノグラフシステム - Google Patents
エレクトロニクスの検査のための自動ラミノグラフシステムInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
エレクトロニクスの検査のための
自動ラミノブラフシステム
発明の分野
この発明は一般に断層撮影法の技術に関し、特に製造された電子品目の高速、高
解像度検査のためのコンピユータ化されたラミノブラフシステムに関する。
発明の背景
電子素子の半田付けおよび組立に対する高速で正確な品質管理検査はエレクトロ
ニクスの製造産業において主要種目になっている。部品及び半田接続部の減少し
た寸法、回路基板の上の部品の増大した実装密度、および半田接続部を視覚から
隠された素子パッケージの下に置く表面装着技術(SMT)の到来は、電子素子
および素子間の電気的接続部の迅速で正確な検査が製造環境において行なうのを
非常に難しくした。
電子素子および接続部の多くの既存の検査システムは、素子および接続部の内部
構造を表わす特徴を示す画像を形成するために透過放射を利用している。これら
のシステムは透過放射がX線を含む従来のラジオグラフィック技術をしばしば使
っている。たとえば胸、腕、脚、背骨、など人体の種々の部分の医学X線写真は
おそら〈従来のラジオグラフィック画像の最もなじみやすい例であろう。形成さ
れた画像または写真は、検査される対象物がX線のビームによって照らされた際
にできるX線陰影を表わす。X線陰影はフィルムなどのようなX線感光材料また
は他の適切な手段によって検出および記録される。
X線陰影またはラジオグラフの外見は対象物の内部的構造特性によって決定され
るだけでなく、入射するX線が対象物に当たる方向によっても決まる。したがっ
て、X線陰影画像の完全な解釈および分析は、人間によって視覚的に行なわれる
またはコンピュータによって数値的に行なわれるどちらにしろ、対象物の特性お
よびX線ビームに対する配向に関して特定の仮定が必要である。たとえば、対象
物の形、内部構造など、また対象物に対する入射X線の方向に関して特定の仮定
を定めることはしばしば必要である。
これらの仮定に基づいて、X線画像の特徴は分析されて画像フィーチャを作成し
た対象物の対応する構造的特性、たとえば半田付は接続部の欠陥の位置、寸法、
形などが決定される。これらの仮定によってしばしば曖昧さが生じ、画像の解釈
およびX線陰影画像の分析に基づいた決定の信頼性を低下させる。従来のラジオ
グラフの分析においてこのような仮定の使用から帰着する主要曖昧さの一つは、
対象物内の構造的特性の小さな変形、例えば半田接続部内の欠陥の形、密度、お
よび大きさは、しばしば半田接続部自身の、さらに隣接する半田接続部、電子素
子、回路基板およびその他の物体の重なった陰影(overshadowing
)のかたまりによってしばしばマスクされる。重なった陰影の塊および隣接する
物体はそれぞれの半田接合に対して普通は異なるので、個々の半田接合内の半田
欠陥の形、大きさおよび位置を正確に判断するための十分な仮定を立てるのは非
常に煩雑でありしばしばほとんど不可能である。
これらの欠点を補償する試みとして、いくつかのシステムは対象物を複数の角度
から見る機能を組込んでいる。この付加的観測はX線陰影投影画像にある曖昧さ
を部分的に解決させることができる。しかし、複数の観測角度の使用は複雑な機
械的取扱いシステムを必要とし、しばしば5つもの独立した非直交の運動軸を要
求する。この機械的複雑さのレベルは増大した経費、増大した大きさおよび重さ
、より長い検査時間、低下したスルーブツト、機械的複雑性による損なわれる位
置決め精度、運動軸の非直交性によるキャリブレーションおよびコンピュータ制
御の複雑性をもたらす。
上記で説明した従来のラジオグラフ技術に関連する多くの問題は、検査する対象
物の断面画像を作ることによって軽減することができる。ラミノブラフやコンピ
ユータ化断層撮影法(CT)のような断層撮影性技術はしばしば医学の応用にお
いて使われて断面画像または人体部分画像を作り出す。医学の応用では、これら
の技術は広く成功を収めているが、その理由は主として1または2mm (0,
04から0.08インチ)の等級の比較的低い解像度で満足できるからでありか
つ速度およびスループット要件が対応する産業要件はど厳しくないからである。
しかし、検査の精度および/または速度における欠点が原因で産業の応用では商
業的成功を収めたラミノブラフ検査システムはない。
これは既存のラミノブラフシステムが産業的検査問題を解決するのに必要な高度
な位置づけ精度および画像解像度を達成しつつ生産環境において実務的であるた
めに必要な速度での操作が不可能であったからである。
エレクトロニクス検査の場合、そしてより特定的に半田接合のような電気的接続
部の検査のために、数μmの等級の画像解像度、たとえば20μm (0,00
08インチ)が必要である。さらに、産業的半田接合検査システムは産業的生産
ラインで使用するのに実務的であるためには毎秒多数の画像を発生させなければ
ならない。こうして、ラミノブラフシステムはエレクトロニクス検査に必要なス
ピードおよび精度要件を達成することができなかった。
断面画像を製作するためのラミノブラフシステムはいくつかの形をとっている。
1つのシステムが「ラミノブラフ器具J ”LAMINOGRAPHICINS
TRUMENT”と題された米国特許第3,928.769号、で説明されてい
る。そこで説明されている放射ソースおよびディテクタは機械的に結合されてソ
ースおよびディテクタの必要な幾何学および同期動作を達成する。この形式のシ
ステムは放射ソース、検査する対象物およびディテクタを含め高い質量要素のい
くつかの組合わせである比較的高い質量を動かさなければならないという欠点が
ある。X線管やカメラ装置が使われるときはこれは特に難しくなる。このシステ
ムの速度は、これらの比較的大きい質量を迅速にまた正確に動かすのが非常に難
しいという事実によって厳しく制限されている。このシステムはまた多くの複雑
な動く部分の時間の経過に伴う不正確および劣化によって、得られる解像度に制
限がある。
「コンピュータ化断層撮影法システム」 “COMPUTERIZED TOM
OGRAPHY SYSTEM’と題された米国特許第4.211.927号で
説明されている別のシステムでは、放射ソースおよびディテクタの機械的動作は
タイミングが同じコンピュータによって制御されている別のステップモータによ
って電子的に駆動されている。各部品の動作はそれぞれの所定の中央キャリブレ
ーション位置を基準にする。こうして、ソースおよびディテクタが同じコンピュ
ータによって駆動されているが、ソースの位置をディテクタの位置と相関させる
直接のリンクはない。このシステムの性能は質量をもった放射ソースおよびディ
テクタが振動されるスピード、および可動部分の精度、同期、安定性によっても
制限されている。
「人体層を画像化するための装置」 “DEVICE FORIMAGING
LAYER5OF A BODYoと題された米国特許第4,516,252号
では、それぞれが異なる位置で間隔があけられて固定されている複数個の放射ソ
ースが単一の振動ソースの代わりに使われている。画像ディテクタの位置は複数
ソースの作動に伴って同期して電子的に動かされる。このアプローチは放射ソー
スおよびディテクタを機械的に動かす固有の問題をなくすが、複数の放射ソース
を必要とするコストという欠点を負う。結果の画像品質も、放射ソース位置の育
限数によってピンボケ特徴の望ましいブレが連続的ではなくやや不連続であるの
で低下する。したがって不要なフィーチャが複数個のはっきりしたアーティファ
クトとして画像に残る。
「人体切断面のスクリーン画像を作成するための装置」’DEVICE FOR
PRODUCING 5CREENING IMAGES OF BODY 5
ECTIONS“と題された米国特許第2.667.585号は静止したX線管
を示し、放射ソースの動きはX線管の電子ビームの静電偏向によって与えられ、
電子ビームが平坦なターゲットアノードの表面の上の経路をトレースさせる。X
線管の反対側には電子光学を含むディテクタ画像管があり、結果の電子画像を静
止ディテクタに偏向させる。X線管の偏向回路および画像管の偏向回路はX線ソ
ースの動きおよびディテクタの結果の画像の偏向を同時に駆動させるために同じ
電圧源から駆動されている。このようにこのシステムは放射ソースおよびディテ
クタを機械的に動かすのに関連した欠点の多くを避ける。しかし、このシステム
はビームがターゲット表面の上を掃引しながら電子ビームの焦点およびエネルギ
を一貫して維持する設備はない。これはX線スポットを大きさおよび強度両方に
おいて変化させ、デバイスで得ることができる解像度を厳しく制限する。電子画
像を偏向するための電子光学の使用もこのデバイスで得られる検出解像度を制限
する。画像が広い角度で偏向されるとこの問題は特に厳しくなる。同様に、X線
スポットを位置づける精度もビームが厳しい角度で偏向されると失われる。これ
らの特性は実質的にこの技術で得られる解像度を制限する。さらに、この技術は
比較的小さい画角の範囲の操作のみ実務的であり、不要なフィーチャの望ましい
断層放射線的プレ効果を制限して結果として焦点の面に対して正規の方向の解像
度を制限する。
上記で説明したラミノブラフシステムのすべては人体切断面ラジオグラフィを行
なうことに向けられており、そのため、迅速に連続した高解像度画像を作成する
ためには設計されていない。さらに、このようなシステムは連続したデニーティ
サイクルあるいはエレクトロニクスの製造と一致する環境で操作する必要はない
。
現在側われているエレクトロニック検査システムに見られる多くの不備は高解像
度、高速ラミノブラフシステムによって克服することができる。このようなシス
テムは特に電子アセンブリでの半田接合のような電気的接続部の検査に適する。
半田接合の高解像度ラミノブラフは接合の品質を示す半田接合におけるフィーチ
ャをはっきりと明らかにすることができる。残念ながら、ラミノブラフ技術を産
業検査環境で使う試みは多く行なわれてきたが、今までのシステムは低い画像解
像度または禁止的に長い検査時間またはこの両方が原因で最適の性能に達してい
ない。解像度を向上させるために使われた今までの技術は常に長い検査時間に帰
着していた。同様に、検査時間を減らすために採用された今までの技術は画像解
像度を一般に犠牲にしてきた。
したがって産業環境においてエレクトロニクスを検査することができる高速で、
高解像度の産業ラミノブラフシステムの必要性がある。
発明の要約
本発明は印刷回路基板に装着されている電子部品間の電気的接続部の検査のため
の装置および方法に向けられている。この発明は接続部の断面画像を作成し、そ
れがコンピュータ援助画像分析システムによって分析される。断面画像は自動的
に分析され接続部の欠陥を識別してその位置を捜し、接続部の工程特性を決定す
る。欠陥の位置および種類または工程特性を示す画像分析の報告が用意されてユ
ーザに呈示される。
より特定的に、本発明は印刷ワイヤリング基板アセンブリおよびその他の電子素
子とアセンブリの上の半田接合のための目動ラミノブラフ検査システムを提供す
る。中央データ処理および制御ユニットが検査する品目を位置づけ、ラミノブラ
フ画像の形成を制御し、画像データを分析し、画像データの分析に基づいて検査
している品目の特性および受容度に関して決定を下し、検査工程の結果をユーザ
に伝える。
本発明の検査システムは、代替システムおよび方法に対していくつかの重大な利
点を有する。したがって、本発明の性能が、これらの代替システムおよび方法に
対して優れているのは、一部は、画像の高解像度、画像の断面フォーマット、画
像の自動的迅速入手および分析によるためである。
この発明は有利にX線うミノグラフの技術を使って高解像度断面画像を得る。こ
の発明は不必要な複雑な運動に頼ることなくアーティファクトのラミノブラフの
ブレを最適化するために放射ソースおよびディテクタの円形運動を用いる。放射
ソースの正確な円形回転は、静止X線管内の電子ビームがX線管のアノードに円
形の経路を描かせること部分をなくす。ラミノブラフ画像を発生させるために必
要な唯一の機械的動作はディテクタの回転である。キャリプレートされたフィー
ドバックシステムは、ラミノブラフ画像の形成中の回転X線ソースおよびディテ
クタの整列および同期化に影響するシステムの機械的部品における不正確さを補
償することによってシステムの精度をさらに向上させる。フィードバックシステ
ムはディテクタの位置をX線ソースの位置と統合させて画像の取得中のソースお
よびディテクタの連続した正確な整列を確実にする。
本発明の高解像度高速ラミノブラフ検査システムは、高い検査率を次の態様によ
って維持しながら、半田接続部、電子素子およびその他のアセンブリの高解像度
断面画像を作成する。回転するX線ソースおよびディテクタは回転するX線シャ
ドーグラフ画像を作成してX線画像を可視光画像に変換する螢光スクリーンディ
テクタの上に射突する。
X線ソースの回転は電子的に達成され、したがって不正確で複雑な機械的機構を
なくす。螢光スクリーンは回転X線ソースと反対に位置づけられている回転盤で
支えられている。スクリーンは回転X線ソースの軌跡によって規定される平面に
平行な平面で回転し、X線ソースと共通の回転軸に対して回転する。回転盤の上
にはさらに、螢光スクリーンの画像を静止カメラによって観測させる2つの鏡を
含む光学非回転アセンブリが装着されている。こうして断面画像を形成するため
に必要な唯一の機械的動作は回転盤の回転であり、これは一定の速度で回転でき
、システムの機械的局面をかなり簡単にする。
画像解像度は検査する対象物の幾何学的拡大を与えるように配置されている微小
焦点X線ソースを使うことによってさらに向上される。
ソースおよびディテクタの正確な整列は高解像度画像の作成に貢献し、フィード
バックシステムによって維持されている。フィードバックシステムはX線管内の
電子ビームの偏向回路を回転している回転盤の位置と同期して駆動させることに
よって、回転ソーススポットおよび螢光スクリーンの正確な整列を維持する。こ
のフィードバック技術は、精密位置エンコーダによって決定される回転盤の実際
の位置に基づいてX線ソースの偏向回路に発行されるべき精度信号を示す座標の
ルックアップテーブルをメモリにストアすることによって、先行技術のラミノブ
ラフシステムよりもより高い精度を可能とする。フィードバックシステムは位置
エンコーダから回転盤の位置を示す入力データを受取り、ルックアップテーブル
から対応する座標を検索し、それに応じてX線管の偏向回路を駆動させる。ソー
ススポットおよび回転盤の整列は適当な座標のルックアップテーブルを発生させ
る手順で周期的にキャリプレートされる。こうしてラミノブラフシステムの精度
は、回転盤の回転の速度、回転盤の整合、ターゲットアノードの形および検査ジ
オメトリを決定する他の精密なパラメータの小さな不精度及び変化にかかわらず
維持されている。
印刷ワイヤ基板または検査する他の対象物はコンピュータ制御によって自動的に
操作することができる機械的取扱いシステムの上に支持され、対象物の望ましい
部分を観測下に順々に持ってくるような態様で対象物を動かす。
X線うミノグラフシステムによって得られた半田接合の高解像度断面画像は自動
的に分析される。強力なコンピュータシステムが、半田接合の断面画像の取得を
効率的にまた自動的に制御するために、画像の特性を測るために、その特性を半
田欠陥の特定の種類と関連づけてそれに応じて品目の品質の受容性に関して決定
を下すために、平行処理を用いる。画像分析の結果は出力フォーマットのいかな
る変形においてユーザに伝えられる。
本発明の1つの局面は、電気的部品および部品が装着されている回路基板との間
の半田接続部の品質を検査および分析するための回路基板検査装置である。回路
基板検査装置は半田接続部のX線うミノグラフ断面画像を作成する。
画像は自動的に取得、デジタル化および分析される。回路基板検査装置はX線ソ
ースを含み、電子ビームが射突するターゲットの位置からX線が放射される。電
気ステアリング装置が電子ビームをターゲットの異なる位置に偏向させる。ステ
アリング装置は電子ビームを軸に対して回転させてターゲット上の実質的に円形
の経路をトレースさせることができ、X線ソースを第1の円形パターンで移動さ
せる。
第1の円形パターンは第1の面を規定する。
回路基板検査装置は半田接続部および回路基板を透過したX線ソースによって生
じたX線を受けるために位置づけられるX線ディテクタをさらに含む。X線ディ
テクタは透過X線によって形成されたX線画像に対応する光学画像を作成する変
換スクリーンを含む。X線ディテクタはさらに、軸に対して回転し第2の円形パ
ターンを規定する実質的に円形な経路に沿って移動するように変換スクリーンを
移動させるための手段を含む。第2の円形パターンは第1の面に対して実施的に
平行である第2の面を規定する。X線ディテクタはさらに回転変換スクリーンか
らの光学画像を静止光学画像面に伝達する光学非回転装置を含み、さらに光学画
像を検出するために静止光学画像面に位置づけられているカメラを含む。カメラ
は光学画像に対応する電子出力を有する。
回路基板検査装置は、X線断面ラミノブラフ画像の光学画像表現が静止画像面で
形成されるように、X線ソースおよび変換スクリーンの円形運動を同期化させる
ための制御システムを含む。制御システムは第2の円形パターンに沿って変換ス
クリーンの位置をモニタし、スクリーン位置に対応する座標を伝えるセンサを含
む。制御システムはさらにセンサから座標を受取り対応する信号をステアリング
装置に伝えるルックアップテーブルを含み、X線ソースの運動を変換スクリーン
の運動と同期させる。
回路基板検査装置は半田接続部の断面画像を分析するためのデジタル画像処理シ
ステムをさらに含む。画像処理システムは、カメラからの電子画像信号を受取り
半田接続部のX線断面画像と対応する画像のデジタル表現を形成するための画像
デジタイザを含む。画像処理システムは、デジタル画像の所定領域をアクセスし
かつ半田欠陥の特定の種類を示す特定的フィーチャの所定の−そろいの命令に従
って領域を分析するためにプログラムされたプログラム可能制御計算セクション
を含む。
二の発明の好ましい実施例では、X線ソースは操舵可能電子ビームX線管を含む
。さらに好ましくは、電気ステアリング装置はコイルを含み、磁界を生じさせて
電子ビームと相互作用してそれを偏向させる。特定の好ましい実施例では、変換
スクリーンはタングステン酸カドミニウムシンチレーション材料を含む。
好ましくは、断面画像は第1および第2の面と平行で回転軸と交差する半田接続
部内の面と対応する。半田接続部の画像面はX線ソースとX線ディテクタの間に
位置づけられて画像面から第1の面への距離が画像面から第2の面への距離より
も小さい。
好ましくは、変換スクリーンを動かすための手段は、軸に対して回転しかつ上に
変換スクリーンが装着されている回転盤をさらに含む。光学非回転装置は回転盤
に装着されている第1および第2の鏡を含む。鏡は回転軸に関してまた第1およ
び第2面に関して約45°の角度で配向されている。第1の鏡は変換スクリーン
から光学画像を受取り第2の鏡に映す。第2の鏡は画像をさらに静止画像面に映
す。
さらに好ましくは、第2の鏡は回転軸と交差する。
特定の好ましい実施例では、カメラは低い光レベルビデオカメラを含む。低い光
レベルカメラはシリコン強化ターゲット螢光増倍管を含む。さらに好ましくは、
デジタル画像処理システムは複数の平行画像処理装置を含む。
この発明のこの局面に従って、装置は好ましくは回路基板を動かすための位置決
めテーブルを含む。
本発明の他の局面は、印刷回路基板の上に装着されている電気部品間の電気的接
続部を検査するための装置である。
装置は電気的接続部の断面画像を作成するための画像システムと、断面画像を分
析するための画像分析システムとを含む。好ましくは、画像システムはX線ソー
スおよびX線ディテクタを含む。さらに好ましくは、画像システムは、電気的接
続部に関してX線ソースおよびX線ディテクタの運動によって作成される電気接
続部のX線うミノグラフを作成する。X線ソースの動きは電気的手段によって発
生され、X線ディテクタの動きは電子機械的手段によって発生される。X線ソー
スおよびX線ディテクタの動きは電気的フィードバックシステムによって同期化
および制御される。
好ましくは、X線ソースおよびX線ディテクタの動きは実質的に円形でありソー
ス面およびディテクタ面を規定する。
特定の好ましい実施例では、ソース面およびディテクタ面は実質的に平行である
。
この発明のこの局面の代替の実施例では、画像システムはコンビコータ化された
断層撮影システムを含む。
この発明のこの局面は、電気的部品が電気接続パッドを含み、回路基板が電気接
続パッドを含むところで特に有用である。電気接続部は電気的部品コネクタパッ
ドと回路基板コネクタパッドとの間に導電性のボンドを含む。たとえば、電気接
続部は電気的部品接続パッドおよび回路基板接続パッドとの間に半田ボンドを含
むこともできる。
この発明のこの局面の好ましい実施例では、画像分析システムは断面画像におい
て特定のフィーチャを捜す。画像分析システムは画像の所定の位置で断面画像に
対して所定のテストを行なうことによって特定のフィーチャを識別する。たとえ
ば、特定のフィーチャの1つは半田橋絡欠陥を含むかもしれない。画像分析シス
テムは半田ボンドを囲む境界に沿って一連の差分画像強度グレイ値を計算し、差
分グレイ値を所定のしきいグレイ値と比較する。半田橋絡欠陥は画像分析システ
ムによって、差分画像強度グレイ値がしきい値を越える境界に沿った箇所におい
て識別される。
特定フィーチャの他の例は接続部に存在する半田の量である。この例では、画像
分析システムは半田接続部の3つの異なる部分に対応する断面画像の3つの領域
を規定し、3つの領域の各々に対して平均画像強度を計算し、平均画像強度を第
1セツトおよび第2セツトの所定しきい値と比較する。画像分析システムは、平
均強度が第1セツトおよび第2セツトの両しきい値より小さい箇所を欠落半田欠
陥として識別する。代わりに、画像分析システムは平均強度が第1セツトのしき
い値より小さくかつ第2セツトのしきい値よりも大きい箇所を不十分な半田の欠
陥として識別する。
本発明の別の局面は、対象物のX線うミノグラフを作成するための装置である。
装置はX線ソースを含み、そのX線はターゲットに射突する電子ビームによって
作られ、さらに電気ステアリング装置を含み、電子ビームをターゲットの異なる
部分に偏向してX線ソースによって作られるX線の位置を移動させる。装置はX
線ソースによって作成されたX線を受取るために位置づけられたX線ディテクタ
をさらに含み〜またX線ディテクタの位置を移動させるための手段も含む。装置
はさらに、X線ソースの動きをX線ディテクタの動きと同期化させるためのフィ
ードバックシステムをも含む。好ましくは、装置はテスト対象物を含み、テスト
対象物がX線ソースとX線ディテクタの間に位置づけられたときにX線ディテク
タに画像を形成する。フィードバックシステムは、X線ディテクタおよびX線ソ
ースがテスト対象物に相対して動くにつれテスト対象物の画像がX線ディテクタ
の上の所定の位置に位置づけられるようにディテクタの動きに応答して、電気的
ステアリング装置を駆動させる。
この発明のこの局面の好ましい実施例において、フィードバックシステムはX線
ソースが第1の面を形成する第1の回転軸に対して第1の円形経路を進み、そし
てX線ディテクタを動かす手段はX線ディテクタが第2の面を形成する第2の回
転軸に対して第2の円形経路を進ませる。好ましくは、第1の面は第2の面に対
して実質的に平行である。
さらに好ましくは、第1の軸は第2の軸に対して実質的に同−広がりであり、第
1の円形経路および第2の円形経路は実質的に同じ回転軸を有する。
本発明のさらに他の局面は、印刷回路基板の上に装着された電気的部品間の電気
接続部を検査する方法である。この方法は電気接続部の断面画像を発生させるス
テップと断面画像を分析するステップを含む。好ましくは、断面画像を発生させ
るステップは、X線ソースでX線を生じるステップと、X線ディテクタでX線を
検出するステップと、電気的接続部のX線うミノグラフを作成するステップとを
含む。X線うミノグラフを作成するステップは、X線ソースおよびX線ディテク
タを電気接続部に関して動かすステップをさらに含む。xllラミノブラフ作成
するステップは、さらに電気的手段によってX線ソースを動かすステップと、電
子機械的手段によってX線ディテクタを動かすステップと、X線ソース及びX線
ディテクタの動きを電気的フィードバックシステムによって同期させるステップ
とを含む。
この発明のこの局面に従った好ましい方法では、断面画像を分析するステップは
、断面画像における特定フィーチャを捜すステップと、特定フィーチャを識別す
るために画像の所定位置で断面画像に対して所定のテストを行なうステップをさ
らに含む。
断面画像を分析するステップは有利的に、1つの電気的接続部を囲む境界に沿っ
て一連の差分画像強度グレイ値を計算するステップと、差分グレイ値を所定のし
きいグレイ値と比較するステップとを含む。この方法はさらに好ましくは、計算
された差分画像強度グレイ値がしきい値を越える境界に沿った箇所を識別し、半
田橋絡欠陥の位置を示すステップを含む。
代替として、断面画像を分析するステップは、電気接続部の3つの異なる部分と
の対応する断面画像の3つの領域を規定するステップと、3つの領域のそれぞれ
の平均画像強度を計算するステップと、平均画像強度を第1セツトおよび第2の
セットの所定しきい値と比較するステップとを含む。断面画像を分析するステッ
プは、平均強度が第1セツトおよび第2セツトの両しきい値よりも少ない箇所を
識別し、その位置が欠落した半田欠陥として示すステップとを含む。代替として
、断面画像を分析するステップは、平均強度が第1セツトのしきい値よりも小さ
くかつ第2セツトのしきい値よりも大きい場所を識別しその位置を不十分な半田
欠陥として示すステップとを含む。
本発明のさらに他の局面は、対象物のX線うミノグラフを作成する方法であり、
X線がターゲットに射突する電子ビームによって作られるX線ソースを設けるス
テップと、電子ビームをターゲットの異なる位置に向けて、X線がX線ソースに
よって作成される位置を動かすステップとを含む。この方法はさらに、X線ディ
テクタでX線ソースによって作られたX線を検出し、X線ディテクタの位置を動
かし、フィードバックシステムでX線の発生の位置の動きをX線ディテクタの動
きと同期化させるステップとをさらに含む。
好ましくは、この発明のこの局面に従ったこの方法は、X線ソースとX線ディテ
クタの間にテスト対象物を位置づけテスト対象物がX線ディテクタの上に画像を
形成するステップをさらに含む。この方法は、テスト対象物の画像がX線ディテ
クタとX線作成の位置がテスト対象物に相対して動くにつれX線ディテクタの上
の所定の位置に位置づけられるようにディテクタの動きに応答してフィードバッ
クシステムを駆動させるステップをさらに含む。
本発明の別の局面は、回路基板の上の電気的部品の間の半田接続部の半田橋絡欠
陥を検出する方法である。この方法は、半田接続部の断面画像を作成するステッ
プと、半田接続部の断面画像のまわりを囲む境界に沿って一連の差分画像強度グ
レイ値を計算するステップと、差分グレイ値を所定のしきいグレイ値と比較する
ステップと、計算した差分画像強度グレイ値がしきい値を越えるボークに沿った
箇所を識別するステップとを含む。
本発明のさらに他の局面は、回路基板の上の電気的部品の間の半田接続部に半田
欠陥を検出するステップを含む。
この方法は、半田接続部の断面画像を作成し、半田接続部に対応する断面画像の
領域を規定し、その領域に対する平均画像強度を計算し、平均画像強度を第1セ
ツトおよび第2セツトの所定しきい値と比較するステップを含む。好ましくは、
この方法はさらに断面画像の領域内における第1の窓、第2の窓、および第3の
窓を規定するステップを含む。第1の窓は半田接続部の第1の部分と対応し、第
2の窓は半田接続部の第2の部分と対応し、第3の窓は半田接続部の第3の部分
と対応する。この方法は好ましくは、第1の窓に対応する第1の平均画像強度、
第2の窓に対応する第2の平均画像強度、および第3の窓に対応する第3の平均
画像強度を計算するステップを含む。この方法は好ましくは・半田接続部の第1
の部分と対応する第1の所定しきい値、半田接続部の第2の部分と対応する第2
の所定しきい値、及び半田接続部の第3の部分と対応する第3の所定しきい値を
規定するステップを含む。この方法は第1の平均画像強度を第1の所定しきい値
と、第2の平均画像強度を第2の所定しきい値と、そして第3の平均画像強度を
第3の所定しきい値と比較するステップを含む。比較のステップはさらに、第1
の平均画像強度と対応する第1の平均厚さ、第2の平均画像強度と対応する第2
の平均厚さ、及び第3の平均画像強度と対応する第3の平均厚さを計算するステ
ップを含む。この方法は好ましくは、第1の平均厚さが第1のしきい値よりも小
さく、第2の平均厚さが第2のしきい値よりも小さく、及び第3の平均厚さが第
3のしきい値よりも小さい箇所を欠落した半田欠陥として識別するステップを含
む。
この方法は有利に、半田接続部の第1の部分と対応する第4の所定しきい値、半
田接続部の第2の部分と対応する第5の所定しきい値、半田接続部の第3の部分
と対応する第6の所定しきい値を規定するステップと、第1の平均画像強度を第
1および第4の所定しきい値と、第2の平均画像強度を第2および第5の所定し
きい値と、そして第3の平均画像強度を第3および第6の所定しきい値と比較す
るステップとを含む。
代替としてこの方法は、半田接続部の第1の部分と対応する第4の所定しきい値
、半田接続部の第2の部分と対応する第5の所定しきい値、半田接続部の第3の
部分と対応する第6の所定しきい値を規定するステップと、第1の平均厚さが第
4のしきい値よりも小さくかつ第1のしきい値よりも大きく、第2の平均厚さが
第5のしきい値よりも小さくかつ第2のしきい値よりも大きく、第3の平均厚さ
が第6のしきい値よりも小さくかつ第3のしきい値よりも大きい箇所を不十分な
半田欠陥として識別するステップとを含む。
本発明のこれらの特徴およびその他の特徴は添付の図面を参照することによって
明らかとなる。
図面の簡単な説明
第1図はこの技術の原理を示すラミノブラフシステムの概略的な表示である。
第2a図は矢印、円、十字が3つの異なる平面位置で対象物にうめ込まれている
対象物を示す。
第2b図は矢印を含む面の上に焦点合わせされている第2a図の対象物の断面放
射線写真を示す。
第2c図は円を含む面の上に焦点合わせされている第2a図の対象物の断面放射
線写真を示す。
第2d図は十字を含む面の上に焦点合わせされた第2a図の対象物のラミノブラ
フを示す。
第2e図は第2a図の対象物の従来の二次元X線投影画像を示す。
第3a図はこの発明の画像形成装置の第1の好ましい実施例の線断面図であり、
ラミノブラフがカメラによつてどのように形成され観測されるかを示す。
第3b図は第3a図で示されている検査領域の拡大上面図を示す。
第3C図はMBa図で示されているこの発明の実施例の斜視図である。
第4図は好ましい実施例で使うためのX線のソースの回転スポットを有するX線
管の詳細を示す。
第5図は第4図で示されているX線管のターゲットアノードの断面図である。
第6図は回転X線ディテクタおよびカメラシステムの断面図である。
第7図はX線ソースおよびディテクタの位置を同期化するためのキャリブレーシ
ョン手順を示す概略図である。
第8図はX線ソースおよびディテクタの運動の同期化のために使われているフィ
ードバック制御システムのための概略ブロック図である。
第9a図は第7図で示されているキャリブレーション手順で使うためのテスト取
付具を示す。
第9b図は第9a図のテスト取付具のX線画像を示す。
第10a図はX線ソースおよびディテクタの位置の同期化をキャリプレートする
ために使われる手順のフローチャートである。
第10b図は第10a図のフローチャートの続きである。
第11図はコンピュータ制御および分析システムのブロック図である。
第12図は主制御コンピュータの動作の概略的フローチャートであり、動作の自
動シーケンスを示す。
第13図は回路基板の統合された運動および複数視域の観測画像の取得のための
タイミングサイクルの図である。
第14図はこの発明によって作成された検査報告の例である。
第15図は複数の半田接続部によって相互接続されている複数の電子素子がある
典型的な回路を示す。
第16図は回路基板に装置する位置にある典型的なり一ドレスチップキャリア装
置を示す。
第17図は電子素子および回路基板との間で形成された良品半田接続部および不
良品半田接続部の例を示す。
第18図は第17図の半田接続部の断面画像を示す。
第19図は半田橋絡型欠陥の箇所を自動的にさがして識別する手順を示す。
第20a図は半田橋絡欠陥を自動的に捜して識別する工程を示すフローチャート
である。
第20b図は第20a図のフローチャートの続きである。
第21図は不十分な半田を有する半田接続部を自動的に捜して識別する手順を示
す。
第22図は接続部の3つの領域を示す典型的な良品半田接続部の断面図である。
第23a図は半田材料の断面画像のための画像強度対半田厚さのグラフ表示であ
る。
第23b図は画像強度対厚さの関係をキャリプレートするために使われているキ
ャリプレーシランステップウェッジを示す。
第23c図は第23b図で示されているキャリブレーションステップウェッジの
画像強度対厚さの関係のグラフ表示である。
第24図は欠落したまたは不十分な半田を有する半田接続部を自動的に捜して識
別する工程を示すフローチャート全体を通して使われているように、「放射」と
いう言葉は電磁放射を指し、電磁放射スペクトルのX線、ガンマ線および紫外線
部分を含むがそれに限られない。
第1図は本発明で使われているラミノブラフ的ジオメトリの概略図である。検査
する対象物10、たとえば回路基板はX線ソース20およびX線ディテクタ30
に関して静止した位置で保たれている。共通軸40に対するX線ソース20およ
びディテクタ30の同期回転は、対象物10内の面60のX線画像をディテクタ
30で形成させる。画像面60はソース20およびディテクタ30それぞれの回
転によって規定される面62および面64と実質的に平行である。画像面60は
X線ソース20からの中央光線50および共通回転輪40の交差点70に位置づ
けられている。
交差点70のこの点は中央光線50の支点として働き、面60の対象物10の合
焦断面X線画像を、ソースおよびディテクタが交差点70に対して同期して回転
するにつれ、ディテクタ30に形成させる。面60の外にある対象物10の構造
はディテクタ30でぼやけたX線画像を形成する。
第1図で示されているラミノブラフ・ジオメトリは本発明に好ましいジオメトリ
である。しかし、放射ソース20の回転軸とディテクタ30の回転軸が同軸であ
る必要はない。回転の面62および面64が互いに平行であり、かつソースとデ
ィテクタの回転軸が互いに平行で互いに対して固定した関係にある限り、ラミノ
ブラフの条件は満たされ、層60の断面画像が作成される。これは本発明の装置
の機械的整列に対していくつかの制約を減らす。
第2a図ないし第2C図は上記で説明したラミノブラフ技術によって作成された
ラミノブラフを示す。第2a図で示されている対象物10は3つの異なる面60
a、60bおよび60cにそれぞれ対象物10内の埋込まれている矢印81、円
82、および十字83の形のテストパターンを有する。
第2b図は交差点70が第2a図の面60aにあるときにディテクタ30に形成
される対象物10の典型的ラミノブラフを示す。矢印81の画像100は鮮明で
あり、対象物10内の他のフィーチャの画像、たとえば円82や十字83は矢印
画像100をそれほど不明瞭にしないぼやけ領域102を形成する。
同様に、交差点70が面60bにあると、円82の画像110は第2C図で見ら
れるように鮮明である。矢印81および十字83はぼやけ領域112を形成する
。
第2d図は交差点70が面60cにあるときに十字83が形成された鮮明画像1
20を示す。矢印81及び円82はぼやけ領域122を形成する。
比較のため、第2e図は従来の投影ラジオグラフ技術によって形成された対象物
10のX線陰影画像を示す。この技術は矢印81、円82および十字83のそれ
ぞれ鮮明な画像130.132および134を示し、これらは互いに重畳する。
第2e図は対象物10内に含まれている複数の特性が、X線画像に複数の重なる
陰影のフィーチャを作成して画像の個々のフィーチャを不明瞭にするかをはっき
りと示す。
第3a図はこの発明の好ましい実施例の概略図を示す。
この好ましい実施例では、検査する対象物は基板210の上に装置された複数の
電子部品212を有して電気接続部214によって電気的に相互接続されている
印刷回路基板210である。(第3b図参照。)典型的に、電気接続部214は
半田で形成されている。しかし、電気接続部214を作るための他の種々の技術
はこの技術分野において周知であり、この発明は半田接合という言葉で説明され
るが、導電性エポキシ、機械的、タングステンおよび共晶ボンドを含めてしかし
これに限られない他の種類の電気接続部210がこの発明を使って検査できるこ
とは理解されるであろう。回路基板210の領域283の上面拡大図である第3
b図は部品212および半田接合214をもっとはっきりと示す。
この発明は前に説明したラミノブラフ技術または等価な断面画像を作成すること
ができる他の方法を使って、半田接合214の断面画像を得る。半田接合214
の断面画像は自動的に評価されてその品質が決定される。この評価に基づいて、
半田接合品質の報告がユーザに呈示される。
第3a図で示されているようにこの発明は、印刷回路基板210に隣接して位置
づけられているX線管200を含む。回路基板210は取付具220によって支
持されている。取付具220は、取付具220と基板210を3つの互いに垂直
な軸X、YおよびZに沿って動かすことができる位置決めテーブルに装着されて
いる。回転X線ディテクタ240は螢光スクリーン250、第1の鏡252、第
2の鏡254を含み、回転盤256はX線管200の反対側の回路基板210に
隣接して位置づけられている。カメラ258は螢光スクリーン250から鏡25
2.254に映された画像を観測するために鏡252の反対に位置づけられてい
る。フィードバックシステム260は回転盤256の角度位置を検出するセンサ
263からの入力接続部262を有し、またX線管200のXおよびY偏向コイ
ル281への出力接続部264を有する。位置決めエンコーダ265が回転盤2
56に装着されている。位置決めセンサ263は回転軸40と相対した固定位置
でエンコーダ265に隣接して装着されている。カメラ258は入力ライン27
6経由で主コンピユータ270に接続されている。主コンピユータ270は高速
画像分析コンピュータ272に接続されている。データはデータバス274経由
で主コンピユータ270および画像分析コンピュータ272との間で伝送される
。主コンピユータ270からの出力ライン278は主コンビ二一夕を位置決めテ
ーブル230に接続する。
この発明の斜視図は第3C図で示されている。第3a図で示されているX線管2
00、回路基板210、螢光スクリーン250、回転盤256、カメラ258、
位置決めテーブル230、コンピュータ270および272に加えて、花崗岩支
持テーブル290、ロード/アンロードボート292およびオペレータステーシ
ョン294が示されている。
花崗岩テーブル290はX線管200、位置決めテーブル230および回転盤2
56を含むがこれに限定されないこの発明の主要機能的要素を構造的に統合する
ための剛性の無振動プラットフォームを提供する。ロード/アンロードボート2
92は回路基板210をマシーンに挿入または除去するための手段を与える。オ
ペレータステーション294はこの発明の機能を制御するだけではなくオペレー
タに検査データを伝えるための入力/出力能力を与える。
第3a図および第3C図で示されているこの発明の操作において、回路基板21
0の部品212を接続する半田接合214の高解像度の断面X線画像は第1図お
よび第2図に関して前に説明したX線うミノグラフ方法を使って得られる。特に
、第3a図で示されているように、X線管200は回転ソース280のX線28
2を発生させる回転電子ビームスポット285を含む。X線ビーム282は領域
283内に位置づけられる半田接合214を含む回路基板210の領域283を
照らす。半田接合214、部品212および基板210を透過するX線284は
回転螢光スクリーン250によって遮られている。
X線ソース280の位置と回転X線ディテクタ240の位置との動的整列はフィ
ードバックシステム260によって精密に制御されている。フィードバックシス
テムは回転する回転盤256の位置をルックアップテーブル(LUT)にストア
されているキャリプレートされたXおよびYの偏向値と相関する。キャリプレー
トされたXおよびYの偏向値と比例する駆動信号がX線管200のステアリング
コイル281に伝えられる。これらの駆動信号に応答して、ステアリングコイル
281は電子ビーム285を環状形ターゲットアノード287の位置に偏向して
X線ソーススポット280の位置が第1図に関連して説明した態様でディテクタ
240の回転と同期して回転する。
基板210を透過して螢光スクリーン250に当たるX線284は可視光286
に変換され、回路基板210の領域283内の一面の可視画像を作成する。可視
光286はfi252および254によって反射されカメラ258に入る。カメ
ラ258は典型的に低い光レベルの閉回路テレビ(CCTV)カメラを含み、X
線および可視画像に対応する電子ビデオ信号をライン276経由で主コンピユー
タ270に伝送する。電子ビデオフォーマット画像はライン274経出で高速画
像分析コンピュータ272に伝送される。
画像分析コンピュータ272は半田接合214の品質を決定するために画像を分
析および解釈する。
主コンピユータ270はさらに位置決めテーブル230そして回路基板210の
動きを制御して検査領域283内で回路基板210の異なる領域が自動的に位置
づけられるようにする。
回転X線ソース
第4図は回路基板の高解像度ラミノブラフを作成するためにX線282の回転ビ
ームを与えることができるX線管200を示す。管200は高電圧電極部分32
0に隣接して装着されている電子銃310を含む。焦点コイル330およびステ
アリングコイル281は電極部分320および環状形ターゲットアノード287
の中間に位置づけられている。電子ビームストップ360およびX線窓370は
環状形アノード287によって規定される中央領域内で装着されている。真空エ
ンベロープ380はX線管アセンブリ200の真空にされた部分を囲む。
操作中、電子銃310は電子ビーム285を高電圧電極部分320に放つ。高い
直流電圧が電子銃310およびターゲットアノード287の間に与えられて電子
ビーム285を加速し、案内してアノード287と衝突させる。高電圧信号の部
分は電極322に与えられて電子ビーム285を案内し、加速し、形作る。好ま
しい実施例では、高電圧信号は約160キロボルトであり、電子ビーム285を
介してアノード287に約7,5マイクロアンペアの電流を与えることができる
。好ましくは、高電圧信号は約0.01%の精度内で一定に維持される。これら
の値は例示的であって他の電圧、電流、精度を使うことができることは理解され
るであろう。
電極部分320を横切ると、電子ビーム285は電子ビームの形および方向が焦
点コイル330およびステアリングツイル281によって影響される管の領域に
入る。好ましい実施例では、コイル330および281は電子ビーム285と相
互作用する電磁界を発生して電子ビーム285の焦点を合わせるだけでなくアノ
ード287の特定位置に向ける。X線ソース280はこれらの特定位置と一致し
、X線ビーム282が放たれる。この態様で、非常に小さい直径約20μの電子
ビームスポットがこれらの位置でアノード287に形成される。ラジオグラフィ
の分野でよく知られているように、このスポットの大きさはX線ソース280か
ら得られるX線画像の全体の解像度を決定する上で非常に重要な役割を果たす。
ステアリングコイル281は環状形アノード287と合わせてX線管200がソ
ース280からX線を発生させることを可能にし、ソース280の位置はアノー
ドをまわる円形のパターンで動く。円形パターンは対象物410の断面画像面4
03内の支点402を中心にしている。
特定的に、ステアリングコイル281は電子ビーム285をアノード287の内
側表面354のいかなる望ましい部分にも向けることができる。電磁コイル28
1を適当に同期化されたXおよびYの駆動信号で駆動させることによって、電子
ビーム285はアノード287に向かって操舵されてビームがアノード287の
内側表面354に沿った円形経路を描く。
好ましい実施例では、ステアリングコイル281は電子ビーム285をそれぞれ
XおよびY方向に偏向させる別々のXおよびY電磁フィルを含む。コイル281
を流れる電流は電子ビーム285と相互作用する電磁界を作りビームを偏向させ
る。これらのコイル281は構造および機能において陰極線管(CRT)に見ら
れるヨークコイルと類似している。しかし、静電偏向技術も電子ビーム285を
偏向するために使われることは理解されるであろう。
電子ビーム285がアノード287に当たる表面354は、X線ビーム282の
中央X線392がソース位置280で始まり、支点402の方向に向けられるよ
うに形作られている。こうして、電子ビーム285が表面354に沿った円形経
路を描きながら、中央ビーム392は必ず同じ位置402に向けられる。
アノード287の表面354を形成する材料は、電子ビーム285が表面354
に当たったときに発生する放射が望ましいエネルギ特性を有するものが選択され
る。ターゲット材料を加速電子ビームによってボンバードさせることによって発
生する放射は制動放射(Bremsstrahlung rJ!diatjon
)として知られている。制動放射の特性は電子ビームのエネルギおよび電子ビー
ムが向けられるターゲットの材料組成分によって主に決定される。好ましい実施
例においては、電子ビーム285によってボンバードされる表面354はタング
ステン金属層によって覆われている。
タングステン表面354が置かれるサブストレート356は銅または他の適切な
金属であってもよい。たとえば銅のような高い熱伝導を有する材料は、電子ビー
ム285のエネルギーがアノードに与えられるときにターゲットアノード287
にかなりの加熱が起こるので、この応用に特によく適する。銅サブストレート3
56は電子ビーム285がアノード287と衝突する位置280からのこの熱を
取り除くために非常に効率の良い熱導体を与える。
電子ビーム285がタングステン層354に衝突することによって発生した放射
ビーム282は窓370を通って管200から出る。窓370は電子ビーム28
5が伝播する管200の真空エンベロープの一部分を形成し、管内の表面354
で生じたX線が強度およびエネルギの最小損失で管の真空部分から出ることを可
能とする。X線管のX線窓を形成するのに一般にチタンが使われており、この実
施例の窓370で好ましい。しかし、窓370を形成するために他の材料を使う
ことができることも理解されるであろう。
回路基板または他の対象物410のX線検査中、基板の異なる領域が検査領域4
00内に入るように回路基板が動かされている間はX線をオフにすることがしば
しば有利である。X線はできるだけ速くオンおよびオフにされることが望ましい
。さらに、サイクルのすべてのオン部分の間に発生したX線は実質的に同一のエ
ネルギ、強度および光学特性を有するようなオン/オフサイクルを行なうのが望
ましい。X線管200は、電子ビーム285をビームストップ360に向けるこ
とによってX線のこの迅速なオン/オフ安定サイクルを達成する。電子ビーム2
85のこの転換はX線が窓370から出るのを防ぐ。こうして、対象物410に
向けられた放射発生は、対象物が再度位置づけられる間は止められる、すなわち
オフにされる。電子ビーム285のビームストップ360への偏向を達成するの
に、ステアリングコイル281が速い手段を与える。X線をオフにするこの方法
は、電子ビーム285およびX線ビーム282の特性に影響するX線管の他のす
べての機能がオン/オフサイクル中は乱されないようにする。したがって、電子
ビーム285がサイクルのオン部分でアノード287に再度向けらると、X線ビ
ーム282の特性は前のオンサイクルと実質的に変わっていない。
ビームストップ360はX線を非常に減衰させる材料、たとえば鉛または銅で形
成されている。ビームストップ360の厚さ、位置、形状は、ビームがビームス
トップに向けられたときに窓370経由でX線が管200から出るのを防ぐのが
選択される。これらのパラメータはX線管設計の技術における当業者によって簡
単に決定できる。
アノード287の拡大断面図が第5図で示されている。
この好ましい実施例では、環状ターゲット表面354は軸404に対して対称で
ある円錐の一部分を含む。ターゲッドアノード287は、円錐の軸404が管2
00の中央Z軸と一致するように管200に装着される。こうして、電子ビーム
285が406として示されている半径rの円形振幅で操舵されると、結果とし
て従来の静止放射ソースと等価であるエネルギ、強度、焦点特性を有する放射の
ソース280の移動スポットが生じる。アノード287の他の形状を使って同じ
結果を得ることができるのも理解されるであろう。
こうしてX線ソース200は、画像を拡大するジオメトリで使用しても高解像度
のX線画像を作るために適するX線ソースを与える。さらに、ソース200はこ
のX線のソースをラミノブラフを作るのに適した円形パターンで動かすことがで
きる。この円形運動は画像解像度または取得の速度を犠牲にすることなく達成す
ることができる。放射ソースの回転は電子的に達成されるので、可動部品は必要
でなく、シたがって振動やその他の機械的システムの望ましくない特性をなくす
。上記に説明した特性を有するX!Iソースはモデル番号KM160Rとしてケ
ペックス・コーポレーシヨン(Kevex Corporation)がら入手
できる。他の電気的操舵可動X線ソースは「X線の発生にかかわる方法および装
置J (Method and Apparatus 1nvolvlng t
he Generation or X−Rays )と題された米国特許第4
,075,489号; 「X線伝送スキャニングシステムおよび方法ならびにそ
こで使うための電子ビームX線スキャン管J (X−Ray Transmis
sion Scanning 5ystes andMethod and E
lectron Beam X−Ray 5can Tube ror Use
TherevIth )と題された米国特許第4.352.021号;および
「X線管および装置J (X−Ray Tube and Apparatus
)と題された米国特許第2.319.350号で説明されている。これらの特許
は引用によりここに援用される。
回転X線ディテクタ
第6図ではji!3a図で関連して前に説明され、また対象物630の断面画像
を得るために回転X線ソース280と関連して使われた回転X線ディテクタシス
テム240の実施例である。第6図で示されているように、対象物630のX線
画像がX線ビーム284によって回転螢光スクリーン250に形成される。スク
リーン250は従来の光学装置による検出のためにこれらのX線を光学信号28
6に変換する。この好ましい実施例では、回転螢光スクリーン250からの光学
信号286は閉回路TV (CCTV)カメラ258によりて検出される。カメ
ラ258はこの光学信号286を電気信号に変換してコンピュータシステム27
0および272によってさらに処理される。スクリーン250に形成された光学
画像はスクリーンとともに回転する。
回転光学画像を観測するCCTVカメラ258の機械動作の必要をなくすために
、光学画像は光学鏡252および254によって回転ディテクタ240内で非回
転となり、回転スクリーン250に形成された回転光学画像がカメラで観測され
ると静止しているように見える。
回転X線ディテタク240はベアリング700によって軸404に対して回転装
着されている回転盤256を含む。
軸404は回転X線ソース280が回転する軸と名目上は同一であることに注意
されたい。螢光スクリーン250は回転盤256の上に装着される。2つの鏡2
52および254は回転盤256内に互いに平行に、そして軸4041:対して
45゛の角度で装着されている。鏡252は回転盤256の中心に装着されて鏡
の中央近くの軸404と交差する。[254は第1の鏡252および螢光スクリ
ーン250の両方に面するように回転盤256内で装着される。
螢光スクリーン250.ff1252および254は、回転盤、鏡およびスクリ
ーンが1つの単体として軸404に対して回転するように回転盤256に装着さ
れる。鏡、回転盤、スクリーンのこの配置は、ディテクタ240が軸404に対
して回転するときにスクリーン250に形成される光学画像に対する光学非回転
アセンブリを形成する。
対象物630のX線陰影画像はX線ビーム284がスクリーンに当たると螢光ス
クリーン250に形成される。螢光スクリーン250はX線・光学変換器として
機能する。
たとえば、X線284がX線ソース280に面するスクリーン250の表面65
1に当たると、可視光286がX線ソース280と反対のスクリーン表面652
から放たれる。
螢光スクリーン表面652から放たれる光学信号286は2つの平行鎖252お
よび254に反射されて閉回路TVカメラ258に装着されているレンズ699
に入る。
螢光スクリーン250は、放射ソース280の移動スポットの円形運動によって
規定される面62と実質的に平行である面64において軸404に対して均一の
角度的速度で機械的に回転させられる。鏡252.254は光学画像を回転螢光
スクリーンからレンズ699を通して静止カメラシステム258に映して、面6
4の画像の回転がカメラ258にはっきり見えないようにする。この鏡の配置は
「トモスコープJ (Tomoscope)と題された米国特許第2,998,
511号で前に説明されている。
螢光スクリーン250が回転する回転gX256に固定的に装着されている結果
、スクリーンに形成される対象物630の一連の画像は、軸404に対して円形
経路を進むスクリーンに関して異なる配向を有する。したがって、スクリーンに
対する画像の動きによって起こる画像のブレを避けるために、スクリーン表面の
螢光の点は、その点がX線に当たらなくなった後は急に抑止されることが望まし
い。
好ましい実施例では、螢光スクリーン250はプラセオジムドープされたガドリ
ニウム・オキシ硫化物、Gd2o2SiPrを含む。プラセオジムドープされた
ガドリニウム・オキシ硫化物は、スクリーンに関して画像の動きによるブレを防
ぐのに十分「速い」シンチレーション材料であり、カメラシステム258による
検出のために十分な光出力を与える。
代替として、「より遅い」スクリーンを使うことができる。しかし、移動ブレを
防ぐために、スクリーン250はスクリーンに形成された対象物630の画像が
スクリーンに対して静止したままであるように、回転盤256に回転装着されな
ければならない。このような動きは、たとえば141のギアによって達成するこ
とができ、軸404に対する回転盤の回転と同期した回転盤に関するスクリーン
の円形運動を重畳させる。
光学非回転アセンブリを形成する回転X線ディテクタ240のための代替の実施
例(示されていない)は、2つの平面鏡252.254を、螢光スクリーン25
0に結合されてスクリーンと一致して回転する適切に曲げられた画像導体のまと
まり、たとえば光ファイバと置換する。画像導体は螢光スクリーン250からの
画像を回転軸404の中央の位置に伝送して、第3a図および第6図で示されて
いる2つの平行鎖と同じ効果をもたらす。これらの画像導体は光ファイバ、電子
導体または等価の素子を含むことができる。
断面画像の形成
前述のように、対象物630の断面画像は、スクリーン250およびX線ソース
280が軸404に対して同期して回転するにつれ、スクリーン250に形成さ
れる。ラミノブラフ技術のぼやけ効果および画像解像度は、断面画像が軸404
に対してスクリーン250およびソース280が完全に回転する間に得られると
最大限となる。カメラシステム258は螢光スクリーン250の断面画像の発生
を、鏡252および254を含む光学非回転アセンブリによって検出する。
螢光スクリーン250が高い強度光信号を放たないかもしれないので、光学信号
286を高感度、低い光レベル装置によって検出することがしばしば有利である
。低い光レベル検出装置の使用は、スクリーンの1回転の間に螢光スクリーン2
50から放たれた光学信号286のより大きい部分を検出することによって、検
出する画像品質を向上させる。多くの低い光レベルカメラシステムは低い光レベ
ル感度を向上させるために画像増倍管をカメラシステムの一部として組込んでい
る。1つの特定のシステムはシリコン強化ターゲット(SIT)カメラとして知
られており、非常に低い光のレベルを検出することができる。SITカメラシス
テムは周知であり、簡単に入手できる。本発明の好ましい実施例はRCAモデル
番号4804BHP2−12SIT管に基づ<SITカメラシステムを使用する
。
好ましい実施例では、1つの断面画像は、1分間に約600回転という割合で軸
404に対して回転する螢光スクリーン250の回転中に約0.1秒で得られる
。1回の完全な回転で、各フレームが1秒の1/30の持続期間を有する3つの
ビデオフレームがカメラ258によつて集められる。3つのビデオフレームはカ
メラ258から主コンピユータ270(第3a図で示されている)に伝えられて
、そこで3つのフレームが平均され、軸404に対してスクリーン250の1回
転の間に螢光スクリーン250に形成された対象物630の断面画像のデジタル
表現が形成される。代替的に、カメラ258をCRTに接続して、断面画像を直
接見ることができる。
ソース/ディテクタの同期化
高解像度のラミノブラフ断面画像の形成は、放射ソース280およびディテクタ
スクリーン250の円形運動の精密な整列および同期に依存する。第7図で示さ
れているように、適切な整列および同期はソース280からの中央X線392が
軸404にある固定点780を通り、中央X線392が常にディテクタスクリー
ン250の表面の1点880に向けられるようにすると達成される。第7図で示
されている構成では、固定基準位置に対して、ソースおよびディテクタスクリー
ンの角度的位置が180°で分けられているときにこれが明らかに得られる。
ソース280およびディテクタスクリーン250の好ましい整列および同期化は
第3a図で示されているフィードバックシステム260によって維持されている
。X線ディテクタスクリーン250が装置されている回転する回転盤286の位
置はセンサ263によってモニタされる。回転盤の位置はフィードバックシステ
ム260に伝えられて、回転盤の位置に対応する駆動信号を電子ビーム偏向コイ
ル281に与える。回転盤が軸404に対して回転する間ソース280およびス
クリーン250は必ず整列するように、駆動信号がX線ソース280の位置を制
御する。この態様で、フィードバックシステムは高解像度断面画像の発生に必要
な精密なジオメトリを維持する。このシステムはX線管200および回転X線デ
ィテクタ240の不正確な整列と、ターゲットアノード287とその表面コーテ
ィング354の機械上の、装着上の、および製造上の不正確および欠陥と、X線
管を通る電子ビーム285の経路の収差たとえば非点収差と、画像形成中の回転
回転盤の回転速度の変化とを補償する。
フィードバックシステム260の詳細なブロック図は第8図で示されている。フ
ィードバックシステム260はXルックアップテーブル(LUT)720Xおよ
びYルックアップテーブル720Yと、XのDA変換器(DAC)723Xおよ
びYのDA変換器(DAC)723Yと、Xコイルドライバ724XおよびYコ
イルドライバ724Yとを含む。LUTの720Xおよび720Yは好ましくは
固体の、デジタルランダムアクセスメモリ(RAM)である。
フィードバックシステムは回転するX線ディテクタ240を主コンピユータシス
テム270の制御の下にX線管偏向コイル281に接続する。
回転X線ディテクタ240が軸404に対して回転すると、位置決めセンサ26
3はディテクタ240の角度位置を位置決めエンコーダ265から検出する。検
出された角度位置はディテクタの角度位置と対応するXおよびYのアドレス信号
に変換される。アドレス信号は通信線721経由でXのLUT720XおよびY
のLUT720Yに伝えられる。ソース/ディテクタ整列キャリプレーシラン手
順によって、XおよびYのキャリブレーションデータはディテクタの各角度位置
に対してXのLUTおよびYのLUTにストアされる。こうして、エンコーダの
XおよびYアドレスとLUTのXおよびYのキャリブレーションデータの間に1
対1の関係が存在する。XおよびYのキャリブレーションデータは電子デジタル
信号の形でLUTから検索される。電子デジタル信号はXのLUTとYのLUT
から通信線720Xおよび722Y経由でXのDAC723XとYのDAC72
3Yにそれぞれ伝えられる。DACはデジタル信号をアナログ電気信号に変換し
てライン725Xおよび725Yからコイルドライバ724Xおよび724Yに
進む。コイルドライバはそれぞれのアナログ入力信号を増幅して結果の出力信号
をライン726Xおよび726Y経由でそれぞれコイル281Xおよび281Y
に与え、ソースおよびディテクタの適切な整列のために必要な電子ビーム285
の精密な偏向を得る。電子ビームは出力信号をコイル281に適用することによ
って発生した磁界による相互作用によって偏向される。電子ビームが磁界を横切
ると、それは偏向され、アノード287のX線ソーススポット280の位置を動
かす。スポットが動く距離はキャリブレーションデータによって決定される駆動
信号の大きさに比例する。
LUTキャリブレーションデータは第7図で概略的に示されたキャリブレーショ
ン構成を使って決定される。テストパターン730は位置780で軸404と交
差するようにX線ソース280およびディテクタスクリーン250の間に位置づ
けられる。テストパターン730の従来のX線シャドーグラフ画像830はスク
リーン250に形成される。スクリーン上のX線画像830の光学表現はカメラ
258によって観測される(第3a図参照)。光学画像の電気的表現はライン2
76での電気的信号によってカメラ258から主コンピユータ270および画像
分析コンピュータ272に出力される。ライン276の電気信号はコンピュータ
270によってデジタル化されてデジタルフォーマットでコンピュータ270の
メモリにストアされる。
第9a図で示されているように、テストパターン730の好ましい実施例は、た
とえばプラスチックのようにX線に対して比較的透明である材料の基礎732を
含んでいる。
基礎732はその長さおよび幅は約0.5X0.5インチであり、厚さは約0.
1インチである。基礎732の中央位置780では直径0.001インチの3
本のタングステンワイヤ781g、781bおよび781Cがあり、ワイヤ78
1Cが中央位置780を横切るように配向されている。ワイヤ781aおよび7
81bはワイヤ781Cの反対側にあるようにかつワイヤ781aおよび781
bを接続するラインも中央位置780を横切るように基礎732に装着されてい
る。こうして、ワイヤ781a、781bおよび781Cは中心が位置780に
ある基準十字線781を形成する。十字線781のまわりには鉛またはその他の
X線不伝導性材料で作られた8個のマーカ782が装着されている。鉛マーカ7
82aから782dは約0,0625平方インチ、厚さ約0.004インチであ
り、基礎732の4つの角の近くに位置づけられている。鉛マーカ782eから
782hは約0.0625平方インチ、厚さ約o、oosインチであり、マーカ
782aから782dの中間に位置づけられている。
テストパターン730の典型的なX線シャドーグラフ画像830の表現は第9b
図で示されている。鉛マーカ782aから782hは画像830の画像領域88
2aから882hをそれぞれ形成する。テストパターン730の中央780は画
像の中心880によりて表わされている。同様に、タングステンワイヤ781a
から781Cはそれぞれ画像領域881aから881Cを形成する。
点線884aから884dによって表わされている画像830の部分は、鉛マー
カ882の画像およびタングステンワイヤ881を取巻く長方形の関心領域(R
OI)884を形成する。関心領域884はデジタルフォーマットでコンピュー
タ270にストアされる。周知のように、デジタルでストアされた画像はビクセ
ルアレイを含み、各々のビクセルが画像の小さな部分を表わす。特に、関心領域
884は境界884aに沿って512個の列および境界884bに沿って480
個の行からなるビクセル格子に分けられる。格子の各ビクセルはその対応する列
および行の指定によって表わされる。たとえば、関心領域884の下部左角88
5はビクセル(0,0)によって表わされている。
同様に、角886はビクセル(511,0)、角887はビクセル(511,4
79)そして角888はビクセル(0,479)によって表わされる。中心位置
880はビクセル(256,240)によって表わされている。1つの実施例で
は、画像830の角885と角886の間の距離はテスト画像730の約0.4
00インチに対応する。
同様に、角885および角888の間の距離はテストパターンの約0.375イ
ンチに対応する。
XおよびYのLUTのためのキャリブレーションデータの決定はテストパターン
730を使って手動的にまたは自動的に行なわれる。再び第3a図および第7図
を参照すると、X線ソース280、テストパターン730、回転盤256および
カメラ258の最初の整列は手動的に行なわれる。まず、テストパターン730
は中央780が軸404と交差するように位置づけられる。次にX線管200、
回転盤256およびカメラ258は、スクリーン250に形成されるテスト取付
具画像830が、軸404に対するソース280および回転盤256の1回転の
間カメラの観測の範囲内にずっと入るように機械的に整列される。このようにシ
ステムが機械的に整列されると、回転盤256はθ−〇°として規定された初期
の角度位置に位置づけられる。
この初期位置で、カメラによって検出されそしてコンピュータにストアされたデ
ジタル画像の中央ピクセル(256゜240)はスクリーン250の位置880
aと対応する。
ソース280は約θ−180°の角度位置に対応する位置280aに位置づけら
れ、したがってテストパターン画像830がカメラの観測範囲内に置かれる。テ
ストパターン画像830の画像中心880が中央ピクセル(256,240)に
落ちなければ、XおよびYの偏向値はソース280の位置280aを変更するよ
うに調整されて、それでスクリーン250の画像中心880の位置を変える。偏
向値は画像中心880が中央ピクセル位置(256,240)に正確に位置づけ
られるようになるまで調整される。これらの偏向値は次に回転盤256の位置θ
−0°のキャリブレーションデータとしてLUTの720にストアされる。
回転盤256およびスクリーン250は次に角度θ−Δθに対応する新しい角度
位置に動かされる。ソース280は約θ−Δθ+180°の角度位置に対応する
位置280bに動かされ、テストパターン画像830をカメラの観測範囲内に置
く。テストパターン画像830の画像中心880が中央ピクセル(256,24
0)に落ちなければ、XおよびYの偏向値は画像中心880が再び中央ビクセル
位置(256,240)に正確に位置づけられるようにソース280の位置28
0bを変えるために調整される。これらの偏向値は次に回転盤256の位置θ−
Δθ°のキャリブレーションデータとしてLUTにストアされる。LUTキャリ
ブレーションデータを決定するためのこの手順は、ソース280および回転盤2
56が軸404を完全に1回転するまでΔθ0の増加で続けられる。
ソースの280g、280b、280c、−128On □の位置のために決定
されるLUTキャリブレーションデータは、角度位置θの関数として半径rの円
形を表わす式を決定するために使われる。半径rは回転ソース280かたどる経
路の名目上の半径である。この式は位置280a。
280b、280c、 ・・・、280nの中間にあるソースの位置のためのキ
ャリブレーションデータを計算するために使われる。
第10図は偏向コイル281を制御するためにXおよびYのLUT720にスト
アされるXおよびYのキャリブレーションデータを決定するためにキャリブレー
ション手順によって行なわれる論理シーケンスステップの基本的フローチャート
である。第1に、前述のように、第3a図で示されているように、この発明の機
構は、X線管200、回転盤アセンブリ256およびXYZ位置決めテーブル2
30を含め組立てられて大体の整列で装着される。次にテストパターン730が
XYZ位置決めテーブルに装着されて、テストパターン730の中央位置780
が中実軸404とxlソース280からの名目上の中央X線392の交差点によ
って表わされている点780と一致するような位置にXYZ位置決めテーブルに
よって動かされる(第7図参照入X線管200および光学アセンブリを機械的に
整列するステップはM2C図のアクティビティブロック904によって表わされ
ている。制御はアクティビティブロック904から経路906経由でアクティビ
ティブロック908に渡され、そこでテスト取付具730が位置決めテーブルに
装着および整列される。制御は経路910経由でアクティビティブロック912
に渡され、そこでX線ソースがオンにされて電子ビームがビームダンプ位置に向
けられる。これはテストパターンおよびディテクタをX線にさらすことなくX線
管を安定させることを可能とする。制御は経路914経由でアクティビティブロ
ック916に進み、そこで角度位置変数θおよびアドレスインデックス変数iは
それぞれθ−0°およびi−1で初期化される。制御はアクティビティブロック
916から経路918経由でアクティビティブロック920に渡される。アクテ
ィビティブロック920はLUTの初期化を次の初期近似値によって表わす:L
x+−Arsinθ (1)
Ly 、−Ar COSθ (2)
ここでArは回転ソース280の近似半径と比例し、iは角度位置θと対応する
偏向データを含むLUTアドレスである。ブロック920から経路922経由で
達せられるアクティビティブロック924では、角度位置θはΔθによって増加
され、そしてインデックスiは1つ増加される。
1つの好ましい実施例では、角度増加Δθは約0. 022°であり、1回転に
おいて約16,384の角度位置に対応する。この実施例では、XおよびYのL
UTは各個別角度位置に対応してそれぞれの偏向データをストアするために少な
くとも16384のアドレス位置を有し、そしてアドレスインデックスiは1か
ら少なくとも16384までの範囲の整数をとる。制御は次に経路926経由で
ディシジョンブロック928に渡される。ディシジョンブロック928では、θ
の値は360°よりも大きい又は等しいかどうかチェックされる。もしθが36
0゛より大きくないまたは等しい場合、制御は経路930経由でブロック920
に戻される。θが360°より大きいまたは等しければ、制御は経路932経由
でアクティビティブロック934に渡される。920から928のステップはル
ープを形成し、利用できるすべてのLUTアドレスは初期偏向値でロードされて
、電子ビームがX線管のアノードに円形経路を描かせる。16,384の別個の
角度位置を有する実施例では、920から928のステップは約16.384回
実行きれLUT初期処理が完了すると、制御は経路932からアクティビティブ
ロック934に渡され、そこでディテクタはφ−0°として規定される初期基準
位置に位置づけられる。次に制御は経路936経由でアクティビティブロック9
38に移され、そこでLUTにストアされている現行データ(Lx 1%Ly+
)がX線ソースの回転を制御するために使われる。アクティビティブロック93
8が経路936経由で入ると、LUTの中の現行データは式(1)および(2)
に従って計算された初期値であり、次に説明するキャリブレーション手順によっ
て計算される最終値の初期近似値を示す。
LUTキヤリプレーシジンデータの決定は経路940経由でアクティビティフロ
ック942に進む。ブロック942では、回転X線ソース280はほぼ(φ+1
80)’に等しい角度位置θに止められ、ここでφはX線ディテクタの角度位置
である。たとえば、ディテクタが初期位置φ−〇″にあると、X線ディテクタは
ブロック942の角度位置180’で位置づけられる。16,384の角度位置
および対応するLUTアドレスを有する実施例では、LUTメモリ位置LX 6
+ 92およびLy 6 + 9□にストアされている偏向値は、180°の
X線ソースの角度位置に対応するアノードの位置に電子ビームを偏向させる。
アクティビティブロック942で回転X線ソースを角度θで止めた後、制御はラ
イン944経由でアクティビティブロック946に渡される。アクティビティブ
ロック946では、テストパターン730の断面画像830が得られてデジタル
画像メモリにストアされる。好ましい実施例では、画像メモリは512の列およ
び4800行を有するビクセル格子を含む。
経路948は制御をアクティビティブロック946からアクティビティブロック
950に移し、そこで画像830の画像中心880の位置を含むビクセル(Cc
SRe )が捜される。CcおよびRcは画像の中心を含む画像ビクセルの列
及び行指定であり、手動でまたはコンピュータ分析技術によって自動的に識別す
ることができる。
アクティビティブロック950で決定される画像中心ビクセル位置(Cc SR
e )は経路952経由でアクティビティブロック954に渡され、ディテクタ
中心からの画像中心の相対的ずれが次の式に従って計算される:ΔC−256−
Cc: (3)
ΔR−240−Rc (4)
ΔCおよびΔRは、テストパターン画像の中心(Cc 。
Re)がビクセル(256,240)として規定されるデジタル画像の中心から
ずれている距離によって表わされる。
アクティビティブロック954で計算されるΔCおよびΔR値は経路956経由
でディシジョンブロック9581::渡され、そこでΔCおよびΔRが0の値と
比較される。ΔCまたはΔRが0と実質的に等しくない、すなわちその絶対値が
任意の小さな値、Eよりも小さくなければ、テストパターン画像中心はデジタル
画像中心と一致せず、制御は経路960経由でアクティビティブロック962に
渡され、そこでLUTキヤリプレーシジンデータが適宜に調整される。
アクティビティブロック962では、LUTキャリブレーションデータLXI
とLy+ は次の式に従って調整される:
Lx+’−LXI +f (ΔC1ΔR) (5)LXI ’ −Ly+ +g
(ΔC1ΔR) (6)数学関数f(ΔC,ΔR)およびg(ΔC1ΔR)は
LUTの値Lx、およびLY+のための調整量を計算するために使われ、中央付
はエラーΔCおよびΔRを減じる。LUTのLXIおよびI−y+の値はそれぞ
れ調整された値LXI′およびL)’1′に置換される。この調整されたLUT
の値はライン964経由でアクティビティブロック938に伝えられ、ステップ
938.942.946.950.954.958.962を含む第1のループ
は、画像中心がデジタルの画像中心と実質的に一致するまで再実行される。画像
が中心に置かれると、ΔCおよびΔRは実質的に0に等しく、ディシジョンブロ
ック958から経路960経由でアクティビティブロック968に制御が渡され
る。
ブロック968では、ディテクタの位置はΔφの量によって次の角度位置(φ+
Δφ)に増加される。ディテクタの新しい角度位置は経路970経由でディシジ
ョンブロック972に渡されて、新しい角度φが360°より大きいまたは等し
いかどうかを決定する。もしφが360°よりも小さければ、制御は次に経路9
74からアクテイビフイブロック938に渡される。第1のループおよび付加の
ステップ968および972を含む第2のループが、ディテクタが1回転するま
で、すなわちφが360°より大きいまたは等しくなるまで再度実行される。
好ましい実施例では、角度増加ΔφはLUTの連続する入力の間の角度増加Δθ
よりも実質的に大きいものが選択されて、1回転のキャリブレーションが短時間
で計算されるようにする。たとえば、増加Δφが10@に等しければ、1回転は
第2ループの35回の実行で計算できる。36の計算された位置の中間の位置に
対応する残りのLUTの値は、アクティビティブロック978で示されているよ
うに隣接の計算値間で補間することによって決定される。次に制御が経路980
経由でアクティビティブロック982 +:l:渡されて画像の中央付けを任意
にテストする。
アクティビティブロック982では任意の角度位置が選択されて中央付けの精度
が決定される。選択された位置のすべての累積的エラーを反映する中央付はエラ
ーERRが計算される。中央エラー値は経路984経由でディシジョンブロック
986に渡されて、そこで値が0または他の所定の値と比較される。ERRが実
質的に0でなければ、制御は経路988経由でアクティビティブロック990に
渡される。
アクティビティブロック990では、最初に決定された36の値の中間に位置づ
けられている付加のLUT値しx寡およびLyIは、36の付加の値に対して第
2のループを再実行することによって経験的に決定される。たとえば第2のルー
プの第1回目の実行で決められた値が角度φ1″″0,10,20,30.・・
・、340および350度であるなら、第2のループの第2回目の実行で決定さ
れた中間角度はφ2 =5. 15.25. 35.・・・、345および35
5度である。
ステップ978,982,986,990を含む第3のループは、エラー値が実
質的に0、またはすべてのLUT位置が経験的に決定されるまで再度実行される
。次に制御が経路994経由でキャリブレーション手順の最後に渡される。
好ましい実施例では、LUTによって表わされる位置の合計数は約16,000
である。連続するキャリプレーシラン位置の間のブロック938および942で
示される電子ビームの回転の開始および停止は少なくとも2つの機能を果たす。
第1に、回転電子ビームはアノード上の1つのスポットに長い時間当たらないか
らX線管のターゲットアノードの過度な加熱を防ぐことができる。第2に、ステ
アリングコイルのヒステリシス影響は完全なヒステリシスサイクルを通る連続す
る通路によって自動的に補償される。
上記のキャリブレーション手順はオペレータの制御の下に手動で、またはコンピ
ュータ制御の下に自動的に行なわれることが理解されるであろう。
回転ディテクタの位置決めエンコーダからの信号がLUTに到達し、対応するL
UT値がX線管の偏向コイルを駆動させるのに要する時間は有限量であるので、
回転ディテクタの位置が検出されLUTに伝送される時間とその対応する偏向デ
ータがLUTからX線管偏向コイルに伝送されるまでの間に時間差分または遅れ
があるかもしれない。非常に遅いまたは0の回転では、この遅れは重要でない。
しかし、回転率が増加するにつれ、遅れはどんどん大きくなる。位置決めエンコ
ーダおよびLUT間に位相オフセットを挿入することによってこの遅れは補償で
きる。最適位相オフセットは画像830の焦点を評価しながらオフセットを変え
ることによって決定される。最適のオフセット以外では、画像はぼやける。最適
オフセットはディテクタが一定の速度で回転する間の最も鮮明な画像に対応する
。
X線ソースおよびディテクタの回転を同期化するのに他のキャリブレーション手
順を使うことができるのも理解されるであろう。
コンピュータ制御および分析システム
第11図は本発明の自動ラミノブラフ検査システムのためのコンピュータ制御お
よび分析システムアーキテクチャのブロック図である。コンピュータシステムは
主制御コンピュータ270を中心にしている。ビデオフレームグラバ−1002
はプラグインボード経由でコンピュータ270に組込まれる。低い光レベルカメ
ラ258はライン276経由で主コンピユータ270に接続される。X線100
4、運動制御1006、オペレータ1008、安全1010、およびプリントア
ウト1012を含む種々のサブシステムは、通信線1005.1007.100
9.1011.1013経由でそれぞれ主コンピユータとつながる。複数高速画
像分析コンピュータ272a、272b、・・・、272nはまた「分析エンジ
ン」とも呼ばれ、データネットワーク274経由で主コンビ二一夕とコミユニケ
ートする。このコミュニケーションは、主コンピユータと分析エンジンとの間で
データネットワーク274経由で渡される「メツセージ」の形をとる。分析コン
ピュータ272はまた通信線1014経由でフレームグラバ1002と通信する
。好ましい実施例では、それぞれの分析コンピュータ272は80386CPU
、5メガバイトの主要RA MメモリおよびビデオフレームグラバメモリでCO
MPAQ@ 386プロセツサボードを含む。主コンピユータ270も8038
6CPUでCOMPAQ[F] 386プロセツサボードを含む。分析コンピュ
ータ272は標準SCS Iネット2−クによって主コンピユータ270に接続
されている。
操作中は、主コンピユータ270は1012経由で種々のサブシステム1004
を介して検査システムの動作を制御する。主コンピユータはさらにラミノブラフ
画像の獲得および分析を制御し、そこから検査している項目の品質の測定が引出
される。主コンピユータはこの発明の操作を2つの方法で自動的に制御する。第
1に、デジタル断面画像を獲得するためにプログラムされた運動のシーケンスが
実行される。第2にプログラムされた分析手順が自動的にデジタル断面画像を検
査および解釈する。1つの画像の分析は第2の画像の獲得と同時に行なうことが
できる。主コンピユータシステムによって行なわれる分析は、検査l、ている項
目の検出された種々の欠陥およびその他の状態を分類する出力データリストが結
果となる。
特に、第3a図および第3b図で示されているように、印刷回路基板の半田接合
の検査のために、コンピュータは回路基板210が装着されているXYZ位置決
めテーブル230の動きを制御する。1つの断面画像内に入る領域、たとえば0
.400インチX0.375インチはしばしば検査されるべき回路基板または他
の品目の全体の領域よりも小さい。この場合、品目は複数のXY観測範囲によっ
て論理的に表わされ、それが組合わせられると回路基板の全体の検査領域を含む
。主コンピユータは適当な運動コマンドをXYZ位置決めテーブルに発行するこ
とによって検査するためのそれぞれのxya測範囲を位置づける。最初のXY観
測範囲が検査のために位置づけられると、結果の断面画像が得られてカメラで統
合される。次に画像のビデオ信号がカメラから高速画像分析コンピュータ272
に伝送される。回路基板は結果の断面画像として、半田接合の異なる面を焦点に
合わせるために特定のZ位置に動かされることができる。
回路基板の好ましい走査シーケンスは、固定XY位置に対する必要なすべてのZ
レベル画像を集めて、それから次のXY位置に動いて、その位置に対する必要な
すべてのZレベル画像を集めることである。このステップ中エンドΦリピート・
シーケンスは、基板のすべての必要な領域およびレベルが画像化されて分析され
るまで繰返される。
主コンピユータの制御の下に行なわれる、回路基板のすべての半田接続部の完全
な自動検査は、検査している特定の回路基板設計のためにあつらえられている既
にプログラムされた検査ルーチンを用いる。基板は走査され、各半田接続部は断
面画像の取得および分析を通して検査される。
この自動検査ルーチンのステップを説明するフローチャートは第12図で示され
ている。アクティビティブロック1050で始まり、検査する回路基板はこの発
明のロード/アンロードボート292に挿入される(第3c図参照)。
次に制御は経路1052経由でアクティビティブロック1054に伝えられて、
そこで主コンビ二一夕がXYZ位置決めテーブルにメツセージを送って、回路基
板を第1のXY観測位置に動かす。
経路1056を通って、ルーチンはアクティビティブロック1058.1062
.1066.1070.1074を含む第1のループに入る。アクティビティブ
ロック1058では、主コンピユータは基板が第1の観測位置にあるというメツ
セージを受取る。主コンピユータは次にその位置での基板の断面画像が得られる
ようにX線およびディテクタサブシステムを制御する。断面画像が得られると、
制御は経路1060経出でアクティビティブロック1062に渡って、そこで前
に得られた断面画像が分析コンピュータの1つに送られる。
経路1064経由でアクティビティブロック1066に進むと、受取られた画像
によって表わされる観測およびスライスを独自に識別するメツセージが分析コン
ピュータによって受取られる。次に画像は分析コンピュータによって分析され、
その門主コンビニータブログラムは経路1068経由でディシジョンブロック1
070に進む。ブロック1070では、最も最近に得られたスライスが、そのX
Y観測位置でとられるべき最後の2スライスであるかどうかチェックされる。さ
らにZスライスが必要なら、制御は経路1072経由でアクティビティブロック
1074に渡る。
ブロック1074では、XYZ位置決めテーブルは回路基板をZ方向に移動させ
て、次の2スライスが得らるように位置づける。制御は次に経路1076経由で
アクティビティブロック1058に戻る。他の断面画像がブロック1058で得
られ、それがブロック1062で分析コンビ二一夕に送られて、ブロック106
6で識別および分析される。
ステップ1058.1062.1066.1070.1074を含む第1のルー
プは、ディシジョンブロック1070で現行のxY観測位置の最後の2スライス
が得られたと判断されるまで繰返される。
最後のZスライスが得られると、制御は経路1078経由でアクティビティブロ
ック1080に移されて、その特定のXY観測の検査が完了したことをメツセー
ジが示す。
たとえば、特定のXY観測が3つの異なるZレベルスライスが必要なら、第1の
ループが3回、各Zレベルに対して1同案行される。第1ループの3回目の実行
が完了すると、メツセージがそのXY観測のすべてのデータが得られて分析され
たことを示す。 。
第1のループとして識別されるステップのタイミング図が第13図で示されてい
る。選ばれている時間の単位は1フレ一ム時間、または1/30秒であり、この
割合で画像がビデオ信号としてカメラによって伝送される。第1ループサイクル
の開始で、回路基板は望ましい検査位置に位置づけられて、X線はオンとなり、
カメラは画像を3フレ一ム時間(0,1秒)の間統合することを始める。この0
゜1秒の間、回転盤256およびX線ソース280(第3a図)が1回転する。
時間3/30秒で始まる次の続くフレーム時間の間、画像がカメラ258によっ
て「グラブ」されて画像分析コンピュータ272(第11図)の1つに送られる
。その間、主コンピユータ272(第11図)はX線の発生を停止させる第1の
コマンド(これは電子ビーム285を第4図のビームストップ360に向けるこ
とによって達成できる)、および別の画像の獲得のために回路基板を次の観測領
域またはスライス位置に動かす第2のコマンドを実行する。この動きは典型的に
0.1秒内で完了する。この0.1秒の間、回路基板は次の位置に動かされ止ま
る。このシステムは好ましくは、運動によって起こるいかなる機械的振動も0.
1秒の時間の終わりまでには実質的に減衰されるように設計される。次にコンピ
ュータはX線の発生を再開させるコマンドを実行して、サイクルが繰返される。
1枚の画像の獲得のための典型的なサイクル時間はしたがって約0. 2秒であ
り、1秒間に5枚の画像という速度に対応する。
成る画像を完全に分析するのにコンビ二一夕が要する時間が0.2秒の画像獲得
サイクル時間を越えても、この発明の1つの実施例は、第11図で示されている
平行処理分析コンピュータ272を使うことによってリアルタイムの画像処理を
行なう。平行処理アーキテクチャはシステムがいくつかの異なる作業を同時に行
なうことを可能とする。
たとえば、システムはいくつかの異なる画像を同時に分析しながら他の画像を獲
得することもできる。したがって、システムは次の画像を獲得するまでに各画像
分析が終わるのを待つ必要はない。分析コンピュータの最適台数は、画像処理コ
ンピユーテイングが検査工程においてボトルネックとならないように、行なわれ
ている画像分析の複雑性に基づいて、決めることができる。
ブロック1080のXY観測の完了によって、制御は経路1082からアクティ
ビティブロック1084に移されて、そこでその特定のXY観測検査の結果が主
コンピユータのメモリにストアされる。経路1086経由でディシジョンブロッ
ク1088に進むと、XY観測識別がチェックされて回路基板の付加のXYi!
測が必要かどうかチェックされる。
付加のXY観測が必要なら、制御は経路1090経由でアクティビティブロック
1054に移される。ステップ1054.1058.1062.1066.10
70.1074.1080.1084.1088を含む第2のループが回路基板
のプログラムされた画像位置がすべて得られて分析されるまで複数回実行される
。
プログラムされた画像位置がすべて検査されると、制御は経路1092経由でア
クティビティブロック1094に移って、検査が完了しボードをアンロードする
時であることを示す。
経路1096経由でアクティビティブロック1098に進むと、前に検査した基
板の検査結果は検査報告という形で出力される。次に制御は経路1100経由で
アクティビティブロック1050の検査ルーチンの最初に戻って、システムは他
の回路基板の検査を始める用意ができる。
典型的な検査報告の例は第14図で示されている。種々の簿記が検査の日付およ
び時間1102、回路基板のモデル番号1104と検査した特定基板の連続番号
1106を記録する。検査の結果は3列の表として作られて、素子名1108、
欠陥が識別されたビン番号1110、そして識別された半田欠陥の種類1112
が示される。この特定例では、UlBとして識別された素子では、ビン2および
3との間に半田橋絡欠陥があることがわかる。同様に、素子R17はピン1に不
十分な半田を有する。素子U13、R2、R17などは集積回路チップ、抵抗器
、キャパシタなどのような典型的な電子素子である。さらに、検査報告は種々の
欠陥および処理制御パラメータの傾向分析を与える統計的要約を提供することも
できる。この検査報告は成る過去の期間にわたってマシーン操作の年代順経歴を
示す運転要約を含むこともできる。運転要約はオペレータの識別、各オペレータ
の勤務交替に対する開始時間、停止時間および日付、そして各シフト中に処理さ
れた基板の数を含めたマシーン使用要因の報告を含むことができる。
上記に説明したルーチンを使って回路基板全体を検査するのに要する合計時間は
、いくつかの要因によって決定される。これらの要因の3つは、(1)各XY観
測位置に必要な異なるZレベルのスライス(断面画像)の枚数、(2)観測サイ
ズの範囲、すなわち各個別の画像が包含する領域、(3)回路基板の大きさ、す
なわち検査するべき合計面積である。
典型的な回路基板検査は、基板の素子の複雑性および半田接続部の形式に依存し
て、各XY位置に対して1から8枚のZスライスを要するかもしれない。観測の
範囲は各画像に対して得られる検査面積であり、この発明の1つの実施例では約
0.400インチX0.375インチである。
観測サイズのこの範囲は各ビクセルが0.0008インチの等級の寸法を有する
高解像度画像に帰着する。最後に、特定の回路基板を走査するのに必要なXY観
測およびZスライスの数はモザイク態様で、必要な観測の合計数を決定し、これ
により検査に要する合計時間が決定される。
たとえば、6’ X9’回路基板(54平方インチ)は検査を要する面積が50
平方インチを有するかもしれない。
各観測範囲の0.15平方インチ(0,400インチX0゜375インチ)では
、全体の基板を包含するのに約360のXYの観測位置が必要である。各位置に
対して平均して2枚のZスライスが必要であると仮定すると、この特定の回路基
板は完全な検査を行なうには720枚の画像を必要とする。1秒に5枚の画像の
割合だと、この基板を検査するのに必要な合計時間は約144秒となる。
典型的な検査時間として、非常に簡単な回路基板に対する20秒から高解像度の
検査を必要とするより大きいより複雑な基板に対する8分まで至る。
自動半田接続部欠陥分析
本発明は特に、回路基板に装着された電子部品間の半田接続部の自動検査を行な
うのに適する。1つの実施例では、半田接続部の高解像度のX線断面画像を得て
コンピュータ制御デジタル画像処理手順によって画像を分析することによって達
成される。この態様で分析することができる半田接続部欠陥の異なる種類は多数
ある。しかし、自動半田接続部画像分析の一般的概念はいくつかの図式的例によ
って示すことができる。このような例は隣接する接続点間の半田橋絡、成る接続
部での不十分な量の半田、および成る接続部での半田の欠落などを含む。
第15図は複数の半田接続部214によって相互接続されている複数の電子素子
212と1150が上に位置づけられている典型的回路基板210の一部分を示
す。自動分析手順の説明を簡潔にするため、電子素子の特定の形式及び対応する
半田接続部が詳細な説明のために抜粋されている。しかしこの発明は選択した特
定の素子によって制限されるのではなく、またこの発明はいくつもの他の形式の
素子、技術および電気接続部に応用できることは理解されるであろう。特に、表
面装着技術を採用した素子が詳細に説明されるが、この発明はスルーホール・メ
ッキ技術を含む他の多くの種類の回路基板技術に応用できる。
表面装着技術(SMT)はメタライズされたコネクタパッドを含む電子素子が回
路基板の表面の対応するメタライズされたコネクタバッドに半田付けされる広く
使われている技術である。第16図は接続される回路基板210の装着位置の立
面位置で示されている典型的なSMT素子212を示す。特に、電子素子212
は電子産業で一般に使われそして業界ではリードレスチップキャリア(L CC
)として知られているパッケージを含む。LCC212は複数のメタライズされ
たコネクタバッド1160a、1160bs 1160 c、−11160nを
含み、LCCが回路基板210の位置の上に位置づけられると、直接隣接する対
応するメタライズされた回路基板コネクタパッド1260as 1260bs
1260c、−・・、126Onにそれぞれ位置づけられる。メタライズされた
パッド1260は回路基板210の表面の上または表面近くに形成されて、種々
の電子素子212および完全な回路基板アセンブリを含む1150を相互接続す
るための電気接続点を与える。
第17図は5個のメタライズされたコネクタバッド組1160 a / 126
0 aから1160e/1260eの間に形成された半田接続部の一般的な視覚
的外見を示すLCC212の部分の拡大図である。パッド1160eと1260
eの間に形成された半田接続部1360eは肉眼で見える欠陥を存しない良い接
続部の例である。半田橋絡欠陥1370が隣接する半田接続部1360aと13
60bの間で示されている。不十分な半田を有する接続部1360cはパラF1
160cと1260cの間で示されている。半田接続部1360dは視覚的に欠
陥がないように見えるが内部的な空所を含む。パッド1160fと1260fの
間の接続部1360fには半田が示されていない。
第18図は第17図で示されているLCC素子212の部分のX線断面画像の外
見を示す。断面画像によって示される面は回路基板210によって規定される面
と平行であり、回路基板の表面上の約0.0005インチにある。素子212、
素子接続パッド1160および回路基板接続パッド1260の位置を示す仮想線
は参照の目的のためだけに示されており、実際の断面画像には存在しないかもし
れない。指定画像面において画像領域1360a’ 、1360b’ 、136
0c’ 、1360d’ % 1360e’ 、1370′は半田接続部136
0a、1360b、1360cs 1360ds 1360e、そして欠陥13
70にそれぞれ対応する。
半田橋絡欠陥の検出のための画像分析
半田橋絡欠陥は回路基板のトレースの間、接続パッドとトレースの間、2つの異
なる接続パッドの間、または2つの別々の接続ピンの間の不要な半田の存在であ
る。接続パッド1260aと1360bの間の橋絡欠陥画像1370′の位置で
の第18図の拡大部分が第19図で示されている。列および行を含む任意のビク
セル格子が、橋絡欠陥を検出するための自動手順の説明を援助するために示され
ている。
画像の各ビクセルはそのビクセルによって表わされている画像の光学密度に対応
する強度値に関連づけられている。
強度値は0(黒)から255(白)にわたるグレイスケールを形成する。X線を
簡単に弱める高密度の材料、たとえば半田の画像は、グレイスケールの黒い端部
に近いグレイの濃い明度に対応する比較的低い強度値によって表わされている。
反対に、低い密度材料、たとえばプラスチック回路基板は、グレイスケールの白
い端部に近いグレイの薄い明度に対応する強度値を有する画像を作る。この種の
グレイスケールを何する画像は「陽画」像として知られている。
グレイの明度と強度の関係は逆転させて一般に「陰画」像として知られているも
のを作ることができることは理解されるであろう。この発明において陰画像また
は陽画像どちらを使うこともできるが、説明のために陽画像が使われる。
したがって半田材料を表わす画像の領域内のビクセル、たとえば領域1360’
と1370’は比較的低い画像強度値に対応する。画像の他の領域のビクセル
は低い密度材料、たとえばプラスチック回路基板を表わし、比較的高い画像強度
値に対応する。
画像分析の最初のステップは、半田橋絡欠陥の検査および評価を行なうために必
要なトポグラフィツクデータ(topographlcal data)と検査
パラメータを得ることを含む。この発明の1つの実施例では、データファイルは
行なわれている各画像分析に対してこの特定の情報を含む。回路基板が一旦識別
されると、その特定のボードの形式に対するデータファイルが呼出されて分析コ
ンピュータメモリに入れられる。橋絡半田欠陥の存在のために画像を分析する算
法は入力として、回路基板接続パッド1260の質量の中心(centroid
)、その境界、所定のサーチ経路位置、および所定の差分グレイしきい値を使用
する。第19図で示されている例では、データファイルは接続パッド1260a
の質量の中心1378は(C50、R75)の列および行ビクセル座標に位置づ
けられているという情報を含む。
さらに、データファイルはパッド1260aのビクセル幅はビクセル列番号C7
5とC25の間の差であり、パッドの長さはビクセル行番号R125とR25の
差であるという情報も含む。橋絡半田欠陥分析を行なうのに必要な他の検査パラ
メータ、たとえば差分グレイしきい値、サーチ経路位置、寸法もデータファイル
から検索される。
半田橋絡欠陥のための半田接続部の断面X線画像の分析手順は半田接続部136
0a’ に関して第19図で示されている。好ましくは、断面画像の面は回路基
板面と実質的に平行である面にあり、回路基板の表面の上約o、oo。
5インチにある。この手順は画像から、関心の半田接続部のまわりを完全に囲む
サーチ経路に沿って不必要な半田の存在の決定を一般に含む。
パッド1260aのトポグラフィツクデータを使って、経路セグメント1380
a、1380b、1380cと1380dを含むパッドの境界のまわりのサーチ
経路1380を規定するために分析算法が始められる。サーチ経路は幅1ビクセ
ル分であり、パッドの境界から所定の距離に位置づけられる。5120列および
480の行を含むデジタル画像で約0.400インチX0.375インチの回路
基板の領域に対応する実施例では、1つのピクセル幅は回路基板の約0.000
78インチの距離に対応する。第19図のパッド境界からサーチ経路への所定距
離は、ピクセル列C95とC75の間の距離差とピクセル行R5とR25の間の
距離差である。所定の距離は特定の分析応用の要求に合うように経験的に選択す
ることができる。
サーチ経路1380を含む各ピクセルの画像強度は、サーチ経路の隣接するピク
セルの強度と比較されて差分のグレイ値ΔGを決定する。特定ピクセルの画像強
度またはグレイ値はIC1ffiによって与えられる。2つの隣接するピクセル
1とピクセル2の間の差分グレイ値ΔG1,2はそれぞれの強度l、と12の間
の差分をとることによって見つけられる。次に各差分グレイ値ΔG3,2は所定
のしきい値ΔGTh と比較される。画像の半田部分に1つのピクセルが位置づ
けられ、その隣接のピクセルが画像の回路基板部分に位置づけられる場合を示す
しきい値が選択される。
サーチ経路に沿った不要な半田の存在は、差分のグレイ値がしきい値を越えると
示される。
例に従って、サーチ経路1380の強度l、を有する第1のピクセル(C95,
R5)の角1382で始まって、列C95を上に進んで経路セグメント1380
aの隣接するピクセルから強度12を有する第2のピクセル(C95゜R6)へ
進むサーチを考えてみよう。この開始位置は任意であり、サーチ経路に沿ったい
かなる位置でもサーチを始める位置として選択することができることは理解され
るべきである。これらの初めの2つの隣接するピクセルの差分グレイ値は以下で
与えられる:
ΔG+ + 2 ””I ”2 ””Ce SrR5−’Ce SIR&(’?
)差分グレイ値の絶対値1ΔG、、lがしきい値ΔG。
hよりも大きいまたは等しければ、ピクセルの位置および差分グレイ値の符号、
すなわち正または負が候補の欠陥表示り、としてストアされ、ここでiは欠陥表
示が見つけられた順番に対応する整数である。たとえば、D、は開始位fill
382から始まるサーチ経路1380に沿って最初に出くわす欠陥表示と対応
し、D2は出くわす2番目の欠陥表示に対応する云々となる。
第19図で示されている例では、第1の欠陥表示り、はおよそ(C95、R55
)に位置づけられるピクセルにで見つけられている。ピクセルKが画像の半田欠
陥1370′部分にあるのならば、およそ(C95,R54)に位置づけられて
いるサーチ経路にある前のピクセルに−1は大体半田部分の外にあり、ピクセル
によりもより高い強度値を有する。したがって、適当に選択されたΔcvhは、
これらの2つの隣接するピクセルに−1とKの強度Iに−4とIKから引出され
た差分グレイ値1ΔGK−1+ Iに 1の絶対値よりも小さい。さらにΔGK
−INKは符号が正である。
同様に、おおよそ(C95、R90)に位置づけらでいるピクセルMに第2の欠
陥表示D2が見つけられる。ピクセルMが画像の半田欠陥1370’部分にあれ
ば、およそ(C95、R91)に位置づけられているサーチ経路にある後のピク
セルM+1は、半田部分の外にあり、ピクセルMよりもより高い強度値を持つ。
したがって、この2つの隣接するピクセルMとM+1の強度iMとIカヤ、から
引出された差分グレイ値1ΔGM + np+ lの絶対値はΔGThよりも大
きい。さらに、ΔGffl+1.lや、は負の符号である。
こうして橋絡欠陥1370’の存在は、欠陥表示り、が正であり次の欠陥表示D
2が負であるときに明らかとなる。
欠陥表示のためのサーチは経路全体が検査されるまで経路1380のまわりで続
けられる。見つけられたすべての橋絡の報告は記録されて報告される。
半田橋絡欠陥を自動的に捜す工程を示すフローチャートが第20図で示されてい
る。アクティビティブロック1400で始まって、分析される特定接続パッドの
トポグラフィツクデータおよびその他の検査パラメータは分析コンピュータメモ
リから呼出される。経路1402経由でアクティビティブロック]404に進む
と、接続パッドのまわりのサーチ経路は、コンピュータのメモリにストアされて
いるトポグラフィツクデータおよびその他の検査パラメータを使って規定される
。次に制御は経路1406経出でアクティビティブロック1408に移されて、
ここでサーチ経路走査はピクセルカウンタ“i′および欠陥表示カウンタ“jo
を1にセットすることによって初期化される。
アクティビティブロック1412.1416.1420.1424.1428と
1434を含む第1のループが経路1410経出でアクティビティブロック14
08から入る。
第1のループでは、サーチ経路をなす各ピクセルが検査され、差分グレイ値が計
算され、候補欠陥位置が識別され、後でさらに処理するためにストアされる。ル
ープの第1のアクティビティブロック1412では、サーチ経路の第1および第
2のピクセルの差分グレイ値ΔG4,2が計算される。この値は経路1414経
由でディシジョンブロック1416に渡され、そこで差分グレイ値1ΔG+、2
lの絶対値が所定しきい値ΔG、hと比較される。1ΔG1゜21がΔGTh
より大きいまたは等しければ、制御は経路1418経由でアクティビティブロッ
ク1420に渡される。アクティビティブロック1420では、ピクセル1と2
の位置およびΔG7,2の符号は第1の欠陥表示り、としてストアされる。制御
は経路1422経由でアクティビティブロック1424にわたって、そこで欠陥
カウンタj″が1つ増加される。1428のディシジョンブロックでは、経路1
426経由で達せられる第1ループの最終ブロックでは、全体のサーチ経路が検
査されたかどうかを決定するために完了チェックが行なわれる。完了していなけ
れば、制御は経路1432経由でアクティビティブロック1434にわたって、
サーチ経路ビクセルカウンタ“i。
が1つ増加される。次に制御は経路1436経由でアクティビティブロック14
12の第1のループの初めに戻る。
サーチ経路をなすすべてのビクセルが分析されるまで第1ループが繰返され、制
御が経路1438経由で第1ループのディシジョンブロック1428からアクテ
ィビティブロック1440にわたる。
アクティビティブロック1440では、欠陥カウンタ“joは、再度経路144
2経出で第2のループに入る前に1の値に初期化される。第2のループはブロッ
ク1444.1448.1452と1458を含む。第2のループでは、第1ル
ープで識別された欠陥表示り、はサーチ経路に沿った半田橋絡欠陥の位置を判定
するために検査される。
ディシジョンブロック1444の第2のループをj−1で入ると、欠陥表示り、
およびD2の符号が決められる。もしり、が正でD2が負であれば、制御は経路
1446経由でアクティビティブロック1448にわたって、そこでり、とD2
の位置が記録されて半田橋絡欠陥がり、とD2の間のサーチ経路セグメントにあ
ると記録される。次に制御は経路1450経出でディシジョンブロック1452
にわたされて、欠陥表示DJがすべて分析されたかどうかを判定するために完了
テストが行なわれる。完了していなければ、制御は経路1456経由でアクティ
ビティブロック1458にわたされてそこで欠陥カウンタ“joが1つ増加され
る。次に制御は経路1460経由でディシジョンブロック1444の第2のルー
プの初めに戻される。第1ループでサーチ経路に沿って見つけられたすべての欠
陥表示り、が半田橋絡欠陥に対して分析されるまで、第2のループが繰返される
。次に制御が経路1462経由でディシジョンブロック1452からアクティビ
ティブロック1464に渡る。ブロック1464では、サーチ経路に沿って見つ
けられたすべての半田橋絡欠陥の報告は作成されて後で呼出すためにストアされ
る。
欠落または不十分な半田欠陥の
検出のための画像分析
欠落した半田欠陥は、電子素子接続パッドと対応する回路基板接続パッドを含む
接続部での実質的にOのまたは非常に少量の半田の存在として定義される。不十
分な半田欠陥は、接続部に何らかの半田があるが適切なフィレットを形成するま
たは接続部に十分な強さを提供するのに十分でないものとして定義される。接続
パッド1160cと1260cの間の不十分な半田欠陥画像1360c’の位置
の第18図の拡大部分が第21図で示されている。列および行を含む任意のビク
セル格子が、欠落したまたは不十分な半田欠陥を検出するための自動手順の説明
を援助するために示されている。
欠落半田または不十分な半田の欠陥の半田接続部の断面X線画像を分析するため
の手順が、半田接続画像13600′に関して第21図で示されている。好まし
くは、断面画像の面は回路基板の面と実質的に平行である面にあり、そして回路
基板の表面上的0.0005インチにある。この手順は一般に画像から、いつく
かの特定領域の半田接続部の厚さを決定するのを含む。
半田接続部の3つの特定領域が第22図に関して規定されている。第22図はた
とえば接続部1360eのような典型的に良品の半田接続部の断面図である。断
面図は第17図のライン22−22に沿ったものである。素子接続パッド116
0と回路基板接続パッド1260の間に挾持されている接続部1360eの第1
の領域1501は接続部の「パッド」として示されている。素子212の横壁面
1505からおよそ始まって、壁面1505とパッド1260の境界1507の
間の点1506までおよそ延在する第2の領域1502は、接続部1360eの
「かかと」部分として示されている。点1506でおよそ始まってパッド126
0の境界1507までおよそ延在する第3の領域1503は接続部1360eの
「爪先」部分として示されている。
典型的に、パッド領域1501は比較的薄いほとんど均一な厚さの半田を含む。
かかと領域1502は一般に不均等の厚さであり、接続部の最も厚い部分をなす
。爪先領域1503は一般にかかとと比べて厚さにおいてより均一であるが、そ
れほど厚くはない。接続部1360eをなす半田の量は3つの領域1501.1
502.1503のそれぞれの半田の平均厚さの測定から概算できる。
典型的に鉛と錫の組合わせである半田材料のラミノブラフ断面画像では、画像の
強度と画像を形成する半田材料の厚さとの間に関係がある。第23a図はこの一
般的な関係の例を示す。この例では、画像の強度は半田材料の厚さが増加するに
つれ、プレイのより薄い明度(白)に対応する値からグレイのより濃い明度(黒
)に対応する値に減少する。すなわち、半田の薄い部分の画像は、半田のより厚
い部分の画像の画像強度値よりも高い画像強度値を有することになる。薄い部分
の画像は、厚い部分の画像よりも薄い明度のグレイを示す。この関係は異なる厚
さの複数のステップを含むキャリブレーションステップウェッジを使うことによ
ってキャリプレートすることができる。このようなステップウェッジ1560の
例は第23b図で示されている。ステップウェッジ1560は半田材料で構成さ
れており、0.001インチの増加率で0.001インチから0゜010インチ
にわたる厚さを有する1571から1580までの10個のステップを含む。ラ
イン1590を含みつエツジのベース1592と平行である面でとられたステッ
プウェッジ1560のX線うミノグラフ断面画像は!23C図で示されている画
像強度対半田厚さの関係を示す。ステップ1571から1580の厚さは既知で
あるので、対応する強度1571’からステップ1580’は厚さが知られてい
ない半田材料の他の断面画像の強度と比較して知られていない厚さを決定するこ
とができる。
分析における最初のステップは、欠落したまたは不十分な半田欠陥を検査および
評価するための必要なトポグラフィツクデータおよび検査パラメータの獲得を含
む。この1つの実施例は、行なわれる各分析に対してこの特定の情報を含むデー
タファイルを与える。欠落または不十分な半田欠陥の存在のために画像を分析す
る算法は入力として、接続パッドの質量の中心位置および境界、3つの検査窓、
6つのしきい値を使う。この例では、データファイルは接続パッド1260cの
質量の中心1679は第21図の列および行ビクセル座標(C100、R62)
に位置づけられているという情報を含む。さらに、データファイルは、パッド1
260cのピクセル長さはピクセル列番号C50と0150の間の差分てあり、
パッドの幅はピクセル行番号R75とR50の間の差分であるという情報を含む
。分析を行なうのに必要な他の検査パラメータもデータファイルから検出される
。
パッド1260cの画像1360c’の欠落したまたは不十分な半田欠陥分析の
ためのトポグラフィツクデータおよび検査パラメータを使って、画像分析算法は
第21図に示されているように、3つの検査窓160L 1602と1603の
境界を規定するために進む。各窓は形状において長方形であり、パッドの境界お
よび質量の中心から所定の距離に位置づけられている。第1の窓1601はピク
セル座標(C55,R55)、(C55、R70)、(C85、R70)と(C
85、R55)を有する4つの角によって規定される。窓1601は実質的に半
田接続部のバラ)’領域1501に重畳する。第2の窓1602はピクセル座標
(C95、R55)(C95、R70)、(C120、R70)(120,R5
5)を有する4つの角によって規定される。窓1602は実質的に半田接続部の
かかと領域1502に重畳する。第3の窓1603はピクセル座標(C125、
R55)、(CI 25、R70)、(C145、R70)、(C145、R5
5)を有する4つの角によって規定される。窓1603は実質的に半田接続部の
爪先領域1503に重畳する。
窓の中の平均画像強度は、窓をなすすべてのピクセルの画像強度を加算して、加
算に貢献するピクセルの合計数によって除算することによって決められる。こう
してパッド領域窓1601、かかと領域窓1602、爪先領域窓1603から引
出された平均強度はそれぞれIF%IN、そしてITとして示されている。前に
説明したように、これらの平均強度は、それぞれの領域の半田の平均厚さTP
5T11、TTと直接関係する。欠落したまたは不十分な半田欠陥の存在はこれ
らの平均厚さTr 、TH% TTを所定の厚さしきい値Th門、pbTbn、
H1Th門、 T % Tl’ll 。
F s Thl r□、T)11.7と比較することによって決定される。一般
に、Thrl 、P 、Thゎ+N とTb門、Tの欠落半田しきい値はそれぞ
れパッド、かかと、爪先の領域に対応し、不十分な半田しきい値ThI、r%T
h、、、、ThI l 7よりも小さい。すなわち、Thr−+ 、P <Th
I。
F 5The 、)1 <Tb、、□、Thう、 T <Thl 、τである。
特に、もしTp <Tb1.l、P%TI’l 〈” h rl + N sT
T <Thゎ、Tなら、接続部は欠落した半田を有するものとして報告される。
もしTh、−1+ p <TF <ThI l F s”rhffl、 M<T
N <”ThI 、 )1 s Thr、、 7 <T7 <Th1+7なら、
接続部は不十分な半田を有するものとして報告される。
欠落または不十分な半田欠陥を自動的に捜す手順を示すフローチャートが第24
図に示されている。アクティビティブロック1700で始まって、分析される特
定の接続パッドのトポグラフィツクデータおよびその他の検査パラメータは分析
コンピュータのメモリから呼出される。経路1702経由でアクティビティブロ
ック1704に進んで、半田接続部のパッド、かかと、爪先の領域の検査窓は、
コンビ二一夕のメモリにストアされているトポグラフィツクデータとその他の検
査データを使って規定される。次に制御は経路1706経由でアクティビティブ
ロック1708に渡され、そこで各窓の内の平均画像強度が決定されて対応する
平均半田厚さが計算される。次に制御は経路1710経由でディシジョンブロッ
ク1712に伝えられる。
ディシジョンブロック1712では、窓内の平均半田厚さTF s 7Hs及び
TTはそれぞれ不十分な半田厚さしきい値Th1.pxTb+、HsTJ、vと
比較される。
平均厚さが不十分な半田しきい値よりも小さくなければ、制御は経路1714経
由で分析ルーチンの最後に渡される。
もし平均厚さが不十分な半田しきい値よりも小さければ、制御は経路]718経
由でディシジョンブロック1720に渡される。ディシジョンブロック1720
では、平均厚さTF 、T□、TTは欠落した半田厚さしきい値”rhF、。
P%Tbr+ 、N 、ThI、、Tと比較される。平均厚さが欠落半田しきい
値よりも小さくなければ、制御は経路1722経由でアクティビティブロック1
724に渡されてそこで不十分な半田欠陥が記録される。次に制御は経路172
6経由で分析ルーチンの最後に渡される。ディシジョンブロック1720におい
て平均厚さが欠落半田しきい値よりも小さければ、制御は経路1728経由でア
クティビティブロック1730に渡されてそこで欠落半田欠陥の存在が記録され
る。次に制御は経路1732経由でルーチンの最後に渡される。
ここで説明されているシステムおよび処理は基本的に印刷回路基板の上の半田接
続部の検査のために開発された。
しかし、この発明は他の対象物および特徴の検査のためにも有用であろう。上記
の記述は印刷回路基板の上の電子素子間の半田接続部の検査に応用された発明の
1つの好ましい実施例を含むが、当業者にとって明らかな他の応用もある。
この発明はその精神および本質的特性から離れることなく他の特定の形状で実施
することができる。説明された実施例はいかなる点においても例示的であり限定
するものではないというふうに考えられるべきである。したがってこの発明の範
囲は前述の説明よりもむしろ添付の請求の範囲によって示される。この請求の範
囲の等価の意味および範囲内に入るすべての変更はその範囲内に含まれるものと
する。
FIG、/
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FIG 2b FIG、2d
FIG、 2c FIG、2e
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FIG、6
FIG、9σ
FIG、9b
FIG、lO。
FIG、10b
FIG、15
FIG、/7
FIG /8
FIG、20σ
FIC,20b
FIG、23σ
FIC,23c
手続補正書
平成。工、yq71Y3囚
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.電気部品(212)と前記部品212が上に装着されている回路基板(21 0)との間の半田接続部(214)の品質を検査および分析するための回路基板 検査装置であって、前記回路基板検査装置が目動的に獲得され、デジタル化され かつ分析される前記半田接続部(214)のX線ラミノグラフ断面画像を作成し 、前記回路基板検査装置が、電子ビーム(285)が射突するターゲット(28 7)の或る位置からX線(282)が放たれるX線ソース(20)と、 前記電子ビーム(285)を前記ターゲット(287)の異なる位置に偏向する ための電気ステアリング装置(281)とを含み、前記ステアリング装置(28 1)が前記電子ビーム(285)を或る軸(40、404)に対して回転させ、 そして前記ターゲット(287)の上の実質的に円形の経路をたどらせることが できて、前記X線ソース(20)を第1の円形パターンで動かし、前記第1の円 形パターンが第1の面(62)を規定し、さらに前記半田接続部(214)と前 記回路基板(210)を透過した前記X線ソース(20)によって発生したX線 (282)を受取るために位置づけられたX線ディテクタ(30)を含み、前記 X線ディテクタ(30)は、前記透過X線(282)によって形成されたX線画 像に対応する光学画像を作成するための変換スクリーン(250)と、 前記軸(40、404)に対して回転しかつ第2の円形パターンを規定する実質 的に円形経路に沿って進むように前記変換スクリーン(250)を動かすための 手段(256)とを含み、前記第2の円形パターンが前記第1の面(62)と実 質的に平行である第2の面(64)を規定し、さらに 前記光学画像を前記回転変換スクリーン(250)から静止光学画像面に伝送す るための光学非回転装置(252、254、256)と、 前記光学画像を検出するために前記静止光学画像面に位置づけられたカメラ(2 58)とを含み、前記カメラ(258)が前記光学画像と対応する電子出力を有 し、さらに前記X線ソース(20)と変換スクリーン(250)の円形運動を同 期化するための制御システム(263、260)を含み、前記X線断面ラミノグ ラフ画像の前記光学画像表現が前記静止画像面で形成され、前記制御システムが 、前記第2の円形パターンに沿った前記変換スクリーン(250)の位置をモニ タしかつスクリーン位置と対応する座標を伝えるセンサ(263)と、 前記センサ(263)から前記座標を受取って対応する信号を前記ステアリング 装置(281)に伝えて、前記X線ソース(20)の動きを前記変換スクリーン (250)の前記連動と同期化させるルックアップテーブル(720x、720 y)とを含み、さらに前記半田接続部(214)の前記断面画像を分析するため のデジタル画像処理システム(270、272)を含み、前記画像処理システム (270、272)が前記カメラ(258)から前記電子画像信号を受取って、 前記半田接続部(214)の前記X線断面画像と対応する前記画像のデジタル表 現を形成する画像デジタイザ(270)と、 前記デジタル画像の所定領域をアクセスするようにかつ半田欠陥の特定の種類の 特定フィーチャを表示するために前記領域を所定の命令セットに従って分析する ようにプログラムされたプログラム制御計算の部分(272)とを含む、 ことを特徴とする、装置。 2.前記X線ソース(20)が操舵可能電子ビームX線管(200)を含む、請 求項1に記載の装置。 3.前記電気ステアリング装置(281)が磁界を発生させるコイル(281x 、281y)を含んで前記電子ビーム(285)と相互作用してそれを偏向させ る、請求項1に記載の装置。 4.前記変換スクリーン(250)がタングステン酸カドミニウムシンチレーシ ョン材料を含む、請求項1に記載の装置。 5.前記断面画像が、前記第1および第2の面(62、64)と平行でありかつ 前記回転軸(40、404)と交差する前記半田接続部214の面(60)と対 応する、請求項1に記載の装置。 6.前記半田接続部(214)の前記画像面(60)が、前記画像面(60)か ら前記第1の面(62)への距離が前記画像面(60)から前記第2の面(64 )への距離よりも小さいように前記X線ソース(20)と前記X線ディテクタ( 30)の間に位置づけられている、請求項5に記載の装置。 7.前記変換スクリーン(250)を動かすための前記手段が、前記軸(40、 404)に対して回転しかつ前記変換スクリーン(250)が上に装着されてい る回転盤(256)をさらに含む、請求項1に記載の装置。 8.前記光学非回転装量(252、254、256)が前記回転盤(256)に 装着されている第1および第2の鏡(254、252)を含み、前記鏡(254 、252)が前記回転軸(40、404)および前記第1および第2の面(62 、64)に関して約45°の角度で配向される、請求項7に記載の装置。 9.前記第1の鏡(254)が前記変換スクリーン(250)から前記光学画像 を受取って前記第2の鏡(252)に映して、前記第2の鏡(252)がさらに 前記画像を前記静止画像面に映す、請求項8に記載の装置。 10.前記第2の鏡(252)が前記回転軸(40、404)と交差する、請求 項8に記載の装置。 11.前記カメラ(258)が低い光レベルビデオカメラ(258)を含む、請 求項1に記載の装置。 12.前記低い光レベルカメラ(258)がシリコン強化ターゲット螢光増倍管 を含む、請求項11に記載の装置。 13.前記デジタル画像処理システム(270、272)が複数の平行面像プロ セッサ(272a、272b・・・272n)を含む、請求項1に記載の装置。 14.前記回路基板(210)を動かすための位置決めテーブル(230)をさ らに含む、請求項1に記載の装置。 15.印刷回路基板(210)に装着されている電気部品(212)間の電気的 接続部(214)を検査するための装置であって、 前記電気接続部(214)の断面画像を作成するための画像システム(20、3 0)と、 前記断面画像を分析するための画像分析システム(270、272)とを、特徴 とする装置。 16.前記画像システム(20、30)がX線ソース(20)とX線ディテクタ (30)を含む、請求項15に記載の装置。 17.前記画像システム(20、30)が前記電気接続部(214)のX線ラミ ノグラフを作成する、請求項16に記載の装置。 18.前記X線ラミノグラフが前記電気接続部(214)に関して前記X線ソー ス(20)および前記X線ディテクタ(30)の動きによって作成される、請求 項17に記載の装置。 19.前記X線ソース(20)の前記動きが電気手段(281)によって発生さ れ、前記X線ディテクタ(30)の前記動きが電子機械的手段(256)によっ て発生され、前記X線ソース(20)と前記X線ディテクタ(30)の動きが電 気的フィードバックシステム(260)によって同期化および制御される、請求 項18に記載の装置。 20.前記X線ソース(20)と前記X縁ディテクタ(30)の前記動きが実質 的に円形であり、ソース面(62)とディテクタ面(64)を規定する、請求項 18に記載の装置。 21.前記ソース面(62)と前記ディテクタ面(64)が実質的に平行である 、請求項20に記載の装置。 22.前記画像システムがコンピュータ化された断層撮影システムを含む、請求 項16に記載の装置。 23.前記電気部品(212)が電気接続パッド(1160)を含み、前記回路 基板(210)が電気接続パッド(1260)を含み、前記電気接続部(214 )が前記電気部品コネクタパッド(1160)と前記回路基板コネクタパッド( 1360)との間に導電性のボンド(1360)を含む、請求項15に記載の装 置。 24.前記電気接続部(214)が前記電気部品接続パッド(1160)と前記 回路基板接続パッド(1260)との間に半田ボンド(1360)を含む、請求 項23に記載の装置。 25.前記画像分析システム(270、272)が前記断面画像に特定フィーチ ャを捜す、請求項15に記載の装置。 26.前記画像分析システム(270、272)が、前記画像の所定の位置で前 記断面画像に対して所定のテストを行なうことによって前記特定のフィーチャを 識別する、請求項25に記載の装置。 27.前記特定フィーチャの1つが半田橋絡欠陥(1370)を含む、請求項2 6に記載の装置。 28.前記面像分析システム(270、272)が前記半田ボンド(1360) を囲む境界に沿って一連の差分画像強度グレイ値を計算して前記差分グレイ値を 所定のしきいグレイ値と比較する、請求項27に記載の装置。 29.前記計算された差分画像強度グレイ値が前記しきい値を越す前記境界に沿 った位置を前記画像分析システム(270、272)が前記半田橋絡欠陥(13 70)として識別される、請求項28に記載の装置。 30.前記特定フィーチャの1つが前記接続部(214)に存在する半田の量を 含む、請求項26に記載の装置。 31.前記画像分析システム(270、272)が、1つの前記半田接続部(2 14)の3つの異なる部分(1501、1502、1503)に対応する前記断 面画像の3つの領域を規定し、前記3つの領域のそれぞれに対して平均画像強度 (IP、IH、IT)を計算し、前記平均画像強度を第1セットおよび第2セッ トの所定しきい値(ThI,p、ThI,H、ThI,T;ThM,P、ThM ,M、ThM,T)と比較する、請求項30に記載の装置。 32.前記平均強度が前記第1セットおよび第2セット両方のしきい値(ThI ,P、ThI,H、ThI,T;ThM,P、ThM,M、ThM,T)よりも 小さい場所を前記画像分析システム(270、272)が欠落半田欠陥(136 0f)として識別する、請求項31に記載の装置。 33.前記平均強度が前記第1セットのしきい値よりも小さくかつ前記第2のセ ットのしきい値よりも大きい場所を前記画像分析システム(270、272)が 、不十分な半田欠陥(1360c)として識別する、請求項31に記載の装置。 34.対象物のX線ラミノグラフを作成するための装置において、 ターゲット(287)に射突する電子ビーム(285)によってX線(282) が作成されるX線ソース(20)と、 前記電子ビーム(285)を前記ターゲット(287)の異なる位置に偏向して 位置を動かすための電気ステアリング装置(281)とを特徴とし、前記X線( 282)が前記X線ソース(20)によって発生され、さらに前記X線ソース( 20)によって発生されたX線(282)を受取るために位置づけられたX線デ ィテクタ(30)と、 前記X線ディテクタ(30)の位置を動かすための手段(256)と、 X線ソース(20)の動きをX線ディテクタ(30)の動きと同期化させるため のフィードバックシステム(260、263、265)とを、特徴とする装置。 35.テスト対象物(730)が前記X線ソース(20)と前記X線ディテクタ (30)との間に位置づけられたときに前記X線ディテクタ(30)に画像を形 成する前記テスト対象物(730)をさらに含む、請求項34に記載の装置。 36.前記フィードバックシステム(260、263、265)が前記ディテク タ(30)の動きに応答して前記電気ステアリング装置(281)を駆動して、 前記テスト対象物(730)の前記画像が、前記X線ディテクタ(30)と前記 X線ソース(20)が前記テスト対象物(730)と相対して動くにつれ前記X 線ディテクタ(30)の所定位置に位置づけられる、請求項35に記載の装置。 37.前記フィードバックシステム(260、263、265)が前記X線ソー ス(20)を第1の回転(40、404)に対して第1の円形経路を進ませて第 1の面(62)を形成し、 前記X線ディテクタ(30)を動かすための前記手段が、前記X線ディテクタ( 30)を第2の回転軸(40、404)に対して第2の円形経路を進ませて第2 の面(64)を形成する、請求項34に記載の装置。 38.前記第1の面(62)が前記第2の面(64)と実質的に平行である、請 求項37に記載の装置。 39.前記第1の軸(40、404)が前記第2の軸(40、404)と実質的 に同軸である、請求項37に記載の装置。 40.前記第1の円形経路と前記第2の円形経路が同じ回転軸(40、404) を実質的に有しかつ前記第1および第2の面(62、64)が実質的に平行であ る、請求項37に記載の装置。 41.印刷回路基板(210)に装着されている電気部品(212)の間の電気 的接続部(214)を検査する方法において、 前記電気接続部(214)の断面画像を発生させるステップと、 前記断面画像を分析するステップとを、特徴とする方法。 42.前記断面画像を製作するステップが、X線ソース(20)でX線(282 )を発生させるステップと、X線ディテクタ(30)でX線(282)を検出す るステップをさらに含む、請求項41に記載の方法。 43.前記断面画像を発生させるステップが、前記電気接続部(214)のX線 ラミノグラフを作成するステップをさらに含む、請求項42に記載の方法。 44.前記X線ラミノグラフを発生させるステップが、前記X線ソース(20) と前記X線ディテクタ(30)を前記電気接続部(214)に関して動かすステ ップをさらに含む、請求項43に記載の方法。 45.前記X線ラミノグラフを発生させるステップがさらに、 前記X線ソース(20)を電気的手段によって動かすステップと、 前記X線ディテクタ(30)を電子機械的手段によって動かすステップと、 前記X線ソース(20)と前記X線ディテクタ(30)の動きを電気フィードバ ックシステム(260、263、265)で同期化するステップとを含む、請求 項44に記載の方法。 46.前記断面画像を分析するステップが、前記断面画像において特定のフィー チャを捜すステップをさらに含む、請求項41に記載の方法。 47.前記断面画像を分析するステップが、前記特定フィーチャを識別するため に前記画像の所定位置で前記断面画像に所定のテストを行なうステップをさらに 含む、請求項46に記載の方法。 48.前記断面画像を分析するステップがさらに、前記電気接続部(214)を 囲む境界に沿って一連の差分画像強度グレイ値(ΔGTi,i+1)を計算する ステップと、 前記差分グレイ値(ΔGTi,i+1)を所定のしきいグレイ値(ΔGTh)と 比較するステップとを含む、請求項41に記載の方法。 49.前記計算された差分画像強度グレイ値が前記しきい値を超える前記境界に 沿った場所を識別して、前記位置を半田橋絡欠陥として示すステップをさらに含 む、請求項48に記載の方法。 50.前記断面画像を分析するステップがさらに、前記電気接続部(214)の 3つの異なる部分(1501、1502、1503)と対応する前記断面画像の 3つの領域を規定するステップと、 前記3つの領域(1501、1502、1503)のそれぞれに対して平均画像 強度(Ip、IH、IT)を計算するステップと、 前記平均画像強度を第1セットおよび第2セットの所定しきい値(ThI,P、 ThI,H、ThI,T;ThM,P、ThM,H、ThM,T)と比較するス テップとを含む、請求項41に記載の方法。 51.前記断面画像を分析するステップがさらに、前記平均強度(IP、IH、 IT)が前記第1セットおよび第2セットしきい値の両方(ThI,P、ThI ,H、ThI,T;ThM,P、ThM,H、ThM,T)より小さい場所を識 別して、前記位置を欠落半田欠陥として示すステップをさらに含む、請求項50 に記載の方法。 52.前記断面画像を分析するステップが、前記平均強度(1P、IH、IT) が前記第1セットのしきい値(ThI,P、Thl,H、ThI,T)よりも小 さくかつ前記第2セットのしきい値(ThM,p、ThM,H、ThM,T)よ りも大きい場所を識別して、前記位置を不十分な半田欠陥として示すステップを さらに含む、請求項50に記載の方法。 53.対象物のX線ラミノグラフを作成する方法において、 X線(282)がターゲット(287)と射突する電子ビーム(285)によっ て発生するX線(282)のソース(20)を設けるステップと、 前記電子ビーム(285)を前記ターゲット(287)の異なる部分に向け、前 記X線ソース(20)によって発生する前記X線(282)の位置を動かすステ ップと、前記X線ソース(20)によって発生したX線(282)をX線ディテ クタ(30)によって検出するステップと、前記X線ディテクタ(30)の位置 を動かすステップと、前記X線(282)の発生の前記位置の移動をフィードバ ックシステムで前記X線ディテクタ(30)の動きと同期させるステップとを特 徴とする、方法。 54.テスト対象物(730)が前記X線ディテクタ(30)に画像を形成する ように前記テスト対象物(730)を前記X線ソース(20)と前記X線ディテ クタ(30)との間に位置づけるステップをさらに含む、請求項53に記載の方 法。 55.前記ディテクタ(30)の動きに応答して前記フィードバックシステムを 駆動させ、前記テスト対象物(730)の前記画像が、前記X線ディテクタ(3 0)とX線発生の前記位置が前記テスト対象物(730)と相対して動くにつれ 、前記X線ディテクタ(30)の所定の位置に位置づけられるステップをさらに 含む、請求項54に記載の方法。 56.回路基板(210)の電気部品(212)の半田接続部(214)に半田 橋絡欠陥を検出する方法において、前記半田接続部(214)の断面画像(13 60)を作成するステップと、 前記半田接続部(214)の前記断面画像(1360)を囲む境界に沿って一連 の差分画像強度グレイ値(ΔGi,i+1)を計算するステップと、 前記差分グレイ値(ΔGI,i+1)を所定のしきいグレイ値(ΔGTh)と比 較するステップと、前記計算された差分画像強度グレイ値(ΔGi,i+1)が 前記しきい値(ΔGTh)を越える前記境界に沿った場所を識別するステップと を特徴とする、方法。 57.回路基板(210)の電気部品(212)の間の半田接続部の半田欠陥を 検出する方法において、前記半田接続部(214)の断面画像を作成するステッ プと、 前記半田接続部(214)に対応する前記断面画像の領域(1501、1502 、1503)を規定するステップと、 前記領域に対して平均画像強度(IP、IH、IT)を計算するステップと、 前記平均画像強度(IP、IM、I)を第1セットおよび第2セットの所定しき い値(ThI,P、ThI,H、ThI,T;ThM,P、ThM,M、ThM ,T)と比較するステップとを含む、方法。 58.さらに、 前記断面画像の領域内に第1の窓(1601)、第2の窓(1602)、および 第3の窓(1603)を規定するステップを含み、前記第1の窓が前記半田接続 部(214)の第1の部分(1501)に対応し、前記第2の窓が前記半田接続 部(214)の第2の部分(1502)に対応し、そして前記第3の窓(160 3)が前記半田接続部(214)の第3の部分(1503)に対応し、さらに前 記第1の窓(1601)に対応する第1の平均画像強度(IP)と、前記第2の 窓(1602)に対応する第2の平均画像強度(IH)と、前記第3の窓(16 03)に対応する第3の平均画像強度(IT)とを計算するステップを含む、請 求項57に記載の方法。 59.前記半田接続部(214)の第1の部分(1501)に対応する第1の所 定しきい値(ThI,P)、前記半田接続部(214)の前記第2の部分(15 02)に対応する第2の所定しきい値(ThI,H)、および前記半田接続部( 214)の前記第3の部分(1503)に対応する第3の所定しきい値(ThI ,T)を規定するステップと、 前記第1の平均画像強度(IP)を前記第1の所定しきい値(ThM、P)と、 前記第2の平均画像強度(IH)を前記第2の所定しきい値(ThM,H)と、 前記第3の平均画像強度(IT)を前記第3の所定しきい値(ThM,P)とで 比較するステップとをさらに含む、請求項58に記載の方法。 60.前記比較のステップが、前記第1の平均画像強度(IP)に対応する第1 の平均厚さ(TP)、前記第2の平均画像強度(IH)に対応する第2の平均厚 さ(TH)、および前記第3の平均画像強度(IT)に対応する第3の平均厚さ (TT)を計算するステップをさらに含む、請求項59に記載の方法。 61.前記第1の平均厚さ(TP)が前記第1のしきい値(ThM,P)より小 さく、前記第2の平均厚さ(TH)が前記第2のしきい値(ThM,H)よりも 小さく、及び前記第3の平均厚さ(TT)が前記第3のしきい値(ThM,T) よりも小さい場所を欠落半田欠陥(1360f)として識別するステップをさら に含む、請求項60に記載の方法。 62.前記半田接続部(214)の前記第1の部分(1501)に対応する第4 の所定しきい値(ThI,P)、前記半田接続部(214)の前記第2の部分( 1502)に対応する第5の所定しきい値(ThI,H)、および前記半田接続 部(214)の前記第3の部分(1503)に対応する第6の所定しきい値(T hI,T)を規定するステップと、 前記第1の平均画像強度(IP)を前記第1および第4の所定しきい値(ThM ,P、ThI,P)と、前記第2の平均画像強度(IH)を前記第2および第5 の所定しきい値(ThM,H、ThI,M)と、前記第3の平均画像強度(IT )を前記第3および第6の所定しきい値(ThM,T、ThI,T)とで比較す るステップとをさらに含む、請求項59に記載の方法。 63.前記半田接続部(214)の前記第1の部分(1501)に対応する第4 の所定しきい値(ThI,P)、前記半田接続部(214)の前記第2の部分( 1502)に対応する第5の所定しきい値(ThI,H)、および前記半田接続 部(214)の前記第3の部分(1503)に対応する第6の所定しきい値(T hI,T)を規定するステップと、 前記第1の平均厚さ(TP)が前記第4のしきい値(ThI,P)より小さくか つ前記第1のしきい値(ThM,P)より大きく、前記第2の平均厚さ(TH) が前記第5のしきい値(ThI,M)よりも小さくかつ第2のしきい値(ThM ,H)よりも大きく、前記第3の平均厚さ(TT)が前記第6のしきい値(Th I,T)よりも小さくかつ前記第3のしきい値(ThM,T)よりも大きい場所 を不十分な半田欠陥(1360c)として識別するステップとをさらに含む、請 求項60に記載の方法。
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